Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abreinigung von Extrusionsköpfen bei der Extrusion von thermoplastischen Kunststoffen, die aus einer Extrusionsdüse ausgestoßen (extrudiert) werden.

Problematik :

Bei der Verarbeitung von thermoplastischen Kunststoffen wie Polyolefinen - vorwiegend bei mittel- und hochmolekularen Polyethylentypen wie z. B. HDPE beispielsweise beim Extrusionsblasformen, insbesondere bei kontinuierlicher Extrusion mit kontinuierlichem Schlauchaustritt, aber auch bei diskontinuierlichem Schlauchausstoß (Speicherköpfe, Akkuköpfe) tritt folgender nachteiliger Effekt auf :

Beim Ausstoßen von schmelzflüssigem Kunststoff steht dieser innerhalb der

Extrusionsvorrichtung (z. B. Extrusionskopf) unter hohem Druck. Nach Austritt aus der Extrusionsdüse entspannt sich der Kunststoff auf Atmosphärendruck und quillt dabei auf. Bei diesem Austrittsvorgang scheiden sich im Laufe der Zeit insbesondere bei kontinuierlicher Extrusion gelartige Produkte (Gleitmittel, Additive) aus dem heißen Kunststoffstrang aus und lagern sich als störende Materialanbackungen im Nahbereich der Düsenmündung und zwar - bei Ringdüsen - hauptsächlich innenseitig auf dem Kern, aber auch auf dem außenseitigen Düsenmundstück ab. Bei ringförmigen

Ausstoßdüsen besteht dabei das Problem, dass man diese Ablagerungen zudem auch nicht sehen kann. Die Ablagerungen (Ausscheidungen) stammen von

niedermolekularen Bestandteilen der Polymerschmelze (z. B. kurze Polymerketten, Additive, wachsartige Bestandteile), die sich beim Austritt der Schmelze aufgrund des plötzlichen Druckabfalls und des Abfalls der Wandschubspannungen an den

Austrittskanten des Düsenkanals absetzen.

Die gelartigen Produkte unterliegen ständiger hoher Temperatureinwirkung und verharzen und verkoken in relativ kurzer Zeit. Dabei verspröden diese ständig

wachsenden Ausscheidungen und brechen bzw. bröckeln unkontrolliert ab. Solche Krümel oder Brocken, die mehrere Zentimeter lang sein können, fallen in den

extrudierten Schlauch und führen zu schadhaften Fertigprodukten (z. B. bei der

Fassherstellung können undichte Bodenschweißnähte entstehen, wenn derartige poröse Verkokungspartikel in den Schweißnahtbereich gelangen.

Die Partikel können beispielsweise nur lose auf der Innenwand des erblasenen

Fertigproduktes (z. B. einem Spundfass) anhaften/ankleben und beim Befüllen des Hohlkörpers mit dem eigentlichen Füllgut abbrechen und abfallen und so in dieses Füllgut gelangen und es verunreinigen.

Die Ablagerungen (gelartige Produkte, Anbackungen) haben zunächst eine niedrigviskose Konsistenz. Aufgrund der hohen Temperaturen von Düse und Kern und unter Einfluss

BESTÄTIGUNGSKOPIE von Sauerstoff aus der Umgebungsluft oxidieren die Ablagerungen aber im Laufe der Zeit und die Viskosität nimmt zu bis sich durch Verkokung schließlich erste feste Bereiche ausbilden.

Diese äußeren Ablagerungen an der Austrittsdüse wachsen unkontrollierbar an.

Insbesondere bei der Blasformtechnik, bei der ein schlauchförmiger Vorformling aus einer Ringdüse ausgestoßen wird, kann insbesondere bei kontinuierlichem Schmelzeaustritt der innere Kernbereich der Austrittsdüse nicht eingesehen werden.

