DE19832259B4

DE19832259B4 - Extrusionswerkzeug für Fensterprofile

Info

Publication number: DE19832259B4
Application number: DE19832259A
Authority: DE
Inventors: Ralf Dr. Sander; Ivo Dipl.-Ing. Szarvasy
Original assignee: Profine GmbH
Current assignee: Gebrueder Koemmerling Kunststoffwerke GmbH
Priority date: 1998-07-17
Filing date: 1998-07-17
Publication date: 2005-06-16
Anticipated expiration: 2018-07-18
Also published as: DE19832259A1

Abstract

Extrusionswerkzeug für Fensterprofile mit mehreren Hohlräumen, insbesondere aus Kunststoff, mit einer Düse und wenigstens einem der Düse nachgeordneten, ungekühlten, permanent im Hohlraum verbleibenden Mittel, das einen Wärmefluss aus dem Bauteilinneren nach außen quer zur Extrusionslängsrichtung bewirkt, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Mittel sich der Innenkontur der Hohlkammer anpasst.

Description

Die Erfindung betrifft ein Extrusionswerkzeug für mit mindestens einem Hohlraum versehene Bauteile, insbesondere aus Kunststoff, das der Düse nachgeordnete Mittel zum Kühlen der Hohlräume des Bauteiles aufweist nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es sind bereits unterschiedliche Extrusionswerkzeuge für mit einem Hohlraum versehene Bauteile, insbesondere aus Kunststoff, bekannt, bei welchen dem Düsenspalt unterschiedliche Kühlvorrichtungen für das Bauteil nachgeordnet sind. Üblicherweise sind dabei gemäß DE 20 28 538 C1 dem Düsenspalt gekühlte Kalibriervorrichtungen zum Festlegen oder Einfrieren des Bauteils im Bereich seiner Außenflächen bzw. seiner vorstehenden Teile nachgeordnet. Die Wärmeabfuhr aus den Bauteilen erfolgt durch Kühlung der Kalibriervorrichtungen mittels gekühltem Wasser, Luft oder speziellen Kühlmitteln für Verdampferkühlanlagen bzw. Ö1. Vielfach werden zur Erzielung einer entsprechenden Maßhaltigkeit der Bauteile in den Kalibriervorrichtungen Öffnungen vorgesehen, um ein Anliegen der Wandelemente der Bauteile an den Richtflächen der Kalibriervorrichtungen über eine Evakuierung der Luft durch die Öffnungen sicherzustellen. Um eine verstärkte Wärmeabfuhr insbesondere bei hohlprofilartigen Bauteilen, wie Rohren, Fensterprofilen, Formrohren und dergleichen zu erzielen, ist es auch bereits vorgesehen, aus dem Innern des Hohlraums des Bauteils Wärme abzuführen.

Dieses Abführen der Wärme kann nun gemäß DE 20 28 538 C1 , AT 387 355 B , DE 24 55 779 A1 , DE 32 41 005 C2 und DE 25 06 517 C3 dadurch erfolgen, dass nach dem Austritt des Bauteils aus dem Düsenspalt in den innenliegenden Hohlraum Kühlwasser eingespritzt wird, um eine ausreichende Abkühlung des Bauteils und eine entsprechend hohe Wärmeabfuhr sicherzustellen. Nachteilig ist bei diesem Verfahren, dass der Wirkungsgrad der Kühlung schlecht ist, das Wasser am Ende der Extrusionsanlage durch den Sägeschnitt aus dem Hohlraum fließt und meist ein exaktes Kalibrieren durch die Kalibriervorrichtung erschwert wird.

Weiterhin wurde, um die Menge der Wärmeabfuhr zu erhöhen, gemäß EP 0 047 378 A2 und DE 33 15 202 C2 auch bereits vorgeschlagen, in den Hohlraum des Bauteils flüssigen Stickstoff einzubringen, der dann verdampft und damit den umgebenden Teilbereichen des Bauteils Wärme entzieht. Derartige Verfahren sind aber sehr kostenintensiv, da die Kosten für Edelgase wie Stickstoff und deren Verflüssigung sehr hoch sind. Dazu kommt, dass es im Inneren der Bauteile beim Einsatz verflüssigter Gase zu sehr starken Temperaturunterschieden kommt, die Spannungen hervorrufen und die Qualität der hergestellten Bauteile nachteilig beeinflussen.

