CH683509A5

CH683509A5 - Heiz- und Kühlvorrichtung für einen Extrusionszylinder.

Info

Publication number: CH683509A5
Application number: CH337/91A
Authority: CH
Inventors: Hubert Atzenhofer
Original assignee: Anton Kiroje
Priority date: 1990-02-05
Filing date: 1991-02-05
Publication date: 1994-03-31
Also published as: IT1247822B; ITMI910269A0; DE4103221A1; ITMI910269A1

Description

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Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Heiz- und Kühlvorrichtung, für einen Extrusionszylinder, mit einem zylinderförmigen, den Mantel umfassenden Wärmeübertragungselement, einem Konvektionsele-ment und einer Heizeinrichtung für das Wärmeübertragungselement.

Bei einem Kunststoff-Extrusionsverfahren ist es für den Verfahrensablauf wichtig, den Zylinder der Extrusionsmaschine prozessabhängig zu heizen, bzw. zu kühlen. Nach einer bekannten Heiz- und Kühlvorrichtung - gemäss der US-PS 3 730 262 -werden starre Heiz- und Kühlelemente um einen Extrusionszylinder angeordnet, wobei die Elemente dieser Anordnung dem Zylinderdurchmesser des Extrusionszylindermantels nur ungenügend ange-passt werden können, so dass der Wärmeübergang nicht einheitlich erfolgt.

Nach einer weiteren Vorrichtung - gemäss der US-PS 4 236 578 - ist die Anordnung nebeneinanderliegender Heiz- und Kühlelemente bekannt. Durch die getrennte Anordnung der Heiz- und Kühlelemente ist der Wirkungsgrad bei einer vorgegebenen Zylinderlänge nicht zufriedenstellend, da aus den Bereichen der Heizelemente die Wärme nur verzögert abgeführt werden kann.

Schliesslich sind auch mit Rippen versehene halbschalenförmige Gusskörper bekannt, bei denen in Zylinderlängsrichtung jeweils zwischen mehreren hintereinander radial angeordneten, in Umfangsrich-tung verlaufenden Rippen, eine zylindrische Oberfläche für ein Heizelement ausgespart ist.

Auch bei dieser Ausführung ist der Wirkungsgrad schlecht, da das Wärmespeichervermögen der Gusskörper eine rasche Abkühlung behindert. Darüberhinaus werden für die Anfertigung dieser Elemente aufwendige Formen benötigt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Heiz- und Kühlvorrichtung zu schaffen, die eine kostengünstige Serienherstellung ermöglicht einfach und ohne aufwendige Hilfsmittel montiert werden kann und eine feinfühlige Temperaturregelung des Extrusionszylinders ermöglicht.

Diese Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass das Wärmeübertragungselement den Ex-trusionszylindermantel in Umfangsrichtung zumindest teilweise umfasst und mit zumindest einem Konvektionseiement verbunden ist, welches das Wärmeübertragungselement in radialer Richtung überragt. Der überraschende Vorteil dieser Lösung ist, dass durch den einwandfreien Flächenkontakt zwischen dem Wärmeübertragungselement und dem Extrusionszylindermantel die vom Heizelement aufgebrachte Wärmeenergie mit einem hohen Wirkungsgrad und Gleichförmigkeit in die Erwärmung des Extrusionszylindermantels umgesetzt werden kann. Nach Beendigung der Heizphase kann die Wärmeenergie aus dem Extrusionszylindermantel in die mit diesem einstückig verbundenen Konvekti-onselemente abgeführt und von diesen an die Umgebungsluft abgegeben werden. Ein weiterer Vorteil ist die geringe Masse der Vorrichtung bei einem hohen Oberflächenanteil für das Konvektionseiement, wodurch eine schnelle Anpassung der Temperatur des Extrusionszylinders an die Erfordernisse des Verfahrensablaufes erreicht wird.

Nach einer weiteren Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass das Konvektionseiement mit dem Wärmeübertragungselement einstückig verbunden bzw. ausgebildet ist, wodurch die Anzahl der für eine Heiz- und Kühlvorrichtung erforderlichen Teile gering ist. Das ergibt fertigungsbedingte Vorteile bei der Herstellung solcher Elemente. Des weiteren werden die Wärmeübertragungsverluste im Übergangsbereich vom Wärmeübertragungselement zum Konvektionseiement gering gehalten.

Möglich ist aber auch, dass das Wärmeübertragungselement in Umfangsrichtung des Extrusionszylinders mehrteilig, insbesondere durch Halbschalen ausgebildet ist, was insbesondere die Ausbildung der für eine Fertigung erforderlichen Werkzeuge vereinfacht.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Wärmeübertragungselement und das Konvektionseiement mehrstückig ausgebildet sind und eine Verbindungsstelle eine Kontaktfläche für den Wärmeübergang bildet. Dadurch kann das Konvektionseiement unabhängig von der Profilge-bung für das Wärmeübertragungselement unterschiedlich, und entsprechend der Kühlleistung an unterschiedlich zu heizenden, bzw. zu kühlenden Zonen des Extrusionszylinders angepasst werden. Es ist aber auch möglich, dass eine radiale Höhe des Konvektionselementes grösser ist als eine Dik-ke des Wärmeübertragungselementes und bzw. oder des Heizelementes, weil dadurch die Kühleigenschaften, wenn die Konvektionselemente einem zwangsgeführten Kühlluftstrom ausgesetzt werden, verbessert werden können.

Vorteilhaft ist aber auch eine Ausführung, wonach das Wärmeübertragungselement und das Konvektionseiement im Bezug auf eine in Längsrichtung der Zylindermittelachse angeordneten Ebene einen L-förmigen Querschnitt aufweisen. Dadurch können Standardprofile in handelsüblicher Länge, wie z.B. Stangen, eingesetzt werden, die technisch einfach abgelängt und formgepresst werden können und daher eine einfache Fertigung der Vorrichtung ermöglichen.

