CN102159375A - 以能量有效的方式挤出塑料型材的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于生产塑料型材(优选塑料管材)的挤出生产线，该挤出生产线至少包括一台挤出机(1)、一个工具(2)、一个校准器(3)以及多个附加的后续装置(4，5)。根据本发明，为了将型材(9)冷却，该工具(2)具有一个凹陷，和/或围绕该挤出的管材安排有一个腔室(11)，以便能够在与挤出的方向(7)相反的方向上加入空气。本发明还涉及一种方法，该方法用于以一种能量有效的方式挤出一个塑料型材，具体是一个塑料管材，所述方法包括以下步骤：a)在一台挤出机(1)中将塑料熔化；b)使一个塑料股成型并且将其送入一个工具(2)；c)通过该工具(2)使一个塑料型材成型；并且d)通过在一个校准装置(3)中进行冷却而对该型材进行校准和固化。型材(9)在校准器(3)中在内部与在外部一样进行冷却。根据本发明，在与挤出的方向(7)相反的方向上抽吸空气从而冷却该型材(9)。

Description

以能量有效的方式挤出塑料型材的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于生产塑料型材、优选为塑料管材的挤出生产线，该挤出生产线至少包括一台挤出机、一个模口、一种校准装置以及另外多个后续装置。此外，本发明涉及一种用于增加挤出生产线的冷却性能的方法，该挤出生产线用于挤出一种塑料型材、具体地是一种塑料管材，该方法包括以下步骤：a)在一台挤出机中将塑料熔化，b)使一个塑料股成型并且将该塑料股送入一个模口，c)通过该模口使一个塑料型材成型，d)在一个校准装置中通过将该型材冷却而进行校准和固化，在该校准装置中除了对该型材在外部进行冷却之外还在内部进行冷却。
此外，本发明涉及一种方法，该方法用于以一种能量有效的方式挤出一个塑料型材、具体地是一个塑料管材，该方法包括以下步骤：a)在一台挤出机中将塑料熔化，b)使一个塑料股成型并且将该塑料股送入一个模口，c)通过该模口使一个塑料型材成型，并且d)在一个校准装置中通过将该型材冷却而进行校准和固化，在该校准装置中除了对该型材在外部进行冷却之外还在内部进行冷却。
背景技术
从现有技术中已知管材内部冷却的可能性。因此，例如DE 69403693提出了为管材的内壁配备一种喷雾，而其结果是实现液体在管材内壁上的蒸发并且因此实现了冷却。然而，这种类型的冷却手段尚未证明是实用的，因为热的水蒸气在挤出的方向上被夹带，并且尽管这因此协助了管材在校准装置中的冷却，却在挤出生产线末端处(例如在锯的区域中)使管材保持在一个温度下，其结果是，虽然所述管材在尺度上是稳定的，但对于分离处理而言它是过于柔软的。同时，迄今为止还没有针对因内部冷却所产生的热量进一步加以利用的概念。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种挤出生产线，该生产线的目标在于从该过程中将内部和/或外部冷却过程中产生的热量去除、并且对其进行尽可能最佳的使用。本发明的目的进一步包括提供一种相应的方法。
与权利要求1的前序相结合，关于挤出生产线的这个目的的解决方案的特征在于，至少该模口具有至少一个开口，并且在挤出方向上看在该模口前面安排了一个抽取装置，通过该抽取装置可以交换塑料型材的内部中的空气。该开口实现了一种状况，其中使之有可能在与挤出的方向相反的方向上抽取，并且可以从该过程中提取在型材内部产生的热量。
所抽取的热空气有利地被送入一个耗用装置用于能量回收。
这种逆流原理具有以下优点，即：与挤出截面末端处的管材的温度相比，在与挤出的方向相反的方向上将更冷的空气抽吸穿过管材内部。这种空气在其穿过管材的途中在管材的内壁上被加热，同样地该管材的温度在与该挤出的方向相反的方向上增加。因此，在空气与管材的内壁之间总是存在一个温度差，这种温度差致使从管材流入空气中的一种永久性热流动。以此方式从该过程中提取的热量再次被送入该过程并且为能量优化作贡献。因此该热量得到了适当地利用，而并非消散进入大气中。
