DD285741A5 - Vorrichtung zur aussenkuehlung von extrudierten thermoplastischen kunststoffprofilen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Auszenkuehlung von thermoplastischen Kunststoffprofilen, mit der das extrudierte Kunststoffprofil von einem Gasstrom unterhalb der Raumtemperatur abgekuehlt wird. Die Vorrichtung besteht aus einem Druckgasspeicher, der als Ringkammer ausgebildet ist und um das Kunststoffprofil angeordnet ist und mindestens ein Einlaszrohr fuer die Zufuhr von Druckluft besitzt. Der Druckgasspeicher wird von einer festen und einer verstellbaren Kuehllippe gebildet, die durch Befestigungselemente miteinander verbunden und auslaszseitig durch Verstellelemente im Bereich des Kunststoffprofils zueinander einstellbar sind. Der Druckgasspeicher verjuengt sich auslaszseitig zunaechst trichterfoermig und besitzt die Kontur einer Unterschallringduese, die sich anschlieszend trichterfoermig entsprechend der Kontur einer UEberschallringduese erweitert. Der aus dem Ringspalt austretende Luftstrom ist stark unterkuehlt und besitzt eine hohe Kuehlwirkung. Fig. 1{Auszenkuehlung; thermoplastisches, Kunststoffprofil; Druckgasspeicher; Ringkammer; Einlaszrohr; feste, verstellbare Kuehllippe; Unterschallringduese; UEberschallringduese; Ringspalt, einstellbar; Unterkuehlung}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiat der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Außenkühlung von extrudieren thermoplastischen Kunststoffprofilen, die aus einem Profilwerkzeug extrudiert werden und anschließend in einer Kalibrier- und/oder Kühlvorrichtung außen in ihrer Form fixiert und durch einen Gasstrom abgekühlt werden, der eine Temperatur besitzt, die unterhalb der Raum- bzw. Umgebungstemperatur liegt.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Im Extrusionsverfahren hergestellte Rohre oder Vollprofile aus thermoplastischen Kunststoffen, nachstehend nur als Profile bezeichnet, werden nach dem Austritt aus dem Formwerkzeug zur Erreichung eines formstabilen Endproduktes auf unterschiedliche Art und Weise gekühlt und kalibriert. So ist in der Praxis die Vakuumtankkalibrierung bekannt, bei der die Abkühlung und Kalibrierung des Profils in einem Vakuumtank erfolgt. Am Ein- und Auslauf und im Inneren des Vakuumtanks befinden sich Kalibrierwerkzeuge, die einlaufseitig als Hülse und danach im Abstand zueinander als Scheiben oder Blenden ausgebildet sind (DE OS 2544.611). Die Abkühlung des thermoplastischen Kunststoffprofils kann durch ein Vollwasserbad und/oder eine Sprühkühlung erfolgen. Die Leistungsfähigkeit einer Extrusionslinie wird dabei wesentlich von der Kühleinrichtung bestimmt. Sie ist bei einer Wasserkühlung bezüglich der Kühltemperatur begrenzt, da sich die Abkühlgeschwindigkeit aus der Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des durch die Kühlflüssigkeit gekühlten Kalibrierwerkzeuges und der auf das Kunststoffprofil auftreffenden Kühlflüssigkeit einerseits sowie der Temperatur des extrudieren Kunststoffprofils andererseits ergibt. Die Temperatur der Kühlflüssigkeit ist dabei von der Umgebungstemperatur abhängig und liegt in der Regel zwischen 10 und 20⁰C, während das extrudierte Kunststoffprofil eine Temperatur von etwa 200 ⁰C hat. Eine höhere Kühlleistung kann daher nur durch eine entsprechende Verlängerung der K llstrecke erreicht werden, die jedoch sehr kostenaufwendig und nur begrenzt möglich ist.

