DE102019127831A1

DE102019127831A1 - Kühldorn mit Drallerzeugungseinrichtung

Info

Publication number: DE102019127831A1
Application number: DE102019127831.7A
Authority: DE
Inventors: Daniel Eck
Original assignee: Unicor GmbH
Current assignee: Unicor GmbH
Priority date: 2019-10-15
Filing date: 2019-10-15
Publication date: 2021-04-15

Abstract

Beschrieben ist ein Kühldorn (K) zum Eintritt in eine als Korrugator ausgebildete Vorrichtung zur Herstellung von gewellten Kunststoffrohren.
Der Kühldorn ist aus einem Außenrohr (10a) und einem Innenrohr (10i) zusammengesetzt, wobei zwischen dem Innenrohr (10i) und dem Außenrohr ein Durchströmungsraum (100) für ein fluides Kühlmedium ausgebildet ist. Wesentlich ist, dass in einem axialen Abschnitt (101ax) des Durchströmungsraums (100) eine Drallerzeugungseinrichtung (101d) mit Drallschaufelblättern (d) ausgebildet ist, die sich nur über einen Teilabschnitt der axialen Länge des Durchströmungsraums erstreckt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kühldorn zum Einsatz in einer vorzugsweise als Korrugator ausgebildeten Vorrichtung zur Herstellung von vorzugsweise gewellten Kunststoffrohren.
Kühldorne zum Einsatz in Korrugatoren zur Herstellung von Kunststoffrohren sind bekannt. Die DE 198 41 156 C1 beschreibt die Herstellung von Kunststoffrohren in einen Korrugator unter Verwendung eines Kühldorns. Der Kühldorn weist einen rohrförmigen Körper auf, der aus einem Innenrohr und einem koaxial angeordneten Außenrohr gebildet ist. Zwischen der Außenseite des Innenrohrs und der Innenseite des Außenrohrs ist ein ringspaltförmiger Durchströmungsraum gebildet. Um in dem Durchströmungsraum eine möglichst gleichmäßige Verteilung des Kühlwassers zu erhalten, sind bei dem beschriebenen Kühldorn in der Außenseite des Innenrohrs für das Kühlwasser spiralförmige Nuten ausgebildet, die als Kühlschnecke wirken, sodass das Kühlwasser in spiralförmigen Bahnen den ringspaltförmigen Durchströmungsraum durchströmt. Der beschriebene Kühldorn weist auf der Außenseite des Außenrohrs noch spiralförmige Vakuumnuten auf, die bewirken, dass der auf der Außenseite des Kühldorns entlang der Formstrecke des Korrugators geführte Kunststoffschmelzenschlauch möglichst optimal geführt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kühldorn der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass er einfach aufgebaut und dabei einfach herzustellen ist und im Einsatz als Kühldorn hohe Kühlleistung erbringt.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit dem Gegenstand des Patentanspruchs 1. Es handelt sich dabei um einen Kühldorn zum Einsatz in eine vorzugsweise als Korrugator ausgebildeten Vorrichtung zur Herstellung von vorzugsweise gewellten Kunststoffrohren. Die Außenfläche des Kühldorns ist zur Fertigung der Innenseite des Kunststoffschmelzeschlauchs ausgebildet.
Der Kühldorn ist erfindungsgemäß wie folgt ausgebildet:

a) Der Kühldorn weist einen rohrförmigen Körper auf, der aus einem Innenrohr und einem koaxial angeordneten Außenrohr gebildet ist, wobei vorzugsweise die Außenfläche des Außenrohrs zur Führung der Innenseite des Kunststoffschmelzeschlauchs ausgebildet ist.
b) Zwischen der Außenseite des Innenrohrs und der Innenseite des Außenrohrs ist ein vorzugsweise ringspaltförmiger Durchströmungsraum gebildet, der von einem fluiden Kühlmedium durchströmt ist.
c) Der Durchströmungsraum erstreckt sich über die axiale Länge des rohrförmigen Körpers und weist ein erstes axiales Ende und ein zweites axiales Ende auf.
d) Der Durchströmungsraum weist im Bereich seines ersten axialen Endes eine Einlasseinrichtung für das Kühlmedium und im Bereich seines zweiten axialen Endes eine Auslaufeinrichtung für das Kühlmedium auf.
e) Der Durchströmungsraum weist einen ersten axialen Abschnitt auf, der sich ausgehend von dem ersten axialen Ende des Durchströmungsraums axial erstreckt, wobei in dem ersten axialen Abschnitt des Durchströmungsraums eine Drallerzeugungseinrichtung über die gesamte axiale Länge des ersten axialen Abschnitts sich erstreckt.
f) Der Durchströmungsraum weist einen an den ersten axialen Abschnitt anschließenden weiteren axialen Abschnitt auf, der als freier Ringspaltraum ausgebildet ist, wobei die in dem ersten axialen Abschnitt angeordnete Drallerzeugungseinrichtung sich über die gesamte axiale Erstreckung des ersten axialen Abschnitts des Durchströmungsraums erstreckt und nicht in den weiteren axialen Abschnitt des Durchströmungsraums reicht.

Wesentlich bei diesem erfindungsgemäßen Kühldorn ist, dass gemäß den Merkmalen e) und f) die Drallerzeugungseinrichtung sich nicht über die gesamte axiale Länge des ringspaltförmigen Durchströmungsraums erstreckt, sondern nur über einen axialen Teilabschnitt der axialen Länge des Durchströmungsraums. Dies ist ein wesentlicher Unterschied gegenüber den herkömmlichen Kühldornen. Bei dem eingangsgenannten Kühldorn der DE 198°41°156 C1 ist die drallgebende Einrichtung eine Kühlschnecke mit spiralförmigen Nuten, die sich über die gesamte axiale Länge des Durchströmungsraums erstrecken. Erfindungsgemäß ist die Drallerzeugungseinrichtung nur in einem axialen Teilabschnitt des Durchströmungsraums ausgebildet. Der daran anschließende weitere axiale Abschnitt ist als freier Ringspaltraum ausgebildet. Durch die Drallerzeugungseinrichtung in dem vorangehenden Teilabschnitt erhält das Kühlmedium einen ausreichenden Drall, der sowohl eine axiale als auch eine radiale Verteilung des Mediums in dem an die Drallerzeugungseinrichtung anschließenden freien Ringspaltraums erbringt.
