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Die Erfindung betrifft ein Extrusionswerkzeug für mit einem Hohlraum versehene Bauteile sowie ein Verfahren zum Herstellen derartiger mit einem Hohlraum versehener Bauteile, wie sie im Oberbegriff der Ansprüche 1 und 42 beschrieben sind.
Es sind bereits unterschiedliche Extrusionswerkzeuge für mit einem Hohlraum versehene Bauteile, insbesondere aus Kunststoff, bekannt, bei welchen dem Düsenspalt unterschiedliche Kühlvorrichtungen für den Bauteil nachgeordnet sind. Üblicherweise sind dabei-gemäss DE 20 28 538 C2 - dem Düsenspalt gekühlte Kalibriervorrichtungen zum Festlegen und Einfrieren des Bauteils im Bereich seiner Aussenflächen bzw. seiner vorstehenden Teile nachgeordnet. Die Wärmeabfuhr aus den Bauteilen erfolgt durch Kühlung der Kalibriervorrichtungen mittels gekühltem Wasser, Luft oder speziellen Kühlmitteln für Verdampferkühlanlagen bzw. Öl.
Vielfach werden zur Erzielung einer entsprechenden Masshaltigkeit der Bauteile in den Kalibriervorrichtungen Öffnungen vorgesehen, um ein Anliegen der Wandelemente der Bauteile an den Richtflächen der Kalibriervorrichtungen über eine Evakuierung der Öffnungen sicherzustellen. Um eine verstärkte Wärmeabfuhr, insbesondere bei hohlprofilartigen Bauteilen, wie Rohren, Fensterprofilen, Formrohren und dgl., zu erzielen, ist es auch bereits vorgesehen, aus dem Inneren des Hohlraums des Bauteils Wärme abzuführen.
Dieses Abführen der Wärme kann nun-gemäss DE 20 28 538 C2, AT 387 355 B, DE 24 55 779 AI, DE 32 41 005 C2 und DE 25 06 517 C3 - dadurch erfolgen, dass nach dem Austritt des Bauteils aus dem Düsenspalt in den innenliegenden Hohlraum Kühlwasser eingespritzt wird, um eine ausreichende Abkühlung des Bauteils und eine entsprechend hohe Wärmeabfuhr sicherzustellen. Nachteilig ist bei diesem Verfahren, dass der Wirkungsgrad der Kühlung schlecht ist und meist ein exaktes Kalibrieren durch die Kühlvorrichtung verhindert wird.
Weiters wurde, um die Menge der Wärmeabfuhr zu erhöhen, gemäss EP 0 047 378 A2 und DE 33 15 202 C2, auch bereits vorgeschlagen, in den Hohlraum des Bauteils flüssigen Stickstoff mit sehr niederen Temperaturen einzubringen, der dann verdampft und damit den umgebenden Teilbereichen des Bauteils Wärme entzieht. Derartige Verfahren sind aber sehr kostenintensiv, da die Kosten für solche Gase wie Stickstoff und für deren Verflüssigung sehr hoch sind. Dazu kommt, dass es im Inneren der Bauteile beim
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Einsatz verflüssigter Gase zu sehr starken Temperaturunterschieden kommt, die die Qualität der hergestellten Bauteile nachteilig beeinflussen.
Der vorliegenden Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, ein Extrusionswerkzeug für Bauteile mit Hohlräumen und ein Verfahren zum Herstellen solcher Bauteile zu schaffen, mit welchem ein rascheres Kühlen bzw. Einfrieren der Molekularstruktur der herzustellenden Bauteile nach dem Austreten aus dem Düsenspalt und damit eine bessere Masshaltigkeit der Bauteile erzielt und die Produktionsgeschwindigkeit für derartige Bauteile erhöht werden kann.
Diese Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmalskombination im Kennzeichenteil des Anspruches 1 gelöst. Die Vorteile dieser überraschend einfach erscheinenden Lösung liegen nunmehr darin, dass durch die Umwälzung eines weiteren Kühlmittels im Hohlraum des Bauteils in Verbindung mit dem Wärmetauscher über das Kühlmedium, mit welchem der Wärmetauscher gekühlt wird, eine wesentlich höhere Wärmemenge abgeführt werden kann, als dies bei den bekannten Extrusionswerkzeugen bisher der Fall war. Vor allem ist es durch diese Umwälzung eines weiteren Kühlmittels im Hohlraum des Bauteils nunmehr möglich, einen intensiveren Wärmeübergang zwischen dem Kühlmittel und einer wesentlich grösseren Fläche der inneren Oberfläche des Hohlraums zu erreichen, die eine wesentlich intensivere und bessere Kühlung des Bauteils von Innen her ermöglicht.
Durch diesen direkten Kontakt mit dem Kühlmittel aufgrund der Umwälzung muss aber der Wärmetauscher an der inneren Oberfläche des Hohlraums nicht anliegen, und es wird dadurch dessen Anordnung auch über grössere Längen in Extrusionsrichtung möglich. Dies wiederum schafft die Voraussetzung grö- ssere Wärmemengen aus dem Inneren des Hohlraums abzuziehen, ohne dass eine grosse Menge an Kühlmittel durch den Hohlraum hindurch in das in Extrusionsrichtung befindliche Ende des Bauteils verbracht werden muss. Dadurch kann vor allem vermieden werden, dass das aus dem vom Extrusionswerkzeug abgewendeten Stirnende des Bauteils austretende Kühlmittel die weiteren Arbeitsvorgänge, wie beispielsweise das Ablängen des Bauteils und dgl., behindert bzw. erschwert.
Darüber hinaus schafft diese erfindungsgemässe Lösung nun erstmals die Möglichkeit, eine hohe Wärmemenge nur unter Verwendung von Luft als zusätzlichem Kühlmittel abzuführen, so dass eine Beeinträchtigung durch aus dem Inneren des Bauteils austretende Flüssigkeiten zur Gänze vermieden werden kann.
Vorteilhaft ist auch eine Ausgestaltung des Extrusionswerkzeuges nach Anspruch 2, da dadurch die Temperatur des Wärmetauschers rasch an unterschiedliche Bedingungen
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angepasst werden kann.
Vorteilhaft ist weiters eine Ausführung nach Anspruch 3, da aufgrund der geringeren Querschnittsabmessungen des Wärmetauschers auch beim Anfahren der Bauteile, also bei Inbetriebnahme einer Extrusionslinie das Festfahren des Bauteils verhindert wird und die Oberflächen im Bereich des inneren Hohlraumes durch den Wärmetauscher nicht beschädigt werden. Ausserdem ermöglicht diese Ausbildung des Wärmetauschers als Hohlprofilkörper eine bessere Zirkulation und Umwälzung des weiteren Kühlmittels im Hohlraum des Bauteils.
Eine andere Ausführungsvariante beschreibt Anspruch 4, wodurch sowohl die Innenals auch die Aussenfläche des Hohlprofilkörpers des Wärmetauschers zum Wärmeübergang zwischen dem Kühlmittel und dem Wärmetauscher genutzt werden kann, um gleichzeitig auch die Strahlungskälte des Wärmetauschers zu nutzen.
Vorteilhaft ist auch die Weiterbildung nach Anspruch 5, da dadurch hohe Wärmemengen aus dem Inneren des Hohlraums des Bauteils über das Kühlmedium abgeführt werden können, da entsprechend grosse Verdampferflächen ausserhalb des Extrusionswerkzeuges zur Abfuhr der Wärme aus dem Kühlmedium angeordnet werden können.
Von Vorteil ist aber auch eine Ausgestaltung nach Anspruch 6, da dadurch auch mit Wasser oder Luft nicht mischbare Kühlmedien, die eine hohe Wärmeaufnahmefähigkeit haben, zum Kühlen des Wärmetauschers eingesetzt werden können.
Besondere Vorteile ermöglicht auch die Weiterbildung nach Anspruch 7, da dadurch eine zur optimalen Wärmeaufnahme vorbereitete Menge an Kühlmittel in den Hohlraum des Bauteils zum Umwälzen eingebracht werden kann und zu der Wärmemenge, die durch das Umwälzen des Kühlmittels über den Wärmetauscher abgeführt werden kann, auch eine entsprechende Wärmemenge durch dieses zusätzlich zugeführte Kühlmittel aufgenommen werden kann. Darüber hinaus ist es dadurch auch möglich, diese über das weitere Kühlmittel zusätzlich aufgenommene Wärmemenge durch Abfuhr des Kühlmittels in Richtung der Extrusionsrichtung aus dem Bauteil abzuführen.
Durch die weitere Ausgestaltung nach Anspruch 8 wird ermöglicht, dass im Bereich des Wärmetauschers eine ausreichende Umwälzung des weiteren Kühlmittels erzielt wird, so dass ein inniger Wärmeübergang zwischen dem durch die innere Oberfläche des Hohlraums erhitzten Kühlmittel und dem Kühlmittel im Wärmetauscher erzielt
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wird.