Möglich ist aber auch, dass das Wärmeübertragungselement und das Konvektionseiement im Bezug auf eine in Längsrichtung der Zylindermittelachse angeordneten Ebene einen T-förmigen Querschnitt aufweisen, wodurch jeweils zwei Heizelemente im Bezug auf das Konvektionseiement symmetrisch angeordnet werden können.

Nach einer anderen Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass das Konvektionseiement aus mehreren sich in Umfangsrichtung erstreckenden Segmenten gebildet ist, wodurch die Vorrichtung sehr einfach an den Querschnitt des Extrusionszylinders angepasst werden kann.

Weiters ist es auch möglich, dass die in Umfangsrichtung angeordneten Segmente des Konvektionselementes in Bezug auf die Zylindermittelachse einen Winkel bilden, der insbesondere grösser als 90° ist. Dadurch können mehrere in Längsrichtung des Extrusionszylinders hintereinander angeordnete Konvektionselemente von einem in Längsrichtung

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des Extrusionszylinders strömenden Kühlmedium beaufschlagt werden.

Es ist aber auch möglich, dass ein Abstand der in Längsrichtung des Extrusionszylindermantels benachbart angeordneten Konvektionselemente, im wesentlichen einer Breite des Heizelementes, entspricht. Dadurch ist ein dichtes Anordnen einer Anzahl von Vorrichtungen in Längsrichtung des Extrusionszylinders möglich, wodurch ein hoher Wirkungsgrad der Vorrichtungen erreicht wird.

Vorteilhaft ist aber auch, wenn die benachbart in Längsrichtung des Extrusionszylindermantels angeordneten Konvektionselemente zwischen sich einen Winkel einschliessen, der kleiner als 180° ist, wodurch einem in Längsrichtung des Extrusionszylinders strömendem Kühlmedium ein Strömungswiderstand entgegengesetzt werden kann, wodurch eine bessere Kühlwirkung erzielt werden kann.

Nach einer anderen Weiterbildung ist vorgesehen, dass an den Verbindungsstellen des mehrteiligen Wärmeübertragungselementes Spannvorrichtungen angeordnet sind. Dadurch ist die Montage der Vorrichtungen auf den Extrusionszylinder sehr einfach und ohne aufwendiger Verfahren und Spe-zialwerkzeugen möglich. Darüber hinaus können dadurch einzelne Vorrichtungen aus einer Reihe von Vorrichtungen sehr rasch ersetzt werden.

Möglich ist aber auch, dass zumindest an einer Verbindungsstelle des mehrteiligen Wärmeübertragungselementes eine Gelenkanordnung angeordnet ist, wodurch die mehrteiligen Vorrichtungen unverlierbar miteinander verbunden sind.

Nach einer anderen Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass das Wärmeübertragungselement und das Konvektionseiement aus einem Material mit einem hohen Wärmeleitkoeffizienten gebildet ist, insbesondere aus einer Kupfer-, Messing- oder Aluminiumlegierung. Dadurch wird ein sehr rascher Energieaustausch bei der Wärmezufuhr bzw. -abfuhr erreicht.

Weiters ist es aber auch möglich, dass das Heizelement zwischen den in Längsrichtung des Extrusionszylindermantels benachbart angeordneten Kon-vektionselementen angeordnet ist und dem Heizelement eine Energieversorgung und eine Steuer- und bzw. oder Regeleinheit zugeordnet ist, wodurch jedem Heizelement ein Konvektionseiement zugeordnet ist, dessen Abstrahlungsfläche angepasst an die Heizleistung des Heizelementes ausgebildet sein kann.

Nach einer weiteren Variante ist vorgesehen, dass ein Innendurchmesser des Wärmeübertragungselementes geringfügig kleiner ist als ein Aus-sendurchmesser des Extrusionszylindermantels, wodurch sich das Wärmeübertragungselement den Extrusionszylindermantel in Umfangsrichtung dicht umschliessend anordnen lässt.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Wärmeübertragungs- und das Konvektionseiement aus einem Material gebildet ist, welches eine Festigkeit kleiner als 105 N/mm aufweist. Durch plastische Verformbarkeit aufgrund der geringen Eigensteifigkeit des Materials kann die Vorrichtung unabhängig vom Durchmesser des Extrusionszylindermantels als in etwa stangenförmiges Profil gefertigt werden und um den Extrusionszylindermantel herumgewickelt und an diesem spielfrei angelegt werden.

Es ist aber auch möglich, dass das Wärmeübertragungselement und das Konvektionseiement den Extrusionszylindermantel spiralenförmig umschlies-sen und eine Steigung der spiralenförmigen Windungen in etwa der Breite des Heizelementes entspricht, wodurch insgesamt nur eine Vorrichtung anstelle einer Vielzahl von Einzelvorrichtungen eingesetzt werden kann, die schraubenförmig an den Extrusionszylindermantel angelegt werden kann.

Weiters ist von Vorteil, wenn zwischen dem Wärmeübertragungselement und dem Extrusionszylindermantel eine plastisch verformbare wärmeleitende Zwischenschicht angeordnet ist, wodurch ein den Wirkungsgrad beeinträchtigender Luftspalt zwischen dem Extrusionszylindermantel und dem Wärmeübertragungselement vermieden wird.

Möglich ist auch, dass die Zwischenschicht durch eine dauerelastische Wärmeleitpaste gebildet ist, weil sich dadurch die Wärmeleitschicht temperaturbedingten Länge- und Durchmesseränderungen an-passt.