Zur Lösung dieses Problems wurde bereits vorgeschlagen, auf das Kunststoffprofil im Bereich des Kalibrierwerkzeuges ein dort verdampfendes oder sublimierendes tiefkaltes Medium (flüssiger Stickstof) zur Einwirkung zu bringen (DE OS 2324.133 und DE OS 2456.386). Das Medium wird dabei aus einem Speichertank entnommen, der sich außerhalb der Extrusionslinie befindet. Über Leitungen, Absperr- und Regelventile sowie entsprechende Düsen, die am Außenumfang des Rohres angeordnet sind, wird das Medium auf die zu kühlende Oberfläche geleitet.

Von Nachteil bei diesen Lösungen ist, daß dafür die Beschaffung und eine ausreichende Bevorratung von flüssigem Stickstoff in Stahlflaschen bzw. in besonderen Speichertanks notwendig ist. Das Leitungssystem von der Speicherstation zur Kalibriereinrichtung muß gut isoliert sein, um einen guten Kühleffekt zu erreichen und unterliegt aufgrund der herrschenden Druckverhältnisse besonderen Prüf- und Abnahmevorschriften.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, eine technisch und ökonomisch kostengünstige Vorrichtung zu schaffen, mit der ein hoher Kühleffekt bei extrudieren thermoplastischen Kunststoffprofilen erre ht wird.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Unterkühlung eines gasförmigen Mediums unterhalb der Raumtemperaturzu entwickeln, die so gestaltet und angeordnet ist, daß die Unterkühlung und der Austritt des gasförmigen Mediums unmittelbar am äußeren Umfang des Kunststoff prof ils erfolgt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Vorrichtung aus einem Druckgasspeicher besteht, der al j Ringkammer ausgebildet ist, um das Kunststoffprofil angeordnet ist und mindestens ein Einlaßrohr für die Zufuhr von Druckluft besitzt. Der Druckgasspeicher wird von einer festen Kühllippe und einer verstellbaren Kühllippe gebildet, die durch Befestigungselemente miteinander verbunden und auslaßseitig durch Verstellelemente im Bereich des Kunststoffprofils zueinander einstellbar sind. Der Druckgasspeicher verjüngt sich auslaßseitig zunächst trichterförmig und besitzt die Kontur einer Unte· schallringdüse, die sich anschließend entsprechend der Kontur einer Überschallringdüse erweitert. In der weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Verstellelemente als Stellschrauben ausgebildet, die in der verstellbaren Kühllippe am Umfang verteilt in Gewindebohrungen eingeschraubt und an der festen Kühllippe lose abgestützt sind. Jede Stellschraube nimmt in einer Längsbohrung eine Befestigungsschraube auf, die in der festen Kühllippe eingeschraubt ist.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung bestehen in einer sehr kurzen Kühlstrecke und in dem sehr geringen konstruktiven und technologischen Aufwand für die Unterkühlung der Druckluft. Die Druckluft kann mit Hilfe eines entsprechenden Kompressors im Vergleich zu flüssigem Stickstoff kostengünstig in ausreichenden Mengen erzeugt werden. Sie kann über ein normales Leitungssystem, das nicht isoliert ist, bis zum Druckgas::peicher, der um das abzukühlende Kunststoffprofil angeordnet ist, geleitet werden, wo unmittelbar tier Unterkühlungsprozeß vorgenommen wird.

Ausführungsbeispiel

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird nachstehend in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung ist eine Ausführungsform für die erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt

Fig. 1: Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit dem zu kühlenden Kunststoffprofil.