Es sind Ausführungen möglich, bei denen der weitere axiale Abschnitt des Durchströmungsraums, der als freier Ringspalt ausgebildet ist bis zu dem zweiten axialen Ende des Durchströmungsraums sich erstreckt.
Es sind auch Ausführungen möglich, bei denen vorgesehen ist, dass mehrere weitere axiale Abschnitte des Durchströmungsraums in axialer Richtung hintereinander angeordnet sind und zwischen mindestens zwei der weiteren axialen Abschnitte ein axialer Zwischenabschnitt des Durchströmungsraums sich axial erstreckt, wobei in dem axialen Zwischenabschnitt des Durchströmungsraums eine Drallerzeugungseinrichtung über die gesamte axiale Länge des axialen Zwischenabschnitts sich erstreckt und nicht in den angrenzenden weiteren axialen Abschnitt reicht.
Bevorzugte Ausführungen sehen vor, dass der Durchströmungsraum einen zweiten axialen Abschnitt aufweist, der sich ausgehend von dem zweiten axialen Ende des Durchströmungsraums axial erstreckt, wobei in dem zweiten axialen Abschnitt des Durchströmungsraums eine zweite Drallerzeugungseinrichtung angeordnet ist, die sich über die gesamte axiale Länge des zweiten axialen Abschnitts erstreckt; und
dass zwischen dem ersten axialen Abschnitt des Durchströmungsraums und dem zweiten axialen Abschnitt des Durchströmungsraums mindestens ein weiterer axialer Abschnitt des Durchströmungsraums angeordnet ist, der als freier Ringspaltraum ausgebildet ist, wobei weder die in dem zweiten axialen Abschnitt angeordnete Drallerzeugungseinrichtung noch die in dem ersten axialen Abschnitt angeordnete Drallerzeugungseinrichtung in den mindestens einen weiteren axialen Abschnitt des Durchströmungsraums reicht.
Es sind Ausführungen des Kühldorns für Gleichstrombetrieb und Ausführungen für Gegenstrombetrieb vorgesehen. Ferner sind Ausführungen vorgesehen, die wahlweise im Gegenstrom oder im Gleichstrom betrieben werden können.
Bei Gleichstrombetriebausführungen kann vorgesehen sein, dass zum Einsatz des Kühldorns im Gleichstrombetrieb das erste axiale Ende des Durchströmungsraums, das die Einlasseinrichtung für das Kühlmedium und die Drallerzeugungseinrichtung aufweist, als spritzkopfnahes Ende ausgebildet ist und das zweite axiale Ende des Durchströmungsraums, das die Auslasseinrichtung für das Kühlmedium aufweist, als spritzkopffernes freies Ende ausgebildet ist.
Bei den Gegenstrombetriebausführungen kann vorgesehen sein, dass zum Einsatz des Kühldorns im Gegenstrombetrieb das zweite axiale Ende des Durchströmungsraums, das die Auslasseinrichtung aufweist, als spritzkopfnahes Ende ausgebildet ist und das erste axiale Ende des Durchströmungsraums, das die Einlasseinrichtung für das Kühlmedium und die Drallerzeugungseinrichtung aufweist, als spritzkopffernes freies Ende ausgebildet ist.
Bei den universell einsetzbaren Ausführungen kann vorgesehen sein, dass zum wahlweisen Einsatz des Kühldorns im Gleichstrombetrieb oder im Gegenstrombetrieb das erste axiale Ende des Durchströmungsraums eine erste Drallerzeugungseinrichtung aufweist und das zweite axiale Ende des Durchströmungsraums eine zweite Drallerzeugungseinrichtung aufweist.
Insbesondere für die Ausführungen, die wahlweisen Einsatz des Kühldorns im Gleichstrombetrieb oder im Gegenstrombetrieb vorsehen, ist die Ausgestaltung des Kühldorns wie folgt:

i) dass die im Bereich des ersten axialen Endes angeordnete Einlasseinrichtung umschaltbar ist als Auslasseinrichtung oder dass im Bereich des ersten axialen Endes zusätzlich zu der dort angeordneten Einlasseinrichtung eine Auslasseinrichtung angeordnet ist; und
ii) dass die im Bereich des zweiten axialen Endes angeordnete Auslasseinrichtung umschaltbar ist als Einlasseinrichtung oder dass im Bereich des zweiten axialen Endes zusätzlich zu der dort angeordneten Auslasseinrichtung eine Einlasseinrichtung angeordnet ist.

Bevorzugte Ausführungen sehen vor, dass an dem spritzkopffernen Ende radiale Löcher, vorzugsweise in dem Innenrohr ausgebildet sind, die den ringspaltförmigen axialen Durchströmungsraum mit einer Zulaufeinrichtung und/oder einer Ablaufeinrichtung und/oder einer Rückführungseinrichtung des Kühlmediums verbinden.
Bei den unterschiedlichen Ausführungen ist die Drallerzeugungseinrichtung vorzugsweise ortsfest in dem ringspaltförmigen Durchströmungsraum angeordnet. Sie kann hierfür mit der Außenseite des Innenrohrs und/oder der Innenseite des Außenrohrs starr verbunden sein. Besonders bevorzugte Ausführungen sehen vor, dass die Drallerzeugungseinrichtung ausschließlich mit der Außenseite des Innenrohrs starr verbunden, vorzugsweise einstückig mit dem Innenrohr ausgebildet ist.