Von Vorteil ist aber auch, wenn das Wärmeübertragungselement aus einem elastisch verformbaren Gewebe und bzw. oder netzförmigen Gewirke eines Materials mit hoher Wärmeleitfähigkeit gebildet ist, wodurch die Anpassung des Wärmeübertragungselementes an den Extrusionszylindermantel sehr einfach möglich ist.

Nach einer weiteren Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass das Wärmeübertragungselement mehrere am Umfang verteilt und radial über diesen vorstehende vorzugsweise in Längsrichtung des Extrusionszylindermantels distanzierte und parallel zur Zylindermittelachse des Extrusionszylinders angeordnete Konvektionselemente aufweist, wodurch das Verbindungsverfahren, z.B. das Aufschweissen der Konvektionselemente auf das Wärmeübertragungselement, erleichtert wird.

Entsprechend einer anderen Weiterbildung ist vorgesehen, dass die parallel zur Zylindermittelachse des Extrusionszylindermantels angeordneten Konvektionselemente mit zunehmender Distanz vom Wärmeübertragungselement schräg zur Zylindermittelachse verlaufen, wodurch eine Verwirbe-lung des Luftstromes zur Kühlung der Konvektionselemente eintritt und damit die Kühlwirkung verbessert wird.

Möglich ist aber auch, dass das Wärmeübertragungselement aus einem elastisch verformbaren, den Umfang des Extrusionszylindermantels zumindest teilweise umfassenden streifenförmigen Band mit in Umfangsrichtung beabstandet zueinander angeordneten Ausklinkungen gebildet ist, weil sich dadurch die Vorrichtung im wesentlichen in einem Fertigungsvorgang herstellen lässt.

Es ist aber auch möglich, dass eine Knicklinie der Ausklinkung in etwa einen Winkel von 90° zur Längserstreckung des Wärmeübertragungselementes angeordnet ist und Lappen in etwa um 90° zu einer Bandoberfläche abgewinkelt und vorzugsweise in sich verwunden sind, wodurch sich insgesamt eine Materialeinsparung für die Heiz- und Kühlvorrichtung ergibt.

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Möglich ist aber auch, dass die Knicklinie der durch die Ausklinkung gebildeten Lappen in etwa parallel zur Längserstreckung des Wärmeübertragungselementes verlaufend angeordnet ist und die Lappen in etwa um 90° zu der Bandoberfläche abgewinkelt und vorzugsweise in sich verwunden sind, wodurch übliche Heizelemente ohne zusätzliche Ausnehmungen im keramischen Isolierkörper auf das Wärmeübertragungselement aufgesetzt werden können und im Bereich der Ausklinkung bedarfsweise eine sehr rasche Wärmezufuhr in den Extrusionszylinder erreicht wird.

Schliesslich ist es aber auch möglich, dass die Heiz- und Kühlvorrichtung mit einer diese ein-schliessenden Verkleidung mit einem Ein- und Aus-iass für ein Kühlmedium umgeben ist, wobei vorzugsweise dem Einlass eine Fördervorrichtung für das insbesondere gasförmige Kühlmedium vorgeordnet ist. Durch die zwangsweise Hindurchführung eines Kühlmediums, z.B. einer Kühlluft, Kühlgas oder einem Kühlmedium in flüssiger Form zwischen den Konvektionselementen und einer Verkleidung wird eine sehr wirkungsvolle Kühlung und damit rasche Anpassung an die erforderliche Verfahrenstemperatur erreicht werden. Durch die Unterteilung der Verkleidung in mehrere Sektionen in Längsrichtung des Extrusionszylindermantels ist überdies die sezionale Temperaturanpassung sehr rasch möglich. Damit kann diese Heiz- und Kühlvorrichtung auch bei komplizierten Verfahrensabläufen, wie z.B. bei Recyclingverfahren, angewendet werden.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Extrusionszylinder mit einer Heiz-und Kühlvorrichtung, in Seitenansicht, teilweise geschnitten;

Fig. 2 einen Teilbereich einer Heiz- und Kühlvorrichtung, in perspektivischer Ansicht;

Fig. 3 die Heiz- und Kühlvorrichtung nach Fig. 2 in Stirnansicht;

Fig. 4 eine Heiz- und Kühlvorrichtung in Seitenansicht geschnitten;

Fig. 5 die Heiz- und Kühlvorrichtung nach Fig. 4, in Draufsicht;

Fig. 6 eine andere Ausführungsform einer Heiz-und Kühlvorrichtung, in Seitenansicht geschnitten;

Fig. 7 eine weitere Ausführungsvariante einer Heiz- und Kühlvorrichtung in Seitenansicht geschnitten;

Fig. 8 eine andere Ausführungsvariante einer Heiz- und Kühlvorrichtung nach Fig. 4 in Seitenansicht geschnitten;

Fig. 9 eine andere Ausführungsvariante einer Heiz- und Kühlvorrichtung nach Fig. 6 in Seitenansicht geschnitten;

Fig. 10 einen Teilbereich einer Heiz- und Kühlvorrichtung mit einer Gelenkanordnung in perspektivischer Ansicht;

Fig. 11 einen Teilbereich einer Heiz- und Kühlvorrichtung mit einer Spannvorrichtung in perspektivischer Ansicht;

Fig. 12 eine andere Ausführungsvariante einer

Heiz- und Kühlvorrichtung, in perspektivischer Ansicht;

Fig. 13 eine weitere Ausführungsvariante einer Heiz- und Kühlvorrichtung in perspektivischer Ansicht;

Fig. 14 eine weitere Ausführungsform einer Heiz-und Kühlvorrichtung in Seitenansicht;

Fig. 15 eine Heiz- und Kühlvorrichtung nach Fig. 14 in Draufsicht;

Fig. 16 die Heiz- und Kühlvorrichtung, im Anlehnungsfall auf einem Extrusionszylindermantel, in Seitenansicht;

Fig. 17 die Heiz- und Kühlvorrichtung in einem anderen Anwendungsfall auf einem Extrusionszylindermantel, in Seitenansicht;

Fig. 18 eine weitere Ausführungsvariante einer Heiz- und Kühlvorrichtung, in perspektivischer Ansicht;

Fig. 19 eine weitere Ausführungsform einer Heiz-und Kühlvorrichtung auf einem Extrusionszylindermantel in Ansicht.

In Fig. 1 ist die Anordnung einer Heiz- und Kühlvorrichtung 1 auf einem Extrusionszylindermantel 2 gezeigt. An einem Maschinengestell 3 eines Extruders 4 ist in etwa waagrecht der aus einem Rohr 5 gebildete Extrusionszylindermantel 2 angeflanscht. Das vom Maschinengestell 3 entfernte Ende des Extrusionszylindermantels weist eine kegelstumpf-förmige Verjüngung auf und bildet am Stirnende 6 eine Öffnung 7, welche konzentrisch zu einer Zylindermittelachse 8 angeordnet ist. Im Rohr 5 mit einem Innendurchmesser 9 ist eine Schnecke 10 des Extruders 4 drehbar gelagert.

Die Schnecke 10 fördert bei ihrer rotierenden Bewegung durch die an einer Innenwand 11 anliegenden gewindeförmig verlaufenden Windungen 12 ein, über einen Beschickungstrichter 13 und eine Beschickungsöffnung 14 in den Innenraum des Extrusionszylindermantels 2 verbrachtes, zu extrudieren-des Material 15, z.B. ein Kunststoffgranulat. Dieses Kunststoffgranulat wird dabei plastifiziert und in Richtung eines Pfeiles 16 zu der Öffnung 7 und weiter in einen Zuführkanal 17 einer Formeinrichtung 18, z.B. einer Hohlform, einem Extrusionskali-ber oder ähnlichem, gefördert.

Der Extrusionszylindermantel 2 mit einem Aus-sendurchmesser 19 wird in Umfangsrichtung von der Heiz- und Kühlvorrichtung 1, welche einen in etwa L-förmigen Querschnitt aufweist, umfasst. Ein Schenkel 20 der Heiz- und Kühlvorrichtung 1 ist schalenförmig dicht am Extrusionszylindermantel 2 anliegend angeordnet. Ein weiterer in etwa rechtwinkelig zum Schenkel 20 angeordneter Schenkel 21 bildet ein, in radialer Richtung den Extrusionszylindermantel 2 überragendes, kranzförmiges Konvektionseiement 22, für ein durch den Schenkel 20 gebildetes Wärmeübertragungselement 23.

Das Wärmeübertragungselement 23 ist in Umfangsrichtung von einem durch Keramikelemente 24 und einem darin gehalterten Heizdraht 25 gebildetes Heizelement 26 umschlossen. Das Heizelement 26 ist über Leitungen 27 mit einer Energieversorgung 28 verbunden, wobei die Stromversorgung des Heizelementes 26 durch eine Steuer- und Re-

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geleinheit 29 bedarfsabhängig geregelt wird. Die entsprechenden Regelinformationen werden über die im Extrusionszylindermantel 2 angeordneten Messwertgeber 30 und eine Messleitung 31 der Steuer- und Regeleinheit 29 übermittelt. Durch mehrere über den Extrusionszylindermantel 2 in Längsrichtung hintereinander angeordnete Heiz-und Kühlvorrichtungen 1, sowie Messwertgeber 30, kann der Extrusionszylindermantel sektionsweise unterschiedlich temperiert werden.

Wie weiters in Fig. 1 schematisch angedeutet, ist zur raschen Abfuhr der Wärme aus dem Extrusionszylindermantel 2 eine Kühlluftvorrichtung 32 angeordnet. Ein Ventilator 33 saugt über ein Luftgitter 34 Umgebungsluft, entsprechend Pfeilen 35 an, und fördert diese über eine Luftleitung 36 und einer Verteilerdüse 37 in Richtung der Heiz- und Kühlvorrichtung 1 - Pfeile 38. Die Luft strömt entlang den Konvektionselementen 22 und entzieht diesen die Wärme, die kontinuierlich aus dem Extrusionszylindermantel 2 über das Wärmeübertragungselement 23 dem Konvektionseiement 22 zufliesst.

Dadurch können bei Bedarf Teilbereiche des Extrusionszylindermantels 2 nach Unterbrechung der Energiezufuhr zu den Heizelementen 26 durch die Steuer- und Regeleinheit 29 geregelt gekühlt werden. Der Ventilator 33 wird in Abhängigkeit vom Schaltzustand von der gewünschten Temperatur des Extrusionszylindermantels 2 über eine Leitung 39, üblicherweise nur bei abgeschalteter Heizung, mit Energie versorgt. Üblicherweise wird der Heiz-und Kühlvorrichtung 1 die Kühlluft - Pfeil 38 - nur in der zwischen zwei Heizperioden liegenden Kühlperiode zugeführt. Dadurch ist es möglich, mit der Heiz- und Kühlvorrichtung 1 sowohl einen raschen Temperaturwechsel in einzelnen Zonen des Extrusionszylindermantels 2 herbeizuführen, wie aber auch das Konstanthalten einer in Abhängigkeit vom zu extrudierenden Material 15 verfahrensbedingten Temperatur.