In der Figur 1 ist ein Kunststoffprofil 8 dargestellt., das als Rohr ausgebildet ist und mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung von außen gekühlt wird. Das Kunststoffprofil 8 wird aus einem nicht dargestellten Rohrwerkzeug extrudiert. Die Vorrichtung zur Außenkühlung des Kunststoffprofils 8 besteht aus einem Druckgasspeicher 3, dessen Speicherraum als Ringkammer ausgebildet ist und um das Kunststoffprofil 8 angeordnet ist. Der Druckgasspeicher 3 besitzt ein oder mehrere Einlaßrohre 4 für die Zufuhr von Druckluft. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Druckgasspeicher 3 von einer festen Kühllippe 1 und einer verstellbaren Kühllippe 2 gebildet, die durch am Umfang verteilt angeordnete Befestigungselemente 10 miteinander ve. bunden und an einer Grundplatte 18 angeschraubt sind. Im Bereich des Kunststoffprofils 8 ist an der Auslaßseite des Druckgasspeichers 3 die verstellbare Kühllippe 2 mit Hilfe von Verstellelementen 9gegenüberderfesten Kühllippe 1 einstellbar. Der Druckgasspeicher 3 verjüngt sich auslaßseitig zunächst trichterförmig und besitzt die Kontur einer Unterschallringdüse 6. In -,esem Abschnitt wird die einströmende Druckluft bis zum Erreichen der schmälsten Stelle der Einschnürung auf Schallgeschwindigkeit beschleunigt. Der sich anschließende zweite Teil der Düse, der sich in Richtung des Auslaßkanals 11 hin in seinem Querschnitt wieder erweitert, ist als Überschallringdüse 7 ausgebildet. In diesem Abschnitt werden Luftgeschwindigkeiten erreicht, die größer als die Schallgeschwindigkeit sind. Die Größe der Überschallgeschwindigkeit hängt ab vom zur Verfügung stehenden Ruhedruck der komprimierten Luft, des möglicher· Volumenstromes an Luft, der von der Weite des Ringspaltes 14 und der Dimensionierung des Druckgasspeichers 3 abhängig ist und der Ausbildung der Unterschallringdüse 6 sowie der Überschallringdüse 7.

Zur Einstellung des Ringspaltes 14, der an der Auslaßseite des Druckgasspeichers 3 zwischen der festen Kühllippe 1 und der verstellbaren Kühüippe 2 vorhanden ist, sind die Verstellelemente 9 als Stellschrauben ausgebildet. Die Verstellelemente 9 sind in der verstellbaren Kühllippe 2 am Umfang verteilt in Gewindebohrungen 15 eingeschraubt und stufen sich an der festen Kühllippe 1 lose ab. Jedes Verstellelement 9 besitzt eine Längsbohrung 16, die zur Aufnahme einer Befestigungsschraube 17 dient, die in der festen Kühllippe 1 eingeschraubt ist. Durch diese Anordnung wird das Verstellelement 9 gegen Verdrehung gesichert.

Nachstehend wird die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Außenkühlung von Kunststoffprofilen erläutert. Die Druckluft, die aus einem vorhandenen Druckluftnetz entnommen wird oder von einem separaten Kompressor erzeugt wird, strömt über das Einlaßrohr 4 in den Druckgasspeicher 3, wo sie sich gleichmäßig verteilt und über die Unterschallringdüse 6 und die sich anschließende Überschallringdüse 7 strömt, aus der sie nach ihrem Austritt als stark unterkühlter Luftstrom 12 auf das Kunststoffprofil 8 auftrifft. Während die Luft die genannten Bereiche der Vorrichtung zur Außenkühlung durchströmt, steigt die Geschwindigkeit stetig an, während die Dichte, der Druck und vor allem aber die Temperatur s.<)hr stark abr'iken. Dadurch ist es möglich, einmal der festen Kühllippe 1 im Bereich der Kalibrierbohrung 5, an der das heiße Kunststoffprofil zur Anlage kommt und die die Funktion einer Kalibrierblende hat. Wärme zu entziehen. Zum anderen wird das aus dem nicht dargestellten Werkzeug austretende heiße Kunststoffprofil 8 beim Einlauf in die Kühlvorrichtung durch den aus dem Ringjpalt 14 austretenden stark unterkühlten Luftstrom 12 direkt abgekühlt. Durch die sehr hohe Strömungsgeschwindigkeit des expandierenden Luftstromes 12 wird ein Sog auf das Kunststoffprofil 8 erzeugt, wodurch dieses an die Kalibrierbohrung 5 der festen Kühllippe 1 angezogen wird und die bereits erwähnte Kalibrierwirkung einsetzt. Die Größe des Soges ist vom Strömungswinkel abhängig, der von der festen Kühllippe 1 gegenüber der Extrusionsachse 13 gebildet wird. Da der Wärmetransport proportional zur Temperaturdifferenz ist, steigt die effektive Kühlwirkung in dem Maße wie die Temperatur der Kühlluft sinkt. Zur Erreichung hoher Strömungsgeschwindigkeiten und niedriger Kühltemperaturen ist der Ringspalt 14 sehr eng zu bemessen, was in einfacher Weise durch die mögliche Einstellung erreicht wird, bei der mit Hilfe der Verstellelemente 9 die verstellbare Kühllippe 2 an die feste Kühllippe 1 angenähert wird. Dies kann sehr feinfühlig erfolgen, wobei die vorgenommene Spalteinstellung durch die Befestigungsschraube 17 gegen Verstellung gesichert wird.