Was die Ausgestaltung der Drallerzeugungseinrichtung betrifft, ist bei den besonders bevorzugten Ausführungen vorgesehen, dass die Drallerzeugungseinrichtung nur ein Drallerzeugungselement oder mehrere Drallerzeugungselemente aufweist, wobei das nur eine Drallerzeugungselement oder die mehreren Drallerzeugungselemente in dem ringspaltförmigen Durchströmungsraum ortsfest angeordnet ist bzw. sind, vorzugsweise mit der Außenseite des Innenrohrs und/oder der Innenseite des Außenrohrs starr verbunden. Besonders bevorzugt sind Ausführungen, bei denen Drallezeugungseinrichtungen nicht nur durch ein einziges Drallerzeugungselement, sondern durch mehrere separate Drallerzeugungselemente gebildet wird. Diese Drallerzeugungselemente sind vorteilhafterweise mit gegenseitigem Abstand zueinander angeordnet, vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang des ringspaltförmigen Durchströmungsraum verteilt, vorzugsweise identisch gestaltet.
Besonders bevorzugte Ausführungen sehen vor, dass das nur eine Drallerzeugungselement oder die mehreren Drallerzeugungselemente länglich ausgebildet ist bzw. sind, wobei die Richtung der Längserstreckung des nur einen Drallerzeugungselements oder der mehreren Drallerzeugungselemente von der Längsrichtung des Durchströmungsraums und/oder des Innenrohrs und/oder des Außenrohrs abweicht.
Wie bereits erwähnt ist bei den bevorzugten Ausführungen vorgesehen, dass die mehreren Drallerzeugungselemente über den Umfang des Durchströmungsraums und/oder des Ringspalts verteilt angeordnet sind. Von besonderem Vorteil ist es, wenn sie mit gleich großem gegenseitigem Abstand angeordnet sind.
Vorteilhafte Ausführungen können vorsehen, dass das nur eine Drallerzeugungselement und/oder die mehreren Drallerzeugungselemente linear ausgestaltet ist bzw. sind mit einer Längserstreckung winkelig bezüglich der Längsrichtung des Durchströmungsraums und/oder des Ringspaltraums, vorzugsweise mit konstantem Winkel entlang der Längserstreckung.
Besonders bevorzugt sind Ausführungen mit gekrümmten Drallerzeugungselement. Es kann hierbei vorgesehen sein, dass das nur eine Drallerzeugungselement oder die mehreren Drallerzeugungselemente jeweils gekrümmt ausgestaltet ist bzw. sind mit einer Krümmung der Längserstreckung in Umfangsrichtung des Durchströmungsraums und/oder des Ringspaltraums, vorzugsweise zunehmender Krümmung mit zunehmender Annährung an den weiteren axialen Abschnitt des Durchströmungsraums.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die mehreren Drallerzeugungselemente jeweils gleichen Verlauf der Krümmung ihrer Längserstreckung in Umfangsrichtung des Durchströmungsraums und/oder des Ringspaltraums aufweisen.
Was die Ausgestaltung des Drallerzeugungselements oder der mehreren Drallerzeugungselemente unmittelbar am Anfang ihres Verlaufs am ersten axialen Ende beziehungsweise am zweiten axialen Ende des Durchströmungsraums betrifft, ist bei besonders bevorzugten Ausführungen vorgesehen, dass die Richtung der Längserstreckung des nur einen Drallerzeugungselements oder der mehreren Drallerzeugungselemente unmittelbar am ersten axialen Ende des Durchströmungsraums und/oder unmittelbar am zweiten axialen Ende des Durchströmungsraums der Längsrichtung des Durchströmungsraums und/oder des Ringspaltraums entspricht, vorzugsweise identisch gerichtet ist.
Bei bevorzugten Ausführungen ist vorgesehen, dass das nur eine Drallerzeugungselement oder die mehreren Drallerzeugungselemente jeweils als länglicher Steg oder längliche Wand ausgebildet ist mit einer Höhenerstreckung in radialer Richtung zwischen der Außenseite des Innenrohrs und der Innenseite des Außenrohrs.
Besonders bevorzugt sind gekrümmt schaufelartige Gestaltungen des Drallerzeugungselements. Es kann hierbei vorgesehen sein, dass der längliche Steg oder die längliche Wand in Richtung ihrer Höhenerstreckung gekrümmt ausgebildet ist.
Bevorzugte Ausführungen sehen vor, dass die radiale Höhenerstreckung des Drallerzeugungselements größer als 50 Prozent, vorzugsweise größer als 90 Prozent des radialen Abstands zwischen der Außenseite des Innenrohrs und der Innenseite des Außenrohrs ist.
Weiter sehen bevorzugte Ausführungen vor, dass die Breitenerstreckung des Drallerzeugungselements in Umfangsrichtung des Durchströmungsraums und/oder des Ringspaltraums ausgebildet ist.
Besonders wirkungsvoll sind Drallerzeugungseinrichtungen, bei denen vorgesehen ist, dass der gegenseitige Abstand benachbarter Drallerzeugungselemente über die Längserstreckung der Drallerzeugungselemente abnimmt.