作为一个替代方案，在此与权利要求2的前序相结合提出了一个解决方案，在校准装置之后围绕被挤出的管材安排了一个腔室，在该腔室上安排了一台吹风机，通过该吹风机可以在与挤出的方向相反的方向上引导空气经过在所挤出的管材的外壁。
在此，如果将以此方式加热的空气送入一个耗用装置用于能量回收是同样有利的。
通过吹风机使之有可能在与挤出的方向相反的方向上或者抽取空气通过其中或者将空气吹动通过其中，其结果是，可以从该过程中去除存在于型材外壁上的热量。不言而喻，整个过程也可以在挤出的方向上运作。
该腔室有利地至少在一侧上是密封的。
在此提出使用一个用于有待送入挤出机的原料的预加热站作为耗用装置，将热量送入其中。用作原料的主要是塑料颗粒；然而，所述热量还可以用于预加热其他材料，如PVC粉末。这具有以下优点，即：该原料已经具有高于室温的温度，并且因此在挤出机中需要应用更少的热能形式的能量。具体地讲，这还适用于所引入的机械能。例如，在一个单螺杆挤出机的情况下，经由圆筒壁施加的热能与熔化并不十分相关，因为在此，机械能(驱动能)首先转换成摩擦热。
不言而喻，这个温度一定不能处于一个范围内，在该范围内所使用的塑料颗粒已经成胶状。例如，这可以通过以下事实进行控制，即：可以对抽取装置的体积流量进行控制和/或调节，但是还可以通过以下事实进行控制，即：将不要求加热材料的能量送入一个热交换器和/或用于驱动另外的组件(例如一台斯特林发动机)和/或用于产生过程冷却。当然，不言而喻，所提取的热量还可以专门仅用于驱动这些组件。
与权利要求8的前序相结合，关于该方法的这个目的的解决方案的特征在于，为了型材的内部冷却，通过一种抽取装置在与挤出的方向相反的方向上将空气抽吸穿过。
作为一个替代方案，对于型材的外部冷却，与权利要求9的前序相结合在此提出了通过一台吹风机在与挤出的方向相反的方向上引导空气通过一个腔室而经过所挤出的管材的外壁。
根据一种发展存在一种配置来将空气送入一种耗用装置来利用其热量。如以上已经说明的，正如送入热交换器或者产生过程冷却一样，提供了对颗粒的预加热或者组件的运作来作为耗用装置。
如已经在上面提及的，使用逆流原理的运作具有以下优点，即：与挤出截面末端处的管材的温度相比，在与挤出的方向相反的方向上抽吸更冷的空气穿过管材的内部。所述空气在通过管材的途中在管材的内壁上被加热，同样管材的温度在与挤出的方向相反的方向上增加。因此，在空气与管材的内壁之间总是存在一个温度差，该温度差导致从管材流向空气中的一种永久性热流动。
为了实现尽可能高的冷却性能，根据一种发展存在一种配置来实现位于湍流范围内的至少一个流速。这种湍流在型材内部中和/或外壁上实现了一种尽可能令人满意的空气漩涡，该漩涡导致在型材的内壁和/或外壁处的高度的空气交换，并且因此产生了一种令人满意的冷却性能。
以一种辅助的方式，根据一种发展存在一种配置来不仅使在管材内部占优势的热量经由空气部分地被提取并且送入耗用装置，而且还要使该管材周围的空气沿该管材优选地在与挤出的方向相反的方向上被引导，如在上面已经说明的方式对该空气进行加热、并且在该过程中还从管材和其外径上提取热量并将所述热量送入耗用装置。
在挤出一种厚壁的塑料管材的情况下这些方法是特别适当的，因为在此要求挤出物在生产线中停留相对较长的时间并且因此空气体积可以交换多次，这产生了特别高的效率。
在此还提出了在与挤出的方向相反的方向上沿被挤出的管材的表面来引导空气而将积聚在被挤出的管材中或其上的热量再次送入挤出过程，并且将所获得的热量的量值用于预加热挤出过程所要求的塑料颗粒、或者用于驱动组件例如斯特林发动机、或者用于产生过程冷却。
所提出的这些挤出生产线以及所提出的这些方法特别适合于厚壁的塑料管材以及具有大到非常大的直径的管材，这些管材在挤出生产线上的停留时间处于数小时的范围内，并且因此是相对较长的。
通过在此提出的发明，增加了挤出生产线的冷却性能，而多个相当重大的优点是与此相关联的。首先，如果已有的通过量性能保持不变的话，那么总的冷却长度就被缩短了，或者只要维持总冷却长度那么通过量性能就可以被提高。另外，因此实现了塑料型材的能量有效的挤出，因为从该型材中提取的能量至少部分地被再次送入该过程。