Die Ablagerungen werden von Zeit zu Zeit, wenn sie zu stark angewachsen und bröckelig geworden sind, durch die Innenseite des vorbeilaufenden Schmelzesch lauches

mitgerissen und kleben sich auf der Innenoberfläche des zu fertigenden Produktes, z. B. einem Kunststoff-Spundfass an. Dies führt in nachteiliger Weise nach Befüllung des Fasses zu einer Kontamination des Füllgutes.

Bei einem späteren Ablösen von der Innenwand eines Fasskörpers kann dies zu

Verstopfungen oder Beschädigungen von Förderpumpen und zu erheblichen

Beeinträchtigungen von Weiterverarbeitungsprozessen des Füllgutes führen. Wenn sich derartige Verkokungs-Partikel im Bereich der Schweißnaht eines blasgeformten Behälters befinden, kann dies zu einer sehr nachteiligen und unzulässigen Schwächung des Behälters führen (Undichtigkeit).

Weiterhin können derartige Ablagerungen zur Bildung von Längsstreifen und somit zu optischer und/oder technischer Beeinträchtigung des extrudierten und danach

blasgeformten Produktes führen.

Dieses Phänomen wird auch als "die built-up" bezeichnet, bei dem die Anlagerungen von thermisch geschädigten Polymeren am Düsenauslauf zu unerwünschten Oberflächenunregelmäßigkeiten führen. Bei kommerziell erhältlichen Kunststoffen sind es in aller Regel einzelne Additive (wie Stabilisatoren oder Fließhilfen) zur Beeinflussung von Wandgleiteffekten, die zu den anhaftenden Ausscheidungen führen bzw. diese verursachen.

Stand der Technik :

Diese Problematik ist z. B. auch aus dem Bereich der Blasfolienextrusion bekannt.

Hierbei werden Ablagerungen mittels mechanischer Reinigungsvorrichtungen wie

Schaber oder Abziehklingen abgestreift und in den Abfallbereich gefahren, welcher beim Folienblasen jeweils beim Wechsel der Wicklerspindeln entsteht.

Bei dieser bisher üblichen Reinigung der Extrusionswerkzeuge muss allerdings der Extrusionsprozess gestoppt werden, damit die zumeist manuelle mechanische Reinigung des Düsenkerns direkt unterhalb der Austrittskante der Schmelze vorgenommen werden kann.

Durch das Anhalten des Extrusionsprozesses kommt es einerseits zu einem durch den Stillstand bedingten Produktionsausfall; zum anderen muss die Anlage danach in der Regel von einem versierten Verfahrenstechniker wieder angefahren und in einen stabilen Betriebszustand geführt werden.

Aufgabe der Erfindung :

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reinigung des Austrittsbereiches von Extrusionswerkzeugen, insbesondere von Ringdüsen mit Kern, anzugeben, das während des laufenden Betriebes der kontinuierlichen Extrusion ohne Unterbrechung des Produktionsprozess funktioniert. Dabei sollen die Materialablagerung gezielt abgeführt und aus dem Produktionsprozess ausgeschleust werden.

Diese Aufgabe wird verfahrenstechnisch mit den erfindungsgemäßen Merkmalen des Patentanspruches 1 derart gelöst, dass der schlauchförmige Vorformling kurzzeitig umgelenkt und aufgestaucht wird, wobei die außenseitig im Nahbereich des

Austrittsspaltes der Extrusionsdüse anhaftenden Ablagerungen vom schlauchförmigen Vorformling abgewischt und abtransportiert werden. Der Clou der Erfindung besteht darin, dass der schlauchförmige Vorformling während seiner Umlenkung selbst als Reinigungselement verwendet wird.

Auf diese an sich einfache Weise können Anbackungen, die sich im Laufe des

Extrusionsprozesses ausgebildet und im Nahbereich der Austrittsdüse angesetzt haben, während des laufenden Betriebes der kontinuierlichen Extrusion ohne Unterbrechung des Produktionsprozess abgelöst und entfernt werden.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Umlenkung des

schlauchförmigen Vorformlinges zur Abreinigung der Extrusionsdüse in vorgebbaren Zeitabständen durchgeführt wird. In vorteilhafter Weise wird nämlich die Umlenkung des schlauchförmigen Vorformlinges zur Abreinigung der Extrusionsdüse gerade dann durchgeführt, wenn das Schlauchstück aus der Extrusionsdüse ausgestoßen wird, welches nachfolgend als Butzenstück von dem fertig geblasenen Hohlkörper als

Abfallstück abgetrennt wird.