Insbesondere in diesem Zusammenhang ist vorteilhaft, wenn vorgesehen ist, dass der gegenseitige Abstand benachbarter Drallerzeugungselemente über ihre Längserstreckung variiert, vorzugsweise in Richtung zu dem weiteren axialen Abschnitt des Durchströmungsraums hin abnimmt, vorzugsweise jedoch, ohne dass benachbarte Drallerzeugungselemente einander berühren oder kreuzen.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit Figuren. Dabei zeigen

1: wesentliche Komponenten einer Vorrichtung zur Herstellung von Kunststoffwellrohren, in schematischer Draufsicht;
2: ein herkömmlicher Kühldorn der Vorrichtung gemäß 1;
3: eine Abwicklung der Außenmantelfläche des Kühldorns der 2;
4: ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel des Kühldorns in schematischer Schnittansicht im Längsschnitt;
5: Einzeldarstellung des Innenrohrs des in 4 dargestellten Kühldorns in schematischer Seitenansicht;
6: Einzeldarstellung des Innenrohrs des in 4 dargestellten Kühldorns in schematischer Schnittansicht im Längsschnitt.

1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung von Wellrohren aus einer glatten Innen- und einer gewellten Außenlage. Die Vorrichtung weist einen Spritzkopf S auf, der über eine Verteilereinrichtung V mit einem Extruder E verbunden ist. Der Spritzkopf S weist zwei Ausgabedüseneinrichtungen D1 und D2 auf. Durch die Ausgabedüseneinrichtung D1 wird das Material für die glatten Innenlage des herzustellenden Wellrohrs und durch die Ausgabedüseneinrichtung D2 wird das Material für die gewellte Außenlage des herzustellenden Verbundwellenrohrs ausgegeben.
Die Ausgabedüseneinrichtungen D1 und D2 sind einer Formstrecke F eines Korrugators C zugeordnet. Die Formstrecke FS ist in 1 durch dünne strichierte Linien schematisch verdeutlicht. Der Korrugator C weist Formbacken FB auf, die in zwei Formbackengruppen vorgesehen sind. Entlang der Formstrecke FS bilden die Formbacken FB gemeinsam mit einem Kühldorn K einen dem herzustellenden Rohr entsprechenden Formkanal. Die Produktionsrichtung des mit der Vorrichtung 10 hergestellten Rohres ist durch den Pfeil P verdeutlicht.
Die Formbacken FB werden paarweise, d.h. als Formbackenpaare, hintereinander angeordnet entlang der Formstrecke FS in Produktionsrichtung (Pfeil 30) des extrudierten Kunststoffschmelzeschlauchs geführt. Die paarweise entlang der Formstrecke FS geführten Formbacken FB bilden mit ihren einander zugewandten Formflächen einen im Wesentlichen zylindrischen Aufnahmeraum A zur Aufnahme des Kunststoffschmelzeschlauchs, derart, dass die Außenseite des Kunststoffschmelzeschlauchs an den Formflächen anliegt. Der koaxiale Kühldorn K bildet entlang der Formstrecke FS eine im Wesentlichen zylindrische Führung, auf der die Innenseite des Kunststoffschmelzeschlauchs aufliegend geführt wird. Durch die flächige Anlage der Außenseite des Kunststoffschmelzeschlauchs auf den Formflächen der Formbackenpaare FB, FB, und durch die Führung der Innenseite des Kunststoffschmelzeschlauchs auf der Außenfläche AF des koaxialen Kühldorns K wird aus dem extrudierten Kunststoffschmelzeschlauch das Kunststoffrohr ausgeformt, je nach Ausgestaltung der Formflächen der Formbacken FB mit entsprechender Gestaltung der Außenseite des Kunststoffrohrs z.B. als gewelltes oder geripptes Kunststoffrohr.
Wie aus den 2 und 3 ersichtlich, ist der Kühldorn K mit Kühlkanälen KK und an seiner Außenfläche AF mit Vakuumrillen VR ausgebildet.
Die 3 zeigt in einer Mantelflächenabwicklung eine mögliche Gestaltung der Vakuumrillen VR. Bei abgewandelten Ausführungsbeispielen können die Vakuumrillen an der Außenfläche AF des Kühldorns K auch mit einem anderen Verlauf ausgebildet sein. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Vakuumrillen VR mit Stichkanälen SK im Inneren des Kühldorns K strömungstechnisch verbunden. Die Stichkanäle SK münden an der vom Spritzkopf S abgewandten, in Produktionsrichtung der Rohre (Pfeil 30) stromabwärtigen Stirnseite aus dem Kühldorn K aus. Sie sind strömungstechnisch mit einer Vakuumquelle VQ verbunden, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel am stromabwärtigen Enabschnitt, bzw. an der stromabwärtigen Stirnseite des Kühldorns K vorgesehen ist. Bei abgewandelten Ausführungsbeispielen kann die Vakuumversorgung der Vakuumrillen VR auch durch Vakuumleitungen erfolgen, die durch den Spritzkopf S hindurch verlaufen.
In dem Kühlkanal KK wird ein fluides Kühlmedium, vorzugsweise Kühlwasser, geführt. Der Kühldorn K ist aus einem Innenrohr 10i und einem Außenrohr 10a zusammengesetzt. Der Kühlkanal KK ist aus einer oder mehreren spiralförmigen Nuten gebildet, die in der Außenseite des Innenrohrs 10i ausgebildet sind. Die Durchströmung der Kühlkanäle KK kann je nach Schaltung des Kühlwassereinlasses und des Kühlwasserauslasses in Gleichstrom zur Produktionsrichtung P, d.h. in den 1 bis 3 von links nach rechts, oder in Gegenstrom zur Produktionsrichtung P, d.h. in den 1 bis 3 von rechts nach links erfolgen. Ein Kühldorn dieses Aufbaus ist bekannt, z.B. aus der DE 198 41 156 C1 .
