DE10058505A1 - Process for heating plastic pipes and device for carrying out the process - Google Patents
Process for heating plastic pipes and device for carrying out the processInfo
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Abstract
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.The invention relates to a method for heating at least parts of plastic pipes in at least one heating station, preferably in Sleeve molding systems, the plastic pipes at least partially in the Heating station are brought to the deformation temperature and a device for Execution of the procedure.
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.In socket molding plants, the ends of are usually made by extrusion manufactured plastic pipes deformed in such a way that the ends of the Plastic pipes for later use to form a tight connection can be inserted into each other. For deformation in the socket molding system To do this, the pipe ends must first reach a certain deformation temperature to be brought. Because of constantly increasing extrusion performance in the Plastic production is increasingly shorter cycle times for socket molding systems necessary. The problem here is that the heating of the pipe ends is relative took a long time. To achieve the required heating times, it is part of the State of the art, e.g. B. the pipe ends in succession in two or three Warm up heating stations. The equipment structure and the energy requirement is here relatively high.
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.In the previously used methods for heating plastic pipes a constant heating energy is applied to the pipe surface in the form of Heat conduction, e.g. B. in a contact oven, hot air oven or an oil bath or by boring heat radiation, e.g. B. by an infrared ceramic radiator issued. The temperature of the medium or the heater is raised regulated at a constant value. The heat transfer takes place on the surface the plastic pipes. But because plastic is a poor heat conductor, are for this process, especially with thick-walled pipes, long warm-up times required. By using a second or third heating station, the Warm-up time halved or divided into thirds.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gattungsgemäßes Verfahren und eine Vorrrichtung vorzuschlagen, bei dem die vorgenannten Probleme nicht bestehen.The invention is based on the object of a generic method and to propose a device which does not have the aforementioned problems consist.
Die Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Die Unteransprüche 2 bis 6 enthalten sinnvolle ergänzende Maßnahmen.The solution to this problem is specified in claim 1. The subclaims 2 up to 6 contain useful additional measures.
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.According to the invention, the plastic pipes, preferably the pipe ends, are the to be formed into a sleeve, in the heating station with short-wave or Halogen infrared radiators heated from the inside and / or outside and the heating power the infrared radiator is turned on during the heating process of the plastic pipes controlled or regulated.
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.The short-wave infrared heaters reach their operating temperature very quickly. This makes it possible to switch on the spotlights only during production, z. B. when the pipe end is inserted into the heating station or when it is already completely in it. Preheating the heater It is no longer necessary to start production. Can during the downtime the infrared strhaler must be switched off.
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.It has proven to be beneficial to heat the infrared heater in Dependence on the measured surface temperature of the plastic pipes control or regulate, in particular with the surface temperature non-contact temperature sensors is measured. Here, in particular initially until a specified surface temperature of the Plastic pipe is heated with the highest possible heat output and then the heating output is reduced and controlled or regulated so that the Surface temperature is kept constant until the plastic tube is continuously brought to the deformation temperature. With this The inventive method is in particular an active control of the Heating power enabled. The short-wave infrared radiation not only heats up the surface, but penetrates due to the low absorption at the Pipe surface deep into the material and ensures a uniform Warming. In the method according to the invention, the heating time can be long reduced and in particular possibly to a second or third heating station to be dispensed with. This has considerable cost savings and smaller ones Construction result. In addition, the measurement of the invention Surface temperature and control or regulation of the heating power a thermal damage to the material avoided. The plastic becomes very warmed up gently and homogeneously. The active regulation of the heating power is especially through the use of the very fast reacting short-wave Infrared heater possible.
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.According to the invention, infrared radiators with a wavelength of up to 3 μm, preferably up to 2 µm, and for non-contact temperature measurement Radiation pyrometers can be used.
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.The device according to the invention for heating at least parts, preferably pipe ends of plastic pipes for performing the method consists of a heating station with a housing open at least on one side, in which at least the pipe ends of the plastic pipes can and are inserted axially characterized in that in the housing parallel to the plastic pipes running one or more evenly distributed on the outer circumference and / or short-wave infrared radiators protruding into the plastic tube and at least one Non-contact temperature sensor measuring the temperature of the plastic pipe are arranged and that the temperature sensor via a temperature controller and a power controller is connected to the power supply of the infrared heater.
Zur Verbesserung der gleichmäßigen Erwärmung der Kunststoffrohre werden diese während des Heizvorganges um ihre zentrale Längsachse gedreht.To improve the uniform heating of the plastic pipes these are rotated about their central longitudinal axis during the heating process.
