DE1961060B2 - Uberdruck-Außenkalibriereinrichtung für Rohre aus thermoplastischem Kunststoff - Google Patents
Uberdruck-Außenkalibriereinrichtung für Rohre aus thermoplastischem KunststoffInfo
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Description
Bei der Extrusion von Hohlprofilen aus Thermoplasten muß das aus der Profildüse noch plastisch austretende
Hohlprofil durch Kalibnervorrichtungen auf die vorgesehenen Maße und Toleranzen gebracht und
gleichzeitig durch Wärmeaustausch soweit verfestigt werden, daß das Abziehen und die endgültige Abkühlung
im Kühlbad ohne unerwünschte Deformation vonstatten geht. Je nach den gewünschten Eigenschaften
des Hohlprofils wird eine Außen- oder eine Innenkalibrierung gewählt. Bei der Außenkalibrierung kann der
Kontakt zwischen Profil und Kalibrierung durch inneren Überdruck (Überdruck-Kalibrierung) oder durch
äußeren Unterdruck (Vakuumkalibrierung) erreicht werden.
Bei der Überdruck-Außenkalibrierung wird ein gasförmiges Druckmedium duich einen im Extruderkopf
befindlichen Durchbruch in das einseitig verschlossene Hohlprofil eingeleitet, wodurch das Hohlprofil an die
gekühlte Kalibrierung angepreßt und während des Durchgangs gleichzeitig kalibriert, geküUt und verfestigt
wird.
Beim Überdruck-Außenkalibrieren sind mittels durchgeleiteier Kühlflüssigkeit temperierte Kalibrierbüchsen
oder mehrere in einer Kühlwanne angeordnete, von der Kühlflüssigkeit umgebene Kalibrierblenden
bekannt. Gekühlte Kalibrierbüchsen haben den Vorteil, daß das Extrudat beim Einzug in die Kalibrierung nicht
unterzogen zu werden braucht; die Kalibrierbüchse kann im Gegensatz zu den Blenden direkt an die ExBei
Außenkalibrierung mittels im Kühlbad angeordneter Kalibrierblenden muß zwischen Extruderdüse
und Kühlwanne ein Abstand eingehalten werden, da
die Abdichtung im Einzugsbereich den Unterzug des Extrudats voraussetzt. Die Drucktoleranzen sind sehr
gering da bei zu hohem Druck das Extrudat zwischen Düse und erster Blende deformiert bzw. aufgerissen
und bei zu niederem Druck keine maßhaltigen Rohre
erhalten werden. Diese Überdruck-Außenkalibnerung
mittels Kalibrierblenden würde zwar wegen der geringeren Reibung größere Abzugsgeschwindigkeiten ah
die mittels einer gekühlten Kalibrierbüchse erlauben, da der Wärmeaustausch jedoch fast ausschließlich
durch Konvektion stattfindet, erfolgt er wesentlich langsamer als beim Austausch infolge Wärmeleitung
durch Metall. Dadurch wird die Kalibrierstrecke sehr lang und die ganze Vorrichtung unhandlich. Die Abzugsgeschwindigkeit
wird also hier durch die Kühllei-
stung begrenzt. Außerdem ist das Anfahren umständlich und ein Eingriff bei auftretenden Betriebsstörungen
sehr schwierig. Da das Extrudat von der Extruderdüse nach kurzer Luftstrecke in die Kühlflüssigkeit eintreten
muß besteht die Gefahr des Zurückströmens der Kühl-
flüssigkeit zum heißen Extruder. Dies führt leicht zu heftiger Dampfbildung und partieller Unterkühlung der
Düse.
Es sind über diesen Stand der Technik hinaus auch schon Einrichtungen nach der Gattung des Hauptan-
spruchs bekannt, bei denen keine Anfahrgeschwindigkeiten und auch keine Eingriffsbehinderung bei Betriebsstörungen
bestehen und relativ hohe Abzugsgeschwindigkeiten erreichbar sind, zumal sie sowohl eine
konduktive kühlende Kalibrierbüchse als auch KaIi-
brierblenden aufweisen, denen jeweils Aufsprüheinrichtungen zugeordnet sind (vgl. SPE Journal Oktober
1964/1093-97, insbesondere 1094 und »Plastverarbeiter«
1968/635-40, insbesondere 35,36).