所抽取的空气并不影响挤出机中的熔化行为，因为它不与该挤出机相接触。在现有技术已知的解决方案中，空气是穿过挤出机来抽吸的并且采取多种不产生影响的措施。在此提出的湍流的结果是实现了特别有效的冷却。
除了抽取内部空气之外，还存在一种配置或者作为一个替代方案的是，空气优选但并非唯一地以逆流被引导在管材的外侧上。其优点在于，可以从管材中提取热量的大得多的量值，这个量值可以再次部分地循环利用。管材外径上的空气冷却也可以独立地得到使用。
在现有技术中已知使用满水箱或者喷洒水箱进行冷却。特别地在已有系统的情况下，外部空气冷却装置可以是一种有效的改装系统，即便在由于管材头中缺少开口而使管材内部的冷却是不可能的情况下。
一个目标是不仅通过预加热，而且还通过例如转换成机械式的驱动能量而在这种系统中保持一个尽量高的积累热量的百分比。
附图说明
附图中图解地描绘了本发明的示例性实施方案，在附图中：
图1示出了一条挤出生产线，
图2示出了型材的外部冷却，并且
图3示出了图2的一个替代方案。
具体实施方式
图1图解地示出了一条挤出生产线，挤出机1安排在挤出模口2的侧部。在挤出方向7上看，模口2邻接校准装置3，进而校准装置之后是拉脱装置4。校准装置3包括一个带有安装了校准套管的真空箱。另外多个冷却浴也可以邻接该校准装置。
这由另一个后续装置邻接，在此是处于一个锯5形式的分离装置。作为举例示出的挤出生产线中生产了一个管材9。抽取装置6被安排在该挤出生产线的起点，直接在模口处。由箭头图解地指示出了相应的抽取方向。模口2具有一个开口8；开口8被连接到抽取装置6上，其结果是，抽取装置6可以将管材9远至挤出生产线末端分离装置5的区域中的内部空气体积抽吸通过。
在抽取装置6上安排了一个耗用装置10，作为举例，该耗用装置10在此是用于有待送入挤出机1的塑料颗粒的一个预加热站。然而，一台斯特林发动机同样能够以此来进行工作，该斯特林发动机进而驱动拉脱装置4或挤出生产线的其他驱动器。
抽取装置可以间歇性地工作。因此，尽可能在湍流范围内抽取空气持续一个时间段t1，随后是一个时间段t2，在其中不进行抽取(回火时间)。因此，热量可以再次从管材壁中央向内侧转移，其结果是该管材在内侧上再次变得更热。此后跟随一个时间段t1，其中对热量进行提取。整个过程可以被重复多次。在外部冷却的情况下，相似的状况适用于沿型材外壁的空气流。
图2图解地示出了挤出生产线的外部冷却，该挤出生产线在图1中作为举例示出并且再次由挤出机1、模口2、校准装置3、拉脱装置4以及分离装置5构成。在校准装置3与拉脱装置4之间，围绕被挤出的管材9安排了一个腔室，它再次被连接到一个吹风机12上。该腔室相对于校准装置3适当地进行了封闭，其结果是，可以通过吹风机12来进行与挤出方向相反的抽取。因此，位于该空间中的空气在该腔室末端处被抽吸(也就是说与拉脱装置4的相反)，在与挤出的方向相反的方向上沿管材9的表面被抽吸穿过其中至腔室11的出口(也就是说安排吹风机12的地方)，并且在这个区段上被加热并且同时管材9的外壁被冷却。以此方式加热的空气经由连接管材被送入耗用装置10。
图3示出了一个类似的实施方案，其中再次示出了一条挤出生产线，该挤出生产线具有挤出机1、挤出模口2、校准装置3、拉脱装置4以及分离装置5。如关于图1已经说明的，可以在该校准装置附近安排另外的多个冷却浴。在此图3中通过三个冷却浴作为举例示出这一点。所述冷却浴被安排的方式为使得它们之间存在连接，并且在挤出方向上看，一台吹风机12再次被安排在校准装置3后的第一冷却浴处。所述冷却浴各自进行配置的方式为使得围绕管材9再次产生一个腔室11。如在图2中已经说明的，然后隔室空气可以通过位于与拉脱装置4相反的腔室11端面上的吹风机12而被吸入，并且在吹风机12的方向上(与挤出的方向相反的方向上)沿管材9的表面被抽吸通过其中。在此同样，空气在所述路径上被加热并且通过连接管材被送入耗用装置10。