Aus der WO 97/05482 A1 ist ein Extrusionswerkzeug für mit einem Hohlraum versehene Bauteile bekannt, bei der eine dem Düsenspalt nachgeordnete Innenkühlvorrichtung vorgesehen ist, die Versorgungsleitungen für ein Kühlmedium umfasst, welche durch den Kern des Extrusionswerkzeuges in den Hohlraum des Bauteiles münden und zur Zufuhr eines Kühlmediums in den Hohlraum des Bauteiles ausgebildet sind. Ein Wärmetauscher, der von Kühlmedium durchflossen wird, ist in Extrusionsrichtung im Abstand vom Düsenspalt angeordnet, und im Innern des Bauteils ist weiterhin eine Umwälzvorrichtung für ein Kühlmittel, insbesondere ein Gas angeordnet. Diese Vorrichtung ist sehr komplex im Aufbau und in der Anwendung.

Aus der DE 14 04350 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von rohrförmigen thermoplastischen Filmen bekannt, wobei ein Führungs- und Formungsdorn mit wärmeaustauschenden Kühleinrichtungen im Anschluss an die Extrusionsdüse im Inneren des Filmes vorgesehen ist. Eine solche Vorrichtung eignet sich jedoch nicht zur Extrusion von Hohlräume aufweisenden Bauteilen wie z. B. Fensterprofilen. Gleiches gilt für die DE 29 25 937 A1 , die ebenfalls eine Vorrichtung zur Herstellung thermoplastischer Filme betrifft.

Aus der DE 195 10 944 C1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Strangpressen von Kunststoffschmelzen zu Hohlkammerprofilen bekannt, bei dem mittels eines der Düse nachgeordneten Profildorns im Kalibrierabschnitt ein erhöhter Druck aufrechterhalten wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Extrusionswerkzeug zu schaffen, bei dem bei geringen Herstellungs- und Betriebskosten eine schnelle, gleichmäßige und somit spannungsarme Abkühlung von Bauteilen mit Hohlräumen möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass statt des bekannten aktiven Kühlens durch Abtransport der Wärme in Extrusionslängsrichtung, das sehr aufwendig ist, ein Abtransport der Wärme aus dem Innenraum des Bauteiles an die Profilaußenhaut eine technische Alternative darstellt. Hierbei wird die Wärme also quer zu der Extrusionslängsrichtung bei Festkörpern im Wesentlichen durch Wärmeleitung und bei Gasen oder Flüssigkeiten auch durch freie oder erzwungene Konvektion abgeführt. Allerdings steht dem Abführen der Wärme quer zur Extrusionslängsrichtung entgegen, dass die im Innern des Bauteiles abzuführende Wärme nur langsam durch den Kunststoff nur schwierig auf die gut kühlbare Profilaußenschicht leitbar ist und dass es gemäß dem Stand der Technik hierdurch zu Temperaturdifferenzen zwischen dem Innenraum und der Außenhaut des Bauteiles kommt, die zu eingefrorenen Spannungen führen. Die Erfindung löst dieses Problem, indem im Innenraum kein Köhlmittel, sondern ein guter Wärmeleiter (als "Wärmebypass") angeordnet wird. Hierdurch verbessert sich der Wärmefluss aus dem Bauteilinneren nach außen erheblich und die Abkühlzeit verringert sich. Bei kürzerer Abkühlzeit kann wiederum die Extrusionsgeschwindigkeit erhöht werden, was die Produktivität der Extrusionsanlage steigert. Diese Art der Kühlung bringt praktisch keine Betriebskosten mit sich.

Eine Ausbildung der Erfindung besteht darin, dass der Stoff aus Metall besteht.

Zahlreiche Metalle sind gute Wärmeleiter.

Vorteilhaft ist es hierbei, dass der Stoff aus Metallwolle besteht.

