DE1961060C3 - Uberdruck-AuBenkalibriereinrichtung für Rohre aus thermoplastischem Kunststoff - Google Patents

Description

Bei der Extrusion von Hohlprofilen aus Thermoplasten muß das aus der Profildüse noch plastisch austretende Hohlprofil durch Kalibriervorrichtungen auf tue vorgesehenen Maße und Toleranzen gebracht und gleichzeitig durch Wärmeaustausch soweit \ ei festigt »erden, daß das Abziehen und die endgültige Abkühlung im Kühlbad ohne unerwünschte Deformation vonfttaltcn 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 (Vakuumkalibriening) erreicht !»erden.

Bei der Überdruck-Außenkalibrierung wird ein gasförmiges Druckmedium durch einen im Extruderkopf befindlichen Durchbruch in das einseitig \erschlossene Hohlprofil eingeleitet, wodurch das Hohlprofil an die

Bikühlte Kalibrierung angepreßt und wahrend des urchgangs gleich/eilig kalibriert, gekühlt und verfestigt und.

Beim Uberdruck-Außenkalihrieren sind mittels durchgeleiteter Kühlflüssigkeit temperierte Kalibrier büchsen oiler mehrere in einer Kühlwanne angeordne Ie. von der Kühlflüssigkeit umgebene Kalibnei blenden bekannt, (iekühlte Kalibnerbüchsen haben den Vorteil. daß das Extrudat beim ΙΊη/ug in the Kalibrierung nicht unterzogen /u werden braucht; die Kalibrierbuchse kann im Ciegensat/ zu den Blenden direkt an die 1 ν truderdüse angeschlossen werden. Nachteilig ist hinge gen daß für eine intensive Kühlung relativ lange Kalibrierbüchsen benötigt werden, so daß relativ hohe Rei bungskräfte auftreten. Bei großen Abzugsgeschwindigkeiten die im Interesse der Wirtschaftlichkeit angestrebt werden, können diese Reibungskräfte die Zugfestigkeit der noch warmen Profilwand übersteigen, so daß das aus der Kalibriervorrichtung austretende I lohlprotil unterzogen oder sogar abgerissen wird. Zur Ver ίο minderung der Wandreibung wurde schon vorgeschla gen. in mindestens einem durchlässigen Abschnitt der Kalibriersirecke Kühlflüssigkeit einzuleiten. Da die Temperatur des Extrudats die Siedetemperatur der Kühlflüssigkeit meist erheblich übersteigt, bildet sich dabei auf der Profilüberfläche eine Grenzschicht aus einem Wasser-Wasserdampfgemisch, wodurch der Wärmeübergang vermindert wird. Wegen der großen Durchsatzleistung Extruder neuer Bauart wird die Leistung der gesamten Anlage in der Regel durch die Rmktionstiichiigkeit der Knlibncrvorrichtung begrenzt.

Bei Außenkalibrierung mittels im Kühlbad angeordneter Kalibrierblenden muß /wischen Exiruderduse und Kühlwann.? ein Abstand eingehalten werden, da die Abdichtung im Ein/ugsbereich den Unterzug des Extrudats voraussetzt. Die Drucktoleranzen sind sehr gering, da bei zu hohem Dn das Extrudat zwischen Düse und erster Blende dc: .men bzw. aufgerissen und bei zu niederem Druck keine maßhaltigen Rohre erhalten werden. Diese Überdruck-Außenkalibricrung mittels Kalibrierblenden würde /war wegen der germ geren Reibung größere Abzugsgeschwindigkeiten als 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 Kalibriersirecke sehr lang und die ganze Vorrichtung unhandlich. Die Ab zugsgeschwindigkeit wird also hier durch die Kühllei stung begrenzt. Außerdem ist das Anfahren umständlich und ein Eingnif bei auftretenden Betriebsstörungen sehr schwierig. Da das Extrudat von der Exiruderdüse 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 llatiptan spriichs bekannt, bei denen keine Anfahrgeschwindigkeiten und auch keine Eingriffsbehinderung bei Betriebsstörungen bestehen und relativ hohe Ab/ugsge schwindigkeiten erreichbar sind, zumal sie sowohl eine konduktive kühlende Kalibrierbüchse als auch Kalibrierblenden aufweisen, denen jeweils Aufsprüheinrich Hingen zugeordnet sind (vgl. SPE |ournal Oktober 1964/1093-97, insbesondere 1094 und »Plasiverarbei ter« 1968/635-40. insbesondere 35. 36).