Eigenart dieser bekannten Einrichtungen ist es, daß
beim Anfahren und bei eventuell späteren Eingriffen die Kühlwanne nicht gefüllt zu sein braucht, so daß ein
Zurückströmen der Kühlflüssigkeit zur Extruderdüse nicht möglich ist. Die mehrfache direkte Anströmung
des Profils durch die Aufsprühvorrichtungen reicht
beim Anfahren aus, um das Profil genügend zu verfestigen. Erst wenn die Extrusion zur Zufriedenheit läuft,
wird die Kühlwanne bis zum Überlauf gefüllt. Anschließend kann die Extrusionsgeschwindigkeit bis zur ge-
wünschten Abzugsgeschwindigkeit gesteigert werden. Da die Kalibrierbüchse in der Regel fest an der Extruderdüse
anliegt und das Profil bsim Eintritt in die
Kühlwanne bereits so weit verfestigt ist, daß es durch den Innendruck nicht mehr aufgebläht wird, tritt in der
Kalibrierung keine wesentliche Formveränderung des Profils auf.
Es geht im vorliegenden Fall darum, daß die KaIibrierbü-'hse
im Interesse der Erzielung hoher Extrudiergeschwindigkeiten weniger Reibung erzeugen soll,
Sie soll damit so kurz wie möglich sein, d. h. nur so lang sein, daß durch das Abkühlen des Werkstücks in der
Kalibrierbüchse auf dem Werkstück eine harte Oberflächenschicht entsteht, die vom Wasser der Aufbring- ,
einrichtung nicht mehr beschädigt werden kann. Was die Aufgabe angeht, so soll die Anordnung so getroffen
werden, daß die durch eine derartige Verkürzung der Kalibrierbüchse im Bereich der Kalibrierbüchse eintretende
Verminderung der Kühlung bei der Kühlung im Tank- bzw. Kalibrierblenden-System nachgeholt werden
kann.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die kennzeichnende Lehre des Anspruchs 1 gelöst, durch die
eine vermehrte Wärmeabfuhr von den im Tank angeordneten Kalibrierblenden übernommen werden
kann.
Darüber hinaus bringt die Erfindung folgende Vorteile: Durch die Hereinnahme der Kühlflüssigiceits-Aufbringeinrichtung
in die Kalibrierblenden werden die Blenden intensiv gekühlt, ferner wird gegenüber einer
Vereinzelung von Aufbringeinrichtung und Blenden die Anzahl der Teile halbiert sowie die Manipulierung mit
diesen Teilen erleichtert. Ferner entsteht ein zieherleichternder Schmiereffekt (vgl. »Kunststoffe«
1969/413 rechts unten), und es wird das Werkstück gegenüber dem Kühlmitteldruck der Aufbringeinrichtung
besonders gut und (im Interesse einer Vermeidung anisotroper Effekte) momentenfrei abgestützt. Der enge
Spalt zwischen Querschnittserweiterung und Rohroberfläche sorgt für hohe Wassergeschwindigkeit und
damit — wie an sich bekannt — für ein Wegschwemmen an der Oberfläche anhaftender, oberflächenschädlicher
Dampfblasen (vgl. US-PS 31 82 108).
Eine Weiterbildung des Gegenstands des Anspruchs ergibt sich aus Anspruch 2.
Die F i g. 1 bis 4 zeigen eine beispielhafte Ausführung der erfindungsgemäßen Kalibriervorrichtung.
F i g. 1 zeigt eine schematische Gesamtansicht einer Rohrextrusionsanlage;
F i g. 2a und 2b zeigen die Kalibrierbüchse im Schnitt und in der Draufsicht;
F i g. 3a, 3b und 3c zeigen die Kühlwanne von vorne, von der Seite und von oben, teils im Schnitt;
F i g. 4a, 4b und 4c zeigen eine Ausführungsform der Kalibrierblende teils im Schnitt von der Seite, und von
vorne und den inneren Blendeneinsatz im Schnitt.
In F i g. 1 ist mit 1 das Düsenmundstück des Extruderkopfes,
mit 2 die Kalibrierbüchse, mit 3 die Kühlwanne, mit 4 die Kalibrierblenden, mit 5 ein Auflageblock,
mit 6 ein nachgeschaltetes Kühlbad, mit 7 der Abzug und mit 8 die Aufwickelvorrichtung bezeichnet.
