EP4045274A1 - Bauteil für eine extrusionslinie - Google Patents

Bauteil für eine extrusionslinie

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Publication number
EP4045274A1
EP4045274A1 EP20793299.7A EP20793299A EP4045274A1 EP 4045274 A1 EP4045274 A1 EP 4045274A1 EP 20793299 A EP20793299 A EP 20793299A EP 4045274 A1 EP4045274 A1 EP 4045274A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
component
melt
circumference
ribs
over
Prior art date
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Pending
Application number
EP20793299.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Heinrich Dohmann
Henning Stieglitz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Battenfeld Cincinnati Germany GmbH
Original Assignee
Battenfeld Cincinnati Germany GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Battenfeld Cincinnati Germany GmbH filed Critical Battenfeld Cincinnati Germany GmbH
Publication of EP4045274A1 publication Critical patent/EP4045274A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B29C48/09—Articles with cross-sections having partially or fully enclosed cavities, e.g. pipes or channels

Definitions

  • the invention relates to a component of an extrusion line, in particular a tool or a part thereof, this component being provided in particular for cooling the melt and / or for homogenizing the melt and / or for distributing the melt, this component being complex and consist of a large number of individual parts.
  • the invention also relates to an associated method. Such devices are known from the prior art.
  • a device for distributing plastic mass in an extrusion tool comprising one or more flow channels with at least one melt inlet and one melt outlet, at least one cooling element being arranged in the flow channel between the melt inlet and the melt outlet,
  • the plastic mass can flow around the cooling element, a forced distribution element being arranged radially in the flow channel for fine distribution of the melt, the cooling element being arranged in or on the forced distribution element, described in DE 102010 051 732 A1.
  • EP 0593892 A1 also discloses a profile tool for extruders with individually controllable temperature control elements that influence the flow behavior of the material.
  • the tempering elements are arranged downstream of the screw of the extruder and upstream of the profiling area of the tool in the flow channel of the material in such a way that the temperature of the extruded material can be increased in selected zones of the cross section. This makes it possible to influence the wall thickness of the profile even with complicated cross-sections and with different profile-giving parts that are not fitted with tempering elements.
  • DE 103 15906 A1 discloses a device for distributing plastic mass in an extrusion tool, in particular a pipe extrusion tool, comprising a melt inlet and at least one melt outlet, with a pre-distribution element and then a fine distribution element being arranged between the melt inlet and the melt outlet, it is provided that the pre-distribution element is designed as a mandrel and comprises a main channel which is connected to at least one secondary channel, the secondary channel running out helically in the circumferential surface of the dome.
  • all these tools are technically difficult to manufacture, since a large number of individual parts have to be produced in a complex manner and then connected to one another in a very complex manner.
  • the aim of the invention is to simplify the production of complex components in extrusion technology in such a way that manufacturing costs and production time of the components can be minimized, as well as a corresponding method.
  • the solution to the problem is characterized in connection with the preamble of claim 1, characterized in that the component is constructed with computer support, computer-aided manufacturing data prevail for the component and the component is additively manufactured on the basis of this data, with the component manufactured in this way at least fulfills one of the following functionalities: uniform distribution of the melt over the circumference, thermal homogenization of the melt over the circumference, mechanical homogenization of the melt over the circumference, cooling of the melt over the circumference, holding a load-bearing element for the internal displacement of the melt .
  • a melt cooler a spiral distributor, a combination of both or any other combination.
  • Computer-aided manufacturing data is generated from the components designed with the aid of CAD, which are now used for the additive manufacturing of the components, similar to the production of parts using CNC machines.
  • material is applied layer by material layer, creating a three-dimensional object.
  • the solution with regard to the method is proposed, for the production of a component for an extrusion line, to design the component with computer support and to generate computer-aided manufacturing data therefrom in order to produce the component additively on the basis of this data, the component thus manufactured at least one of the following Functions fulfilled: even distribution of the melt over the fang, thermal homogenization of the melt over the circumference, mechanical homogenization over the circumference, cooling of the melt over the circumference.
  • the component is structurally modified via computer-aided simulations until the extrusion process is optimized, before the computer-aided manufacturing data are generated.
  • the flow behavior of the melt and / or the degree of homogenization of the melt and / or the residence time of the melt in corner areas of the component are advantageously examined in the simulation.
  • Figure 1 shows a typical extrusion line
  • FIG. 4 shows an alternative embodiment to FIG. 3
  • FIG. 8 shows an enlarged detail from FIG. 6
  • FIG. 9 shows an enlarged section of FIG. 7
  • FIG. 10 shows the detail of FIG. 8 as a partial section
  • FIG. 11 shows the detail of FIG. 6 in a further part
  • FIG. 1 shows a typical extrusion line as it is used today for profile extrusion, regardless of whether it is for the production of window profiles or pipes. It shows an extruder 1 in which plastic is melted and continuously conveyed into the extrusion tool 2 for shaping. This is followed by a calibration and Cooling station 3 on Depending on the profile, additional cooling stations can be used. After the cooling stations, there is an extraction device 4. In order to cut the endless profiles 6 to the desired length, a separating device 5 is then arranged. The extrusion axis is marked with position number 7.
  • FIG. 2 schematically shows a section through a component 8 according to the invention which is manufactured additively.
  • the component 8 sitt a melt zekanal 17 on which extends from the melt inlet 14 to the melt outlet 20.
  • the load-bearing element 13 is arranged in the component 8 on the mixing and cooling structure 16 and is thus held in the interior of the component 8.
  • the connection point 15 is named here as a separate item number for the sake of clarity, due to the additive manufacturing process it is not a connection in the traditional sense, but is made in one piece.
  • the melt is guided through the mixing and cooling structure 16, where it is thermally and mechanically homogenized and cooled.
  • the mixing and cooling structure 16 has cooling channels 9 around which the melt flows.
  • the cooling channels 9 have an inlet 10 and an outlet 11 via which the cooling medium flows from the outside of the component 8 through the cooling channels 9. Different media such as water, air or special coolants are used as the cooling medium.
  • the component 8 can be combined with other components via the flange 12 at the end.
  • the course of the section for the exemplary embodiments shown in FIGS. 3 and 4 is marked by the dash-dot line.
  • FIG. 3 is a section through the schematic representation of the component 8 according to the sectional profile from FIG. 2.
  • the first partial melt channel 18 extends from the melt inlet 14 over the melt channel 17 in the mixing and cooling structure 16 further via the second partial melt channel 19 to the melt outlet 20.
  • the cooling channels 9 in the mixing and cooling structure 16 have an inlet 10 and an outlet 11 for a cooling medium.
  • the extrusion axis is marked with position number 7.
  • FIG. 4 shows an alternative embodiment of the mixing and cooling structure 16; here, too, the same components are identified by the same reference characters.
  • Extrusion technology is a frequently used method in the processing of plastics. This is a continuous process in which, in addition to other products, plastic pipes are also manufactured.
  • the dimensional and optical quality of the pipe essentially depends on the quality of the pipe tool.
  • Current mechanically producible melt distributors, mixing or cooling components can have the desired Execute properties only conditionally or only separately.
  • Static mixers are known from the prior art, so Wikipedia, for example, compares structure and mode of operation and design as well as advantages and disadvantages. Static mixers have some advantages over dynamic mixers, as they do not take up much space and are cost-effective due to their design.
  • the Sulzer type mixer is listed here as having a very compact design, in which the handle blades cross or are designed with a large number of crosspieces arranged like a framework. However, this design has high pressure losses.
  • Kenics mixer Wikipedia explains here: “It consists of sheet metal twisted by 180 °. Each helix is offset by 90 ° to the previous one and has the opposite direction of rotation. ”
  • This Kenics mixer design is the basis of a further alternative embodiment of component 8 and is described in more detail in FIGS. 5-11. This embodiment is a further development of known static pipe extrusion melt distributors, in which a temperature control option is also integrated in the tool.
  • FIG. 5 shows part of a section through the extrusion tool 2 along the extrusion axis 7, the melt channel extends from a first partial melt channel 18 via the component 8 according to the invention into the second partial melt channel 19 to the melt outlet 20.
  • the component 8 is shown enlarged.
  • the component 8 has a mixing and cooling structure 16 which consists of a plurality of ribs 21.
  • the direction of extrusion is indicated by item number 26.
  • Figure 6 shows this component 8 only in a three-dimensional view.
  • the ribs 21 of the mixing and cooling structure are closed io see, which are distributed over the entire circumference.
  • the two areas are in turn arranged equidistant from one another and the ribs 21 in the first area 22 are offset from the ribs 21 in the second area 23.
  • the individual areas are separated from one another by partition walls 25.
  • position number 26 the direction of extrusion is denoted by position number 26.
  • the component 8 is again shown, the partition walls 25, which separate the areas 22 and 23 from one another, being masked out here to clarify the twisted ribs 21.
  • FIG. 8 shows an enlarged view A from FIG. 6; here, too, the twisted ribs 21 can be seen again, which are each arranged in the first area 22 and in the second area 23. As already described, the two areas are separated from one another by partition walls 25.
  • FIG. 9 likewise shows an enlarged section B from FIG. 7, which shows the component 8 without the partition walls 25.
  • the twisted ribs 21, which are arranged offset in the first region 22 with respect to the ribs 21 in the second region 23, can be clearly seen.
  • the representation in accordance with FIG. 10 corresponds to the detail in accordance with FIG. 8, the component 8 being shown here cut open transversely to the extrusion direction 26. This sectional view shows that the ribs 21 have a cavity 24.
