DE19644910A1 - Wärmeleitmantel mit gleichmäßiger Temperatur für Werkzeug, insbesondere zur Folienherstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeleitmantel zur Vergleich­ mäßigung des Temperaturverlaufs in einem Extrusionswerkzeug gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.

Aus der DE-OS 16 29 714 sind ein Verfahren und eine Vor­ richtung zum induktiven Beheizen von Spritzwerkzeugen be­ kannt. Dabei sind in das Gehäuse des Spritzwerkzeuges in Richtung auf die eigentlichen Austrittsdüsen für den Schmel­ zestrom Luftspalte eingelassen, welche bewirken, daß von einer Induktionsspule ausgehende Kraftlinien in diesen durch die Luftspalte gebildeten Hohlräumen derart umgelenkt werden, daß sie in die unmittelbare Nähe der Düsenschlitze bzw. -bohrungen, d. h. an deren Mündungen gelangen. Dadurch soll versucht werden, den Bereich des Spritzwerkzeuges örtlich dort entsprechend zu erwärmen, wo es verfahrenstechnisch in erster Linie notwendig ist. Durch die Hohlräume werden die Feldlinien umgelenkt und konzentriert, so daß längs der Austrittsdüsen ein unterschiedliches Temperaturprofil die Folge ist, weil die Feldlinien auf die Düsenaustrittsöff­ nungen gerichtet sind.

Des weiteren ist aus der DE 44 07 060 ein Extrusionswerk­ zeug für Schlauchfolien bekannt. Eine Vergleichmäßigung der Dicke der extrudierten Schlauchfolie wird bei diesem bekann­ ten Extrusionswerkzeug durch einen mit Verteilerwendeln ausgerüsteten Dorn zur Erzielung örtlicher spezifischer Geschwindigkeitsdifferenzen angestrebt. Das Vorsehen einer geeigneten Heizung ist dagegen nicht beschrieben.

Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine in engen Temperaturschwankungsgrenzen liegende Vergleichmäßi­ gung des Temperaturverlaufs für ein zu beheizendes Werkzeug, insbesondere ein Extrusionswerkzeug zu erzielen, um eine gleichmäßig gute Qualität des erzeugten Produktes zu erzie­ len.

Diese Aufgabe wird mit einem Gehäuse mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst.

Zweckmäßige Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

Gemäß der Erfindung ist ein Wärmeleitmantel zur Vergleich­ mäßigung des Temperaturverlaufes um ein Werkzeug, insbeson­ dere ein Extrusionswerkzeug zur Folienherstellung, vorgese­ hen, bei welchem ein zu beheizender Schmelzekanal mit einem diesen umgebenden Gehäuse innerhalb des Wärmeleitmantels an­ geordnet ist, wobei der Wärmeleitmantel mit mindestens einem Heizelement bestückt ist. Erfindungsgemäß weist der Wärme­ leitmantel eine relativ große Wärmeleitfähigkeit zur gleich­ mäßigen Ableitung der durch die Heizelemente in den Wärme­ leitmantel eingebrachten Wärmeenergie auf das Werkzeug auf. Hierbei ist die auf das Werkzeug übertragene Wärmemenge kleiner als die durch Wärmeleitung im Innern des Wärmeman­ tels transferierbare Wärmemenge, so daß der Wärmeleitmantel auf der gesamten wärmeabgebenden Oberfläche eine im wesent­ lichen gleiche Temperatur aufweist. Der Wärmeleitmantel weist eine solche Wandstärke auf, daß die nach außen gelangenden Wärmeenergieverluste geringer sind als seine Wärmeleitfähig­ keit und seine Wärmekapazität. Das bedeutet, daß die Wärmekapazität, d. h. die Masse und die Wärmeleitfähigkeit des Wärmemantels relativ zu seiner Ober­ fläche, über welche Wärmeenergie abgegeben wird, groß sind.

Die Wärmeeinleitung in das Werkzeug bzw. das zu erwärmende Produkt erfolgt bei einer besonders vorteilhaften Weiterbil­ dung indirekt. Einerseits wirkt der Luftspalt selbst, an welchem die durch den Wärmeleitmantel geleitete Wärmeenergie durch Konvektion übertragen wird, weiter vergleichmäßigend auf den Temperaturverlauf bzw. die Temperaturverteilung im Werkzeug, weshalb der Wärmeeintrag in das den Dorn umgeben­ de Gehäuse relativ gleichmäßig ist. Andererseits ist die Wandstärke des Gehäuses ebenfalls relativ dick ausgeführt, was zu einer weiteren Vergleichmäßigung des Temperaturver­ laufs führt. Dadurch wird gewährleistet, daß an der dem Schmelzekanal zugewandten Seite des Gehäuses ein relativ konstanter Temperaturverlauf in engen Grenzen der Temperatur­ schwankung vorhanden ist. Durch diese geringen Temperatur­ schwankungen erfährt das durch das Werkzeug auszutreibende Produkt im Schmelzekanal eine sehr geringe Schwankung der Energiezufuhr, wodurch eine gleichbleibend gute Produktquali­ tät erzielbar ist.

Vorzugsweise ist der Wärmeleitmantel aus Aluminium oder Kupfer und insbesondere als Gußteil ausgebildet.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung befin­ den sich an der Außenoberfläche des Wärmeleitmantels induk­ tive Heizelemente oder als Ohm′sche Widerstandselemente ausgebildete Heizelemente.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Heizelemente am Wärmeleitmantel im wesentlichen an dessen gesamten Umfang im wesentlichen in gleichen Abständen an­ geordnet. Das Anordnen der Heizelemente in gleichen Ab­ ständen führt wiederum, vor allen Dingen, wenn die Heizele­ mente relativ dicht am Umfang des Wärmeleitmantels gepackt sind, zu einer weiteren Vergleichmäßigung des Temperaturver­ laufs des Werkzeuges.

Zur Verminderung von Verlusten der in den Heizelementen erzeugten Wärmeenergie weist der Wärmeleitmantel außen vor­ zugsweise eine Wärmeisolierung auf.

Mit einer derartigen erfindungsgemäßen Ausführung ist es möglich, die Temperaturunterschiede gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung an einer dem Schmelzekanal zugewandten Oberfläche des Gehäuses in Grenzen von 2 bis 3 K zu halten. Vor allem im Hinblick auf die relativ großen Abmessungen eines derartigen Wärmeleitmantels für insbesondere ein Extrusionswerkzeug, welche mehrere Meter betragen können, stellen diese engen Temperaturschwankungs­ toleranzen eine sehr gute Voraussetzung für eine konstante Produktqualität dar.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden nun anhand eines Ausführungs­ beispiel unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen detail­ liert erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Wärmeleitmantel gemäß der Erfindung für einen Blaskopf zur Folienherstellung; und

Fig. 2a einen Querschnitt durch den prinzipiellen Aufbau eines Extrusionswerkzeuges gemäß dem Stand der Technik; sowie

Fig. 2b eine Längsschnitt-Teilansicht durch das Extrusions­ werkzeug gemäß Fig. 2a.

In Fig. 1 ist ein prinzipieller Längsschnitt durch ein als Blaskopf ausgebildetes Werkzeug, welches durch einen Wärme­ leitmantel 1 umgeben ist. Im Sinne eines beispielhaften Größenvergleichs des als Blaskopf ausgebildeten Extrusions­ werkzeuges ist schematisch eine Person dargestellt.

Ein innerhalb eines Gehäuses 3 angeordneter Schmelzekanal 2 weist eine Erweiterung in Richtung auf den Austritt 9 aus dem Blaskopf auf, wobei im Schmelzekanal 2 ein Dorn 4 angeordnet ist. Das Gehäuse 3 weist eine relativ große Wandstärke auf und eignet sich deshalb als Wärmeleitmaterial mit guten Eigenschaften zur Vergleichmäßigung von von außen eingebrachter Wärmeenergie, d. h. Vergleichmäßigung des Tempe­ raturprofils im Inneren des Gehäuses 3. Zwischen dem eigentlichen Wärmeleitmantel 1 und dem Gehäuse 3 ist an dessen Außenperipherie ein als Ringspalt ausgebildeter Luft­ spalt 6 vorgesehen. Am Außenumfang des Wärmeleitmantels 1 sind Heizelemente 5 in im wesentlichen gleichen Abständen angebracht, durch welche ein relativ gleichmäßiger Wärmee­ intrag in den eigentlichen Wärmeleitmantel 1 erfolgt. Diese Heizelemente können induktiver Bauart sein oder als Ohm′sche Widerstandselemente ausgeführt sein. Es ist auch möglich, daß die Heizelemente 5 im Inneren des Wärmeleit­ mantels angeordnet sind. Die durch die Heizelemente 5 in den Wärmeleitmantel 1 eingebrachte Wärmeenergie wird durch Wärmeleitung durch die relativ dicke Wandstärke des Wärme­ leitmantels 1 in Richtung auf den radialen Luftspalt 6 geleitet.

Die Wandstärke des Wärmeleitmantels beträgt 2 bis 10 cm. Vor allem größere Wandstärken sind jedoch ebenfalls möglich.

Um gute Wärmeleiteigenschaften zu realisieren, ist der Wärmeleitmantel gemäß einem Ausführungsbeispiel als Gußteil aus Aluminium oder Kupfer, welche als gute Wärmeleiter bekannt sind, hergestellt. An der Übergangsstelle zwischen der Innenseite des Wärmeleitmantels und dem Luftspalt wird die durch die Wandung des Wärmeleitmantels 1 geleitete Wärmeenergie durch Konvektion auf den Luftspalt übertragen, was zu einer weiteren Vergleichmäßigung des Temperaturver­ laufs führt. Von diesem Luftspalt wird wiederum die Wärme­ energie durch Konvektion auf das Gehäuse 3 übertragen. Das Gehäuse 3 weist ebenfalls große Wandstärken auf, wodurch die in das Gehäuse 3 eingebrachte Wärmeenergie weiter ver­ gleichmäßigt wird. Dadurch wird erreicht, daß an der Innenoberfläche 7 des Schmelzekanals 2 eine große Konstanz des dort herrschenden Temperaturverlaufs realisiert wird. Die Schwankungsbreite der Temperatur an der Oberfläche 7 des Schmelzekanals 2 liegt im Bereich von maximal 2 bis 3 K.

In Fig. 2 ist der prinzipielle Aufbau eines bekannten Extrusionswerkzeuges dargestellt. Das ebenfalls als Blaskopf ausgebildete Extrusionswerkzeug weist einen Außenring auf, welcher einen Schmelzekanal bildet, in welchen ein Dorn 4 ragt. Zwischen dem Dorn 4 und dem Außenring 3 ist ein Ringspalt 6 ausgebildet. An der dem Ringspalt 6 zugewand­ ten Innenseite des Außenrings 3 sind den Spalt 6 örtlich erweiternde Vertiefungen 7 sowie aufgesetzte Erhöhungen 8 vorgesehen. Die durch eine nicht dargestellte Zentralboh­ rung zugeführte Schmelze gelangt durch Schmelzeaustrittsboh­ rungen 14 in den Ringspalt 6, füllt diesen und strömt dann zum Düsenaustritt. Die durch Erhebungen und die Gangtiefe verringernde Abflachungen gebildeten Wendelverteiler 5 sollen eine gleichmäßige Schmelzezufuhr gewährleisten, ohne daß Vorkehrungen bezüglich einer gleichmäßigen Temperaturvertei­ lung im Schmelzekanal getroffen wurden.

Claims (8)

1. Extrusionswerkzeug, insbesondere zur Folienherstellung, mit einem Gehäuse (3), welches einen zu beheizenden Schmelzekanal (2) beinhaltet, und mit zumindest einem Heizelement (5), dadurch gekennzeichnet,
daß das Heizelement (5) an einem das Gehäuse (3) im we­ sentlichen umgebenden Wärmeleitmantel (1) angeordnet ist und
daß der Wärmeleitmantel (1) derart ausgeführt ist, daß die Wärmeleitung innerhalb des Wärmeleitmantels (1) größer ist als der Wärmeübergang vom Wärmeleitmantel (1) zum Gehäuse (3).

2. Extrusionswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Innenseite des Wärmeleitmantels (1) und dem Gehäuse (3) ein Luftspalt (6) ausgebildet ist.

3. Extrusionswerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeleitmantel (1) aus Aluminium oder Kupfer, insbesondere als Gußteil, ausgebildet ist.

4. Extrusionswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Heizelemente (5) induktive Heizelemente sind.

5. Extrusionswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Heizelemente (5) Ohm′sche Widerstands­ elemente sind.

6. Extrusionswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (5) im wesentlichen an dem gesamtem Umfang des Wärmeleitmantels in im wesentlichen gleichen Abständen angeordnet sind.

7. Extrusionswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturunterschiede an einer dem Schmelzekanal (2) zugewandten Oberfläche (7) des Gehäuses (3) im Bereich von 2 bis 3 K liegen.

8. Extrusionswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der nach außen weisenden Seite der Heizel­ emente eine Wärmeisolierung vorgesehen ist.