Die für die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendete Düse ist auf dem Gebiet der Stromungsmechanik bereits als Laval-Düse bekannt. Sie hat Kreis- oder Rechteckquerschnitt und fand bisher Anwendung in Raketentriebwerken, Turbinen und Windkanälen, wobei dort die Aufgabe bestand, hohe Strömungsgeschwindigkeiten zu erzeugen. Die bei der Expansion auftrotende starke Temperaturabsenkung stellte jedoch eine ungewollte und zum Teil störende Nebenwirkung dar. Diese bisher nicht genutzte Nebenwirkung gelangt erstmals durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Vorrichtung bei der Abkühlung von im ^cxtrusionsverfahren hergestellten Kunststoffprofilen zur Anwendung.

In Abhängigkeit vom zu verarbeitenden thermoplastischen Kunststoff kann der austretende gekühlte Luftstrom 12 sowohl in als auch entgegengesetzt zur Extrusionsrichtung auf das Kunststoffprofil zur Einwirkung gebracht werden.

Claims (2)

1. Vorrichtung zur Außenkühlung von extrudieren thermoplastischen Kunststoffprofilen, die aus einem Profilweikzeug extrudiert werden und anschließend in einer Kalibrier- und/oder Kühlvorrichtung außen in ihrer Korm fixiert und durch einen Gasstrom abgekühlt werden, der eine Temperatur besitzt, die unterhalb der Raum- bzw. "Umgebungstemperatur liegt, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Vorrichtung aus einem Druckgasspeicher (3)besteht,deralsRingkammerausgebildetist,um das Kunststoffprofil (8) angeordnet ist und mindestens ein Einlaßrohr (4) für die Zufuhr von Druckluft besitzt,

- der Druckgasspeicher (3) von einer festen Kühllippe (1) und einer verstellbaren Kühllippe (2) gebildet wird, die durch Befestigungselemente (10) miteinander verbunden und auslaßseitig durch Verstellelemente (9) im Bereich des Kunststoffprofiis (8) zueinander einstellbar sind, wobei

- der Druckgasspeicher (3) sich auslaßseitig zunächst trichterförmig verjüngt und die Kontur einer Unterschallringdüse (6) besitzt, die sich anschließend trichterförmig entsprechend der Kontur einer Überschallringdüse (7) erweitert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellelemente (9) als Stellschrauben ausgebildet sind, die in der verstellbaren Kühllippe (2) am Umfang verteilt in Gewindebohrungen (15) eingeschraubt und an der festen KO hl lippe (1) lose abgestützt sind und jede Stellschraube in einer Längsbohrung (16) eine Befestigungsschraube (17) aufnimmt, die in der festen Kühllippe (1) eingeschraubt ist.