  • FIG. 10a shows the sectioned component 8 and FIG. 10b shows an enlarged detail of this.
  • the design of the ribs 21 with a cavity 24 has the advantage that a cooling medium can flow through the ribs 21.
  • air, water, oil or other media suitable for cooling can be used as the cooling medium.
  • the first area 22 and the second area 23 as well as the partition walls 25 can be seen.
  • FIG. 11 likewise shows a section through the component 8, a section along the explosion axis 26 being selected here.
  • the twisted ribs 21 in the areas 22 and 23 and the partition walls 25 can be seen again. It can be clearly seen that the ribs 21 have a cavity 24.
  • This component according to the invention can be produced with new manufacturing technologies, such as the additive laser sintering process on metal powder, and has the following properties on the melt in the extrusion tool: ⁇ Even distribution of the melt over the circumference

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bauteil einer Extrusionslinie, insbesondere ei- nem Werkzeug (2) oder einem Teil davon, wobei dieses Bauteil (8), ins- besondere zum Kühlen der Schmelze und/oder zum Homogenieseren der Schmelze und/oder zum Verteilen der Schmelze vorgesehen sind, wobei dieses Bauteil (8) komplex bauet und aus einer Vielzahl von Einzelteilen bestehen. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass das Bauteil (8) rechnerunterstützt konstruiert ist, für das Bauteil (8) rechnerunterstützte Fertigungsdaten vorherrschen und auf Basis dieser Daten das Bauteil (8) additiv gefertigt ist, wobei das so gefertigte Bauteil (8) mindestens eine der folgenden Funktionalitäten erfüllt: gleichmäßiges Verteilen der Schmelze über den Umfang; thermisches Homogenisieren der Schmelze über den Umfang; mechanische Homogenisieren der Schmelze über den Umfang; Kühlen der Schmelze über den Umfang; Halten eines tragenden Elementes für die innerer Verdrängung der Schmelze. Weiterhin betrifft die Erfindung ein dazugehöriges Verfahren.

Description

Bauteil für eine Extrusionslinie
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft ein Bauteil einer Extrusionslinie, insbesondere ei nem Werkzeug oder einem Teil davon, wobei dieses Bauteil, insbeson- dere zum Kühlen der Schmelze und/oder zum Homogenieseren der Schmelze und/oder zum Verteilen der Schmelze vorgesehen sind, wobei dieses Bauteil komplex bauet und aus einer Vielzahl von Einzelteilen be stehen. Weiterhin betrifft die Erfindung ein dazugehöriges Verfahren. Derartige Vorrichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt.
So wird beispielweise eine Vorrichtung zum Verteilen von plastischer Kunststoffmasse in einem Extrusions Werkzeug, insbesondere Rohrextru sionswerkzeug, umfassend einen oder mehrerer Fließkanäle mit mindes tens einem Schmelzeeingang und einem Schmelzeausgang, wobei zwi- sehen Schmelzeeingang und Schmelzeausgang, mindestens ein Kühlele ment im Fließkanal angeordnet ist, wobei das Kühlelement von der Kunststoffmasse umströmbar ist, wobei im Fließkanal zur Feinverteilung der Schmelze ein Zwangsverteilelement radial angeordnet ist, wobei das Kühlelement im oder am Zwangsverteilelement angeordnet ist, in der DE 102010 051 732 Al beschrieben.
Zur Herstellung von Rohren ist es erforderlich, den von einem Extruder erzeugten zylinderförmigen Kunststoffschmelzestrom mit Hilfe eines nachfolgenden Werkzeuges in einen kreisringspaltförmigen Schmelzes trom umzuformen. Hierfür ist es wichtig, dass der vom Extruder kom- mende Schmelzestrom im Werkzeug durch einen zentrisch angeordneten Dom in die entsprechende Ringströmung überführt wird. Eine derartige Vorrichtung wird in der DE 103 15906 vorgeschlagen. Heute werden oft kurze Extrusionslinie gefordert. Dies kann nur erreicht werden, wenn die Kühlung der extrudierten Profile optimiert wird. Bes tenfalls wird die Schmelze bereits im Werkzeug soweit herunter gekühlt, dass sie zwar noch verformbar ist, aber die Schmelzetemperatur deutlich niedriger ist, als nach dem Verlassen des Extruders.
Die DE 102007 050291 schlägt hier eine Aufteilung der Schmelze im Werkzeug vor, die Einzel stränge werden gekühlt und anschließend wie der zusammengeführt.