In Fig. 2 und 3 ist eine andere Ausführungsvariante der Heiz- und Kühlvorrichtung 1 gezeigt, wobei für gleiche Teile dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet werden. Die Heiz- und Kühlvorrichtung 1 weist einen L-förmigen Querschnitt auf, wobei die Schenkel 20, 21 in etwa in einem Winkel von 90 zueinander angeordnet sind. Wie besser aus Fig. 3 ersichtlich, ist das durch den Schenkel 20 gebildete Wärmeübertragungselement 23 in seiner Längserstreckung halbschalenförmig ausgebildet und weist einen Innendurchmesser 40 auf.

Der das Konvektionseiement 22 bildende Schenkel 21 weist in radialer Richtung verlaufende und beabstandet voneinander angeordnete Ausnehmungen 41 mit einer Tiefe 42 auf, die in etwa einer Höhe 43 des Konvektionselementes 22 entsprechen. Dadurch wird das Konvektionseiement 22 in Sektoren unterteilt, die in Richtung der Höhe 43 eine schraubenförmige Verwindung aufweisen, wodurch Aussenkanten 44 einen vom Wärmeübertragungselement 23 abstehenden Endbereiches 45 des Konvektionselementes 22 zueinander einen insbesondere spitzen Winkel 46 ausbilden. Die Halbschalen der zweiteiligen Heiz- und Kühlvorrichtung 1 werden mit ihren durch eine Breite 47 und eine

Dicke 48 des Wärmeübertragungselementes 23 gebildeten Stirnflächen 49 stumpf aneinanderstossend durch das in Umfangsrichtung über das Wärmeübertragungselement 23 - verlaufende, gliederbandförmige und eine Spannvorrichtung 50 aufweisendes Heizelement 26 am Rohr 5 dicht anliegend gehaltert. Eine Distanz 51 zwischen den Stirnflächen 49 ermöglicht ein dichtes Anliegen einer Innenfläche 52 am Rohr 5, wodurch ein guter Wärmeübergang zwischen dem Extrusionszylindermantel 2 und dem Wärmeübertragungselement 23 möglich ist.

In Fig. 4 und 5 ist eine Heiz- und Kühlvorrichtung 1 mit einem im wesentlichen L-förmigen Querschnitt gezeigt. Der Schenkel 20 des Wärmeübertragungselementes 23 ist konzentrisch zur Zylindermittelachse 8 und zum Schenkel 21 des Konvektionselementes

22 in etwa in einem rechten Winkel angeordnet. Das im Bezug auf die Zylindermittelachse 8 scheibenförmig angeordnete Konvektionseiement 22 weist in Umfangsrichtung beabstandet die radial angeordneten Ausnehmungen 41 mit der Tiefe 42 auf, die kleiner ist, als die Höhe 43 des Schenkels 21.

Durch eine schraubenförmige Verwindung im Bereich des Konvektionselementes 22 zwischen den Ausnehmungen 41, wird eine fächerförmige Anordnung des Konvektionselementes 22 erreicht, wodurch ein in etwa parallel zur Zylindermittelachse 8 verlaufender Kühlluftstrom - Pfeile 53 - in seiner Strömungsrichtung abgelenkt und durch die Ausnehmungen 41 strömt. Durch eine gegengleiche Fächeranordnung einer weiteren in Strömungsrichtung benachbart angeordneter Heiz- und Kühlvorrichtungen 1 wird der Kühlluftstrom - Pfeil 53 -mehrfach umgelenkt und damit eine gute Kühlwirkung ermöglicht. Wie weiters der Fig. 4 zu entnehmen ist, ist in Umfangsrichtung des Wärmeübertragungselements 23 umfassend das aus den Keramikelementen 24 gebildete Heizelement 26 angeordnet. Die Keramikelemente 24 weisen in Umfangsrichtung Bohrungen 54 auf, in denen zumindest ein Heizdraht 25 angeordnet ist. Bei der gezeigten Ausführung entspricht die Schenkelbreite des Wärmeübertragungselementes 23 der Breite des Heizelementes 26. Möglich ist aber auch eine Ausführung, bei der jeweils zwei Heiz- und Kühlvorrichtungen 1 gegengleich angeordnet werden, wobei der Schenkel 20 in etwa halb so breit ist, wie das Heizelement 26 und diese beiden zueinander angeordneten Schenkeln 20 umfasst.

In Fig. 6 ist eine andere Ausführungsvariante der Heiz- und Kühlvorrichtung 1 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform weist die Heiz- und Kühlvorrichtung 1 einen T-förmigen Querschnitt auf, wobei ein Balken 55 parallel und konzentrisch zur Zylindermittelachse 8 zu dieser und ein Steg 56 radial zu dieser ausgerichtet ist. Eine Breite 57 des durch den Balken 55 gebildeten Wärmeübertragungselementes

23 ist grösser, als eine zweifache Breite 58 der vorragenden Balkenteile, zuzüglich einer Dicke 59 des Steges 56.

Beidseits des Steges 56 sind die gliederbandförmigen Heizelemente 26 angeordnet. In Bereichen zwischen den Ausnehmungen 41 des Konvektionselementes 22 ist dieses schraubenförmig verwun5

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den bzw. verdrillt, so dass zwischen diesen Durchströmöffnungen für die Kühlluft vorhanden sind. Die Breite 57 der Balkenteile kann auch so bemessen sein, dass sie kleiner, vorzugsweise halb so gross ist, als eine Breite 58 des Heizelementes 26. Damit umfasst ein Heizelement 26 zwei nebeneinander angeordnete Heiz- und Kühlvorrichtungen 1, wodurch die Montage wesentlich erleichtert wird.

In den Fig. 7 bis 9 sind andere Ausführungsvarianten zur Bildung von T- und L-förmigen Querschnitten für Heiz- und Kühlvorrichtungen 1 gezeigt. So ist es z.B. möglich, aus einem einstückigen Materialzuschnitt durch mehrfache Abkantungen ein T-förmiges Profil durch zwei dicht aneinander anliegende Schenkeln 60, 61 und zwei gegengleich angeordneten Schenkeln 62, 63 zweier in ihrem Endbereich 64 der Schenkeln 60, 61 verbundener L-förmigen Profile zu formen. Dabei bilden die Schenkeln 62, 63 mit ihren in etwa der Breite bzw. halben Seite eines Heizelementes entsprechenden Breite

65 das Wärmeübertragungselement 23, welches konzentrisch zu der Zylindermittelachse 8 angeordnet und einen Innendurchmesser 40 aufweist, der an den Aussendurchmesser des Extrusionszylinders angepasst ist.

Die das Konvektionseiement 22 bildenden Schenkeln 60, 61 weisen die Ausnehmungen 41 auf und sind im Bereich zwischen den Ausnehmungen 41 fächerförmig verformt.

Wie weiters den Fig. 8 und 9 besser zu entnehmen, ist auch eine mehrteilige Ausführungsform der L- bzw. T-förmigen Profile möglich. Ein einen Bund

66 aufweisendes Wärmeübertragungselement 23, ist dazu über den in radialer Richtung umlaufenden Bund 66 mit dem scheibenförmigen in Fächerform ausgebildeten Konvektionseiement 22, z.B. durch Nieten 67, verbunden.

In den Fig. 10 und 11 ist die halbschalenförmig ausgebildete Heiz- und Kühlvorrichtung 1 in den Bereichen von um 180° versetzt angeordneten Teilungsfugen 68, 69 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform sind die, die Halbschalen bildende Teile 23', 23", im Bereich der Teilungsfuge 68 des Wärmeübertragungselementes 23 über eine Gelenkanordnung 70 verbunden. Dazu weisen die Teile 23', 23", im Endenbereich verzahnungsartig gegengleich angeordnete und einen Bolzen 71 aufnehmende, z.B. eingerollte Scharnierbänder 72, auf. Der Gelenkanordnung 70 ist die um 180° gegenüberliegende Teilungsfuge 69 einen Verschluss- und Spanneinrichtung 73, zugeordnet. Diese ist z.B. im Bereich des Konvektionselementes 22 angeordnet und durch ein Spannschloss bzw. eine Spannschraubenanordnung gebildet. So können z.B. mit dem Konvektionseiement 22 Spannklötze 74 verbunden, z.B. verschweisst sein. Der eine Spannklotz 74 weist eine Durchgangsbohrung 75 und der andere Spannklotz 74 ein Innengewinde 76 auf. Eine Spannschraube 77 durchsetzt die Durchgangsbohrung 75 und greift in das Innengewinde 76 ein. Durch das Anziehen der Spannschraube 77 können die Teile 23', 23" des Wärmeübertragungselementes 23 spielfrei an den Extrusionszylindermantel 2 angepasst werden.

Durch die Gelenkanordnung 70 kann die Heiz-und Kühlvorrichtung 1 den Extrusionszylindermantel 2 umfassend angelegt und mit der Verschluss- und Spanneinrichtung 73 am Extrusionszylindermantel 2 dicht anliegend montiert werden, wodurch ein guter Wärmeübergang vom Extrusionszylindermantel 2 an die Heiz- und Kühlvorrichtung 1 erreicht wird. Zum Ausgleich von fertigungsbedingten Oberflächenfehlern am Rohr 5 kann eine diese Fehler ausgleichende Zwischenschicht 78, z.B. eine Wärmeleitpaste 79 und bzw. oder ein eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweisendes Gewebe - oder mattenförmiges Material -, zwischen dem Rohr 5 und dem Wärmeübertragungselement 23 angeordnet werden. Dadurch wird insgesamt der Wirkungsgrad und die Ansprechzeit der Heiz- und Kühlvorrichtung verbessert.

In Fig. 12 ist eine weitere Ausführungsvariante der Heiz- und Kühlvorrichtung 1 in einer halbscha-lenartigen Ausbildung gezeigt, wobei nur eine Halbschale der gesamten Heiz- und Kühlvorrichtung 1 dargestellt ist. Auf dem halbschalenförmigen Wärmeübertragungselement 23 sind in Längsrichtung der Halbschale mehrere beabstandete Konvektionselemente 22 angeordnet, die aus halbkreisringförmigen Blechzuschnitten 80 gebildet sind. Der Abstand der Konvektionselemente 22 entspricht im wesentlichen der Breite 58, der zwischen den Konvektions-elementen 22 angeordneten Heizelementen 26, welche in Umfangsrichtung das Wärmeübertragungselement 23 umfassen. Eine Höhe 81, der am Wärmeübertragungselement 23 angeordneten, durch Blechzuschnitte 80 gebildeten Rippen 82, ist dabei grösser, als eine Dicke 83 des Heizelementes 26.

Die Blechzuschnitte 80 liegen mit einer inneren Oberfläche, die einen Radius 84 aufweist, dicht auf einer Oberfläche 85 des Wärmeübertragungselementes 23 an und sind mit dieser verbunden, z.B. verklebt, verschweisst etc. Bei dieser Ausführungsform ist es möglich, eine grössere Länge des Extrusionszylindermantels 2 auf eine einheitliche Temperatur einzuregeln. Die Anwendung dieser Ausführungsform bietet darüber hinaus einen geringeren Montageaufwand und wird daher überall dort zweckmässig eingesetzt werden können, wo eine grössere Extrusionszyiinderlänge mit einheitlicher Temperatur betrieben werden kann. Auch bei dieser Ausführungsform können die, die Konvektionselemente 22 bildenden Blechzuschnitte 80 in Richtung ihrer Radialerstreckung schraubenförmig verwunden werden, wodurch die Ablenkung und Verwirbelung eines Kühlluftstromes erreicht wird.

In Fig. 13 ist eine andere Ausführungsform der Heiz- und Kühlvorrichtung 1 gezeigt. Die Konvektionselemente 22 sind bei dieser Ausführungsform in etwa rechteckförmige Blechzuschnitte 80, die auf dem halbschalenförmigen Wärmeübertragungselement 23 befestigt, z.B. angeschweisst sind. Die durch die Blechzuschnitte 80 gebildeten Rippen 82 sind am Umfang des Wärmeübertragungselementes 23 in etwa gleichmässig verteilt und mit ihrer Längserstreckung parallel zur Zylindermittelachse 8 angeordnet. Sie können aber auch, um einen noch besseren Wärmeübergang zu ermöglichen, schräg

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zur Zylindermittelachse 8 angeordnet und bzw. oder die in Längsrichtung hintereinander angeordneten in Umfangsrichtung versetzt sein.

Über eine Gesamtlänge 86 des halbschalenförmigen Wärmeübertragungselementes 23 sind verteilt mehrere Reihen von den am Umfang verteilten Rippen angeordnet. Ein Abstand 87 zwischen gegenüberliegend angeordneten Stirnflächen 88 der Rippen 82 ist in etwa gleich gross der Breite 58 des zwischen den Rippen angeordneten Heizelementes 26. Die radiale Höhe 81 der Rippen 82 ist grösser als die Dicke 83 des Heizelementes 26.

Wie in Verbindung mit den vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispielen bereits beschrieben, werden die halbschalenförmigen Wärmeübertragungselemente 23 durch das diese in Umfangsrichtung umfassende Heizelement 26 bzw. durch dessen Spannvorrichtung 50 oder durch eine Verschluss- und Spanneinrichtung 73 am Extrusionszylindermantel 2 dicht anliegend gehaltert.

In den Fig. 14 bis 17 ist eine andere Ausführungsvariante der Heiz- und Kühlvorrichtung 1 gezeigt.

Diese besteht aus einem elastisch bzw. plastisch verformbaren Band 89 mit einer Länge 90, welche in etwa einem Aussenumfang eines Aussendurch-messers 91 des Extrusionszylindermantels 2 entspricht. Wie hier einfach dargestellt, kann an entgegengesetzten Enden 92 die an sich bekannte Spannvorrichtung 50 angeordnet sein.

Längs einer Symmetrieachse sind im Abstand voneinander in etwa fingerförmige Lappen 93 abgeklinkt und um eine etwa im rechten Winkel zur Symmetrieachse verlaufenden Knicklinie 94 aufgebogen. Längs dieser Knicklinie 94 sind die Lappen 93 in etwa in einem rechten Winkel zur Bandoberfläche 95 abgewinkelt und bilden für das bandförmige Wärmeübertragungseiement 23 die Konvektionselemente 22. Durch die Elastizität des Bandes 89, das z.B. aus einem dünnen Kupferblech gebildet ist, kann die Heiz- und Kühlvorrichtung 1 bei der Montage um den Extrusionszylindermantel 2 gelegt und mit der Spannvorrichtung 50 dicht an diesen angepresst werden.

Wie besser den Fig. 16 und 17 zu entnehmen ist, kann die Heiz- und Kühlvorrichtung 1 abwechselnd mit dem Heizelement 26 in Längsrichtung des Extrusionszylindermantels 2 angeordnet sein, bzw. kann das Heizelement 26 die Heiz- und Kühlvorrichtung 1 umfassend angeordnet sein. Bei dieser Ausführungsform ragen die Lappen 93 der Heiz-und Kühlvorrichtung 1 durch Öffnungen 96, welche im Heizelement 26 angeordnet sind. Weiters können die Heizelemente 26 zwischen zwei benachbarten Reihen von Lappen 93 angeordnet sein.

In Fig. 18 ist eine Ausführungsvariante der Heiz-und Kühlvorrichtung 1 gezeigt, bei der ein in etwa L-förmiges elastisches Profil 97 in spiralförmigen Windungen um den Extrusionszylindermantel 2 herumgewickelt ist. Der Schenkel 20 liegt dicht am Extrusionszylindermantel 2 auf und weist in etwa die Breite 65 auf, die der Breite 58 des Heizelementes 26 entspricht. Der weitere Schenkel 21 des L-förmi-gen Profiles 97 bildet das Konvektionseiement 22. Wie bereits zuvor beschrieben, kann das Konvektionseiement 22 in dessen Längsrichtung beabstandet die radial angeordneten Ausnehmungen 41 aufweisen und im Bereich zwischen den Ausnehmungen 41 und in zur Zylindermittelachse 8 radialer Richtung schraubenförmig verwunden sein.

Die spiralenförmige Windung des Profiles 97 um den Extrusionszylindermantel 2 weist eine Steigung 98 auf, welche in etwa der Breite 65 des Schenkels 20 entspricht. Durch diese Ausführungsform ist es möglich, die Heiz- und Kühlvorrichtung 1 in Form von handelsüblichen Profillängen und in grossen Stückzahlen auf Lager zu erzeugen, wobei eine Standardabmessung eines Profiles unabhängig vom Aussendurchmesser 19 und von der Länge des Extrusionszylindermantels 2 verwendet werden kann. Des weiteren ist bei dieser Ausführungsform für eine Gesamtausstattung eines Extrusionszylinders nur jeweils eine Fixiervorrichtung für den Anfang, und eine Spannvorrichtung für das Ende des Profiles 97 erforderlich, wodurch sich sowohl die Kosten für die Herstellung wie auch für die Montage einer solchen Heiz- und Kühlvorrichtung 1 gering halten. Bei dieser Ausführungsvariante wird das gliederbandförmige durch die Keramikelemente 24 gebildete Heizelement 26 den spiralenförmigen Windungen angepasst und auf den Schenkel 20 dicht anliegend aufgebracht. Wie in der Darstellung gezeigt, kann das Heizelement 26 auch durch mehrere im Verlaufe der Spiralen hintereinander angeordnete Einzelelemente, die durch unabhängige Energiezuführungen gespeist werden und unabhängige Regeleinrichtungen aufweisen, gebildet sein.