Vorteilhaft ist aber auch eine Ausführung nach Anspruch 9, da dadurch ohne Beeinträchtigung der Arbeiten an dem vom Düsenspalt abgewendeten Stirnende des Bauteils ein Anteil der im Hohlraum aufgenommenen Wärmeenergie über die durch diesen Hohlraum in Extrusionsrichtung durchgeführte Luftmenge abgeführt werden kann, wobei ein Teil der Wärme zuerst durch die Umwälzung der Luft im Bereich des Wärmetauschers vom Bauteil auf den Wärmetauscher übertragen werden kann und in der ein gewisser Restwärmeteil über den Hohlraum des Profils ausgetragen werden kann.
Eine andere, vorteilhafte Ausführungsvariante beschreibt Anspruch 10, da diese Ausbildung die Verwendung des weiteren Kühlmittels als Antriebsenergie für die Umwälzvorrichtung ermöglicht. Dadurch kann ohne spezielle Zufuhr von Antriebsenergie und ohne grossen mechanischen Aufwand für Antriebsmotore, Getriebe und dgl. auch in äu- sserst beengten Raumverhältnissen, d. h. in Hohlräumen mit geringen Querschnitten, eine entsprechende Kühlung der inneren Oberfläche bzw. des Bauteils von Innen her erstmals ermöglicht werden.
Durch die Weiterbildung nach Anspruch 11 wird eine einfache Regelung der Umwälzung des weiteren Kühlmittels im Inneren des Hohlraums und die Abfuhr einer vorbestimmbaren Gasmenge in Extrusionsrichtung aus dem Hohlraum des Bauteils hinaus zur Wärmeabfuhr durch die Wahl eines entsprechenden Überdruckes für das in den Hohlraum eingebrachte Kühlmittel erzielt.
Es ist aber auch eine Ausgestaltung der Umwälzvorrichtung nach Anspruch 12 möglich, wobei in einfacher Weise auch die Fördermengen und die umgewälzten Kühlmittelmengen im Inneren des Hohlraums gesteuert werden können.
Durch die Ausgestaltung nach Anspruch 13 ist es auch möglich, derartige Gebläse bzw. einen Ventilator durch das in dem Inneren des Hohlraums ohnehin zugeführte Kühlmittel bzw. Kühlmedium anzutreiben.
Durch die Weiterbildung nach Anspruch 14 wird erreicht, dass bei einwandfreier Umwälzung des weiteren Kühlmittels im Hohlraum des Bauteils das Ausbringen eines gewissen Anteils des Kühlmittels in Längsrichtung des Bauteils nicht behindert wird.
Zweckmässig ist dabei die Anordnung der Ausströmöffnung gemäss Anspruch 15, da da-
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durch das Ausströmen eines gewissen Anteils des weiteren Kühlmittels in Extrusionsrichtung durch den Hohlraum und durch die vom Düsenspalt abgewendete, geöffnete Stirnseite ins Freie einfach realisiert werden kann.
Zweckmässig kann aber auch eine Ausbildung gemäss Anspruch 16 erfolgen, da durch die radiale Verwirbelung der Luft, diese in Art eines Zyklons in schraubenlinienförmigen Bewegungen entlang der inneren Oberfläche des Hohlraums vorbeibewegt wird.
Vorteilhaft ist aber auch eine Weiterbildung nach Anspruch 17, da dadurch die Strömungsgeschwindigkeit im Innenraum des Hohlkörperprofils des Wärmetauschers relativ gut geregelt werden kann und ausserdem eine exakt definierte Umwälzung des Kühlmittels im Hohlraum des Bauteils erzielt wird.
Zusätzliche Vorteile bringt aber auch die Weiterbildung nach Anspruch 18, da es bei dieser Ausführungsvariante nunmehr erstmals auch möglich ist, im Hohlraum eines Bauteils eine Kalibrierung vorzunehmen, die eine wesentlich bessere Masshaltigkeit des Bauteils nicht nur im Bereich der Aussenoberflächen, sondern auch unter Bezug auf den Querschnitt des Hohlraums ermöglicht. Damit kann aber eine exaktere Anpassung an Einlageteile sowie das spielfreie Einsetzen derselben erreicht bzw. eine in Längsrichtung der Bauteile erfolgende Kupplung durch einzusetzende Zwischenstücke einfach realisiert werden.
Eine hohe Masshaltigkeit der Abmessungen des Hohlraums im Bauteil wird durch die Ausbildung nach Anspruch 19 erreicht. Durch die Verwendung eines Vakuums können die inneren Oberflächen des Hohlraums satt an das Kaliber angelegt werden, so dass der Hohlraum die entsprechenden Abmessungen des Kalibers genau übernimmt.
Eine vorteilhafte Ausführungsvariante beschreibt Anspruch 20, wodurch auch ein relativ hohes Vakuum durch Anordnung des Vakuumerzeugers ausserhalb der Extrusionsform zur Beaufschlagung der im Hohlraum angeordneten Kalibriervorrichtung erzielt werden kann.
Vorteilhaft ist aber auch eine Ausgestaltung nach Anspruch 21, da dadurch über das zum Herstellen des Vakuums abgesaugte Gas bzw. die Luft oder die Flüssigkeit Wärmeenergie von der inneren Oberfläche des Hohlraums des Bauteils zusätzlich abgeführt werden kann.
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Eine exaktere Regelung des Vakuums ist jedoch dann möglich, wenn zusätzlich zu der die Umwälzvorrichtung bildenden Venturiedüsenanordnung eine eigene Venturievorrichtung für die Erzeugung des Vakuums im Bereich der Kalibriervorrichtung eingesetzt wird, wie dies im Anspruch 22 unter Schutz gestellt ist.
Eine satte Anlage der Bauteile an die im Hohlraum des Bauteils angeordnete Kalibriervorrichtung kann durch die Weiterbildung nach Anspruch 23 erreicht werden.
Eine zusätzliche Kühlung im Bereich der inneren Oberfläche des Hohlraums des Bauteils wird durch die Ausgestaltung nach Anspruch 24 möglich, da das Kühlmedium beim Durchströmen zum Wärmetauscher eine Kühlung der Kalibriervorrichtung vornehmen kann, wobei durch den Oberflächenkontakt zwischen der inneren Oberfläche des Hohlraums und der Kalibriervorrichtung ein guter Wärmeübergang und damit eine rasche Ableitung von Wärmeenergie aus diesen Oberflächenbereichen möglich wird.
Ein einfacher und platzsparender Aufbau wird durch die Weiterbildung nach Anspruch 25 ermöglicht, so dass damit die Anordnung von erfindungsgemäss ausgebildeten Innenkühlvorrichtungen auch in Hohlräumen mit sehr engen Querschnitten möglich wird.
Durch die Ausführungsvariante nach Anspruch 26 kann mit geringen Querschnitten für die Versorgungsleitungen für das Kühlmedium das Auslangen gefunden werden und trotzdem eine hohe Wärmemenge in der Zeiteinheit aus dem Hohlraum des Bauteils abtransportiert werden.
Eine Lösung mit geringem Aufwand für den Wärmetauscher beschreibt Anspruch 27, da für die Funktion der Kälteelemente nur elektrische Energie in den Hohlraum des Bauteils einzuführen ist, um das mit der Umwälzvorrichtung bewegte Kühlmittel stärker zu kühlen. Dies erfolgt derart, dass das z. B. teilweise von aussen zugeführte Kühlmittel im Hohlraum noch zusätzlich abgekühlt wird. Die dabei anfallende Abwärme des Peltier-Elementes wird über das Kühlmedium aus dem Hohlraum abgeführt. Durch diese Art der Innenkühlung ist die erfindungsgemässe Vorrichtung auch bei Hohlräumen mit kleinen Querschnitten, die jedoch von ihrer Masshaltigkeit für die Funktion der Bauteile bedeutend sind, einsetzbar.
Zur Erhöhung der Kälteleistung ist auch eine Ausgestaltung nach Anspruch 28 möglich.
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Die Ausbildung nach Anspruch 29 ermöglicht zumindest eine Innenkühlung des Bauteils über jenen Bereich, in welchem üblicherweise durch Aussenkaliber eine sehr intensive und starke Kühlung der äusseren Oberflächen der Bauteile erfolgt. Durch die gleichzeitige Kühlung auch im Hohlraum kann während dieses Kühlvorgangs der Aufbau von inneren Spannungen bzw. ein Verzug des Bauteils von Haus aus vermieden werden.