Der in den 4 bis 6 dargestellte erfindungsgemäße Kühldorn ist gleich wie der Kühldorn der 1 bis 3 am Spritzkopf S derart anschließbar, dass der Kühldorn zentral koaxial aus dem Spritzkopf S in Produktionsrichtung P auskragt. Der Kühldorn K ist ebenfalls aus einem Innenrohr 10i und einem Außenrohr 10a zusammengesetzt. Zwischen dem Innenrohr 10i und dem Außenrohr 10a ist ein zylindrischer Ringspaltraum 100 als Durchströmungsraum für das fluide Kühlmedium ausgebildet. Als fluides Kühlmedium wird ebenfalls vorzugsweise Kühlwasser eingesetzt. Der als zylindrischer Ringspaltraum 100 ausgebildete Durchströmungsraum ist ebenfalls je nach Schaltung des Kühlwassereinlasses und des Kühlwasserauslasses in Gleichstrom zur Produktionsrichtung P oder in Gegenstrom zur Produktionsrichtung P betreibbar. Im Folgenden wird der zylindrische Ringspaltraum als Durchströmungsraum 100 bezeichnet.
Im Folgenden wird der Kühldorn der 4 bis 6 zunächst für den Fall des Gleichstrombetriebs beschrieben.
Am rechten axialen Ende 101 des Kühldorns K ist zentral der Kühlwassereinlass ausgebildet, über den das Kühlwasser durch den Spritzkopf S hindurch vorzugsweise zentral koaxial zugeleitet wird und radial in den als zylindrischen Ringspaltraum ausgebildeten Durchströmungsraum 100 eingeleitet wird. Das Kühlwasser durchströmt den Durchströmungsraum 100 von rechts nach links. Am linken axialen Ende 102 des Durchströmungsraums 100 ist der Kühlwasserauslass ausgebildet. Hierfür sind am linken axialen Ende 102 des Innenrohrs 10i radiale Löcher ausgebildet, die das Kühlwasser in ein zentrales Rücklaufrohr 10z einleiten. Das zentrale Rücklaufrohr 10z ist in dem Hohlraum des Innenrohrs 10i als koaxiales zentrales Rohr 10z angeordnet, das das Kühlmedium vom Kühlwasserauslass durch den Spritzkopf S hindurch ableitet.
Im Fall des Gegenstrombetriebs erfolgt der Kühlwasserdurchlauf durch den Kühldorn in umgekehrte Richtung, d.h. das Kühlwasser tritt am in den Figuren linken axialen Ende 102 des Kühldorns K über das zentrale Rohr 10z durch die in dem Innenrohr 10i ausgebildeten radialen Löcher in den Durchströmungsraum 100 ein, durchströmt diesen von links nach rechts entgegen der Produktionsrichtung P und verlässt den Durchströmungsraum 100 am rechten axialen Ende 101 durch ein zentrales Ablaufrohr, das sich durch den Spritzkopf S vorzugsweise zentral koaxial hindurch erstreckt.
Bei dem Kühldorn in den 4 bis 8 ist in dem Ringspaltraum, der den Durchströmungsraum 100 des Kühldorns K bildet, eine Drallerzeugungseinrichtung 101d ausgebildet. Die Drallerzeugungseinrichtung 101d setzt sich aus über den Umfang der Außenseite des Innenrohrs 10i gleichmäßig verteilt ausgebildete Schaufelblättern d zusammen. Die Drallerzeugungseinrichtung 101d erstreckt sich nur über den ersten Abschnitt der axialen Länge L des Durchströmungsraums 100, nämlich nur über den ersten axialen Abschnitt 101ax ausgehend von dem Kühlwassereinlass am rechten axialen Ende 101. In den an den axialen Abschnitt 101ax anschließenden weiteren axialen Abschnitt 100w reicht die Drallerzeugungseinrichtung 101d nicht hinein. Dieser weitere axiale Abschnitt 100w ist als freier Ringspaltraum ohne Drallerzeugungseinrichtung 101d ausgebildet.
Die Drallerzeugungseinrichtung 101d ist als Drallgeber ausgebildet, das heißt sie beaufschlagt das axial einströmende Kühlwasser mit einer radialen Geschwindigkeitskomponente, sodass die Strömung mit einem Drall um die zentrale Achse des ringspaltförmigen Durchströmungsraums strömt. Die Drallbeaufschlagung durch die Drallerzeugungseinrichtung 101d erfolgt derart, dass die Strömung des Kühlwassers auch in dem anschließenden weiteren axialen Abschnitt 100w, der als freier Ringspaltraum ohne Drallerzeugungseinrichtung ausgebildet ist, weiterhin mit Drall beaufschlagt ist. Es ergibt sich eine radial und axial gleichmäßig verteilte Durchströmung bis hin zum linken axialen Ende 102, wo der Kühlwasserauslass ausgebildet ist.
Damit unterscheidet sich der Kühldorn mit der Drallerzeugungseinrichtung 101d von den an sich bekannten Kühldornen, bei denen das Innenrohr des Kühldorns als sog. Kühlschnecke ausgebildet ist, d.h. über seine gesamte axiale Länge spiralförmige gewindeartige Gänge aufweist, um das Kühlwasser zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr spiralförmig zu führen. Eine derartige spiralförmige Führung ergibt sich auch mit den Kühlkanälen KK des Kühldorns K der 1 bis 3.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 4 bis 8 ist in dem Bereich des linken axialen Abschnitts 102ax eine zweite Drallerzeugungseinrichtung 102d ausgebildet. Der linke axiale Abschnitt 102ax erstreckt sich ausgehend von dem linken axialen Ende 102, das den Kühlwasserauslass aufweist, nach rechts bis zu dem linken axialen Ende des weiteren Durchströmungsraums 100w. Die linke Drallerzeugungseinrichtung 102d in dem linken axialen Abschnitt 102ax ist gleich ausgebildet wie die rechte Drallerzeugungseinrichtung 101d in dem rechten axialen Abschnitt 101ax, und zwar spiegelbildlich gleich. Sie erstreckt sich ebenfalls ausschließlich im Bereich des linken axialen Abschnitts 101ax und reicht nicht in den anschließenden weiteren axialen Abschnitt 100w hinein. Dieser weitere axiale Abschnitt 100w ist als freier Ringspaltraum ohne Drallerzeugungseinrichtung ausgebildet. Er erstreckt sich zwischen den Enden des rechten axialen Abschnitts 101ax und des linken axialen Abschnitts 102ax. In diesem freien Ringspaltraum ist keine Drallerzeugungseinrichtung ausgebildet, das heißt weder die ersten Drallerzeugungseinrichtung 101d des rechten axialen Abschnitts 101ax noch die zweite Drallerzeugungseinrichtung 102d des linken axialen Abschnitts 102ax ragt in diesen axialen Abschnitt 100w hinein. Mit der zweiten Drallerzeugungseinrichtung 102d wird das durchströmende Kühlmedium nochmal am Ende der Durchströmung mit einem Drall beaufschlagt, wodurch der Drall der Durchströmung über die gesamte axiale Länge des Durchströmungsraums stabilisiert wird.