Aus dem Stand der Technik ist auch aus der EP 0593892 Al ein Profil- Werkzeug für Extruder mit einzeln ansteuerbaren, das Fließverhalten des Werkstoffes beeinflussenden Temperierelementen bekannt. Die Tempe rierelemente sind stromab von der Schnecke des Extruders und stromauf vom profilgebenden Bereich des Werkzeuges im Strömungskanal des Werkstoffes derart angeordnet, dass die Temperatur des extrudierten Werkstoffes in ausgewählten Zonen des Querschnittes erhöht werden kann. Damit ist es möglich, auch bei komplizierten Querschnitten und bei verschiedenen profilgebenden, nicht mit Temperierelementen be stückten Teilen die Wandstärke des Profils zu beeinflussen.
Aus der DE 103 15906 Al ist eine Vorrichtung zum Verteilen von plas- tischer Kunststoffmasse in einem Extrusions Werkzeug insbesondere Rohrextrusionswerkzeug, umfassend einen Schmelzeeingang und min destens einen Schmelzeausgang bekannt, wobei zwischen Schmelzeein gang und Schmelzeausgang zunächst ein Vorverteilelement und an schließend ein Feinverteilelement angeordnet ist, wobei vorgesehen, dass das Vorverteilelement als Dorn ausgeführt ist und einen Hauptkanal umfasst, der mit mindestens einem Nebenkanal in Huidischer Verbin dung steht, wobei der Nebenkanal schraubenförmig in der Umfangsflä- che des Domes ausläuft bekannt. All diese Werkzeuge sind jedoch verfahrenstechnisch schwierig herzu stellen, da eine Vielzahl von Einzelteilen aufwendig hergestellt werden müssen und im Anschluss sehr aufwendig miteinander verbunden wer den müssen. Komplexe Kühlkanäle müssen in ein Gefüge mit mehreren Kanälen zusammengeführt werden und zu einem Gesamtbauteil „ver schmolzen“ werden. Innenliegende Teile die von Schmelze umflossen werden und diese kühlen sollen, müssen wiederum mit außenliegenden Teilen so verbunden werden, dass ein Kühlmedium durch diese fließen kann. Hierbei darf jedoch kein die Kühlkanäle durchfließendes Kühlme dium in die Schmelze gelangen, die Erzeigten Verbindungen müssen da her absolut dicht sein, was aufgrund der Komplexität und der damit ver bunden schwierigen Zugänglichkeit der zu verbindenden Stellen an sein technische machbaren Grenzen stößt.
A u f g a b e der Erfindung ist es, die Herstellung komplexer Bau teile in der Extrusionstechnik derart zu vereinfachen, damit Herstellkos ten und Produktionszeit der Bauteile minimiert werden können, sowie ein entsprechendes Verfahren.
Die L ö s u n g der Aufgabe ist in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil rechnerun terstützt konstruiert ist, für das Bauteil rechnerunterstützte Fertigungsda ten vorherrschen und auf Basis dieser Daten das Bauteil additiv gefertigt ist, wobei das so gefertigte Bauteil mindestens eine der folgenden Funk tionalitäten erfüllt: gleichmäßiges Verteilen der Schmelze über den Um fang, thermisches Homogenisieren der Schmelze über den Umfang, me chanische Homogenisieren der Schmelze über den Umfang, Kühlen der Schmelze über den Umfang, Halten eines tragenden Elementes für die innerer Verdrängung der Schmelze. Es kommt eine Vielzahl an Bauteilen infrage die gemäß der Erfindung hergestellt werden können. Es kann somit zum Beispiel ein Schmelze kühler, ein Wendelverteiler, eine Kombination aus beiden oder auch jede weitere Kombination sein.
Wesentlich ist, dass mit der Erfindung Bauteile produziert werden kön nen die wenigstens die im Anspruch 1 wiedergegebenen Funktionalitä ten oder eine Kombination aus diesen abdecken können.
Aus dem mittels CAD rechnerunterstützt konstruierte Bauteile werden wiederum rechnerunterstützt Fertigungsdaten erzeugt die ähnlich wie bei der Herstellung von Teilen mittels CNC Maschinen nun für die additive Fertigung der Bauteile herangezogen werden. Bei der additiven Ferti gung wird Materialschicht für Materialschicht aufgetragen und so ein dreidimensionaler Gegenstand erzeugt.
Mittels der additiven Fertigung, auch als 3D-Druck bekannten, können sehr komplexe Bauteile hergestellt werden, da eine Zugänglichkeit zu Verbindungsstellen bei der Montage einzelner Bauteile nicht berücksich tigt werden müssten. Auch spielt die herkömmliche Berücksichtigung der Herstellbarkeit des Bauteils keine Rolle mehr, da jede noch so kom plexe Ausführung mittels dieses Verfahrens erzeugt werden kann.
