DE102011105623A1

DE102011105623A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Erwärmung eines ferromagnetischen Extrusionszylinders

Info

Publication number: DE102011105623A1
Application number: DE102011105623A
Authority: DE
Inventors: Stefan Beer; Johann Andreas Muras; Gerhard Kleinert
Original assignee: I A S Induktions Anlagen & Service & Co KG GmbH; IAS Induktions Anlagen Service Holding GmbH
Current assignee: IAS GmbH
Priority date: 2011-06-22
Filing date: 2011-06-22
Publication date: 2012-12-27
Anticipated expiration: 2031-06-23
Also published as: DE102011105623B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erwärmung eines ferromagnetischen Extrusionszylinders, umfassend ein Gehäuse zur wenigstens bereichsweisen Aufnahme des Extrusionszylinders, wobei in dem Gehäuse (1) wenigstens ein Induktor (2) derart angeordnet ist, dass er beabstandet zu einem aufgenommenen Extrusionszylinder (4) positioniert ist, sodass ein Luftspalt (3) gebildet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Erwärmung eines ferromagnetischen Extrusionszylinders, wobei der Extrusionszylinder (4) über wenigstens einen beabstandet zu dem Extrusionszylindermantel angeordneten Induktor (2) erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erwärmung eines ferromagnetischen Extrusionszylinders nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Erwärmung eines ferromagnetischen Extrusionszylinders nach dem Patentanspruch 8.
Bei einem Kunststoff-Extrusionsverfahren ist es für den Verfahrensablauf unabdingbar, den regelmäßig aus ferromagnetischem Material hergestellten Zylinder der Extrusionsmaschine prozessabhängig zu heizen beziehungsweise zu kühlen. Hierzu ist es beispielsweise aus der US 42 36 578 bekannt, Heiz- und Kühlelemente dem Extrusionszylinder anliegend nebeneinander anzuordnen. Dabei kommen als Wärmeübertragungselemente beispielsweise Keramikelemente zum Einsatz, in denen Heizdrähte geführt sind. Eine derartige Ausführung ist beispielsweise aus der DE 41 03 221 A1 bekannt.
Nachteilig an den bekannten Vorrichtungen ist, dass durch die getrennte Anordnung der Heiz- und Kühlelemente der Wirkungsgrad sich als nicht zufriedenstellend erwiesen hat, da aus den Bereichen der Heizelemente die Wärme nur verzögert abgeführt werden kann. Darüber hinaus erweisen sich die mit Heizdrähten versehenen Wärmeübertragungselemente als sehr träge, was die Regelung der Erwärmung des Extrusionszylinders erschwert. Nicht zuletzt weist eine derartige Vorrichtung einen hohen Energieverbrauch auf, da die Wärmeübertragungselemente selbst über die Heizdrähte zunächst erhitzt werden müssen, bevor sie ihrerseits die Erwärmung des Extrusionszylinders bewirken können.
Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erwärmung eines ferromagnetischen Extrusionszylinders zu schaffen, welche einen höheren energetischen Wirkungsgrad aufweist und die darüber hinaus ein besseres Reaktionsverhalten zur Regelung der Extrusionzylindertemperatur zeigt. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden teils des Patentanspruchs 1 gelöst.
Mit der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Erwärmung eines ferromagnetischen Extrusionszylinders geschaffen, welche einen höheren energetischen Wirkungsgrad aufweist und die darüber hinaus ein besseres Reaktionsverhalten zur Regelung der Extrusionszylindertemperatur zeigt. Durch den in dem Gehäuse angeordneten Induktor kann ein Wirbelstrom in dem ferromagnetischen Extrusionszylinder erzeugt werden, durch den der Extrusionszylinder selbst unmittelbar erwärmt wird. Im Gegensatz zu den Vorrichtungen nach dem Stand der Technik gelangt die Wärme hier nicht von der Oberfläche her in den Extrusionszylinder, vielmehr entsteht die Wärme in dem Extrusionszylinder selbst.
Der Induktor wird von Wechselstrom durchflossen, wodurch sich in seinem Inneren ein magnetisches Wechselfeld aufbaut. Der ferromagnetische Extrusionszylinder bildet quasi eine zweite, kurzgeschlossene Spule, in der eine Spannung induziert wird, die Wirbelströme zur Folge hat. Dieser Strom führt zu der gewünschten Erwärmung des Extrusionszylinders.
In Weiterbildung der Erfindung ist wenigstens ein Induktor schalenförmig, vorzugsweise halbschalenförmig ausgebildet. Hierdurch ist eine umlaufende Anstellung der Induktoroberfläche an die Extrusionszylinderoberfläche bewirkt.
In Weiterbildung der Erfindung ist der wenigstens eine Induktor luftgekühlt ausgeführt. Aufgrund der hohen Blindströme ist eine Kühlung der Induktoren erforderlich. Im Gegensatz zur regelmäßig zum Einsatz kommenden Wasserkühlung ist eine Luftkühlung des Induktors einfacher und kostengünstiger herstellbar, da insbesondere die Einrichtung eines Wasserkreislaufs entfällt. Bevorzugt ist der wenigstens eine Induktor durch einen Umrichter gespeist, der luftgekühlt ausgeführt ist. Dabei ist vorteilhaft der Umrichter in dem Gehäuse integriert.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind Mittel zur Einbringen eines Luftstroms in den Luftspalt zwischen einem eingebrachten Extrusionszylinder und wenigstens einem Induktor angeordnet. Hierdurch ist eine unmittelbare Kühlung des Extrusionszylinders zur Regelung der Extrusionszylindertemperatur ermöglicht.