Um die Materialablagerungen gezielt abführen und aus dem Produktionsprozess ausschleusen zu können, werden nach dem Umlenken des schlauchförmigen

Vorformlinges diejenigen Schlauchstücke, an welchen die abgereinigten Anhaftungen festsitzen, aus dem weiteren Produktionsprozess aussortiert.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Umlenken des schlauchförmigen Vorformlinges mittels teilkreisförmiger Druckelemente, die den Vorformling direkt unterhalb der Austrittsdüse von außen um nahezu 360° umschließen und nach innen umlenken. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Abreinigung von Extrusionsköpfen bei der

Extrusion von thermoplastischen Kunststoffen, die aus einer Extrusionsdüse ausgestoßen werden, zeichnet sich zur Lösung der zugrunde liegenden Aufgabenstellung dadurch aus, dass direkt unterhalb der Extrusionsdüse mechanische Eingreifmittel vorgesehen sind, die mit einem entsprechenden Antrieb derart ausgestattet sind, dass die Eingreifmittel in Wirkkontakt mit dem extrudierten schlauchförmigen Vorformling bringbar sind.

Die mechanischen Eing reif mittel können in einfacher Ausführungsform beispielsweise zwei oder mehr Kreissegment-Elemente umfassen, die durch Aktuatoren in

Radialrichtung zugestellt d. h. bewegt werden können und dann in der eingefahrenen Position einen weitestgehend geschlossenen Kreisring bilden. Die Aktuatoren können auf verschiedenste Art betätigt werden und dazu mit einem z. B. elektro-pneumatischen, elektro-hydraulischen oder elektrischen Antrieb versehen sein.

Funktionsweise :

Die zugefahrenen, einen Kreisring bildenden Kreissegment-Elemente stauchen den austretenden Schmelzeschlauch direkt unterhalb der Austrittsdüse radial für eine einstellbare Zeit zusammen. Der gestauchte Schmelzschlauch fließt für die eingestellte Zeitdauer radial nach innen über die Kante des Kernes und reißt so das in diesem

Bereich abgelagerte Material gezielt mit.

Der Zeitpunkt des Einfahrens der Kreissegmente sowie die Haltezeit im eingefahrenen Zustand sind frei wählbar und einstellbar.

Die Reinigungs-Zeiten werden vorzugsweise so eingestellt, dass die ringförmigen

Ablagerungen, welche insgesamt rundum abgelöst werden, sich im Butzenbereich des nachfolgend hergestellten Behälters befinden.

Dabei wird der austretende Schmelzschlauch selbst als Reinigungsmedium eingesetzt. Es kommt zu keiner mechanischen Berührung zwischen den Eingreifmitteln, den

Aktuatoren oder den Kreissegmenten und dem Düsenwerkzeug.

Dadurch erfolgt eine schonende Reinigung des innen liegenden Düsenkernes ohne direkten Eingriff von kratzenden, schabenden oder schneidenden mechanischen

Hilfsmitteln. Durch die besondere Art der Düsenreinigung ist eine Beschädigung der präzise gefertigten Fließkanalgeometrien im Düsenbereich ausgeschlossen.

Die Kreissegment-Elemente bewegen sich berührungsfrei unterhalb der Extrusionsdüse. In zweckmäßiger Weise sind die Eing reif mittel in Höhen- oder/und Tiefenrichtung

(Radialrichtung) verstellbar ausgebildet, um an den austretenden Schlauch angepasst werden zu können.