Die F ö s u n g bezüglich des Verfahrens wird vorgeschlagen, zur Herstellung eines Bauteils für eine Extrusionslinie, das Bauteil rechner unterstützt zu konstruiert und daraus rechnerunterstützte Fertigungsdaten zu erzeugt, um das Bauteil auf Basis dieser Daten additiv herzustellen, wobei das so gefertigte Bauteil mindestens eine der folgenden Funktio nalitäten erfüllt: gleichmäßiges Verteilen der Schmelze über den Um- fang, thermisches Homogenisieren der Schmelze über den Umfang, Me chanische Homogenisierung über den Umfang, Kühlen der Schmelze über den Umfang.
Weiterbildungsgemäß ist vorgesehen zur Herstellung eines Bauteils für eine Extrusionslinie, dass über rechnergestütze Simulationen das Bauteil solange konstruktiv verändert wird bis der Extrusionsprozess optimiert ist, bevor die rechnerunterstützen Fertigungsdaten erzeugt werden.
Vorteilhafterweise wird das Strömungsverhalten der Schmelze und/oder der Homogenisierungsgrad der Schmelze und/oder die Verweilzeit der Schmelze in Eckbereichen des Bauteils in der Simulation untersucht.
Es wird also die Konstruktion solange verändert und immer erneut eine Simulation des Strömungsverhalten der Schmelze untersucht, bis mög lichst vielen der oben beschrieben Funktionalitäten bestmöglich erreicht werden. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung sowie des Verfah rens sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
In den Zeichnungen wird schematisch eine erfmdungsgemäße Vorrich tung gezeigt:
Fig. 1 zeigt eine typische Extrusionslinie
Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Bauteil
Fig. 3 ein Schnitt durch das erfindungsgemäße Bauteil gern. Schnittverlauf in Figur 2
Fig. 4 eine Alternative Ausführung zu Figur 3
Fig. 5 eine alternative Ausführung des Bauteils im Extrus ions Werkzeug
Fig. 6 das Bauteil alleine
Fig. 7 die Ansicht der Figur 6 ohne Trennwände
Fig. 8 ein vergrößerter Ausschnitt der Figur 6
Fig. 9 ein vergrößerter Ausschnitt der Figur 7
Fig. 10 der Ausschnitt der Figur 8 als Teilschnitt
Fig. 11 der Ausschnitt der Figur 6 in einem weiteren Teil schnitt
Figur 1 zeigt eine typische Extrusionslinie, wie sie heute für die Pro filextrusion, egal, ob für die Produktion von Fensterprofilen oder Roh- ren, zum Einsatz kommt. Sie zeigt einen Extruder 1, in dem Kunststoff aufgeschmolzen wird, und kontinuierlich zur Formgebung ins Extrusi onswerkzeug 2 gefördert wird. Daran schließt sich eine Kalibrier- und Kühlstation 3 an Je nach Profil können weitere Kühlstationen eingesetzt werden. Nach den Kühlstationen schließt sich eine Abzugsvorrichtung 4 an. Um die Endlosprofile 6 auf die gewünschte Länge abzuschneiden ist anschließend eine Trennvorrichtung 5 angeordnet. Die Extrusionsachse ist mit der Positionsziffer 7 gekennzeichnet.
Figur 2 zeigt schematisch einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Bauteil 8 welches additiv gefertigt ist. Das Bauteil 8weißt einen Schmel zekanal 17 auf der sich vom Schmelzeeingang 14 bis zum Schmelzeaus gang 20 erstreckt. Ein tragendes Element 13, hier ein Dorn in einem Extrusionswerkzeug, verdrängt im Inneren des Bauteils 8 die Schmelze so dass diese über den Umfang so verteilt wird, dass sie einer Vermisch- und Kühlstruktur 16 zugeführt wird. Das tragende Element 13 ist im Bauteil 8 an der Vermisch- und Kühlstruktur 16 angeordnet und wird so im Inneren des Bauteils 8gehalten. Die Verbindungstelle 15 ist hier nur zur Verdeutlichung als separate Positionsziffer benannt, durch das addi tive Herstellungsverfahren ist es keine Verbindung im klassischen Sinne, sondern sind einteilig. Die Schmelze wird so durch die Vermisch- und Kühlstruktur 16 geführt, wo sie thermischen und mechanischen homoge nisiert sowie gekühlt wird. Die Vermisch- und Kühlstruktur 16 verfügt über Kühlkanäle 9 die von der Schmelze umflossen werden. Die Kühl kanäle 9 verfügen über einen Eintritt 10 und eine Austritt 11 über die das Kühlmedium von der Außenseite des Bauteils 8 die Kühlkanäle 9 durch fließt. Als Kühlmedium kommen unterschiedlich Medien wie Wasser, Luft oder spezielle Kühlmittel zum Einsatz. Über den stimseitigen Flansch 12 kann das Bauteil 8 mit weiteren Bauteilen Verbünde werden. Der Schnittverlauf für die in den Figuren 3 und 4 widergegeben Ausfüh rungsbeispiele ist durch die Strichpunkt Linie markiert.