In Weiterbildung der Erfindung weist wenigstens ein Induktor wenigstens einen Kanal zur Einbringung von Kühlluft in den zwischen diesem und einem eingebrachten Extrusionszylinder gebildeten Spalt auf. Hierdurch ist eine direkte Beaufschlagung des Luftspalts mit Kühlluft durch den Induktor ermöglicht. Dabei können zur Führung der eingebrachten Kühlluft zusätzlich Rippen auf der dem Extrusionszylinder zugewandten Oberfläche des Induktors angeordnet sein, welche eine gleichmäßige Umspülung des Extrusionszylinders mit Kühlluft ermöglichen.
Der vorliegenden Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erwärmung eines ferromagnetischen Extrusionszylinders zu schaffen, welches einen hohen energetischen Wirkungsgrad aufweist und darüber hinaus ein verbessertes Reaktionsverhalten in Bezug auf die Regelung der Extrusionszylindertemperatur ermöglicht.
In Weiterbildung der Erfindung werden beabstandet zum Extrusionszylindermantel halbschalenförmige Induktoren derart angeordnet, dass der Extrusionszylindermantel von diese weitestgehend umschlossen wird. Hierdurch ist ein flächiger umlaufender Energieeintrag in den Extrusionszylinder ermöglicht.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden luftgekühlte Induktoren eingesetzt, wobei diese mit wenigstens einem Kanal zur Einbringung der Kühlluft in den Spalt zwischen den Induktoren und dem Extrusionszylindermantel versehen sind.
Andere Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen angegeben. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend im Einzelnen beschrieben. Es zeigen:
1 die schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Erwärmung eines ferromagnetischen Extrusionszylinders;
2 die Darstellung der Vorrichtung aus 1 mit eingebrachten Extrusionszylinder und
3 die Anordnung aus 2 in Explosionsdarstellung.
Die als Ausführungsbeispiel gewählte Vorrichtung zur Erwärmung eines ferromagnetischen Extrusionszylinders umfasst ein aus zwei Hälften 11 gebildetes Gehäuse 1, in dem zwei halbschalenförmige Induktoren 2 gegenüberliegend angeordnet sind, so dass ein zylinderförmiger Durchgang 13 gebildet ist. Zwischen dem Durchgang 13 und einen von dem Gehäuse 1 aufgenommenen Extrusionszylinder 4 ist ein Spalt 3 mit definitiver Breite gebildet. Weiterhin ist in dem Gehäuse 1 ein – nicht dargestellter – Umrichter zur Speisung der Induktoren 2 angeordnet. Zur Luftkühlung der Induktoren 2 sowie des – nicht dargestellten – Umrichters sind auf zwei gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses 1 zur aktiven Belüftung jeweils vier Ventilatoren mit Belüftungsschlitzen 12 angeordnet.
Die innerhalb des Gehäuses 1 gegenüberliegend angeordneten Induktoren 2 sind im Ausführungsbeispiel schalenförmig ausgebildet. An ihren dem einzubringenden Extrusionszylinder 4 zugewandten Oberflächen sind an den Induktoren 2 in axialer Richtung parallel zueinander Rippen 21 angeordnet. Die Rippen 21 dienen der gleichmäßigen Verteilung der durch die in den Induktoren 2 eingebrachte Öffnung 22 durchgeleitete Kühlluft innerhalb des Spaltes 3. Zur Steuerung der Kühlung sind die Öffnungen 22 der Induktoren 2 im Ausführungsbeispiel elektronisch verschließbar ausgebildet. Dabei ist auch eine stufenlose Verringerung der Fläche der Öffnung 22 zur Einstellung der zugeführten Kühlluftmenge ermöglicht.
Die Ventilatoren 12 sind im Ausführungsbeispiel mit einer – nicht dargestellten – Steuerung verbunden, über die sie in zwei Operationsmodi „Heizen” und „Kühlen” wie nachfolgend beschrieben ansteuerbar sind:
Im Modus „Heizen” ist lediglich ein Ventilatorpaar je Hälfte 11 aktiv, wobei ein Ventilator einen Luftstrom in das Gehäuse 1 hineinbläst und der andere einen Luftstrom aus dem Gehäuse heraussaugt. Die mit Leistung beaufschlagte, luftgekühlte Spule der Induktoren ist so mit Kühlluft umspült. Durch die Öffnung 22 dringt keine nennenswerte Luftmenge durch – der Extruderzylinder 4 wird geheizt.
Im Modus „Kühlen” blasen alle Ventilatoren einen Luftstrom in das Gehäuse 1 hinein. Dabei sind die Induktionsspulen deaktiviert. Die Luft kann nur durch die Öffnungen 22 durch den Spalt 3 entweichen, wodurch der Extruderzylinder 4 gekühlt wird. Die Ventilatoren 12 sind hierzu derart ausgebildet, dass sie in unterschiedlichen Drehrichtungen betrieben werden können. Durch eine elektronische Drehrichtungs- und Drehzahlregelung der Ventilatoren 12 ist die Kühlintensität einstellbar.
In einer weiteren Ausführung können in beiden Gehäusehälften 11 mehrere Induktoren 2 angeordnet sein, wodurch eine gesteuerte Erwärmung einzelner Erwärmungszonen realisierbar ist.
Das durch die vorgenannte Vorrichtung ermöglichte Verfahren, bei dem die Erwärmung des ferromagnetischen Extrusionszylinders 4 über die schalenförmigen Induktoren 2 erfolgt, zeichnet sich durch eine hohe Wirksamkeit der Erwärmung durch das Induktionsverfahren aus. Dabei ist das Heizen sowie auch das Kühlen auch einzelner Erwärmungszonen realisierbar, wodurch ein ungleichmäßiges Erwärmungsfeld rund um das Rohr ermöglicht ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 4236578 [0002]
DE 4103221 A1 [0002]