Eigenart dieser bekannten Einrichtungen ist es. daß beim Anfahren und bei eventueil spateren Eingriffen die Kühlwanne nicht gefüllt zu sein braucht, so daß ein Zurückströmen der Kühlflüssigkeit /ur Extruderdüse nicht möglich ist. Die mehrfache direkte Anströmung des IVoIiIs durch die Aulsprühvorrichiiingen reicht beim Anfahren aus. um das Profil genügend /u verfestigen. Erst wenn die Extrusion zur Zufriedenheit läuft. wird die Kühlwanne bis zum Überlauf gefüllt. Anschließend kann die Extrus onsgeschwiiuligkeil bis zur ge-

wünschten Abzugsgeschwindigkeii gesteigert werden. Da die Kalibrierbüchse in der Regel fest an der Ex iruderdüse anliegt und das Profil beim Eintritt in die Kühlwanne bereits so weit verfestigt ist. daß es durch den Innendruck nicht mehr aufgeblüht wird, tritt in der Kalibrierung keine wesentliche Formseränderung des Profils auf.

Es geht im vorliegenden Fall darum, daß die Kalibrierbüchse im Interesse der Erzielung hoher Fxtrudiergeschsvi"digkeiten 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 eintreiende Verminderung der Kühlung bei der Kühlung im Tank- bzw. Kalibrierblenden-System nachgeholt werilen kann.

Die Aufgabe ist erlindungsgcmäß durch die kennzeichnende Lehre des Anspruchs 1 gelöst, durch die eine vermehrte Wärmeabfuhr von den im Tank ungeordneten Kalibrierblenden übernommen werden kann.

Darüber hinaus bringt die Erfindung folgende Vorteile: Durch die Hereinnähme der Kühlflüssigkeits-Aul bnngeinrichtung in die Kalibrierblenden werden die Blenden intensiv gekühlt, ferner wird gegenüber einer Vereinzelung von Aufbringeinrichiung und Blenden die Anzahl der Teile halbiert sowie die Manipulierung mi; diesen Teilen erleichtert. Ferner entsteht ein zieher leiehiernder .Schmiereffekt (vgl. »Kunststoffe« 1%9/4I 3 rechts unten), und es wird das Werkstück gegenüber dem Kühlmitteldruck der Aufbringeinrichuing besonders gut und (im Interesse einer Vermeidung anisotroper E.ffekte) momcntenfrei 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, obcrflächenschäd liehet- 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 erlindungsgemäßen Kalibriervorrichtung.

F i g. 1 zeigt eine schemaiische Gesamtansicht einer Rohrextrusionsanlage;

F i g. 2a und 2b zeigen die Kalibrierbüchse im Schmu und in der Draufsicht;

F i g. 3a. ib und 3c zeigen die Kühlwanne von vorne, son der Seite und von oben, teils im Schnitt;

F" i g. 4a. 4b und 4c zeigen eine Ausführungsform der Kalibrierblende teils im Schnitt von de^r Seite, und von vorne und den inneren Blendeneinsat/ im Schnitt.

Li F i g. 1 isi mn 1 das Düsenmunilstück des Ex trudcrkopfes, mil 2 die Kalibrierbuchse, mit 3 die Kühlwanne, mit 4 die Kalibrierblenden. mit 5 ein Auflage block, mit () ein nachgeschaltetes Kuhlbad, mit 7 der Abzug und mn 8 die Aul wickelvorrichtung bezeichnet.

Bei der in Ii g. 2a und 2h gezeigten Kalihnerbuchse lieg! zwischen der Innenwand 201 und der Außenwand 202 der Buchse the Kühlkammer 203. Diese wird über den Anschlußstutzen 204 und den Auslaßsiutzen 205 mit Kühlflüssigkeit durchströmt. \.\n Befestigungsflansch 206 nut Gewindehohningen oder DurchbrüchiMi ?07 dient zur Befestigung der Büchse an der Stirn seite 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 3c. 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 Ablaufstut/en, mit 304 die Überlaufstu;-zen und mit 305 der Kühlmiitelzufluß bezeichnet. Auf den längs durch die Wanne geführten Rohren 306 sind die Kalibrierblenden 4 längsverschieblich und arreiierbj'.r 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 der 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 Stm zen ist so lang, daß er auch nach Vorschieben der Kalibrierung an das Düsenmundstück bis in das Kühlbad b hineinreicht. Der innere Querschnitt des Stutzens ist etwas größer als das Profil, so daß Kühlflüssigkeit mit durchströmen kann und keine Reibung auftritt. Durch eine Dichtmanschelte am Einlaß des Kuhlbads b Kissen sich Leckverluste von Kühlflüssigkeit vermeiden.