Figur 3 ist ein Schnitt durch die schematische Darstellung des Bauteils 8 gemäß dem Schnittverlauf aus Figur 2. Vom Schmelzeeingang 14 er streckt sich der erste Teilschmelzekanal 18 über den Schmelzekanal 17 in der Vermisch- und Kühlstruktur 16 weiter über den zweiten Teilschmelzekanal 19 zum Schmelzeausgang 20. Die Kühlkanäle 9 in der Vermisch- und Kühlstruktur 16 verfügen über einen Eintritt 10 und einem Austritt 11 für ein Kühlmedium. Die Extrusionsachse ist mit Posi- tionsziffer 7 gekennzeichnet.
In Figur 4 zeigt eine alternative Ausführungsform der Vermisch- und Kühlstruktur 16, auch hier sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszei chen gekennzeichnet. Die Extrusionstechnik ist ein häufig eingesetztes Verfahren bei der Ver arbeitung von Kunststoffen. Dabei handelt es sich um einen kontinuier lich ablaufenden Prozess, bei dem neben anderen Produkten auch Kunst stoffrohre hergestellt werden.
Bei der Rohrextrusion wird bekanntlich ein Schmelzestrang mit Hilfe ei- nes Werkzeugs in die entsprechende Form gebracht. Im Anschluss daran muss der vorgeformte Schmelzeschlauch auf den entsprechenden Au ßendurchmesser kalibriert und abgekühlt werden. Das so entstandene Rohr wird abschließend mit Hilfe eines Raupenabzuges durch die Extru sionslinie gezogen und nachfolgend von einer Trenneinrichtung auf ent- sprechende Transportlängen abgetrennt.
Die maßliche und optische Qualität des Rohres hängt im Wesentlichen von der Qualität des Rohrwerkzeuges ab. Je besser die Schmelze über den Umfang verteilt und über den gesamten Querschnitt thermisch und mechanisch homogen ist, umso gleichmäßiger kann im nachfolgenden Kalibrier- und Abkühlvorgang die Rohrgeometrie- und Oberflächenaus führung gestaltet werden. Gegenwärtige mechanisch herstellbare Schmelzeverteiler, Misch- oder Kühlbauteile können die gewünschten Eigenschaften nur bedingt oder nur getrennt ausführen. Statische Mi scher sind aus dem Stand der Technik bekannt, so stellt beispielsweise Wikipedia Aufbau und Funktionsweise sowie Auslegung als auch vor und Nachteile gegenüber. Nur auszugsweise sei hier zitiert das statische Mischer einige Vorteile gegenüber dynamischen Mischern aufweisen, da sie kostengünstige nicht viel Raum einnehmen und bauartbedingt war tungsfrei sind. Als sehr kompakt bauend wird hier der Mischer nach der Bauart Sulzer aufgeführt, bei der sich Grifflamellen kreuzen oder mit ei ner Vielzahl von gerüstartig kreuzweise angeordneten Stegen ausgeführt ist. Diese Bauweise weist allerdings hohe Druckverluste auf.
Ein anderer statische Mischer ist der Kenics-Mischer, Wikipedia führt hier aus: „Er besteht aus um 180° verdrillten Blechen. Jede Wendel ist um 90° zur vorherigen versetzt und weist den gegensätzlichen Drehsinn auf.“ Diese Kenics-Mischer Bauweise ist Grundlage einer weiteren alternative Ausführungsform des Bauteiles 8 und in den Figuren 5-11 näher be schrieben. Bei dieser Ausführungsform handelt es sich um eine Weiter entwicklung bekannter statische Rohrextrusionsschmelzeverteiler, bei denen zusätzlich eine Temperierungsmöglichkeit im Werkzeug einge- bunden wird.
Figur 5 zeigt einen Teil eines Schnitts durch das Extrusionswerkzeug 2 entlang der Extrusionsachse 7 erstreckt sich der Schmelzekanal von ei nem ersten Teilschmelzekanal 18 über das erfindungsgemäße Bauteil 8 in den zweiten Teilschmelzekanal 19 bis zum Schmelzeausgang 20. In Figur 5a ist das Bauteil 8 vergrößert dargestellt. Das Bauteil 8 weist eine Vermisch- und Kühlstruktur 16 auf die aus einer Vielzahl von Rippen 21 besteht. Die Extrusionsrichtung ist mit Positionsziffer 26 bezeichnet.