Zusammenfassend hat das erfindungsgemäße Verfahren im Vergleich zu
herkömmlichen und bekannten Verfahren folgende Vorteile:
In summary, the method according to the invention has the following advantages compared to conventional and known methods:
- 1. beträchtliche Verkürzung der Heizzeit,1. considerable shortening of the heating time,
- 2. weniger Heizstationen, dadurch kompakte Maschinenbauweise und weniger Platzbedarf in der Extrusionslinie und als Folge Einsparung von Kosten, 2. fewer heating stations, thereby compact machine construction and less space required in the extrusion line and as a result saving of Costs,
- 3. die Gefahr der thermischen Schädigung beim Erwärmen durch Regelung der Oberflächentemperatur wird vermindert,3. the risk of thermal damage when heating by regulation the surface temperature is reduced,
- 4. materialschonende gleichmäßige Anwärmung der Kunststoffrohre,4. uniform, gentle heating of the plastic pipes,
- 5. kein Vorwärmen der Heizung vor Produktionsbeginn bzw. Heizung nur während des Anwärmvorganges eingeschaltet, dadurch Energieeinsparung5. no preheating of the heating before the start of production or heating only switched on during the heating process, thereby Energy saving
- 6. Energieeinsparung durch aktive Leistungsregelung und Verzicht auf zusätzliche Heizeinrichtungen.6. Energy saving through active power control and without additional heating devices.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Fig. 1 bis 5 beispielsweise näher erläutert. Es zeigenThe invention will be explained, for example, with reference to the accompanying FIGS. 1 to 5. Show it
Fig. 1 eine Seitenansicht des offenen Gehäuses 3 der Heizstation 1 Fig. 1 is a side view of the open housing 3 of the heating station 1
Fig. 2 eine entsprechenden Ansicht von der Stirnseite aus Fig. 2 is a corresponding view from the front
Fig. 3 das Regelschema der erfindungsgemäßen Vorrichtung Fig. 3 shows the control scheme of the device according to the invention
Fig. 4 einen beispielhaften Temperaturverlauf während des Anwärmvorganges und Fig. 4 shows an exemplary temperature profile during the heating process and
Fig. 5 einen beispielhaften Verlauf der Heizleistung der kurzwelligen Infrarotstrahler während des Anwärmvorganges. Fig. 5 shows an exemplary course of the heating power of the short-wave infrared radiator during the heating process.
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 Figs. 1 and 2, the heating station 1 is shown only schematically. In the method according to the invention, the pipe ends of the plastic pipes 2 are pushed axially into the housing 3 of the heating station, which is open on one side. In the housing 3 , the short-wave infrared radiators 4 are fastened to holding strips 6 by means of insulators 11 to heat the plastic pipes 2 evenly distributed over the circumference. The short-wave infrared radiators 5 protrude into the boiler room from the side of the housing 3 opposite the insertion opening. These are also attached to holding strips 7 by means of insulators. The infrared radiators 4 , 5 extend almost over the entire length of the boiler room in accordance with the length of the plastic tube 2 to be heated. The infrared radiators 4 , 5 are also connected to the electrical energy source via electrical connection cables 8 , 9 . In addition, a non-contact temperature sensor 10 is directed radially onto the plastic tube at about half the length of the area of the plastic tube 2 to be heated. This temperature sensor 10 consists of a commercially available radiation pyrometer. Referring to FIG. 3 of this temperature sensor 10 via a temperature controller 13 and a power controller 14 to the power supply of the infrared radiators 4, 5 are connected. In order to achieve uniform heating of the plastic pipes 2 , they are rotated about their longitudinal axis 12 during the heating process.
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. FIG. 4 shows an example of the temperature profile of the surface temperature measured with the temperature sensor 10 . This shows that a high surface temperature is measured after a relatively short time. This initial surface temperature is still slightly above the target temperature. By controlling the heating power, especially as a function of the measured temperature, the surface temperature then settles to the target temperature. Depending on the wall thickness, this target temperature is then maintained for a certain time until complete heating of the plastic pipe is ensured.
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. In FIG. 5 4, the course of heating power for the same time as in the FIGS., With which the infrared radiators 4, 5 are applied. It turns out that the highest possible heat output only has to be applied for a short time until a certain surface temperature is reached. Immediately afterwards, the heating output can be significantly reduced. According to the invention, it is controlled in such a way that the desired surface temperature is maintained until the plastic tube is brought completely to the deformation temperature.
11
Heizstation (Ofen)
Heating station (furnace)
22
Kunststoffrohr (Rohrende)
Plastic pipe (pipe end)
33
Gehäuse
casing
44
kurzwelliger Infrarotstrahler (außen)
short-wave infrared heater (outside)
55
kurzwelliger Infrarotstrahler (innen)
short-wave infrared heater (inside)
66
Halteleiste für Holding bar for
44
77
Halteleiste für Holding bar for
55
88th
elektrisches Anschlusskabel für electrical connection cable for
44
99
elektrisches Anschlusskabel für electrical connection cable for
55
1010
berührungsloser Temperaturfühler
non-contact temperature sensor
1111
Isolator (zur Befestigung von Isolator (for fixing
44
, .
55
an on
66
, .
77
)
)
1212
Längsachse von Longitudinal axis of
22
1313
Temperaturregler
thermostat
1414
Leistungssteller
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Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: SMS EXTRUSION KEMPEN GMBH, 47906 KEMPEN, DE |
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |