DE10058505A1

DE10058505A1 - Verfahren zur Anwärmung von Kunststoffrohren und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE10058505A1
Application number: DE2000158505
Authority: DE
Inventors: Peter Finkler; Hans Gerd Mueller
Original assignee: Nothelfer GmbH
Current assignee: SMS Extrusion Kempen GmbH
Priority date: 2000-11-24
Filing date: 2000-11-24
Publication date: 2002-06-06
Also published as: AU2002218258A1; BR0107798A; WO2002042045A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anwärmung von zumindest Teilen von Kunststoffrohren (2) in zumindest einer Heizstation (1), vorzugsweise in Muffenformanlagen, wobei die Kunststoffrohre (2) zumindest teilweise in der Heizstation (1) auf Verformungstemperatur gebracht werden. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass die Kunststoffrohre (2) zumindest teilweise in der Heizstation (1) mit kurzwelligen oder Halogen-Infrarotstrahlern (4, 5) von innen und/oder außen beheizt und die Heizleistung der Infrarotstrahler (4, 5) während des Anwärmvorganges der Kunststoffrohre (2) gesteuert oder gereglt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Anwärmung von zumindest Teilen von Kunststoffrohren in zumindest einer Heizstation, vorzugsweise in Muffenformanlagen, wobei die Kunststoffrohre zumindest teilweise in der Heizstation auf Verformungstemperatur gebracht werden und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

In Muffenformanlagen werden üblicherweise die Enden von durch Extrusion hergestellten Kunststoffrohre in der Weise verformt, dass die Enden der Kunststoffrohre für den späteren Gebrauch zu einer dichten Verbindung ineinander gesteckt werden können. Für die Verformung in der Muffenformanlage müssen dazu die Rohrenden vorher auf eine bestimmte Verformungstemperatur gebracht werden. Wegen ständig steigender Extrusionsleistung in der Kunststoffproduktion sind für Muffenformanlagen immer kürzere Taktzeiten notwendig. Problematisch ist dabei, dass das Anwärmen der Rohrenden relativ lange Zeit benötigt. Um die erforderlichen Heizzeiten zu erreichen, gehört es zum Stand der Technik, z. B. die Rohrenden nacheinander in zwei oder drei Heizstationen anzuwärmen. Der apparative Aufbau und der Energiebedarf ist hierbei relativ hoch.

Bei den bisher gebräuchlichen Verfahren zum Anwärmen von Kunststoffrohren wird eine konstante Heizenergie auf die Rohroberfläche in Form von Wärmeleitung, z. B. in einem Kontaktofen, Heißluftofen oder einem Ölbad oder durch langweilige Wärmestrahlung, z. B. durch einen Infrarot-Keramik-Strahler abgegeben. Dabei wird die Temperatur des Mediums bzw. des Strahlers auf einem konstanten Wert geregelt. Der Wärmeübergang erfolgt an der Oberfläche der Kunststoffrohre. Weil aber Kunststoff ein schlechter Wärmeleiter ist, sind für diesen Prozess, besonders bei dickwandigen Rohren, lange Anwärmzeiten erforderlich. Durch den Einsatz einer zweiten oder dritten Heizstation wird die Anwärmzeit in etwa halbiert bzw. gedrittelt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gattungsgemäßes Verfahren und eine Vorrrichtung vorzuschlagen, bei dem die vorgenannten Probleme nicht bestehen.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Die Unteransprüche 2 bis 6 enthalten sinnvolle ergänzende Maßnahmen.

Erfindungsgemäß werden die Kunststoffrohre, vorzugsweise die Rohrenden, die zu einer Muffe umgeformt werden sollen, in der Heizstation mit kurzwelligen oder Halogen-Infrarotstrahlern von innen und/oder außen beheizt und die Heizleistung der Infrarotstrahler wird während des Anwärmvorganges der Kunststoffrohre gesteuert oder geregelt.

Die kurzwelligen Infrarotstrahler erreichen sehr schnell ihre Betriebstemperatur. Dadurch ist es möglich, die Strahler erst während der Produktion einzuschalten, z. B. dann, wenn das Rohreende in die Heizstation eingeführt wird oder wenn es sich bereits vollständig darin befindet. Ein Vorwärmen der Heizung vor Produktionsbeginn ist nicht mehr notwendig. Während der Stillstandszeit können also die Infrarotstrhaler ausgeschaltet sein.

Es hat sich als günstig erwiesen, die Heizleistung der Infrarotstrahler in Abhängigkeit von der gemessenen Oberflächentemperatur der Kunststoffrohre zu steuern oder zu regeln, wobei insbesondere die Oberflächentemperatur mit berührungslosen Temperaturfühlern gemessen wird. Hierbei kann insbesondere anfangs bis zum Erreichen einer vorgegebenen Oberflächensolltemperatur des Kunststoffrohres mit einer möglichst hohen Heizleistung beheizt und anschließend die Heizleistung reduziert und so gesteuert bzw. geregelt werden, dass die Oberflächensolltemperatur konstant gehalten wird, bis das Kunststoffrohr durchgehend auf Verformungstemperatur gebracht ist. Mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren wird insbesondere eine aktive Steuerung der Heizleistung ermöglicht. Die kurzwellige Infrarotstrahlung erwärmt dabei nicht nur die Oberfläche, sondern dringt wegen der geringen Absorption an der Rohroberfläche tief in das Material ein und sorgt für eine gleichmäßige Durchwärmung. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Heizzeit stark reduziert und insbesondere eventuell auf eine zweite oder dritte Anwärmstation verzichtet werden. Das hat eine beträchtliche Kosteneinsparung und kleinere Bauweise zur Folge. Außerdem wird durch die erfindungsgemäße Messung der Oberflächentemperatur und Steuerung bzw. Regelung der Heizleistung eine thermische Schädigung des Materials vermieden. Der Kunststoff wird sehr schonend und homogen angewärmt. Die aktive Regelung der Heizleistung wird insbesondere durch den Einsatz der sehr schnell reagierenden kurzwelligen Infrarotstrahler möglich.

Erfindungsgemäß können Infrarotstrahler mit einer Wellenlänge von bis zu 3 µm, vorzugsweise bis zu 2 µm, und für die berührungslose Temperaturmessung ein Strahlungspyrometer verwendet werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Anwärmung von zumindest Teilen, vorzugsweise Rohrenden von Kunststoffrohren zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einer Heizstation mit einem zumindest einseitig offenen Gehäuse, in die zumindest die Rohrenden der Kunststoffrohre axial einführbar sind und ist dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse parallel zu den Kunststoffrohren verlaufende ein oder mehrere gleichmäßig am äußeren Umfang verteilte und/oder in das Kunststoffrohr hineinragende kurzwellige Infrarotstrahler und zumindest ein berührungslos die Temperatur des Kunststoffrohres messender Temperaturfühler angeordnet sind und dass der Temperaturfühler über einen Temperaturregler und einen Leistungssteller mit der Stromzufuhr der Infrarotstrahler verbunden ist.

Zur Verbesserung der gleichmäßigen Erwärmung der Kunststoffrohre werden diese während des Heizvorganges um ihre zentrale Längsachse gedreht.

Zusammenfassend hat das erfindungsgemäße Verfahren im Vergleich zu herkömmlichen und bekannten Verfahren folgende Vorteile:

1. beträchtliche Verkürzung der Heizzeit,
2. weniger Heizstationen, dadurch kompakte Maschinenbauweise und weniger Platzbedarf in der Extrusionslinie und als Folge Einsparung von Kosten,
3. die Gefahr der thermischen Schädigung beim Erwärmen durch Regelung der Oberflächentemperatur wird vermindert,
4. materialschonende gleichmäßige Anwärmung der Kunststoffrohre,
5. kein Vorwärmen der Heizung vor Produktionsbeginn bzw. Heizung nur während des Anwärmvorganges eingeschaltet, dadurch Energieeinsparung
6. Energieeinsparung durch aktive Leistungsregelung und Verzicht auf zusätzliche Heizeinrichtungen.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Fig. 1 bis 5 beispielsweise näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Seitenansicht des offenen Gehäuses 3 der Heizstation 1

Fig. 2 eine entsprechenden Ansicht von der Stirnseite aus

Fig. 3 das Regelschema der erfindungsgemäßen Vorrichtung

Fig. 4 einen beispielhaften Temperaturverlauf während des Anwärmvorganges und

Fig. 5 einen beispielhaften Verlauf der Heizleistung der kurzwelligen Infrarotstrahler während des Anwärmvorganges.

In den Fig. 1 und 2 ist die Heizstation 1 nur prinzipiell dargestellt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden jeweils die Rohrenden der Kunststoffrohre 2 axial in das einseitig offene Gehäuse 3 der Heizstation eingeschoben. In dem Gehäuse 3 sind zur Beheizung der Kunststoffrohre 2 von außen gleichmäßig am Umfang verteilt die kurzwelligen Infrarotstrahler 4 an Halteleisten 6 mittels Isolatoren 11 befestigt. Von der der Einführöffnung gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 3 aus ragen die kurzwelligen Infrarotstrahler 5 in den Heizraum hinein. Diese sind ebenfalls mittels Isolatoren an Halteleisten 7 befestigt. Die Infrarotstrahler 4, 5 erstrecken sich nahezu über die gesamte Länge des Heizraumes entsprechend der aufzuheizenden Länge des Kunststoffrohres 2. Die Infrarotstrahler 4, 5 sind außerdem über elektrische Anschlusskabel 8, 9 mit der elektrischen Energiequelle verbunden. Außerdem ist ein berührungsloser Temperaturfühler 10 etwa auf halber Länge des anzuwärmenden Bereiches des Kunststoffrohres 2 radial auf das Kunststoffrohr gerichtet. Dieser Temperaturfühler 10 besteht aus einem handelsüblichen Strahlungspyrometer. Gemäß Fig. 3 ist dieser Temperaturfühler 10 über einen Temperaturregler 13 und einen Leistungssteller 14 mit der Energiezuführung der Infrarotstrahler 4, 5 verbunden. Um eine gleichmäßige Anwärmung der Kunststoffrohre 2 zu erreichen, werden sie während des Heizvorganges um ihre Längsachse 12 gedreht.