Die Ausbildungsvariante nach Anspruch 30 ermöglicht dagegen, dass praktisch über die gesamte Länge der Aussenkühlung auch eine entsprechende abgestufte Kühlung auf der Innenseite des Bauteils, also von der inneren Oberfläche des Hohlraums her erfolgen kann. Dadurch wird ein gleichmässiges Erstarren und Einfrieren der einzelnen Moleküle der verschiedenen Materialien, insbesondere Kunststoffe erreicht, so dass das Aufbauen von inneren Spannungen bzw. die Gefahr von Härte, Rissen oder dgl. in vorteilhafter Weise vermieden wird.
Bei der Ausführungsform nach Anspruch 31 ist von Vorteil, dass Beschädigungen der inneren Oberfläche des Hohlraums durch Bewegungen des Wärmetauschers vermieden sind, da durch das Abströmen des im Hohlraum umgewälzten Kühlmittels und den dadurch entstehenden Rückdruck der Wärmetauscher immer in Anlage an einer Fläche des Hohlraums gehalten wird, an dem dann durch die Berührung zwischen Wärmetauscher und Oberfläche ein intensiver Wärmeübergang erfolgen kann.
Vorteilhaft ist auch eine Weiterbildung nach Anspruch 32, da dadurch zusätzlich zu der Umwälzung des Kühlmittels im Inneren des Hohlraums auch ein vorbestimmbarer Anteil an erhitztem Kühlmittel in Längsrichtung durch den Hohlraum nach aussen abgeführt werden kann.
Eine höhere Wärmeaufnahme des Kühlmittels kann durch die Merkmale nach Anspruch 33 erreicht werden.
Die Ausbildung nach Anspruch 34 ermöglicht eine erhebliche Erhöhung der aufnehmbaren Wärmemenge ohne grossen vorrichtungstechnischen Aufwand.
Spannungsfreie Bauteile können vor allem auch durch die Ausgestaltung nach Anspruch 35 erreicht werden, da bei mehreren Hohlräumen in einem Bauteil durch die gleichmässige Kühlung ein spannungsfreier und verzugsfreier Bauteil erreicht werden
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kann.
Vorteilhaft ist aber auch eine Weiterbildung nach Anspruch 36, da dadurch eine exakte Überwachung des Kühl- bzw. Einfriervorganges und somit ein spannungsfreies Abkühlen der Bauteile erzielt werden kann.
Weiters ist es auch vorteilhaft, eine Ausbildung nach Anspruch 37 vorzusehen, da dadurch Veränderungen im Fertigungsprozess des Bauteils frühzeitig erkannt und Schadstellen im Bauteil durch rechtzeitiges Gegensteuern der Verfahrensbarometer verhindert werden können.
Besonders vorteilhaft ist aber auch eine Ausbildung nach Anspruch 38, da dadurch der Kühlvorgang über einen grösseren Längsbereich des Bauteils überwacht werden kann.
Durch die weitere Ausgestaltung nach Anspruch 39 kann eine vollautomatische Steuerung der Wandstärken bzw. der Querschnitte und der Abmessungen der Bauteile einfach erreicht werden.
Dabei kann sich auch eine Ausgestaltung nach Anspruch 40 von Vorteil erweisen.
Dabei hat eine Weiterbildung nach Anspruch 41 den Vorteil, dass für Wartungsarbeiten bzw. beim Anfahren des Bauteils die Innenkühlvorrichtung relativ rasch entfernt werden kann, wodurch Beschädigungen derselben bzw. eine Erschwernis der Arbeiten beim Anfahren des Bauteils verhindert werden können.
Die Erfindung umfasst weiters auch ein Verfahren, wie es im Kennzeichenteil des Anspruches 42 gekennzeichnet ist. Durch diese Vorgangsweise, dass ein Kältemittel zwischen den Schmelzeeinzel- bzw. den Schmelzeteilsträngen hindurch in den Hohlraum eingeführt wird, ist es möglich, den Innenraum eines hohlprofilartigen Bauteils über den gesamten Querschnitt, d. h. über die gesamte innere Oberfläche zu kühlen und dadurch eine gleichmässige Wärmeabfuhr von ausserhalb und von innerhalb des Bauteils vorzunehmen. Dies ermöglicht die Herstellung von verwindungs-bzw. spannungsfreien Bauteilen, insbesondere Hohlprofilen.
Dadurch, dass das Kühlmittel im Inneren des Hohlraums umgewälzt wird, kann der Wirkungsgrad bei der Abkühlung der inneren Oberfläche des Hohlraums erheblich verstärkt werden, ohne dass eine erhöhte Menge an Kühlmedium im Inneren des Hohlraums umgewälzt werden muss. Weiters ist durch die Umwälzung des Kühlmittels und dem dadurch erzielten erheblich höheren Kühlef-
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fekt ein direkter Kontakt zwischen der inneren Oberfläche und dem Wärmetauscher für das Kühlmedium nicht erforderlich, wodurch das Einbringen und vor allem der Betrieb des Extrusionswerkzeuges mit einer derartigen innenliegenden Kühlvorrichtung erheblich erleichtert wird.
Weitere Vorteile des erfindungsgemässen Verfahrens ergeben sich aus den Ansprüchen 43 und 44.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese im nachfolgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen : Fig. 1 eine Anlage zum Herstellen von insbesondere aus Kunststoffen bestehen- den, hohlprofilartigen Bauteilen, insbesondere Rohren, Formrohren,
Hohlprofilen, in Seitenansicht und vereinfachter, schematischer Darstel- lung ; Fig. 2 das Extrusionswerkzeug zum Herstellen eines Formteils, in Seitenan- sicht, geschnitten, gemäss den Linien II-II in Fig. 3 und ebenfalls in ver- einfachter, schematischer Darstellung ; Fig. 3 das Extrusionswerkzeug nach Fig. 2 in Stirnansicht, geschnitten, gemäss den Linien III-III in Fig. 2 ; Fig. 4 einen Teil des Extrusionswerkzeuges und einen Teil des an den Düsen- spalt anschliessenden Bauteils, in welchem eine Innenkühlvorrichtung an- geordnet ist, in Draufsicht, geschnitten, gemäss den Linien IV-IV in Fig. 5 und vereinfachter, schematischer Darstellung ;
Fig. 5 einen Teil des erfindungsgemäss ausgebildeten Extrusionswerkzeuges im
Bereich der Kalibriervorrichtung in Stirnansicht, geschnitten ; Fig. 6 einen Teil des erfindungsgemäss ausgebildeten Extrusionswerkzeuges im
Bereich der Innenkühlvorrichtung in Stirnansicht, geschnitten ; Fig. 7 das Extrusionswerkzeug im Bereich der Umwälzvorrichtung für das wei-
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tere Kühlmittel in Seitenansicht, geschnitten und vergrössertem Massstab und vereinfachter, schematischer Darstellung ; Fig. 8 die Umwälzvorrichtung in Stirnansicht, geschnitten, gemäss den Linien
VIII-VIII in Fig. 7 ; Fig. 9 ein Profil mit einem Teil einer darin angeordneten anderen Ausführungs- form einer erfindungsgemässen Umwälzvorrichtung in Steitenansicht, ge- schnitten und vereinfachter schematischer Darstellung ;
Fig. 10 eine Verbindungsvorrichtung für die Innenkühlvorrichtung nach der Er- findung in Seitenansicht, geschnitten und stark vereinfachter schemati- scher Darstellung ; Fig. 11 eine Ausführungsvariante eines Extrusionswerkzeuges mit einer Mehr- zahl von in Extrusionsrichtung hintereinander angeordneten Innenkühlvor- richtungen in Seitenansicht und schematischer Darstellung ; Fig. 12 einen Teil der Innenkühlvorrichtung nach Fig. 4 mit im Bereich des
Wärmetauschers angeordneten zusätzlichen Kühlelementen.
In Fig. l ist eine Anlage l zum Herstellen eines Bauteiles 2, z. B. eines Rohres oder einem Hohlprofil bevorzugt aus Kunststoff gezeigt. Diese Anlage 1 umfasst einen Extruder 3, ein Extrusionswerkzeug 4 zum Extrudieren sowie dem Extrusionswerkzeug 4, in Extrusionsrichtung - Pfeil 5 - nachgeordnete Kalibriervorrichtungen 6, 7 und eine Kühlvorrichtung 8. Dieser Kühlvorrichtung 8 ist üblicherweise eine Abzugvorrichtung sowie eine Trenneinrichtung zum Herstellen von Bauteilabschnitten gleicher Grösse von dem endlos extrudierten Bauteil oder dem Profil nachgeordnet. Anstelle von Rohren und Profilen können auch hohlprofilartige Bauteile 2 mit unterschiedlichen Querschnittsformen, wie z. B. Fenster-oder Türprofile, hergestellt werden.