In den F i g. 4a bis 4c ist eine Ausführungsform einer Kalibrierblende dargestellt. Der Blendeiieinsatz 401 hat einen umlaufenden Bund 402 und eine kreislörmige Blendenöffnung 403 mit einer einseitigen Quer schnitterwciterung 404. Von der Querschiiiiiserweiierung laufen radiale oder tangential? Bohrungen 405 nach außen. Dieser Blendeneinsatz wird in ein teilbares loch eingesetzt, bestehend aus einem Oberteil 410. einem Unterieil 411 und einer zentral in der Teilungsebene liegenden Bohrung 412 mit Ringnut 413. Das Oberteil 410 hat einen Anschlußstuizen 414 fur die Kuhlflüssigkeit und wird mittels Schrauben 415 mit dom Unterteil 411 zusammengebaut. Im Unterteil sind zwei geschlitzte Bohrungen 41h zur Führung der Kali brierblenden auf den Rohren 306 und Klemmschrauben 417 zur Arretierung der Blenden. Beim Einbau des Blendeneinsatzes in das |och entsieht zwischen dem umlaufenden Bund 402 des Einsatzes und der Ringnut 413 der Bohrung 412 ein Ringkanal 420. durch den die Kühlflüssigkeit vom AnschluUstutzen 414 zu den radialen oder tangenlialen Bohrungen 405 fließen kann.

Ls hat ich als besonders vorteilhaft erwiesen, die mi' der Kühlwanne fest verbundene Kalibrierbuchse an dei Stirnseite mit mindestens drei Zentriernocken 208 11 zentrierende Nuten des Düsenmundstücks eingreifet zu lassen, so daß die Büchse spalt- und versalzfrei ai d.is Düsenmundslück anschließt, und die durch die Fuh amgen furche Kalibrierblenden laufenden Holmen 30! am Düsenmundslück losbar zu befestigen. Durch diesi Maßnahme wird die ganze Kalibrierung lanpsver schiebbar fest mit der Düse verbunden. Die hinterei I nden der I Inline 308 werden von einem Aullagebocl 5 getragen, der höhen- und seitens erstellbar scm sol Durch diesen zentrierten Zusammenbau folgi die Kali briersornchiiing versalzfrei jeder Nachjusiierung de Düse.

Durch Auswechseln der kalibrierenden I eile. Düse. Büchse und Blenden, können mit der erfiiulungsgemäßen Vorrichtung Rohre verschiedenen Durchmesser«. oder Profile nichtrunden Querschnitts kalibriert werden.

Die Kalibrierbüchse wird zweckmäßig aus korrosionsbeständigem und verschleißfestem Metall mil möglichst hoher Wärmeleitfähigkeit. /. B. einer speziellen Kupfer-Berylliuni-Eegierung, hergestellt. Is h;it sich als vorteilhaft erwiesen, das Kühlmittel so einzuleiten. daß durch Anströmen von Prallflachen Turbulenzen entstehen.

Um hohe Abzugsgeschwindigkeiten zu erreichen, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Länge der k.ili brierbüchsc kurz zu halten. Bei der RohrcMrusioii wirden beispielsweise mit einem Verhältnis Büchsenlänge : Rohrdurchmesser von 5 : I bis 1 : 1 sehr gute Ix gcbnisse erzielt. Die Kalibrierblendcn können kurzer ausgeführt werden. Verhältnisse von Blendenlän ge : Rohrdurchmesser zwischen 1 : 4 und 1 :l haben sich bewährt. Die Länge des erweiterten Blenden-Querschnitts macht in der Regel etwa die halbe Bleu dcnlänge aus. Dieser Wert ist aber nicht kritisch. Nach Durchführen des Profils durch die Blende entsteht in folge der Qucrschnittscrweitcrung ringsum ein spalt förmiger Kanal, der einen Kühlmittcldurchfluß zuläßt Das Kühlmittel wird vorzugsweise auf die Prolilobcrfläche zugeleitet. Ks kann aber auch Kühlmittel aus der Wanne durch die Blenden abgesaugt werden. In beiden Fällen wird die Bildung von Bläschen auf iScv Profiloberfläche durch den schnellen Kühlmittelfluß vermieden. Die Zahl der benötigten Kalibrierblenden richtet sich nach der gewünschten Kühlintensität bzw. der Al· zugsgeschwindigkcit. Vorzugsweise werden die Bleu den so gestaffelt, daß die Abstände mit zunehmender Entfernung vom Extruder größer werden.

Außerdem sollten, entsprechend dem Schwundverhalten des verarbeiteten Thermoplasten, die lichten Durchmesser der Blenden mit zunehmendem Abstand vom Extruder (zunehmender Abkühlung des Rohres) 4c bis auf den gewünschten Lnddurchmesser verringert werden, um immer ein gutes Anliegen des Profils an den Kalibnerblcnden zu gewährleisten.

Beim Zusammenbau der Anlage wird zunächst du Kuhlwanne mittels der beiden Holme auf ilen Auflage bock aufgelegt und am Diisenmundstiick befestigt Dann wird die Kalibriervorrichtung auf den llolmei bis zum Anschlag \orgeschoben und in dieser Stellung arretiert. Beim Anfahren des Extruders wird das Hohl profil in an sich bekannter Weise verschlossen, durcl· die Kalibriervorrichüing gezogen und von innen mn Überdruck beaufschlagt. Zunächst wird nur die Kuh lung von Büchse und Blenden angestellt. Bis die Extrusion einwandfrei läuft, läßt man das durch die Kalibrierblenden einströmende Kuhlmittel durch den unteier Abfluß der Kühlwanne abfließen, so daß die Exirusior gut beobachtet werden und keine Kühlflüssigkeit zum Extruder zurückfließen kann. Die Kühlung der Blender reicht bei der beim Anfahren üblichen Extrusionsge schwindigkeit völlig aus, um Deformationen des Profil· zu vermeiden. In diesem Zustand können gegebenen falls erforderliche Eingriffe, z. B. das Abquetschen de Profils, ohne Schwierigkeil durchgeführt werden, lsi eine Naclizenirierung der Düse erforderlich, so lolut die Kalibriervorrichtung mittels der Holme und dei verstellbaren Auflagen dieser Verschiebung unmittelbar und versatzfrei. Ost wenn die Extrusion zur \ollen Zufriedenheit läuft, wird die Kühlwanne bis zum oberen Abfluß gefüllt, so daß das Profil ganz in der Kühl flüssigkeit liegt, und die Extrusionsgeschw indigkeit bi·· zur gewünschten Ausstoßleisiung erhöht. Die endgültige Abkühlung des Rohres erfolgt in dem nachgeschalteten Kühlbad, dessen Länge sich nach Extrusionsge schwindigkciten und Wanddicke des Profils richtet In folge der sehr intensiven Kühlung durch Kalibrierbüch se. Kühlwanne und der direkten Anströmung in dvv Blenden lassen sich sehr hohe Extrusionsgeschw iniligkciten erreichen. Es konnte z. B. ein Rohr aus Nieder druekpolyäthylen mit einem Außendurchmesser von 25 mm und einer Wanddicke von 2.0 mm mit einer Ab zugsgeschwindigkcit von 20 m/Min, gefahren werden Bei dieser Ausstoßgeschwindigkeit war die obere (ircn/leistung des Extruders erreicht.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Überdruck-Aulienkalibriereinriehuing für Hohlprofile aus thermoplastischem Kunststolf. die unmittelbar hinter einem Extruder angeordnet ist und mit einer Abzieheinrichtung zusammenwirkt. mit einer Kühlwanne, einer an der Stirnwand derselben dicht und fest angeordneten sou ie durch einen flüssigkeitsdurchströmten Kühlmantel an ihrer Führungsfläche gekühlten Kalibrierbüchse, die aus einem gut wärmeleitenden Metall besteht /ur Wärmeabführung von dem die Extruderdüse verlassenden Hohlprofil, und mit in der Kühlwanne längsverschiebbar und feststellbar angeordneten KaIibrierblenden 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 llohlprofils mit einem Ansclilul.i für die Kühlflüssigkeit mit Austrittsbohrungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrntsbohrungen (405) der Aufbringeinrichtung jeder kalibrierblende (4) zugeordnet und radial oder langen til in einer einseitigen Erweiterung (404) der Blendenöffnung (403) angeodnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch !.dadurch gekennzeichnet, dall jede Kalibrierblende (4) aus einem Bodeneinsatz (401) und einem teilbaren Joch (410. 411) mit Ringnut (413) zur Halterung des Blendeneinsaizc:, (401) besteht, wobei die Ringnut (4Π) so bemessen ist. dall bei eingesetzter Blende (401) ein Ringkanal entsteht, durch den die Kühlflüssigkeit den Austrittsbohrungen (405) zuströmt.