Außerdem ist der linke axiale Abschnitt 102ax mit der zweiten Drallerzeugungseinrichtung 102d ausgestaltet, um den Kühldorn auch im Gegenstrombetrieb einzusetzen. In diesem Fall erfolgt die Kühlwasserzuleitung an dem spritzkopffernen linken axialen Ende 102 und die Kühlwasserableitung am spritzkopfnahen rechten axialen Ende 101.
Wie vorangehend bereits beschrieben, erfolgt im Gegenstrombetrieb der Kühlwasserlauf genau umgekehrt zu dem Gleichstrombetrieb.
Die Drallerzeugungseinrichtungen 101d, 102d bestehen jeweils aus länglichen Drallerzeugungselementen d, vorangehend als Schaufelblätter bezeichnet. Diese länglichen Drallerzeugungselemente d sind auf der Außenseite des Innenrohrs 10i gleichmäßig über den Umfang verteilt nebeneinander angeordnet. Jedes der länglichen Drallerzeugungselemente d erstreckt sich über die gesamte axiale Länge des axialen Abschnitts 101ax, 102ax, in dem die Drallerzeugungseinrichtung 101d, 102d ausgebildet ist. Die Drallerzeugungselemente d sind jeweils entlang ihrer Längserstreckung gekrümmt. Die Krümmung nimmt entlang ihrer Längserstreckung ausgehend vom axialen Ende 101, 102 des Durchströmungsraums 100 zu dem anschließenden weiteren axialen Strömungsraum 100w hin zu, das heißt der jeweilige Krümmungsradius nimmt in diese Richtung hin ab. Die länglichen Drallerzeugungselemente d beginnen alle jeweils weitgehend linear in axialer Richtung des Durchströmungsraums 100 ausgerichtet, wobei, wie bereits erwähnt, die Krümmung über die axiale Erstreckung zu dem axialen weiteren Durchströmungsraums hin zunimmt. Im Bereich des Endes der axialen Erstreckung der länglichen Elemente d ist die Krümmung relativ stark.
Die geometrische Ausgestaltung der Drallerzeugungselemente d wird durch mehrere Parameter beschrieben. Die Länge L der Drallerzeugungselemente beschreibt ihre Ausdehnung in axiale Richtung, die Breite B die Stärke des Stegs und die Höhe H ihre Ausdehnung in radiale Richtung. Der Winkel α der Drallerzeugungselemente wird zwischen der Gerade, die zur axialen Richtung des Kühldorns einen Winkel von 0 einnimmt, und der Tangente der Kurve mit dem Anfangsradius gemessen. Der Anfangradius R beschreibt den Radius des Drallerzeugungselements, der vom Beginn des Drallerzeugungselements am Wasserzulauf beziehungsweise Wasserauslauf bis zur Hälfte der Länge führt. Der Endradius r beschreibt den Radius, der im Drallerzeugungselement anschließend von der Hälfte der Länge bis zu ihrem Ende führt.
Die Drallerzeugungselemente d sind an der Außenseite des Innenrohrs 10i einstückig mit dem Innenrohr 10i, vorzugsweise durch spanabhebendes Verfahren ausgebildet.
Die Drallerzeugungselemente d bilden Drallschaufelblätter, welche die Fließrichtung des Mediums derart beeinflussen, dass bis zum Austrittsbereich des Kühlwassers ein ausreichender Drall vorhanden ist, der sowohl eine axiale als auch eine radiale Verteilung des Kühlwassers über der Außenfläche des Innenrohrs erlaubt. Die Drallschaufelblätter sind in Abhängigkeit des Durchmessers der Länge des Kühldorns ausgelegt.
Im Vergleich zum Stand der Technik zeichnet sich der Kühldorn mit diesen nur axial sich begrenzt erstreckenden Drallerzeugungselementen durch geringere Fertigungskosten und ein effizienteren Materialeinsatz bei gleicher Kühlleistung unveränderter Schnittstellen und gleichbleibender Komponentenanzahl aus.