In Fig. 4 ist beispielhaft der Temperaturverlauf der mit dem Temperaturfühler 10 gemessenen Oberflächentemperatur dargestellt. Daraus ist ersichtlich, dass bereits nach relativ kurzer Zeit eine hohe Oberflächentemperatur gemessen wird. Diese Anfangsoberflächentemperatur liegt noch geringfügig über der Solltemperatur. Durch Steuerung der Heizleistung, insbesondere in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur pendelt sich anschließend die Oberflächentemperatur auf die Solltemperatur ein. Anschließend wird diese Solltemperatur in Abhängigkeit von der Wanddicke eine bestimmte Zeit aufrecht erhalten, bis eine vollständige Durchwärmung des Kunststoffrohres gewährleistet ist.

In der Fig. 5 ist für dieselbe Zeit wie bei der Fig. 4 der Verlauf der Heizleistung dargestellt, mit der die Infrarotstrahler 4, 5 beaufschlagt werden. Es zeigt sich, dass nur für kurze Zeit eine möglichst hohe Heizleistung aufgebracht werden muss, bis eine bestimmte Oberflächentemperatur erreicht ist. Direkt im Anschluss daran kann die Heizleistung erheblich reduziert werden. Erfindungsgemäß wird sie so gesteuert, dass die gewünschte Oberflächensolltemperatur gehalten wird, bis das Kunststoffrohr vollständig auf Verformungstemperatur gebracht ist.

Bezugszeichenliste

1

Heizstation (Ofen)

2

Kunststoffrohr (Rohrende)

3

Gehäuse

4

kurzwelliger Infrarotstrahler (außen)

5

kurzwelliger Infrarotstrahler (innen)

6

Halteleiste für

4

7

Halteleiste für

5

8

elektrisches Anschlusskabel für

4

9

elektrisches Anschlusskabel für

5

10

berührungsloser Temperaturfühler

11

Isolator (zur Befestigung von

4

,

5

an

6

,

7

)

12

Längsachse von

2

13

Temperaturregler

14

Leistungssteller

Claims

1. Verfahren zur Anwärmung von zumindest Teilen von Kunststoffrohren (2) in zumindest einer Heizstation (1), vorzugsweise in Muffenformanlagen, wobei die Kunststoffrohre (2) zumindest teilweise in der Heizstation (1) auf Verformungstemperatur gebracht werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffrohre (2) zumindest teilweise in der Heizstation (1) mit kurzwelligen oder Halogen-Infrarotstrahlern (4, 5) von innen und/oder außen beheizt und die Heizleistung der Infrarotstrahler (4, 5) während des Anwärmvorganges der Kunststoffrohre (2) gesteuert oder geregelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleistung der Infrarotstrahler (4, 5) in Abhängigkeit von der gemessenen Oberflächentemperatur der Kunststoffrohre (2) gesteuert oder geregelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächentemperatur der Kunststoffrohre (2) mit berührungslosen Temperaturfühlern (10) gemessen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass bis zum Erreichen einer vorgegebenen Oberflächentemperatur des Kunststoffrohres (2) die Infrarotstrahler (4, 5) mit einer möglichst hohen Heizleistung beaufschlagt und anschließend die Heizleistung reduziert und so gesteuert oder geregelt wird, dass die Oberflächensolltemperatur gehalten wird, bis das Kunststoffrohr (2) durchgehend auf Verformungstemperatur gebracht ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Infrarotstrahler (4, 5) mit einer Wellenlänge von bis 3 µm, vorzugsweise bis 2 µm, strahlen.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur berührungslosen Temperaturmessung ein Strahlungspyrometer verwendet wird.

7. Vorrichtung zur Anwärmung von zumindest Teilen, vorzugsweise Enden von Kunststoffrohren (2) zur Durchführung des Verfahrens nach den vorhergehenden Ansprüchen bestehend aus einer Heizstation (1) mit einem zumindest einseitig offenen Gehäuse (3), in das zumindest die Rohrenden der Kunststoffrohre (2) axial einführbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (3) parallel zu dem Kunststoffrohr (2) verlaufende ein oder mehrere am äußeren Umfang verteilte und/oder in das Kunststoffrohr (2) hineinragende kurzwellige Infrarotstrahler (4, 5) und zumindest ein berührungslos die Temperatur des Kunststoffrohres (2) messender Temperaturfühler (10) angeordnet sind und dass der Temperaturfühler (10) über einen Temperaturregler (13) und einen Leistungssteller (14) mit der Stromzufuhr der Infrarotstrahler (4, 5) verbunden ist.