Bei der Düsenreinigung kommt es durch das kurzzeitige Stauchen des Schlauches gegen den Düsenkern aufgrund des kontinuierlichen Schmelzeaustritts gleichzeitig zu einem Aufschwellen des Schlauches in Umfangrichtung (nach außen) zwischen Düsenaustritts- kante und eingefahrenen Kreissegmenten. Der auch nach außen aufschwellende

Schmelzeschlauch reißt dadurch auch die an der außenseitigen Düsenaustrittskante anhaftenden ringförmigen Ablagerungen mit.

Verfahrenstechnisch ist der Reinigungszyklus (z. B. alle 2 Stunden, alle x-Zyklen) mit Reinigungswiederholungen (1x oder mehrfach hintereinander) frei einstellbar, je nach Ablagerungsneigung des verarbeitenden Rohstoffes und Wachstum der Anbackungen. Kontaminierte Schlauchabschnitte oder kontaminierte Butzenabfälle werden ganz gezielt separiert und ausgeschleust. Dadurch wird eine Verunreinigung des Rohstoffkreislaufs (Regranulat) mit Verkokungsablagerungen enthaltendem Material verhindert. Falls Butzenbereiche für eine vollständige Abreinigung zu kurz sind (z. B. bei zu hoher

Schlauchaustrittsgeschwindigkeit), kann z. B. auch der gesamte nachfolgende Artikel ausgeschleust und entsorgt werden (nur ein Ausschussprodukt ).

Das erfindungsgemäße Verfahren und die dafür konzipierte Vorrichtung sind in

vorteilhafter Weise grundsätzlich für alle Extrusionsblasformmaschinen mit

kontinuierlichem Schmelzeaustritt nachrüstbar. Prinzipiell ist das Verfahren und die entsprechende Vorrichtung natürlich auch an Akkukopfmaschinen mit diskontinuierlichem Schmelzeaustritt einsetzbar und nachrüstbar.

Die Anwendbarkeit des Verfahrens und der besonderen Vorrichtung ist vielseitig und mit den verschiedensten Extrusionskopfausführungen kombinierbar, so z. B. mit fester Düse/Kem-Ausführung (ohne axiale Wanddickeneinstellung), mit konventioneller

Düse/Kem-Ausführung (nur axiale Wanddickensteuerung) oder mit voll einstellbaren Wanddicken des extrudierten schlauchförmigen Vorformlings mit Düse und/oder Kern mit statisch und/oder dynamisch flexibel einstellbaren Durchmessergeometrien (axiale und radiale Wanddickenverstellung = PWDS).

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen schematisch

dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert und beschrieben. Es zeigen :

Figur 1 in Querschnittsdarstellung einen erfindungsgemäßen Extrusionskopf mit

Detailzeichnung in Wirkposition "Auf,

Figur 2 in Querschnittsdarstellung einen erfindungsgemäßen Extrusionskopf mit

Detailzeichnung in Wirkposition "Zu",

Figur 3 in Draufsicht von unten einen erfindungsgemäßen Extrusionskopf mit

zwei Kreissegment-Eingreifmitteln in Wirkposition "Auf,

Figur 4 in Draufsicht von unten einen erfindungsgemäßen Extrusionskopf mit

zwei Kreissegment-Eingreifmitteln in Wirkposition "Zu",

Figur 5 in Draufsicht von unten einen erfindungsgemäßen Extrusionskopf mit vier Kreissegment-Eingreifmitteln in Wirkposition "Auf,

Figur 6 in Draufsicht von unten einen erfindungsgemäßen Extrusionskopf mit

vier Kreissegment-Eingreifmitteln in Wirkposition "Zu",

Figur 7 in Seitenansicht ein blasgeformtes Spundfass mit zwei Butzenstücken

In Figur 1 ist mit der Bezugsziffer 10 ein erfindungsgemäßer Extrusionskopf bezeichnet, bei dem ein schlauchförmiger Vorformling 12 aus erhitztem thermoplastischem Kunststoff aus einer Austrittsdüse 14 ausgestoßen wird. Die Austrittsdüse 14 wird außenseitig von einem Gehäusering 16 und innenseitig durch einen Kern 18 definiert. Der Kern 18 ist axial verstellbar ausgebildet, um die Wandstärke des ausgestoßenen Vorfomniings 12 aus schmelzflüssigem Kunststoff (z. B. HD-PE), während des Extrusionsvorganges je nach Erfordernis des zu erblasenen Hohlkörpers verändern bzw. einstellen zu können.