Bezugszeichenliste

S: Spritzkopf
V: Ventilereinrichtung
E: Extruder
D1: Ausgabedüseneinrichtung von S
D2: Ausgabedüseneinrichtung von S
FS: Formstriche
C: Korrugator
K: Kühldorn
AF: Außenfläche von K
P: Pfeil Produktionsrichtung
FB: Formbacke
KK: Kühlkanal
VR: Vakuumrille
SK: Strichkanal für Vakuum
VQ: Vakuumquelle
EV: Energieversorgungsleitung
VL: Vakuumleitung
Kn: spritzkopfnaher Zuganker
Kf: spritzkopfferne Spannbuchse
10: rohrförmiger Körper
10i: Innenrohr
10a: Außenrohr
10z: zentrales Rohr
100: Durchströmungsraum
100w: weiterer axialer Abschnitt von 100
101: erstes axiales Ende von 100
102: zweites axiales Ende von 100
101ax: erster axialer Abschnitt von 100
102ax: zweiter axialer Abschnitt von 100
101d: erste Drallerzeugungseinrichtung (in 101ax)
102d: zweite Drallerzeugungseinrichtung (in 102ax)
d: Drallerzeugungselement, Drallschaufelblatt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19841156 C1 [0002, 0036]

Claims

Kühldorn zum Einsatz in einer vorzugsweise als Korrugator ausgebildeten Vorrichtung zur Herstellung von vorzugsweise gewellten Kunststoffrohren, wobei der Kühldorn (K) wie folgt ausgebildet ist: a) der Kühldorn weist einen rohrförmigen Körper (10) auf, der aus einem Innenrohr (101) und einem koaxial angeordneten Außenrohr (10a) gebildet ist und weist vorzugsweise eine gemeinsame zentrale Achse auf; b) zwischen der Außenseite des Innenrohrs (10i) und der Innenseite des Außenrohrs (10a) ist ein vorzugsweise ringspaltförmiger Durchströmungsraum (100) gebildet, der von einem fluiden Kühlmedium durchströmt ist; c) der Durchströmungsraum (100) erstreckt sich über die axiale Länge des rohrförmigen Körpers (10) und weist ein erstes axiales Ende (101) und ein zweites axiales Ende (102) auf; d) der Durchströmungsraum (100) weist im Bereich seines ersten axialen Endes (101) eine Einlasseinrichtung für das Kühlmedium und im Bereich seines zweiten axialen Endes (102) eine Auslaufeinrichtung für das Kühlmedium auf; e) der Durchströmungsraum (100) weist einen ersten axialen Abschnitt (101ax) auf, der sich ausgehend von dem ersten axialen Ende (101) des Durchströmungsraums axial erstreckt, wobei in dem ersten axialen Abschnitt (101ax) des Durchströmungsraums (100) eine Drallerzeugungseinrichtung (101d) über die gesamte axiale Länge des ersten axialen Abschnitts (101ax) sich erstreckt; f) der Durchströmungsraum (100) weist einen an den ersten axialen Abschnitt (101ax) anschließenden weiteren axialen Abschnitt (100w) auf, der als freier Ringspaltraum ausgebildet ist, wobei die in dem ersten axialen Abschnitt (101ax) angeordnete erste Drallerzeugungseinrichtung (101d) nicht in den weiteren axialen Abschnitt (101w) des Durchströmungsraums (100) reicht.
Kühldorn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere axiale Abschnitt (100w) des Durchströmungsraums (100) sich bis zu dem zweiten axialen Ende (102) des Durchströmungsraums (100) erstreckt.
Kühldorn nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere weitere axiale Abschnitte (100w) des Durchströmungsraums (100) in axialer Richtung hintereinander angeordnet sind und zwischen mindestens zwei der weiteren axialen Abschnitte (100w) ein axialer Zwischenabschnitt des Durchströmungsraums sich axial erstreckt, wobei in dem axialen Zwischenabschnitt des Durchströmungsraums sich eine Drallerzeugungseinrichtung über die gesamte axiale Länge des axialen Zwischenabschnitts erstreckt und nicht in den angrenzenden weiteren axialen Abschnitt (100w) reicht.
Kühldorn nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchströmungsraum (100) einen zweiten axialen Abschnitt (102ax) aufweist, der sich ausgehend von dem zweiten axialen Ende (102) des Durchströmungsraums (100) axial erstreckt, wobei in dem zweiten axialen Abschnitt (102ax) des Durchströmungsraums (100) eine zweite Drallerzeugungseinrichtung (102d) angeordnet ist, die sich über die gesamte axiale Länge des zweiten axialen Abschnitts (102ax) erstreckt; und dass zwischen dem ersten axialen Abschnitt (101ax) des Durchströmungsraums (100) und dem zweiten axialen Abschnitt (102ax) des Durchströmungsraums (100) mindestens ein weiterer axialer Abschnitt (100w) des Durchströmungsraums (100) angeordnet ist, der als freier Ringspaltraum ausgebildet ist, wobei weder die in dem zweiten axialen Abschnitt (102ax) angeordnete zweite Drallerzeugungseinrichtung (102d) noch die in dem ersten axialen Abschnitt (101ax) angeordnete erste Drallerzeugungseinrichtung (101d) in den mindestens einen weiteren axialen Abschnitt (100w) des Durchströmungsraums (100) reicht.
Kühldorn nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einsatz des Kühldorns (K) im Gleichstrombetrieb das erste axiale Ende (101) des Durchströmungsraums (100), das die Einlasseinrichtung für das Kühlmedium aufweist und von der sich die erste Drallerzeugungseinrichtung (101d) erstreckt, als spritzkopfnahes Ende ausgebildet ist und das zweite axiale Ende (102) des Durchströmungsraums (100), das die Auslasseinrichtung für das Kühlmedium aufweist, als spritzkopffernes freies Ende ausgebildet ist.
Kühldorn nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einsatz des Kühldorns (K) im Gegenstrombetrieb das zweite axiale Ende (102) des Durchströmungsraums (100), das die Auslasseinrichtung aufweist, als spritzkopfnahes Ende ausgebildet ist und das erste axiale Ende (101) des Durchströmungsraums (100), das die Einlasseinrichtung für das Kühlmedium aufweist und von der sich die erste Drallerzeugungseinrichtung (101d) erstreckt, als spritzkopffernes freies Ende ausgebildet ist.
Kühldorn nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum wahlweisen Einsatz des Kühldorns (K) im Gleichstrombetrieb oder im Gegenstrombetrieb sich von dem ersten axialen Ende (101) des Durchströmungsraums (100) eine erste Drallerzeugungseinrichtung (101d) erstreckt und sich von dem zweiten axialen Ende (102) des Durchströmungsraums (100) eine zweite Drallerzeugungseinrichtung (102d) erstreckt.