Claims

Vorrichtung zur Erwärmung eines ferromagnetischen Extrusionszylinders, umfassend ein Gehäuse zur wenigstens bereichsweisen Aufnahme des Extrusionszylinders, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (1) wenigstens ein Induktor (2) derart angeordnet ist, dass er beabstandet zu einem aufgenommenen Extrusionszylinder (4) positioniert ist, sodass ein Luftspalt (3) gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Induktor (2) schalenförmig, vorzugsweise halbschalenförmig ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Induktor (2) luftgekühlt ausgeführt ist.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Induktor (2) durch einen Umrichter gespeist ist, der luftgekühlt ausgeführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Umrichter in dem Gehäuse (1) integriert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Einbringung eines Luftstroms in den Luftspalt (3) zwischen einem eingebrachten Extrusionszylinder (4) und wenigstens einem Induktor (2) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Induktor (2) wenigstens einen Kanal zur Einbringung von Kühlluft in den zwischen diesem und einem eingebrachten Extrusionszylinder (4) gebildeten Spalt (3) aufweist.
Verfahren zur Erwärmung eines ferromagnetischen Extrusionszylinders, wobei der Extrusionszylinder (4) über wenigstens einen beabstandet zu dem Extrusionszylindermantel angeordneten Induktor (2) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass beabstandet zum Extrusionszylindermantel halbschalenförmige Induktoren (2) derart angeordnet werden, dass der Extrusionszylindermantel von diesen umschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Temperatursenkung in den Spalt (3) zwischen den Induktoren (2) und dem Extrusionszylindermantel temporär Kühlluft eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass luftgekühlte Induktoren (2) eingesetzt werden, wobei diese mit wenigstens einem Kanal zur Einbringung der Kühlluft in den Spalt (3) zwischen den Induktoren (2) und dem Extrusionszylindermantel versehen sind.