Das in Fig. 19 dargestellte Wärmeübertragungselement 23 weist in seiner Längserstreckung beabstandete Ausklinkungen mit den in etwa rechtwinkelig zu der Bandoberfläche abgewinkelten Lappen 93 als Konvektionseiement 22 auf. Die zwischen den Ausklinkungen verbleibenden Schenkel 20 liegen am Extrusionszylindermantel 2 auf und werden mit den auf diesem aufliegenden Heizelement 26 in Richtung der Zylindermittelachse 8 am Extrusionszylindermantel 2 zur Anlage gebracht. Wie in strich-lierten Linien gezeigt, können die Lappen 93 selbstverständlich zur Ablenkung einer Kühlluftströmung oder eines strömenden sonstigen Mediums in sich verwunden ausgebildet sein. Damit wird dem Kühlmedium eine grössere wirksame Fläche entgegengesetzt, wodurch die Kühlleistung gesteigert wird. Durch die Abmessungen der Ausklinkung bzw. der Lappen 93 ist weiters eine gute Abstimmung der Heiz- und Kühlwirkung für den Extrusionszylindermantel 2 möglich.

Dem oberen Bildausschnitt der Fig. 1 kann auch entnommen werden, dass einzelne und bzw. oder mehrere Gruppen von Heiz- und Kühlvorrichtungen 1 mit einer Verkleidung 99 ummantelt sein können, wodurch sich ein Innenraum 100 für ein Kühlmedium, wie z.B. Luft, Kühlgas oder Kühlflüssigkeit ausbildet. Durch die so gebildete Ummantelung der Konvektionselemente 22 wird eine effiziente Wirkung des Kühlmediums und eine rasche Regelcharakteristik erreicht. Damit sind auch sehr exakte Abgrenzungen zwischen den einzelnen Bereichen möglich, wodurch sich diese Anordnungen der Heiz- und Kühlvorrichtungen 1 mit den Verkleidun5

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gen 99, speziell für schwierige Extrusionsverfahren, wie z.B. für Recyclingverfahren, eignen.

Selbstverständlich ist es im Rahmen der Erfindung möglich, über die gezeigten Ausführungsbeispiele hinaus die Anordnung der Einzelelemente beliebig zu verändern, bzw. auch unterschiedlich zu kombinieren. Auch Einzelmerkmale aus den gezeigten Ausführungsbeispielen können eigenständige, erfindungsgemässe Lösungen darstellen.

Claims

Patentansprüche

1. Heiz- und Kühlvorrichtung, für einen Extrusionszylinder, mit einem zylinderförmigen, den Mantel umfassenden Wärmeübertragungselement, einem Konvektionseiement und einer Heizeinrichtung für das Wärmeübertragungselement, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeübertragungselement (23) einen Extrusionszylindermantel (2) in Umfangsrichtung zumindest teilweise umfasst und mit zumindest einem Konvektionseiement (22) verbunden ist, welches das Wärmeübertragungselement (23) in radialer Richtung überragt.

2. Heiz- und Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Konvektionseiement (22) mit dem Wärmeübertragungselement (23) einstückig verbunden bzw. ausgebildet ist.

3. Heiz- und Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärme-übertragungs- und das Konvektionseiement (23, 22) aus einem Material gebildet ist, welches eine Festigkeit kleiner als 105 N/mm aufweist.

4. Heiz- und Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeübertragungselement (23) und das Konvektionseiement (22) den Extrusionszylindermantel (2) spiralenförmig umschliesst und eine Steigung (98) der spiralenförmigen Windungen in etwa der Breite (58) des Heizelementes (26) entspricht.

5. Heiz- und Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Wärmeübertragungselement (23) und dem Extrusionszylindermantel (2) eine plastisch verformbare wärmeleitende Zwischenschicht (78) angeordnet ist.

6. Heiz- und Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die parallel zur Zylindermittelachse (8) des Extrusionszylindermantels (2) angeordneten Konvektionselemente (22) mit zunehmender Distanz vom Wärmeübertragungselement (23) schräg zur Zylindermittelachse (8) verlaufen.

7. Heiz- und Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeübertragungselement (23) aus einem elastisch verformbaren, den Umfang des Extrusionszylindermantels (2) zumindest teilweise umfassenden streifenförmigen Band (89) mit in Umfangsrichtung beabstandet zueinander angeordneten Ausklinkungen gebildet ist.

8. Heiz- und Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Knicklinie (94) der Ausklinkung in etwa einen Winkel von 90° zur Längserstreckung des Wärmeübertragungselementes (23) angeordnet ist und

Lappen (93) in etwa um 90° zu einer Bandoberfläche (95) abgewinkelt und vorzugsweise in sich verwunden sind.

9. Heiz- und Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Knicklinie (94) der durch die Ausklinkung gebildeten Lappen (93) in etwa parallel zur Längserstreckung des Wärmeübertragungselementes (23) verlaufend angeordnet ist und die Lappen (93) in etwa um 90° zu der Bandoberfläche (95) abgewinkelt und vorzugsweise in sich venwunden sind.

10. Heiz- und Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Heiz- und Kühlvorrichtung (1) mit einer diese einschliessenden Verkleidung (99) mit einem Ein-und Auslass für ein Kühlmedium umgeben ist, wobei vorzugsweise dem Einlass eine Fördervorrichtung für das insbesondere gasförmige Kühlmedium vorgeordnet ist.

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