Kühldorn nach einem der vorangehenden Ansprüche, vorzugsweise nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass die im Bereich des ersten axialen Endes (101) angeordnete Einlasseinrichtung umschaltbar ist als Auslasseinrichtung oder dass im Bereich des ersten axialen Endes (101) zusätzlich zu der dort angeordneten Einlasseinrichtung eine Auslasseinrichtung angeordnet ist; und dass die im Bereich des zweiten axialen Endes (102) angeordnete Auslasseinrichtung umschaltbar ist als Einlasseinrichtung oder dass im Bereich des zweiten axialen Endes (102) zusätzlich zu der dort angeordneten Auslasseinrichtung eine Einlasseinrichtung angeordnet ist.
Kühldorn nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an dem spritzkopffernen Ende radiale Löcher, vorzugsweise in dem Innenrohr (10i) ausgebildet sind, die den ringspaltförmigen axialen Durchströmungsraum (100) mit einer Zulaufeinrichtung und/oder einer Ablaufeinrichtung (10z) und/oder einer Rückführungseinrichtung (10z) des Kühlmediums verbinden.
Kühldorn nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drallerzeugungseinrichtung (101d, 102d) mit der Außenseite des Innenrohrs (10i) und/oder der Innenseite des Außenrohrs (10a) starr verbunden.
Kühldorn nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drallerzeugungseinrichtung (101d, 102d) nur ein Drallerzeugungselement (d) oder mehrere Drallerzeugungselemente (d) aufweist, wobei vorzugsweise angeordnet ist, dass das nur eine Drallerzeugungselement (d) oder die mehreren Drallerzeugungselemente (d) mit der Außenseite des Innenrohrs (10i) und/oder der Innenseite des Außenrohrs (10a) starr verbunden ist.
Kühldorn nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das nur eine Drallerzeugungselement (d) oder die mehreren Drallerzeugungselemente (d) länglich ausgebildet ist bzw. sind, wobei die Richtung der Längserstreckung des nur einen Drallerzeugungselements (d) oder der mehreren Drallerzeugungselemente (d) von der Längsrichtung des Durchströmungsraums (100) und/oder des Innenrohrs (10i) und/oder des Außenrohrs (10a) abweicht.
Kühldorn nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Drallerzeugungselemente (d) über den Umfang des Durchströmungsraums (100) und/oder des Ringspaltraums verteilt angeordnet sind, vorzugsweise mit gleich großem gegenseitigem Abstand.
Kühldorn nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das nur eine Drallerzeugungselement (d) und/oder die mehreren Drallerzeugungselemente (d) linear ausgestaltet ist bzw. sind mit einer Längserstreckung winkelig bezüglich der Längsrichtung des Durchströmungsraums (100) und/oder des Ringspaltraums, vorzugsweise mit konstantem Winkel entlang der Längserstreckung des Drallerzeugungselements (d).
Kühldorn nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das nur eine Drallerzeugungselement (d) oder die mehreren Drallerzeugungselemente (d) jeweils gekrümmt ausgestaltet ist bzw. sind mit einer Krümmung der Längserstreckung des Drallerzeugungselements, vorzugsweise mit zunehmender Krümmung bei zunehmender Annährung an den weiteren axialen Abschnitt (100w) des Durchströmungsraums (100).
Kühldorn nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Drallerzeugungselemente (d) jeweils gleichen Verlauf der Krümmung ihrer Längserstreckung in Umfangsrichtung des Durchströmungsraums (100) und/oder des Ringspaltraums aufweisen.
Kühldorn nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung der Längserstreckung des nur einen Drallerzeugungselements (d) oder der mehreren Drallerzeugungselemente (d) unmittelbar am ersten axialen Ende (101) des Durchströmungsraums (100) und/oder unmittelbar am zweiten axialen Ende (102) des Durchströmungsraums (100) der Längsrichtung des Durchströmungsraums (100) und/oder des Ringspaltraums entspricht, vorzugsweise identisch gerichtet ist.
Kühldorn nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das nur eine Drallerzeugungselement (d) oder die mehreren Drallerzeugungselemente (d) jeweils als länglicher Steg oder längliche Wand ausgebildet ist mit einer Höhenerstreckung in radialer Richtung zwischen der Außenseite des Innenrohrs (10i) und der Innenseite des Außenrohrs (10a).
Kühldorn nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der längliche Steg oder die längliche Wand gekrümmt ausgebildet ist mit einer Krümmung der Höhenerstreckung des Stegs oder der Wand.
Kühldorn nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Höhenerstreckung des Drallerzeugungselements (d) größer als 50 Prozent, vorzugsweise größer als 90 Prozent des radialen Abstands zwischen der Außenseite des Innenrohrs (10i) und der Innenseite des Außenrohrs (10a) ist.
Kühldorn nach einem der Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Breitenerstreckung des Drallerzeugungselements (d) in Umfangsrichtung des Durchströmungsraums (100) und/oder des Ringspaltraums ausgebildet ist.
Kühldorn nach einem der Ansprüche 11 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der gegenseitige Abstand benachbarter Drallerzeugungselemente (d) über die Längserstreckung der Drallerzeugungselemente (d) abnimmt.
Kühldorn nach einem der Ansprüche 11 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der gegenseitige Abstand benachbarter Drallerzeugungselemente (d) über ihre Längserstreckung variiert, vorzugsweise in Richtung zu dem weiteren axialen Abschnitt des Durchströmungsraums (100) hin abnimmt, vorzugsweise jedoch, ohne dass benachbarte Drallerzeugungselemente (d) einander berühren oder kreuzen.