Figur 6 zeigt dieses Bauteil 8 alleinig in einer dreidimensionalen An sicht. Auch hier sind die Rippen 21 der Vermisch- und Kühlstruktur zu io sehen, die sich über den gesamten Umfang verteilt anordnen. Es existiert ein erster Bereich 22 und ein zweiter Bereich 23 in dem die Rippen 21 angeordnet sind. Die beiden Bereiche sind wiederum zueinander äqui distant angeordnet und die Rippen 21 im ersten Bereich 22 zu den Rip pen 21 im zweiten Bereich 23 versetzt. Die einzelnen Bereiche sind durch Trennwände 25 voneinander getrennt. Auch hier ist die Extrusi onsrichtung mit Positionsziffer 26 bezeichnet.
In der Figur 7 ist wiederum das Bauteil 8 dargestellt, wobei hier, zur Verdeutlichung der verdrehten Rippen 21 die Trennwände 25, die die Bereiche 22 und 23 voneinander trennen, ausgeblendet wurden.
Ergänzend ist zu erwähnen, dass sich auch weitere Bereiche äquidistant zu den Bereichen 22 und 23 anordnen können. Hierbei ist es nicht erfor derlich, dass sich der Grad der Verdrehung der Rippen 21, wie in einem Bereich 22 oder 23 wiederholt, entscheidend ist, dass die Rippen 21 zu den Rippen in einem benachbarten Bereich verdreht sind. Gleiches gilt für die Verdrehung der Rippe 21 selbst, auch dieser Grad der Verdre hung kann von Bereich zu Bereich unterschiedlich sein. Es kann auch von Vorteil sein, dass die die Bereich durchlaufende Schmelze bewusst von einem Bereich zu einem benachbarten Bereich geführt wird. In den beschrieben und dargestellten Ausführungsbeispielen sind die die Berei chen trennenden Trennwände 25 so ausgeführt, dass ein Überfließen der Schmelze verhindert wird. Durch gezieltes Einbringen von Bohrungen oder das Aufstellen einer oder mehrerer Laschen, kann der Übertritt der Schmelze aber bewusst herbeigeführt werden. Eine Durchmischung und/oder Homogenisierung wird dadurch gefördert.
Zur Verdeutlichung des Aufbaus selbst, zeigt Figur 8 eine vergrößerte Ansicht A aus der Figur 6, auch hier sind wieder die in sich verdrehten Rippen 21 zu sehen, die jeweils im ersten Bereich 22, sowie im zweiten Bereich 23 angeordnet sind. Wie bereits beschrieben, sind die beiden Bereiche durch Trennwände 25 voneinander getrennt. Die Figur 9 zeigt ebenfalls einen vergrößerten Ausschnitt B der Figur 7 die das Bauteil 8 ohne die Trennwände 25 zeigt. Deutlich zu erkennen sind die in sich verdrehten Rippen 21 die im ersten Bereich 22 zu den Rippen 21 im zweiten Bereich 23 versetzt angeordnet sind. Die Darstellung gemäß der Figur 10 entspricht den Ausschnitt gemäß der Figur 8, wobei hier das Bauteil 8 in quer zu Extrusionsrichtung 26 aufgeschnitten dargestellt ist. Durch diese Schnittdarstellung wird er kennbar, dass die Rippen 21 einen Hohlraum 24 aufweisen. Figur 10a zeigt das geschnitten Bauteil 8 und Figur 10b eine vergrößerte Einzelheit dazu. Die Ausführung der Rippen 21 mit einem Hohlraum 24 hat den Vorteil, dass die Rippen 21 mit einem Kühlmedium durchströmt werden können. Auch hier kann als Kühlmedium Luft, Wasser, Öl oder sonstige zur Kühlung geeignete Medien verwendet werden. Je nach Ausgestal tung der Verbindung zu den Hohlräumen 24 der Rippen 21 mittels eines zentralen oder mehrerer kanalartiger Zuläufe, ist es weiterhin möglich, die Intensität der Kühlung über die Rippen 21 innerhalb des gesamten Bauteiles 8 individuell zu gestalten, indem einzelne Rippen 21 mehr o- der weniger mit dem Kühlmittel durchströmt werden. Auch hier ist wie der der erste Bereich 22 und der zweite Bereich 23 sowie die Trenn- wände 25 zu sehen.