In Fig. 2 und 3 ist das Extrusionswerkzeug 4 in grösserem Massstab und geschnitten dargestellt. Ein von einer Schnecke 9 eines bevorzugt als Doppelschneckenextruder ausgebildeten Extruders 3 ausgestossener Schmelzestrang 10 wird in einem Verteilstück 11 des Extrusionswerkzeuges 4 auf zwei Schmelzeteilstränge 12 und 13 aufgeteilt. Der an den Ausgang des Extruders 3 anschliessende Einlasskanal 14 teilt sich in zwei zur
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Extrusionsrichtung, gemäss Pfeil 5, divergierende Fliesskanäle 15,16 auf, die einen im wesentlichen kreisförmigen oder ovalen Querschnitt aufweisen und in welchen Verteilkanäle 17 bzw. 18 angeordnet sind, in welchem die Schmelzeteilstränge 12 bzw. 13 in mehrere Schmelzeeinzelstränge 19 und danach in eine zusammenhängende, einen Kern umhüllende Schmelzebahn 20 umgewandelt werden.
Die Fliesskanäle 15 und 16 münden in einem Düsenspalt 21 einer Düsenlippe 22 einer Düsenanordnung 23.
Das aus der Düsenanordnung 23 austretende Extrudat bzw. ein den Bauteil 2 bildendes Fensterprofil 24 kann in den der Düsenanordnung 23 nachgeordneten Kalibriervorrichtungen 6, 7, von welchen die Kalibriervorrichtung 6 den Aussenflächen des Fensterprofils 24 und die Kalibriervorrichtung 7 zumindest den Innenflächen in einem Hohlraum des Fensterprofils 24 zugeordnet sind, auf seine endgültigen Abmessungen verformt und in der daran anschliessenden Kühlvorrichtung 8 abgekühlt werden.
Während nun die Kalibriervorrichtungen 6 einer äusseren Oberfläche 25 zugeordnet sind, ist die Kalibriervorrichtung 7 im Inneren des Bauteils 2, also in einem Hohlraum 26 des hohlprofilartig ausgebildeten beispielsweise den Bauteil 2 bildenden Fensterprofils 24 angeordnet. An diese Kalibriervorrichtung 7 schliesst im Hohlraum 26, des Bauteils 2 in Extrusionsrichtung - Pfeil 5 - eine Innenkühlvorrichtung 27 an, von der in Fig. 2 ein Wärmetauscher 28 zu ersehen ist. Dieser Wärmetauscher ist über Versorgungsleitungen 29,30 mit einem ausserhalb des Bauteils 2 bzw. ausserhalb des Extrusionswerkzeuges 4 angeordneten Kühlaggregat 31 verbunden. Die Versorgungsleitung 30 ist dazu mit einem Auslass einer Pumpe 32 an einen verbundenen Zulauf 33 angeschlossen, während die Versorgungsleitung 29 an einen an einem Tank 34 befindlichen Rücklauf 35 angeschlossen ist.
Im Tank 34 ist ein Kühlmedium 36 enthalten, welches mit der Pumpe 32 immer wieder über die Versorgungsleitung 30 dem Wärmetauscher 28 zugeführt und das im Wärmetauscher erhitzte Kühlmedium über die Versorgungsleitung 29 wieder dem Tank 34 zugeführt wird.
Der Tank 34 ist über Leitungen 37 mit einem Kühler 38 des Kühlaggregates 31 verbunden, in dem das Kühlmedium 36, bevorzugt Wasser 39, durch Luft oder Wasserumlaufkühlung, wie schematisch durch einen Pfeil 40 angedeutet, auf die gewünschte Zulauftemperatur für den Wärmetauscher 28 abgekühlt wird. Der Kühler 38 kann beliebig entsprechend den aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungsformen ausgebildet sein und zur Kühlung des Kühlmediums 36 einen geschlossenen Kühlkreislauf mit
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einem Kältemittel oder einem Durchlaufwasserkühler oder Durchlaufluftkühler oder dgl. aufweisen. Bevorzugt ist das Wasser 39 um eine entsprechend hohe Wärmemenge aufzunehmen auf Temperaturen unter 0 Grad C abgekühlt, wozu es zweckmässig ist, wenn das Wasser 39 mit einem Frostschutzmittel 41 vermischt ist.
Die Pumpe 32 zum Umwälzen des Kühlmediums in den Versorgungsleitungen 29,30 und dem Wärmetauscher 28 kann durch eine Kreiselpumpe oder jede beliebige andere Pumpe gebildet sein. Bevorzugt wird die Pumpe 32 als Kolbenpumpe ausgebildet, da es mit dieser Pumpenart möglich ist, relativ hohe Flüssigkeitsmengen unter sehr hohen Drücken in die Versorgungsleitung 30 einzuspeisen, so dass eine grosse Menge an Kühlmedium über kleine Querschnitte der Versorgungsleitungen 29,30 dem Wärmetauscher 28 zugeführt werden kann. Im Falle der Verwendung von Kolbenpumpen ist es unter anderem dann auch möglich, in den Versorgungsleitungen 29,30 mit Drücken von 100 bar und mehr zu arbeiten, wogegen bei Verwendung von Kreiselpumpen üblicherweise Drücke zwischen 10 und 50 bar verwendet werden.
Wie aus der Darstellung ersichtlich, werden die Versorgungsleitungen 29,30 nach ihrem Eintritt in das Extrusionswerkzeug 4 an Verteilkanälen 17,18 vorbei und durch einen Kern 42 des Extrusionswerkzeuges 4 hindurch in den Hohlraum 26 des Bauteils 2 geführt. Dort durchlaufen sie dann gegebenenfalls unter gleichzeitiger Kühlung die Kalibriervorrichtung 7, die ebenfalls im Hohlraum 26 des Bauteils 2 angeordnet ist und münden in den Wärmetauscher 28.
Um eine intensive Abkühlung einer inneren Oberfläche 43 des Bauteils 2 zu ermöglichen und möglichst viel Wärme in das Kühlmedium 36 abzuführen, ist im Bereich des Wärmetauschers 28 eine Umwälzvorrichtung 44 vorgesehen, deren Wirkung anhand der nachfolgenden Figuren noch besser erläutert werden wird.
Grundsätzlich wird aber mit dieser Umwälzvorrichtung 44 beispielsweise die im Hohlraum 26 vorhandene Luft 45 als Kühlmittel 46 verwendet und entsprechend den gewellten Pfeilen 47 im Hohlraum umgewälzt bzw. ein Teil der während der Umwälzung erwärmten Luft 45, gemäss den schematischen gewellten Pfeilen 48, in Extrusionsrichtung - Pfeil 5 - zu dem offenen Ende des Hohlraums 26 ausgetragen.
Zum Antrieb dieser Umwälzvorrichtung 44 kann ausserhalb des Extrusionswerkzeuges 4 eine Versorgungseinheit 49 angeordnet sein, mit der ein komprimiertes Gas durch eine Zuleitung 50 zugeführt wird. Die Zuleitung 50 kann dabei wiederum durch den Kern 42 des Extrusionswerkzeuges 4 und, falls vorhanden, durch die Kalibriervorrich-
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tung 7, die im Inneren des Hohlraums 26 angeordnet ist, hindurchgeführt sein.
Des weiteren kann durch den Kern 42 auch noch eine Versorgungsleitung 51 hindurchlaufen, die von einem Vakuumerzeuger 52 zu der Kalibriervorrichtung 7 im Hohlraum 26 des Bauteils 2 führt. Das über die Versorgungsleitung 51 aufgebaute Vakuum wird benötigt, um über Ansaugöffnungen 53, die, wie schematisch angedeutet, durch Bohrungen oder Schlitze gebildet sein können, die innere Oberfläche 43 des Bauteils 2 anzusaugen und satt an der Oberfläche der Kalibriervorrichtung 7 entlangzuführen, um eine exakte Dimensionierung und Formgebung dieser inneren Oberfläche 43 sicherzustellen.
Dadurch wird der Bauteil 2 im Bereich der nachfolgenden Innenkühlvorrichtung 27 in seinen gewünschten Abmessungen eingefroren bzw. verfestigt, sodass eine hohe Masshaltigkeit bei der Herstellung von Bauteilen 2 mit dem vorliegenden Extrusionswerkzeug 4 erreicht werden kann.
Dies ist insbesondere bei Bauteilen 2 von Vorteil, die aus Kunststoff 54 hergestellt werden. Dabei ist es unerheblich, ob dieser zur Herstellung der Bauteile 2 verwendete Kunststoff 54 ein Recyclingmaterial oder ein Primärmaterial ist. Die Art des für den Bauteil 2 verwendeten Kunststoffes kann beliebig sein, und es können alle dafür geeigneten Kunststoffe, wie PVC, Polyäthylen, ABS oder dgl., die mittels Extrusion verarbeitbar sind, verwendet werden.