例如在已有的管材挤出生产线中，这个在此提出的实施方案是可以想象的，在这种挤出生产线中已有的冷却浴通过简单的变更可以被转换成这类腔室，并且已有的冷却连接配置可以被连接到吹风机12上。不言而喻，在此还可以想象，将至耗用装置10的管连接精确地安排在腔室11的另一侧上，也就是说正好在拉脱装置4的前面，并且然后不通过其中来抽吸空气，而是通过其中将空气吹出。这将意味着，在根据图2和图3的示例性实施方案中，于是吹风机12吸入隔室空气并且沿管材9的表面通过这些腔室吹出空气，其中它被送入在另一端的这些连接管上并且继续前进到耗用装置10中。
标记清单：
1    挤出机
2    模口
3    校准装置
4    拉脱装置
5    分离装置
6    抽取装置
7    挤出的方向
8    开口
9    塑料型材
10   耗用装置
11   腔室
12   吹风机

Claims (13)

1.一种用于生产塑料型材、优选为塑料管材的挤出生产线，该挤出生产线至少包括：
一台挤出机(1)，
一个模口(2)，
一个校准装置(3)
以及另外多个后续装置(4，5)，
其特征在于，
至少该模口(2)具有至少一个开口(8)，并且在挤出的方向(7)上看一个抽取装置(6)被安排在该模口(2)前面，通过该抽取装置可以交换该塑料型材(9)内部的空气。
2.一种用于生产塑料型材、优选为塑料管材的挤出生产线，该挤出生产线至少包括：
一台挤出机(1)，
一个模口(2)，
一个校准装置(3)
以及另外多个后续装置(4，5)，
其特征在于，
在该校准装置(3)之后围绕该挤出的管材安排了一个腔室(11)，
在该腔室(11)上安排了一台吹风机(4)，通过该吹风机可以在与挤出的方向(7)相反的方向上引导空气经过所挤出的管材的外壁。
3.如权利要求1或2所述的挤出生产线，其特征在于，该抽取出的热空气可以被送入一个耗用装置(10)用于能量回收。
4.如权利要求2所述的挤出生产线，其特征在于，该腔室(11)至少在一侧是密封的。
5.如权利要求1或2所述的挤出生产线，其特征在于，该耗用装置(10)是一种热交换器。
6.如权利要求1或2所述的挤出生产线，其特征在于，该耗用装置是一种用于有待送入该挤出机(1)的原料的预加热站。
7.如权利要求1或2所述的挤出生产线，其特征在于，该耗用装置是一台斯特林发动机。
8.如权利要求1或2所述的挤出生产线，其特征在于，该耗用装置是一种吸收式制冷机。
9.一种方法，该方法用于以一种能量有效的方式挤出一个塑料型材、具体地是一个塑料管材，该方法包括以下步骤：
a)在一台挤出机(1)中将塑料熔化，
b)使一个塑料股成型并且将该塑料股送入一个模口(2)，
c)通过该模口(2)使一个塑料型材成型，并且
d)通过在一个校准装置(3)中将该型材冷却而进行校准和固化，
在该校准装置(3)中，该型材(9)除外部冷却之外还在其内部进行冷却，
其特征在于，
为了该型材(9)的内部冷却，通过一个抽取装置(6)在与挤出的方向(7)相反的方向上抽吸空气从中通过。
10.一种方法，该方法用于以一种能量有效的方式挤出一个塑料型材、具体地是一个塑料管材，该方法包括以下步骤：
a)在一台挤出机(1)中将塑料熔化，
b)使一个塑料股成型并且将该塑料股送入一个模口(2)，
c)通过该模口(2)使一个塑料型材成型，并且
d)通过在一个校准装置(3)中将该型材冷却而进行校准和固化，
在该校准装置(3)中，该型材(9)除外部冷却之外还在其内部进行冷却，
其特征在于，
为了该型材(9)的外部冷却，通过一台吹风机在与挤出的方向(7)相反的方向上引导空气穿过一个腔室(11)而经过所挤出的管材的外壁。
11.如权利要求9或10所述的方法，其特征在于，将该空气送入一个耗用装置(10)以便利用其热量。
12.如权利要求9、10或11所述的方法，其特征在于，至少以处于湍流范围内的一个流速来抽取该空气。
13.一种用于挤出厚壁的塑料管材的方法，其中在所挤出的管材处产生的热量被再次送入该挤出过程，所获得的热量的量值被用于预加热该挤出过程所要求的原料、或者用于驱动多个组件，例如一台斯特林发动机。
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