Figur 11 zeigt ebenfalls einen Schnitt durch das Bauteil 8, wobei hier ein Schnitt entlang der Explosionsachse 26 gewählt wurde. Auch hier sind wieder die verdrehten Rippen 21 in den Bereichen 22 und 23 sowie die Trennwände 25 zu sehen. Deutlich zu erkennen ist, dass die Rippen 21 einen Hohlraum 24 aufweisen. Dieses erfindungsgemäße Bauteil kann mit neuen Fertigungstechnolo gien, wie zum Beispiel dem Additiven Laser Sinterprozess auf Metall pulver, erzeugt werden und hat nachfolgende Eigenschaften auf die Schmelze im Extrusioswerkzeug: · Gleichmäßige Verteilung der Schmelze über dem Umfang
• Thermische- und mechanische Homogenisierung über den gesam ten Querschnitt
• Abkühlung der Schmelze im Werkzeug
• Kurzes Verweilzeitspektrum (kurze Farbwechselzeiten) · Moderater Druckaufbau
Bezugszeichenliste :
1 Extruder 15 F ixierung von 13
2 Extrusionswerkzeug 16 V ermisch- und Kühl Struktur
3 Kalibrier- und Kühltank 17 Schmelzekanal 4 Abzugsvorrichtung 18 Erster T eilschmelzekanal
5 Trennvorrichtung von 14
6 Profil 19 Zweiter Teilschmelzekanal zu 20
7 Extrusionsachse
20 Schmelzeausgang
8 Bauteil von 2
21 Rippen von 16 9 Kühlkanal in 8
25 22 Erster Bereich von 16
10 Eintritt Kühlmedium in 9
23 Zweiter Bereich von 16
11 Austritt Kühlmedium in 9
24 Hohlraum in 21
12 Anschlussflansch
25 Trennwand in 16
13 Dorn
26 Extrusiosionsrichtung 14 Schmelzeeingang
30

Claims

Patentansprüche:
1. Bauteil einer Extrusionslinie, insbesondere einem Werkzeug (2) o- der einem Teil davon, wobei dieses Bauteil (8), insbesondere zum Kühlen der Schmelze und/oder zum Homogenieseren der Schmelze und/oder zum Ver teilen der Schmelze vorgesehen sind, wobei dieses Bauteil (8) komplex baut und aus einer Vielzahl von Einzelteilen bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (8) rechnerunterstützt konstruiert ist, für das Bauteil (8) rechnerunterstützte Fertigungsdaten vorherr schen und auf Basis dieser Daten das Bauteil (8) additiv gefertigt ist, wobei das so gefertigte Bauteil (8) mindestens eine der folgenden Funktionalitäten erfüllt:
• gleichmäßiges Verteilen der Schmelze über den Umfang
• thermisches Homogenisieren der Schmelze über den Um fang
• mechanische Homogenisieren der Schmelze über den Um fang
• Kühlen der Schmelze über den Umfang
• Halten eines tragenden Elementes für die innerer Verdrän gung der Schmelze
2. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bau teil ein Siebkorb oder ein Schmelzekühler oder ein Teil eines Wen delverteilers ist.
3. Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das das Bauteil eine Kombination von Siebkorb und Schmelzekühler ist.
4. Bauteil nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass das Bauteil eine Kombination aus Siebkorb mit Wendel verteiler oder aus Schmelzekühler mit Wendelverteiler oder aus Siebkorb und Wendelverteiler ist.
5. Bauteil nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass Bauteil in sich verdrehte Rippen (21) umfasst, wobei die Rippen (21) gleichmäßig über den Umfang des Bauteils verteilt sind, wobei die Rippen in mindestens zwei Bereichen (22, 23) an- geordnet und die Rippen (21 ) im ersten Bereich (22) zu den Rip pen (21) im zweiten Bereich (23) verdreht sind.
6. Bauteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das die Rippen (21) als Hohlkörper mit einem Hohlraum (24) ausgeführt sind.
7. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (8) für eine Extrusionslinie, wobei das Bauteil (8) rechnerunterstützt konstruiert wird und dar aus rechnerunterstützte Fertigungsdaten erzeugt werden, um das Bauteil (8) auf Basis dieser Daten additiv herzustellen, wobei das so gefertigte Bauteil (8) mindestens eine der folgenden Funktionalitäten erfüllt:
• gleichmäßiges Verteilen der Schmelze über den Umfang
• thermisches Homogenisieren der Schmelze über den Um- fang
• Mechanische Homogenisierung über den Umfang
• Kühlen der Schmelze über den Umfang
8. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (8) für eine Extrusionsli nie nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass über rechner- gestütze Simulationen das Bauteil (8) solange konstruktiv verän dert wird bis der Extrusionsprozess optimiert ist, bevor die rech- nerunterstützen Fertigungsdaten erzeugt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsverhalten der Schmelze und/oder der Homogenisie rungsgrad der Schmelze und/oder die Verweilzeit der Schmelze in Eckbereichen des Bauteils (8) in der Simulation untersucht wer- den.
10. Verfahren nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in sich verdrehte Rippen 21 die Strömung der Schmelze beeinflussen und diese Rippen 21 einen Hohlraum 24 aufweisen der mit einem Kühlmedium durchströmt wird, wobei der Durchfluss in den Zuläufen zu den Hohlräumen 24 der Rip pen 21 durch Mittel beeinflusst werden, wodurch die Intensität der Kühlung innerhalb des gesamten Bauteils 8 unterschiedlich sein kann.
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