In Fig. 3 ist die Durchführung der Zuleitung 50 bzw. der Versorgungsleitungen 29,30, 51 in den Kern 42 des Extrusionswerkzeuges 4 gezeigt. Dabei werden die vorgenannte Zuleitung 50 bzw. die Versorgungsleitungen 29,30, 51 durch eine auch als Dornplatte 55, bezeichnete Verteilungsplatte hindurchgeführt. Diese weist in Umfangsrichtung verteilt mehrere Fliesskanäle 15,16 auf, durch welche Schmelzeeinzelstränge 19 hindurchgeführt werden. Zwischen diesen Fliesskanälen 15,16 werden die Zuleitung 50 bzw. die Versorgungsleitung 29, 30, 51 in einen Zentralbereich bzw. in den Bereich eines Mittelpunktes 56 der Dornplatte 55 geleitet, um dann innerhalb der Verteilkanäle 17,18, die die über den Umfang durchgehende Herstellung der Schmelzebahn 20 bewirken, den Kern 42 in Richtung des Hohlraumes 26 des Bauteils 2 zu durchtreten.
Dazu kann diese Dornplatte 55 auch als kreisringförmige Platte ausgebildet sein, in deren inneren Öffnung 57 die Versorgungsleitungen 29, 30, 51 und die Zuleitung 50 um 90 Grad umgelenkt werden, um danach den Kern 42 in Extrusionsrichtung - Pfeil 5 zu durchtreten.
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Wie aus dieser Darstellung weiters zu ersehen ist, wird der Kern 42 über Stehbolzen 58 im Extrusionswerkzeug 4 gehalten. Die Zuleitung 50 und die Versorgungsleitungen 29,30, 51 sind über Isoliermaterialien 59 von den diese umgebenden Teilen der Dornplatte 55 bzw. des Kerns 42 thermisch isoliert, so dass der Wärmehaushalt im Bereich der Düsenanordnung 23 nicht gestört wird und vor allem die Fliessfähigkeit des Kunststoffes 54 im Bereich der Düsenanordnung 23 durch unerwünschte Abkühlung nicht nachteilig verändert wird.
Zu diesem Zweck kann es unter anderem auch vorteilhaft sein, beispielsweise die Versorgungsleitungen 29 und 30 ineinander zu führen, wie dies schematisch in Fig. 3 angedeutet ist.
Dazu ist es nunmehr möglich, die Versorgungsleitung 30 im Inneren der Versorgungsleitung 29 durch den Kern 42 und gegebenenfalls auch durch die Kalibriervorrichtung 7 hindurchzuführen, da dies aufgrund der geringeren Temperaturdifferenz des Kühlmittels in den Versorgungsleitungen 30 und 29 gegenüber der Temperatur des Kerns 42 bzw. der Dornplatte 55 eine geringere nachteilige Beeinflussung bzw. Abkühlung des Kerns 42 bewirkt. Um einen möglichen Wärmeverlust zwischen der Versorgungsleitung 29 und 30 zusätzlich zu dämmen, kann zwischen den beiden Rohrleitungen noch zusätzlich Isoliermaterial 59 angeordnet sein.
In Fig. 4 ist der Bereich des Bauteils 2 in Draufsicht und geschnitten gezeigt, in welchem die Innenkühlvorrichtung 27 angeordnet ist.
Aus dieser Darstellung ist zu ersehen, dass die Versorgungsleitungen 29,30 unter Zwischenschaltung von Isoliermaterial 59 durch den Kern 42 hindurchgeführt sind. Die durchgehende, zusammenhängende, den Bauteil 2 bildende Materialbahn tritt durch den Düsenspalt 21 zwischen den Düsenlippen 22 aus der Düsenanordnung 23 des Extrusionswerkzeuges 4 aus. Unmittelbar anschliessend an den Düsenspalt 21 ist im Hohlraum 26 des Bauteils 2 die Kalibriervorrichtung 7 angeordnet. Die Aussenabmessungen der Kalibriervorrichtungen 7, die bevorzugt aus mehreren, einzelnen Segmenten 60 zusammengesetzt sind, weisen genau die gewünschte Querschnittsabmessung des Hohlraums 26 auf.
Gegebenenfalls können die Aussenabmessungen zur Berücksichtigung des Schwundmasses bei Kunststoffen 54 etwas grösser sein, als das Endmass des Bauteils 2 im Bereich des Hohlraums 26 bzw. der Hohlkammer.
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Um ein exaktes Anliegen der Bauteilflächen an den Oberflächen der Kalibriervorrichtung 7 zu ermöglichen, ist diese bzw. deren Segmente 60 mit Ansaugöffnungen 53 versehen, die über eine Verbindungsleitung 61 mit einem Sammelraum 62 zwischen der Düsenanordnung 23 und der Kalibriervorrichtung 7 in Verbindung stehen. In diesen Sammelraum 62 ragt auch eine Einlassöffnung der Versorgungsleitung 51, die mit dem Vakuumerzeuger 52 verbunden ist, so dass der gesamte Sammelraum 62 sowie die Verbindungsleitungen 61 und die Ansaugöffnungen 53 evakuiert werden, um durch den Unterdruck die innere Oberfläche 43 des Bauteils 2 satt an die Oberfläche der Kalibriervorrichtung 7 bzw. deren Segmente 60 anzulegen.
Gleichzeitig kann in diesem Bereich eine Kühlung erfolgen, wenn beispielsweise die Versorgungsleitung 29 unter Zwischenschaltung von Verteilungskanälen, wie sie schematisch mit strichpunktierten Linien angedeutet sind, durch die Kalibriervorrichtung 7 hindurchgeführt sind, so dass bereits eine Vorkühlung des Bauteils 2 im Bereich der Kalibriervorrichtung 7 erfolgt.
Durch die Kalibriervorrichtung 7 ist dann weiters die Zuleitung 50 hindurchgeführt, die zum Betrieb der Umwälzvorrichtung 44, die im vorliegenden Fall durch eine Venturiedüsenanordnung 63 gebildet ist, benötigt wird. Diese Venturiedüsenanordnung 63 dient dazu, um die zwischen einer Aussenfläche der Kühlvorrichtung 8 und der inneren Oberfläche 43 des Bauteils 2 befindliche, schematisch durch Pfeile 64 angedeutete Luft durch Ansaugöffnungen 64'anzusaugen und über einen Wärmetauscher 65 der Kühlvorrichtung 8 hinwegzuführen und dabei abzukühlen.
Die beim Vorbeistreichen am Wärmetauscher 65 abgekühlte Luft kann dann, wie schematisch durch gewellte Pfeile 66 angedeutet ist, durch Durchströmöffnungen 67welche einem in einem durch einen Hohlprofilkörper 68 gebildeten Wärmetauscher 65 angeordnet sind, wieder in den Luftraum zwischen dem Bauteil 2 und der Kühlvorrichtung 8 eintreten und wird dadurch umgewälzt. Je nach der Dimensionierung der Querschnitte des Gesamtquerschnittes der Durchströmöffnungen 67 kann weiters bewirkt werden, dass ein gewisser Anteil der umgewälzten Luft, wie schematisch durch Pfeile 69 angedeutet, in Extrusionsrichtung-Pfeil 5-, d. h. in Längsrichtung des Bauteils 2 zu dem geöffneten Ende desselben hindurch bewegt wird und von dort in die Umgebungsluft austritt.
Bei entsprechender Ausgestaltung und in Abhängigkeit von der über die Zuleitung 50 zugeführten Luftmenge und der Druckdifferenz in der Venturiedüsenanordnung 63 kann die Menge der umgewälzten Luft, gemäss den Pfeilen 66 und 64, und die Menge der über das Profil ausgetragenen Luft, gemäss Pfeil 69, bzw. eines anderen Kühlmittels, insbesondere einem Gas, bestimmt werden. Bei einem entsprechend hohen mit der Venturiedüsenanordnung 63 erzeugten Unterdruck kann auch über grössere Längsbereiche des
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Bauteils 2 in Extrusionsrichtung die Luft entlang der inneren Oberfläche 43 des Bauteils 2 zurückgesaugt werden, so dass über einen grossen Längsbereich eine intensive Kühlung des Bauteils 2 von innen her erfolgt.
Diese intensive Kühlung ist vor allem dann von Vorteil, wenn Bauteile, beispielsweise Fensterprofile mit grossen Wandstärken hergestellt werden bzw. wird dadurch eine wesentliche Erhöhung der Extrusionsgeschwindigkeit möglich. Damit kann aber die Ausstossleistung eines Extruders 3 unabhängig von den durch das zu verarbeitende Material bedingten Eigenschaften noch zusätzlich erhöht werden.