Bei der in F i g. 2a und 2b gezeigten Kalibrierbüchse liegt zwischen der Innenwand 201 und der Außenwand
202 der Büchse die Kühlkammer 203. Diese wird über den Anschlußstutzen 204 und den Auslaßstutzen 205
mit Kühlflüssigkeit durchströmt. Ein Befestigungsflansch 206 mit Gewindebohrungen oder Durchbrüchen
207 dient zur Befestigung der Büchse an der Stirnseite der Kühlwanne 3. Die Abdichtung gegenüber dem
Kühlwasser erfolgt durch Zwischenlegen nicht gezeigter Dichtringe. Zur verschiebungssicheren Befestigung
am Düsenmundstück 1 hat die Kalibrierbüchse an der Stirnseite Zentriernocken 208, die am Düsenmundstück
eingreifen.
In den F i g. 3a bis 3ct die die Kühlwanne 3 zeigen, ist
die Stirnwand der Wanne mit 301 bezeichnet. Gewindebohrungen oder Durchbrüche 302 dienen zur Befestigung
des Flansches 206 der Kalibrierbüchse 2. Mit 303 ist ein unterer Ablaufstutzen, mit 304 die Überlaufstutzen
und mit 305 der Kühlmittelzufluß bezeichnet. Auf den längs durch die Wanne geführten Rohren 306 sind
die Kalibrierblenden 4 längsverschieblich und arretierbar angebracht. Durch diese Rohre 306, die endständig
innen je zwei Führungsbuchsen 307 aufweisen, sind Holme 308 hindurchgeschoben, die am Düsenmundstück
1 des Extruders befestigt werden und auf denen die Kühlwanne in Längsrichtung verschoben werden
kann. Durch geeignete Vorrichtungen 309 kann die Wanne auf den Holmen 308 arretiert werden. Hinter
dei Kühlwanne liegen die Holme 308 auf dem Auflagebock 5 auf. Am hinteren Ende hat die Kühlwanne einen
rohrförmigen Stutzen 310, durch den das Profil in das nachgeschaltete Kühlbad 6 geführt wird. Dieser Stutzen
ist so lang, daß er auch nach Vorschieben der Kalibrierung an das Düsenmundstück bis in das Kühlbad 6
hineinreicht. Der innere Querschnitt des Stutzens ist etwas größer als das Profil, so daß Kühlflüssigkeit mit
durchströmen kann und keine Reibung auftritt. Durch eine Dichtmanschette am Einlaß des Kühlbads 6 lassen
sich Leckverluste von Kühlflüssigkeit vermeiden.
In den F i g. 4a bis 4c ist eine Ausführungsform einer Kalibrierblende dargestellt. Der Blendeneinsatz 401 hat
einen umlaufenden Bund 402 und eine kreisförmige Blendenöffnung 403 mit einer einseitigen Querschnitterweiterung
404. Von der Querschnittserweiterung laufen radiale oder tangentiale Bohrungen 405
nach außen. Dieser Blendeneinsatz wird in ein teilbares Joch eingesetzt, bestehend aus einem Oberteil 410,
einem Unterteil 411 und einer zentral in der Teilungsebene
liegenden Bohrung 412 mit Ringnut 413. Das Oberteil 410 hat einen Anschlußstutzen 414 für die
Kühlflüssigkeit und wird mittels Schrauben 415 mit dem Unterteil 411 zusammengebaut. Im Unterteil sind
zwei geschlitzte Bohrungen 416 zur Führung der Kalibrierblenden auf den Rohren 306 und Klemmschrauben
417 zur Arretierung der Blenden. Beim Einbau des Blendeneinsalzes in das Joch entsteht zwischen dem
umlaufenden Bund 402 des Einsatzes und der Ringnut 413 der Bohrung 412 ein Ringkanal 420, durch den die
Kühlflüssigkeit vom Anschlußstutzen 414 zu den radialen oder tangenlialen Bohrungen 405 fließen kann.
Es hat ich als besonders vorteilhaft erwiesen, die mit der Kühlwanne fest verbundene Kalibrierbüchse an der
Stirnseite mit mindestens drei Zentriernocken 208 in zentrierende Nuten des Düsenmundstücks eingreifen
zu lassen, so daß die Büchse spalt- und versatzfrei an das Düsenmundstück anschließt, und die durch die Führungen
für die Kalibrierblenden laufenden Holmen 308 am Düsenmundstück lösbar zu befestigen. Durch diese
Maßnahme wird die ganze Kalibrierung längsverschiebbar fest mil der Düse verbunden. Die hinteren
Enden der Holme 308 werden von einem Auflagebock 5 getragen, der höhen- und seitenverstellbar sein soll.
Durch diesen zentrierten Zusammenbau folgt die Kalibriervorrichtung versatzfrei jeder Nachjustierung der
Düse.
Durch Auswechseln der kalibrierenden Teile, Düse,
Büchse und Blenden, können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung Rohre verschiedenen Durchmessers
oder Profile nichtrunden Querschnitts kalibriert werden.
Die Kalibrierbüchse wird zweckmäßig aus korrosionsbeständigem und verschleißfestem Metall mit
möglichst hoher Wärmeleitfähigkeit, z. B. einer speziellen Kupfer-Beryllium-Legierung, hergestellt. Es hat sich
als vorteilhaft erwiesen, das Kühlmittel so einzuleiten. daß durch Anströmen von Prallflächen Turbulenzen
entstehen.
Um hohe Abzugsgeschwindigkeiten zu erreichen, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Länge der Kalibrierbüchse kurz zu halten. Bei der Rohrextrusion wur-
den beispielsweise mit einem Verhältnis Büchsenlänge : Rohrdurchmesser von 5 :1 bis 1 :1 sehr gute Ergebnisse erzieh. Die Kalibrierblenden können kürzer
ausgeführt werden. Verhältnisse von Blendenlänge : Rohrdurchmesser zwischen 1 :4 und 1 ·. 1 haben
sich bewährt Die Länge des erweiterten Blenden-Querschnitts macht in der Regel etwa die halbe Blendenlänge aus. Dieser Wert ist aber nicht kritisch. Nach
Durchführen des Profils durch die Blende entsteht infolge der Querschnittserweiterung ringsum ein spalt- 2$
förmiger Kanal, der einen Kühlmitteldurchfluß zuläßt.
Das Kühlmittel wird vorzugsweise auf die Profiloberfläche zugeleitet Es kann aber auch Kühlmittel aus der
Wanne durch die Blenden abgesaugt werden. In beiden Fällen wird die Bildung von Bläschen auf der Profiloberfläche durch den schnellen Kühlmittelfluß vermieden. Die Zahl der benötigten Kalibrierblenden richtet
sich nach der gewünschten Kühlintensität bzw. der Abzugsgeschwindigkeit Vorzugsweise werden die Blenden so gestaffelt, daß die Abstände mit zunehmender 3s
Entfernung vom Extruder größer werden.
Außerdem soiken, entsprechend dem Schwundverhalten des verarbeiteten Thermoplasten, die lichten
Durchmesser der Blenden mit zunehmendem Abstand vom Extruder (zunehmender Abkühlung des Rohres)
bis auf den gewünschten Enddurchmesser verringert werden, um immer ein gutes Anliegen des Profils an
den Kalibrierblenden zu gewährleisten.
Beim Zusammenbau der Anlage wird zunächst die Kühlwanne mittels der beiden Holme auf den Auflagebock aufgelegt und am Düsenmundstück befestigt.
Dann wird die Kalibriervorrichtung auf den Holmen bis zum Anschlag vorgeschoben und in dieser Stellung
arretiert. Beim Anfahren des Extruders wird das Hohlprofil in an sich bekannter Weise verschlossen, durch
die Kalibriervorrichtung gezogen und von innen mit Überdruck beaufschlagt. Zunächst wird nur die Kühlung von Büchse und Blenden angestellt. Bis die Extrusion einwandfrei läuft, läßt man das durch die Kalibrierblenden einströmende Kühlmittel durch den unteren
Abfluß der Kühlwanne abfließen, so daß die Extrusion gut beobachtet werden und keine Kühlflüssigkeit zum
Extruder zurückfließen kann. Die Kühlung der Blenden reicht bei der beim Anfahren üblichen Extrusionsgeschwindigkeit völlig aus. um Deformationen des Profils
zu vermeiden. In diesem Zustand können gegebenenfalls erforderliche Eingriffe, z. B. das Abquetschen des
Profils, ohne Schwierigkeit durchgeführt werden. Ist eine Nachzentrierung der Düse erforderlich, so folgt
die Kalibriervorrichtung mittels der Holme und der verstellbaren Auflagen dieser Verschiebung unmittelbar und versatzfrei. Erst wenn die Extrusion zur vollen
Zufriedenheit läuft, wird die Kühlwanne bis zum oberen Abfluß gefüllt, so daß das Profil ganz in der Kühlflüssigkeit liegt, und die Extrusionsgeschwindigkeit bis
zur gewünschten Ausstoßleistung erhöht. Die endgültige Abkühlung des Rohres erfolgt in dem nachgeschalteten Kühlbad, dessen Länge sich nach Extrusionsgeschwindigkeiten und Wanddicke des Profils richtet. Infolge der sehr intensiven Kühlung durch Kalibrierbüchse. Kühlwanne und der direkten Anströmung in den
Blenden lassen sich sehr hohe Extrusionsgeschwindigkeiten erreichen. Es konnte z. B. ein Rohr aus Niederdruckpoiyäthylen mit einem Außendurchmesser von
25 mm und einer Wanddicke von 2,0 mm tiit einer Abzugsgeschwindigkeit von 20 m/Min, gefahren werden.
Bei dieser Ausstoßgeschwindigkeit war die obere Grenzleistung des Extruders erreicht
Claims (2)
1. Überdruck-Außenkalibrieremrichtung for
Hohlprofile aus thermoplastischem Kunststoff, die unmittelbar hinter einem Extruder angeordnet ist
Und mit einer Abzieheinrichtung zusammenwirkt,
mit einer Kühlwanne, einer an der Stirnwand derselben
dicht und fest angeordneten sowie durch einen flüssigkehsdurchströmten Kühlmantel an ihrer
Führungsfläche gekühlten Kalibrierbüchse, die
aus einem gut wärmeleitenden Metall besteht, zur Wärmeabführung von dem die Extruderdüse verlassenden
Hohlprofil, und mit in der Kühlwanne längsverschiebbar und feststellbar angeordneten Kalibrierblenden von entsprechend der Werkstückschrumpfung
abnehmender Blendenöffnung, und mit einer jeweils in Verbindung mit jeder Kalibrierblende
vorgesehenen Aufbringeinrichtung für eine Kühlflüssigkeit auf die Oberfläche des die Blenden
durchlaufenden Hohlprofils mit einem Anschluß für die Kühlflüssigkeit mit Austrittsbohrungen, dadurch
gekennzeichnet, daß die Austriltsbohrungen (405) der Aufbringeinrichtung jeder Kalibrierblende
(4) zugeordnet und radial oder tangentil in einer einseitigen Erweiterung (404) der Blendenöffnung
(403) angeodnet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet,
daß jede Kalibrierblende (4) aus einem Blendeneinsatz (401) und einem teilbaren joch (410,
411) mit Ringnut (413) zur Halterung des Blendeneinsatzes (401) besteht, wobei die Ringnut (413) so
bemessen ist, daß bei eingesetzter Blende (401) ein Ringkanal entsteht, durch den die Kühlflüssigkeit
den Austrittsbohrungen (405) zuströmt.
truderdüse angeschlossen werden. Nachteilig ist hingegen
daß für etae intensive Kühlung relativ lange KaIibrierbüchsen
benötigt werden.*, daß relativ hohe Reibungskräfte
auftreten- Bei großen Abzugsgeschwind.g-
keton, die im Interesse der Wirtschaftlichkeit angestrebt
werden, können diese Reibungskräfte die Zugfestigkeit
der noch warmen Profilwand übersteigen, so
daß das aus der Kalibriervorrichtung austretende Hohlprofil unterzogen oder sogar abgerissen wird. Zur Ver-
,o minderung der Wandreibung wurde schon vorgeschlagen
in mindestens einem durchlässigen Abschnitt der Kalibrierstrecke Kühlflüssigkeit einzuleiten. Da die
Temperatur des Extrudats die Siedetemperatur der Kühlflüssigkeit meist erheblich übersteigt, bildet sich
„dabei auf der Profiloberfläche eine Grenzschicht aus
einem Wasser-Wasse/dampfgemisch, wodurch der Wärmeübergang vermindert wird. Wegen der großen
Durchsatzleistung Extruder neuer Bauart wird die Leistung
der gesamten Anlage in der Regel durch die
» Funktionstüchtigkeit der Kalibriervorr.chtung be-
Priority Applications (14)
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DE102004024172B4 (de) * | 2004-05-14 | 2007-11-22 | Battenfeld Extrusionstechnik Gmbh | Vorrichtung zum Kalibrieren eines Hohlprofils |
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