Im Nahbereich der Austrittsdüse 14 bilden sich im Laufe des Extrusionsprozesses am äußeren Rand des innenseitigen Kernes 18 und auch am inneren Rand des äußeren gehäuseseitigen Außenringes 16 ringförmige Anbackungen 20 aus, die - wenn sie zu groß geworden sind - von Zeit zu Zeit unkontrolliert abfallen und dann in nachteiliger Weise das jeweilige Fertigprodukt unbrauchbar machen.

Um diesen nachteiligen Effekt in den Griff zu bekommen und den Vorgang der

Beseitigung dieser Anbackungen 20 kontrolliert ablaufen zu lassen, sind bei dem erfindungsgemäßen Extrusionskopf 10 zwei oder mehrere Eingriffsmittel 22 vorgesehen, die jeweils von einem Aktuator 23 betätigbar sind.

Die Eingriffsmittel sind als zangenartiges, leistenförmiges Drückwerkzeug ausgebildet, das direkt unterhalb der Austrittsdüse eines Extrusionskopfes derart angeordnet und mit einem Verschiebeantrieb ausgestattet ist, so dass es in den normalen Verlauf des ausgestoßenen Kunststoffschlauches einschwenkbar ist. Das Drückwerkzeug für eine ringförmige Extrusionsdüse besteht aus wenigstens zwei oder mehr zangenartigen, teilkreisförmigen Drückelementen, die den ausgestoßenen Kunststoffschlauch von außen umschließen und im wesentlichren quer zur Ausstoßrichtung des Kunststoffschlauches verschieben können. Die Drückelemente bzw. Eingriffsmittel 22 sind mit Aktuator 23 dicht unterhalb der Austrittsdüse 14 gehäuseseitig am Außenring 16 der Austrittsdüse oder direkt am Gehäuse des Extrusionskopfes 10 befestigt.

In dem vergrößerten Kreisausschnitt ist die am äußeren Rand des innenseitigen Kernes 18 anhaftende ringförmige Anbackungen 20 deutlich erkennbar. Die Eingriffsmittel 22 stehen hier in Position "Auf und der schlauchförmige Vorformling 12 fließt dicht an der ringförmigen Anbackungen 20 vorbei.

Im Vergleich dazu sind in Figur 2 die Eingriffsmittel 22 jeweils über ihren Aktuator 24 in Position "Zu" gestellt und in Wirkeingriff mit dem ausgestoßenen schlauchförmigen Vorformling 12 gebracht. Dabei ist erkennbar, dass der schlauchförmige Vorformling 12 kurzzeitig nach innen umgelenkt wird und die am äußeren Rand des innenseitigen

Kernes 18 anhaftende ringförmige Anbackung 20 abwischt, so dass diese nun innenseitig am schlauchförmige Vorformling 12 anhaftet (anklebt) und abtransportiert wird.

Gleichzeitig wird der schlauchförmige Vorformling 12 oberhalb des Eingriffsmittels 22 aber auch kurzzeitig aufgestaucht und nach außen aufgestaut, so dass dort - am inneren Rand des äußeren gehäuseseitigen Außenringes 16 - ebenfalls anhaftende ringförmige Anbackungen abgedrückt, abgewischt und außenseitig am schlauchförmigen Vorformling 12 angeklebt und abtransportiert werden. Hierbei wird also der schlauchförmige

Vorformling 12 während seiner Umlenkung selbst als Reinigungselement verwendet.

In Figur 3 ist der erfindungsgemäße Extrusionskopf 10 in Draufsicht von unten dargestellt, wobei die beiden Eingriffsmittel 22 mit ihrem jeweiligen Aktuator 24 in Position "Auf erkennbar sind. Die beiden Eingriffsmittel 22 bestehen in dieser Ausführungsvariante aus jeweils zwei beweglich aufgehängten 90° Kreissegment-Elementen 26, die noch von dem schlauchförmigen Vorformling 12 deutlich beabstandet sind.