Durch die entsprechende Ausgestaltung eines Auslasses 70 aus der Venturiedüsenanordnung 63, beispielsweise durch Anordnung von in Fig. 4 schematisch dargestellten Ausströmöffnungen 71, die beispielsweise in radialer Richtung oder schräg zur Extrusionsrichtung - Pfeil 5 - angeordnet sind, ist es auch möglich, eine Verwirbelung eines Kühlmittels 72, z. B. Luft, welches über die Zuleitung 50 zugeführt wird, in Art eines Zyklons zu bewirken, so dass sich die Luftströmung in Art einer schraubenförmigen Spirale an der Wand des Hohlprofilkörpers 68 der Kühlvorrichtung 8 entlangbewegt bzw. den Wärmetauscher 65 umspült. Dadurch kann ein innigerer Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittel 72 und dem Wärmetauscher 65 und in der Folge dann zwischen dem Kühlmittel 72 und dem Bauteil 2 bzw. dessen innerer Oberfläche 43 erfolgen.
Vorteilhaft ist es weiters, wenn sich eine Länge 73 der Innenkühlvorrichtung 27 zumindest über jene Länge 73 - in Fig. l gezeigt - erstreckt, über welche dem Bauteil 2 die Kalibriervorrichtungen 6 zum Kalibrieren der äusseren Oberfläche des Bauteils 2 zugeordnet ist. Durch die gleichmässige Wärmeabfuhr von der inneren und äusseren Oberfläche des Bauteils 2 wird eine spannungsfreie Abkühlung und ein spannungsfreies Einfrieren der Kunststoffmoleküle über die Länge des Bauteils 2 erreicht.
In Fig. 5 ist ein Segment 60 der Kalibriervorrichtung 7 in Stirnansicht gezeigt. Aus dieser Darstellung ist die Anordnung der Ansaugöffnungen 53, die in Art eines Schlitzes ausgebildet sein können, ebenso zu entnehmen, wie die Anordnung einer Zentralleitung 74, die eine zentrale Abfuhr der Luft aus dem Bereich der Ansaugöffnungen 53 beispielsweise in die Versorgungsleitung 51 ermöglicht oder wenn diese Zentralleitung 74 in Richtung der Versorgungsleitung 51 verschlossen und in Richtung der Venturiedüsenanordnung 63 geöffnet ist, den Aufbau des Vakuums über die Venturiedüsenanordnung 63.
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In der Zentralleitung 74 kann beispielsweise auch die Zuleitung 50 für das Kühlmittel 72 zur Kühlung des Hohlraums 26 des Bauteils 2 und zum Antrieb der Venturiedüsenanordnung 63 hindurchgeführt sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Segment 60 so ausgebildet, dass nur Ober- und Unterseiten 75,76 an den Kaliberflächen anliegen. Selbstverständlich ist es aber auch möglich, das Segment 60 des Kalibers so auszubilden, dass die im Hohlraum 26 angeordneten und in diesen vorragenden Stege 77 und damit auch Seitenwände 78 einwandfrei kalibriert werden.
Weiters ist aus der Darstellung auch zu ersehen, dass bei einem Bauteil 2, im vorliegenden Fall einem Fensterprofil, mehrere Hohlräume 26,79, 80,81, 82,83 angeordnet sein können. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ausser dem Hohlraum 26 auch dem Hohlraum 79 noch eine Innenkühlvorrichtung 27 zugeordnet. In dieser Innenkühlvorrichtung 27 sind wiederum die Versorgungsleitungen 29,30 und die Zuleitung 50 angeordnet, wie dies bei der Innenkühlvorrichtung 27 im Hohlraum 26 ebenso der Fall ist.
In diesem Fall ist die Kalibriervorrichtung 7 so ausgebildet, dass alle Innenwände des Hohlraums 79 kalibriert, d. h. auf das richtige, gewünschte Mass gebracht werden. Auch bei dieser Kalibriervorrichtung 7 ist es möglich, wie anhand der Kalibriervorrichtung im Hohlraum 26 gezeigt, Ansaugöffnungen 53 anzuordnen, um über Vakuum eine Anlage der Oberfläche des Hohlraums 79 an der Kalibriervorrichtung 7 sicherzustellen.
Selbstverständlich können auch in den weiteren Hohlräumen 80 bis 83, so dies für die Masshaltigkeit des Bauteils 2 wesentlich ist, entsprechende Kalibriervorrichtungen 7 bzw. Innenkühlvorrichtungen 27 angeordnet werden.
In Fig. 6 ist die Innenkühlvorrichtung 27 in den Hohlräumen 26 und 79 im Bereich der Wärmetauscher 28 bzw. 84 gezeigt. In dieser Darstellung ist auch gezeigt, dass Durchströmöffnungen 67 zum Umwälzen eines Kühlmittels 72, insbesondere Luft, im Hohlraum 26 bzw. 79, gemäss den Pfeilen 66, in einer von einer Schwerkraftrichtung-Pfeil 85 - abgewendeten Oberfläche 86 bzw. in Seitenflächen 87 des Hohlprofilkörpers 68 angeordnet sein können.
Dadurch ist es auch möglich, dass bei sich über eine grössere Länge erstreckenden Innenkühlvorrichtungen 27 bzw. Hohlprofilkörpern 68 sich diese auf einer Bodenfläche des Bauteils 2 abstützen können. Selbstverständlich ist es aber auch möglich, den
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Hohlprofilkörper 68 durch Anordnung von in Schwerkraftrichtung - Pfeil 85 - gerichteten Ausströmöffnungen oberhalb einer Bodenfläche in Schwebe zu halten, um unerwünschte Verformungen des Bauteils 2 bzw. des Profils in Schwerkraftrichtung zu vermeiden.
Um eine Beschädigung bzw. eine Massveränderung des Hohlraums 26 bzw. 79 im Bereich des Hohlprofilkörpers 68 zu vermeiden, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit einem Hohlprofilmantel gebildet ist, kann eine Höhenabmessung 88 desselben kleiner sein als eine Innenhöhe 89 des Hohlraums 26 sowie eine Breite 90 kleiner sein als eine minimale Innenbreite 91 des Hohlraums 26.
Im Inneren des Hohlprofilkörpers 68 kann zur Abkühlung des umzuwälzenden Kühlmittels 72, gemäss den Pfeilen 66, mittels der zuvor beschriebenen Umwälzvorrichtung 44 ebenfalls ein in den vorstehenden Figuren bereits näher beschriebener Wärmetauscher 65 angeordnet sein. Dieser kann beispielsweise aus einer Rohrspirale bestehen oder auch aus Verdampferflächen, die in unterschiedlichen Richtungen von der abzukühlenden Luft bzw. dem Kühlmittel 72 durchströmt werden können. Hierfür können alle aus dem Stand der Technik bekannten Ausbildungen für derartige Wärmetauscher Anwendung finden.
In den Fig. 7 und 8 ist eine geringfügig geänderte Ausführungsvariante für ein erfindungsgemässes Extrusionswerkzeug 4 bzw. dessen Innenkühlvorrichtung 27 gezeigt.
Ein Hohlprofilkörpermantel 92 der Innenkühlvorrichtung 27 ist mit einem kreisringförmigen Querschnitt ausgebildet, in welchem beispielsweise durch spiralförmig angeordnete Rohre oder Kanäle 93 das über die Versorgungsleitungen 29 und 30 zugeführte Kühlmedium, insbesondere eine Kühlflüssigkeit, hindurchgepresst wird. Die Aussenabmessungen des Hohlprofilkörpermantels 92 sind, wie bereits bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen erläutert, kleiner gewählt als die entsprechenden Querschnittsabmessungen des Hohlraums 26. Der Hohlprofilkörpermantel wird in radialer Richtung wiederum von Durchströmöffnungen 67 durchbrochen, die eine Verbindung zwischen einem Innenraum 94 des Hohlprofilkörpermantels 92 und dem diesen umgebenden Luftraum 95 herstellen.
Eine Venturiedüsenanordnung 63, die die Umwälzvorrichtung 44 bildet und ein Umwälzen des Kühlmittels 72, z. B. eines Gases, insbesondere Luft, gemäss den Pfeilen 66 und 64, ermöglicht, ist in einer Stirnwand 96 im Endbereich 97 des Hohlprofilkörpers der Innenkühlvorrichtung 27 in einer durchgehenden Bohrung 98 angeordnet, die sich in Extrusionsrichtung - Pfeil 5 - erstreckt. Eine dem Düsenspalt 21 zugewendete Seite ist als Saugeingang 99 für das Kühlmittel 72 ausgebildet, während das dem Innenraum
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des Hohlprofilkörpers bzw. des Hohlprofilkörpermantels 92 zugewandte Ende der Bohrung 98 als Ausströmöffnung 100 ausgebildet ist.
In diese Bohrung 98 ragt von Seiten des Düsenspaltes 21 her, ein als Düse 101 ausgebildetes Ende der Zuleitung 50 hinein, mit der ein unter Druck stehendes Kühlmittel 72, bevorzugt Luft oder ein anderes Gas, welches beispielsweise auch mit flüssigem Stickstoff vermischt sein kann, unter einem voreinstellbaren Druck, beispielsweise zwischen 2 und 30 bar, bevorzugt 10 bar, zugeführt wird.
Durch eine im Anschluss an die Ausströmöffnung 100 stattfindende, erhebliche Querschnitterweiterung gegenüber einem Durchmesser 102 der Zuleitung 50 wird durch diese Ausbildung eine Venturiedüsenanordnung 63 geschaffen, in der im Bereich des Saugeingangs 99 durch die physikalische Wirkung einer derartigen Venturiedüsenanordnung 63 in Abhängigkeit von der über die Zuleitung 50 zugeführten Menge an Kühlmittel 72 bzw. dem Druck desselben und der Druckdifferenz zwischen der Zuleitung 50 und den Innenraum des Hohlprofilkörpermantels 92 ein Unterdruck aufgebaut wird, der aus dem den Hohlprofilkörpermantel 92 umgebenden Luftraum 95 die Luft entsprechend der Pfeile 64 ansaugt und diese in Richtung der Extrusionsrichtung - Pfeil 5 - die mit der Ausströmrichtung übereinstimmt, mitreisst.
Dadurch kommt es, wie durch die Pfeile 66 und 64 angedeutet, über die Durchströmöffnungen 67 bzw. auch nach dem Ende des Hohlprofilkörpermantels 92 zu einer raschen Umwälzung des im Hohlraum 26 des Bauteils 2 befindlichen Kühlmittels, insbesondere der Luft, die bei einem Entlangstreichen durch den Innenraum des Hohlprofilkörpermantels 92 bzw. beim Zurückströmen in Richtung der Pfeile 66 und 64 an der Aussenfläche des Hohlprofilkörpermantels 92 ständig gekühlt wird, sodass sie den benachbarten Oberflächen des Bauteils 2 Wärme entziehen kann und es dadurch zu einer Verfestigung des Kristallgitters bzw. einem Einfrieren und einem Absinken der Temperatur des Bauteils 2 unter die Fliessgrenze bzw. Einfriertemperatur kommt.
Wie besser dem Schnitt in Fig. 8 zu entnehmen ist, ist es auch möglich, dass im Endbereich 97 des Hohlprofilkörpermantels 92 dieser mit entsprechenden Fortsätzen 103 versehen sein kann, um eine entsprechende Abstützung der Wandteile des Hohlraums 26 einerseits und eine Verringerung des Luftraumquerschnittes andererseits zu erreichen.
Durch die Erhöhung der Zuströmgeschwindigkeit bzw. die Verringerung dieses Querschnittes im Luftraum kann insgesamt die Umwälzgeschwindigkeit des Kühlmittels 72 an unterschiedliche Werte angepasst werden.
In Fig. 9 ist eine Ausführungsvariante einer Innenkühlvorrichtung 27 mit einer Umwälzvorrichtung 44 gezeigt, bei der die Umwälzvorrichtung 44 durch ein Gebläse 104 gebildet ist, welches über einen Antrieb 105 über das über die Zuleitung 50 zugeführte
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Kühlmittel 72 angetrieben wird. Der Antrieb 105 ist in diesem Fall als Luftmotor ausgebildet, und es kann die abströmende Luft vom Antrieb 105 zur Kühlung des Hohlraums 26 des Bauteils 2 ebenso verwendet werden, wogegen die Umwälzung des im Hohlraum befindlichen Kühlmittels bzw. der Luft mittels des Gebläses 104 erfolgt.
Selbstverständlich ist es in diesem Zusammenhang auch möglich, dass der Antrieb für das Gebläse 104 oder eine Turbine über das Kühlmedium 36, welches über die Versorgungsleitungen 29 und 30 in einem geschlossenen Kreislauf transportiert wird, erfolgt.
In diesem Fall ist dann ein entsprechender Flüssigkeitsantrieb vorzusehen. Es wäre aber auch möglich, das Gebläse 104 bzw. eine Turbine über einen Elektromotor zu betreiben, wobei die Energie über eine Versorgungsleitung durch den Kern 42 des Extrusionswerkzeuges 4 zugeführt werden kann.
In Fig. 10 ist weiters eine Verbindungsvorrichtung 106 gezeigt, mit der beispielsweise in Art eines Schnellverschlusses die Innenkühlvorrichtung 27 gegebenenfalls mit der Kalibriervorrichtung 7 am Kern 42 des Extrusionswerkzeuges 4 befestigt werden kann.
Dazu sind die Versorgungsleitungen 29,30 und 51 auf einem Kupplungsansatz 107 in vorbestimmten Koordinaten angeordnet. Gleichfalls kann auch ein Einzel- oder Mehrfachstecker 108 vorgesehen sein, der über eine Leitung 109 mit einer Steuervorrichtung 110 verbunden sein kann.
Diesem Kupplungsansatz 107 ist nun ein Kupplungsstecker 111 zugeordnet, auf dem über eine Stirnfläche 112 desselben vorragende Kupplungsfortsätze 113 für die Versorgungsleitungen 29,30 und 51 angeordnet sind. Gleichfalls ist ein mit vorspringenden Steckelementen versehener Steckerteil 114 dem Mehrfachstecker 108 gegenüberliegend angeordnet. In den im Kupplungsansatz 107 angeordneten Aufnahmen 115 können beispielsweise auch entsprechende Dichtelemente 116, wie O-Ringe angeordnet sein, sodass nach Einschieben der Kupplungsfortsätze 113 in die Aufnahmen 115 eine flüssigkeitsdichte Verbindung der Versorgungsleitungen 29,30, 51 sowie eine einwandfreie Leitungsverbindung zwischen dem Steckerteil 114 und dem Mehrfachstekker 108 hergestellt ist.
Zur Durchführung der Kupplungsbewegung bzw. zum Fixieren des Kupplungssteckers 111 am Kupplungsansatz 107 kann eine Überwurfmutter 117 vorgesehen sein, die in ein Gewinde 118 am Kupplungsansatz 107 eingreift.
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Die Möglichkeit einer raschen Trennung und Montage der Innenkühlvorrichtung 27 vom Extrusionswerkzeug 4 ermöglicht bei Beschädigungen desselben einen raschen Austausch und andererseits beim Anfahren zur Herstellung des Bauteils 2 eine kurzzeitige Demontage der Innenkühlvorrichtung 27, und zwar so lange, bis sich der Austrag des Bauteils 2 aus dem Extruder 3 stabilisiert hat, worauf das weiche Profil unmittelbar nach dem Düsenspalt 21 durchgetrennt und die Innenkühlvorrichtung 27 mit wenigen Handgriffen am Extrusionswerkzeug 4 befestigt werden kann.
In Fig. 11 ist dann gezeigt, dass in einem Hohlraum 26 eines Bauteils 2 in Extrusionsrichtung - Pfeil 5 - mehrere Wärmetauscher 65 hintereinander angeordnet sein können.
Bevorzugt werden diese über gemeinsame Versorgungsleitungen 29,30 mit Kühlmedium beaufschlagt. Es ist aber theoretisch vor allem bei Hohlräumen 26 mit grossen Abmessungen und grossen Bauteilen und Bauteilen 2 mit grossen Querschnittsabmessungen möglich, zumindest für einige dieser Wärmetauscher 65 getrennte Versorgungsleitungen 29,30 für das Kühlmedium anzuordnen.
Des weiteren ist in dieser Ausführungsvariante gezeigt, dass im Bereich der Kalibriervorrichtung 7 und im Bereich der Wärmetauscher 65 eine oder mehrere Messvorrichtungen 119 bis 127 zum Feststellen der Temperatur der Kühlmittel bzw. des Kühlmediums sowie der Temperatur des Kühlmediums bzw. der Oberfläche des Bauteils 2 angeordnet sein können.
Diese Messvorrichtungen 119 bis 127 können über eine Leitung 109 mit der Steuervorrichtung 110 verbunden sein. Über eine Rechnereinheit 128 und dieser zugeordneten Speichereinheiten 129 sowie Programmiereinrichtungen 130 kann die Beeinflussung und Steuerung sowohl der Austragsgeschwindigkeit des Extruders 3, wie auch des Vakuumerzeugers 52 bzw. der Versorgungseinheit 49 und der Pumpe 32 bzw. des Kühlaggregates 31 erfolgen.