Dagegen sind in Figur 4 die Eingriffsmittel 22 wieder jeweils mittels Aktuator 24 in

Position "Zu" gefahren und die vier Kreissegment-Elementen 26 in Wirkeingriff mit dem ausgestoßenen schlauchförmigen Vorformling 12 gebracht. Der schlauchförmige

Vorformling 12 ist dadurch nach innen umgelenkt und auf die ringförmige Anbackung 20 gedrückt, so dass diese nun innenseitig am schlauchförmige Vorformling 12 anhaften bzw. angeklebt sind und nachfolgend kontrolliert abtransportiert werden.

Eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Extrusionskopfes 10 ist - ebenfalls in Draufsicht von unten - in Figur 5 dargestellt, wobei die beiden Eingriffsmittel 22 mit ihren jeweiligen Aktuatoren 24 in Position "Auf außer Funktion gestellt sind.

Hierbei ist jedes der vier 90° Kreissegment-Elemente 26 mit einem eigenen Aktuator 24 ausgestattet. In Figur 6 sind die die Eingriffsmittel 22 wieder in Position "Zu" gefahren und die vier Kreissegment-Elemente 26 stehen in Wirkeingriff mit dem Vorformling 12. dabei wird der schlauchförmige Vorfomling von außen vollständig umschossen, wobei die vier 90° Kreissegment-Elemente 26 in der eingefahrenen Position einen

weitestgehend geschlossenen Kreisring bilden. Erfindungsgemäß wird dabei der ausgestoßene Kunststoffschlauch als "Putzmittel" verwendet. Dabei wird der Schlauch während des Ausstoßvorganges kurzzeitig mittels entsprechender Eingriffsmittel bzw. Eingreifvorrichtung seitlich gedrückt und verschoben, so dass die Anbackungen

"abgewischt" werden und an dem Kunststoffschlauch "ankleben". Die Aktuatoren 24 können wahlweise mit einem elektropneumatischen, elektro-hydraulischen oder elektrischen Antrieb versehen sein. Die Eingreifmittel sind zweckmäßigerweise in Höhen- oder/und Tiefenrichtung (=

Radialrichtung) verstellbar ausgebildet, um an die besonderen Gegebenheiten des austretenden Schlauch und die beabsichtigte Umlenkung mit entsprechender

Aufstauchung angepasst werden zu können.

In Figur 7 ist als Beispiel für ein blasgeformtes Produkt ein Kunststoff-Spundfass 28 dargestellt, das soeben aus der Blasform entnommen wurde, wobei an dem oberen und unteren Fassrand noch die abgequetschten Abfallstücke, die sogenannten Butzenstücke 30 hängen.

Gemäß der erfindungsgemäßen Verfahrensweise sind die Anbackungen 20 von der Austrittsdüse genau in diese Bereiche der Abfallstücke gefahren worden, so dass in der Regel kein Produktausfall durch diese eingebundenen Verkokungsrückstände entsteht

Mit dieser Erfindung wird die technische Lehre vermittelt, wie Verfahrens- und

vorrichtungsmäßig auf vergleichsweise einfache und kostengünstige Weise mit geringem konstruktiven Mittelaufwand der Austrittsbereich von Extrusionswerkzeugen während des laufenden Betriebes der kontinuierlichen Extrusion ohne Unterbrechung des

Produktionsprozess automatisch gereinigt werden kann. Dabei werden die

produktverunreinigenden Materialablagerung gezielt abgeführt und kontrolliert aus dem Produktionsprozess ausgeschleust.

Bezuqsziffernliste

Extrusionskopf

schlauchförmiger Vorformling

Austrittsdüse

Gehäusering 16

Kern

Anbackungen

Eingriffsmittel

Aktuator

Kreissegment-Elemente

Kunststoff-Spundfass

Butzenstücke