Dadurch kann ein vordefinierter, gewünschter Abkühlvorgang des Bauteils 2 in Extrusionsrichtung - Pfeil 5 - erreicht werden. Der Ablauf der Steuervorgänge, insbesondere die Veränderung der Steuersignale für den Vakuumerzeuger 52, die Versorgungseinheit 49, die Pumpe 32 bzw. das Kühlaggregat 31 und die Austragsgeschwindigkeit des Extruders 3 kann nun nach den verschiedensten, aus dem Stand der Technik bekannten Steuerverfahren erfolgen. So ist es beispielsweise möglich, bei zu grossen Abmessungen des austretenden Bauteils 2 durch eine Verstärkung der Kühlung im Hohlraum 26 des Bauteils 2 das vorzeitige Erkalten und ein stärkeres Schrumpfen zu bewir-
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ken.
Gleichermassen kann auch die Steuerung der Umwälzvorrichtung und der anderen darin im Inneren des Hohlraums 26 angeordneten Bauteile in beliebiger Weise über diese Steuervorrichtung 110 erfolgen.
In Fig. 12 ist eine Ausführungsvariante bei der Ausbildung der bereits anhand der Fig. 4 gezeigten und näher erläuterten Innenkühlvorrichtung 27 gezeigt.
Um die Wirkung dieser Innenkühlvorrichtung 27 zu erhöhen, sind an einer Aussenfläche 131 der meanderförmig gebogenen Rohrleitung 132, die den Wärmetauscher 65 bildet, thermoelektrische Kühlelemente 133 angeordnet.
Diese thermoelektrischen Kühlelemente stehen über eine Leitung 134 mit einer Stromversorgungsquelle ausserhalb des Extrusionswerkzeuges 4 in Verbindung. Bei diesen Kühlelementen handelt es sich um sogenannte Halbleiter-Wärmepumpen, die unter Benützung des Peltiereffektes Wärmeenergie von einer kalten Oberfläche 135, die dem mit der Umwälzvorrichtung 44 umgewälzten Kühlmittel 72 zugewandt ist, durch das Kühlelement 133 zu einer warmen Oberfläche 136 fördert. Die zur warmen Oberfläche 136 geförderte Energie wird über das durch die Rohrleitung 132 strömende Kühlmedium 36 aus dem Hohlraum 26 nach aussen abgeführt. Dadurch kann die Wirkung des Kühlmittels 72 vervielfacht werden, da die Wirkung des Wärmetauschers 65, insbesondere dessen Wirkungsgrad durch die Anordnung der Kühlelemente 133, die auch als Peltierelemente bezeichnet werden, vervielfacht werden kann.
Während bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gezeigt ist, dass die warme Oberfläche 136 an der Aussenfläche 131 der Rohrleitung 132 anliegt, ist es, um einen noch intensiveren Wärmeübergang zu erzielen, selbstverständlich auch möglich, dass die warme Oberfläche 136 einen Teil des Aussenmantels der Rohrleitung 132 bildet. Selbstverständlich kann aber ein ähnlicher Effekt auch dann erreicht werden, wenn die warme Oberfläche 136 der Aussenfläche 131 der Rohrleitung 132 in geringem Abstand benachbart ist, sodass die abgestrahlte Wärme ebenfalls über das Kühlmedium 36 abgeführt werden kann.
Die Ausbildung und Anordnung der Kühlelemente 133 bleibt im einzelnen den auf diesem Gebiet tätigen Fachmann überlassen, wobei es selbstverständlich auch in Umkehrung möglich ist, bei mehreren hintereinander geschalteten Wärmetauschern 65 im Bereich der diese verbindenden Versorgungsleitungen 29 und 30 derartiger Peltierelemente bzw. Kühlelemente 133 anzuordnen, die dazu verwendet werden können, um die kalte Oberfläche 135 den Versorgungsleitungen 29 und 30 zuzuwenden und die auf der warmen Oberfläche 136 abgegebene Energie über das durch den Hohlraum 26 hin-
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durchgeblasene gasförmige Kühlmittel 72 bzw. 46 abzuführen.
Der Vorteil dieser Lösung liegt vor allem in Verbindung mit der in Fig. 11 gezeigten Steuervorrichtung 110 und der Verwendung einer Mehrzahl von im Hohlraum 26 angeordneten Messvorrichtungen 119 bis 127, da über diese Kühlelemente 133 eine feinfühlige und rasche Veränderung der Kühlwirkung im Hohlraum 26 zusätzlich zu der Wirkung des Kühlmittels 46, 72 bzw. des Kühlmediums 36 erreicht werden kann.
Abschliessend sei der Ordnung halber darauf hingewiesen, dass in den Zeichnungen einzelne Bauteile und Baugruppen zum besseren Verständnis der Erfindung unproportional und massstäblich verzerrt dargestellt sind.
Es können auch einzelne Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele mit anderen Einzelmerkmalen von anderen Ausführungsbeispielen oder jeweils für sich allein den Gegenstand von eigenständigen Erfindungen bilden.
Vor allem können die einzelnen in den Fig. 1 ; 2, 3 ; 4-6 ; 7, 8 ; 9 ; 10 ; 11 ; 12 gezeigten Ausführungen, den Gegenstand von eigenständigen erfindungsgemässen Lösungen bilden. Die diesbezüglichen erfindungsgemässen Aufgaben und Lösungen sind den Detailbeschreibungen dieser Figuren zu entnehmen.
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Bezugszeichenaufstellung
1 Anlage
2 Bauteil
3 Extruder
4 Extrusionswerkzeug
5 Pfeil
6 Kalibriervorrichtung
7 Kalibriervorrichtung
8 Kühlvorrichtung
9 Schnecke
10 Schmelzestrang
11 Verteilstück
12 Schmelzeteilstrang
13 Schmelzeteilstrang
14 Einlasskanal
15 Fliesskanal
16 Fliesskanal
17 Verteilkanal
18 Verteilkanal
19 Schmelzeeinzelstrang 20 Schmelzebahn 21 Düsenspalt 22 Düsenlippe 23 Düsenanordnung 24 Fensterprofil 25 Oberfläche 26 Hohlraum 27 Innenkühlvorrichtung 28 Wärmetauscher 29 Versorgungsleitung 30 Versorgungsleitung 31 Kühlaggregat 32 Pumpe 33 Zulauf 34 Tank 35 Rücklauf 36 Kühlmedium 37 Leitung 38 Kühler 39 Wasser 40 Pfeil
41 Frostschutzmittel
42 Kern
43 Oberfläche
44 Umwälzvorrichtung
45 Luft
46 Kühlmittel
47 Pfeil
48 Pfeil
49 Versorgungseinheit
50 Zuleitung
51 Versorgungsleitung
52 Vakuumerzeuger
53 Ansaugöffnung
54
Kunststoff
55 Dornplatte
56 Mittelpunkt
57 Öffnung
58 Stehbolzen
59 Isoliermaterial
60 Segment
61 Verbindungsleitung
62 Sammelraum
63 Venturiedüsenanordnung
64 Pfeil 64'Ansaugöffnung
65 Wärmetauscher
66 Pfeil
67 Durchströmöffnung
68 Hohlprofilkörper
69 Pfeil
70 Auslass
71 Ausströmöffnung
72 Kühlmittel
73 Länge 74 Zentralleitung
75 Oberseite 76 Unterseite 77 Steg 78 Seitenwand 79 Hohlraum 80 Hohlraum
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81 Hohlraum
82 Hohlraum
83 Hohlraum
84 Wärmetauscher
85 Pfeil
86 Oberfläche
87 Seitenfläche
88 Höhenabmessung
89 Innenhöhe
90 Breite
91 Innenbreite
92 Hohlprofilkörpermantel
93 Kanal
94 Innenraum
95 Luftraum
96 Stirnwand
97 Endbereich
98 Bohrung
99 Saugeingang 100 Ausströmöffnung 101 Düse 102 Durchmesser 103 Fortsatz 104 Gebläse 105 Antrieb 106 Verbindungsvorrichtung 107
Kupplungsansatz 108 Mehrfachstecker 109 Leitung 110 Steuervorrichtung 111 Kupplungsstecker 112 Stirnfläche 113 Kupplungsfortsatz 114 Steckerteil 115 Aufnahme 116 Dichtelement 117 Überwurfmutter 118 Gewinde 119 Messvorrichtung 120 Messvorrichtung 121 Messvorrichtung 122 Messvorrichtung 123 Messvorrichtung 124 Messvorrichtung 125 Messvorrichtung 126 Messvorrichtung 127 Messvorrichtung 128 Rechnereinheit 129 Speichereinheit 130 Programmiereinrichtung 131 Aussenfläche 132 Rohrleitung 133 Kühlelement 134 Leitung 135 Oberfläche 136 Oberfläche