Metallwolle passt sich problemlos der Innenkontur des Bauteiles an und bringt eine große Kontaktfläche mit sich, so dass ein guter Wärmeübergang zwischen dem Bauteilinneren und den Wänden gegeben ist.

Es ist zweckmäßig, dass die Metallwolle aus Kupfer, Aluminium, Messing oder Stahl besteht.

Eine andere Ausbildung der Erfindung besteht darin, dass der Stoff ein Gas oder eine Flüssigkeit ist, das durch ein in dem Hohlraum angeordnetes Dichtmittel in dem Bereich haltbar ist.

Hierbei wird das Gas (bzw. die Flüssigkeit) nicht, wie beim Stand der Technik, zur aktiven Kühlung beim Wechsel des Aggregatszustandes eingesetzt, sondern vielmehr nur zur Wärmeübertragung durch freie oder erzwungene Konvektion und Leitung an die Wände des Bauteiles verwendet. Als Dichtmittel kann beispielsweise ein Stopfen verwendet werden, der den Bereich in Extrusionslängsrichtung hin abdichtet. Die Abdichtung zu der Extrusionsvorrichtung kann durch die Wand der Düse erfolgen.

Ebenfalls liegt es im Rahmen der Erfindung, dass der Stoff ein Gas oder eine Flüssigkeit ist, das in einem in dem Bereich angeordneten Ballon befindlich ist.

Auf diese Weise kann verhindert werden, dass das Gas (bzw. die Flüssigkeit) aus dem zu kühlenden Bereich austritt, so dass nur das aus dem Ballon entweichende Gas (bzw. die Flüssigkeit) zu ersetzen ist.

Vorteilhaft ist hierbei, dass das Gas Helium ist.

Helium hat deutlich bessere Wärmeleiteigenschaften als Luft. Aufgrund seines hohen Preises konnte es bisher nicht wirtschaftlich zur Kühlung eingesetzt werden, was erst durch die vorliegende Erfindung möglich ist. Der Ballon hat zweckmäßigerweise eine gut wärmeleitende Hülle, die an der Innenwand des Bauteiles anliegt, so dass quasi ein direkter Wärmeübergang möglich ist.

Die Vorteile der Erfindung bestehen im Wesentlichen darin, dass bei geringem materiellem Aufwand eine gleichmäßige und schnelle Kühlung eines Bauteiles möglich wird. Durch die Erhöhung der Abkühlgeschwindigkeit kann die Extrusionsgeschwindigkeit erhöht werden.

Im Folgenden werden beispielhafte Ausführungen der Erfindung anhand von Zeichnungen beschrieben.

Es zeigen

1a und 1b eine geschnittene Darstellung durch ein extrudiertes Bauteil bei normaler Kühlung nur von der Außenseite des Bauteiles her,

2 eine geschnittene Darstellung durch ein extrudiertes Bauteil bei erfindungsgemäßer Kühlung,

3 ein erfindungsgemäßes Extrusionswerkzeug mit einem metallischen Körper im Innenraum des Bauteiles,

4 ein erfindungsgemäßes Extrusionswerkzeug mit einem gasgefüllten Ballon im Innenraum des Bauteiles,

5 ein erfindungsgemäßes Extrusionswerkzeug mit einer durch einen Stopfen abgedichteten Gasfüllung im Innenraum des Bauteiles.

Während der Abkühlung eines extrudierten Bauteils 1 kommt es zwangsläufig zu Temperaturunterschieden zwischen gut kühlbaren Außenschichten K und im Innern des Bauteils 1 liegenden, schlecht kühlbaren Bereichen H (1a). Die aus dem Innern des Bauteils 1 abzuführende Wärme muss dabei durch den schlecht wärmeleitenden Kunststoff der Innenstege fließen (1b). Aufgrund der schlechten Wärmeleiteigenschaften von Kunststoffen führt dies zu langen Kühlzeiten.

Gemäß der Erfindung wird in dem Innenraum des Bauteiles 1 ein Stoff mit hoher Wärmeleitfähigkeit ("Wärmebypass") installiert. Dieser dient dazu, den Wärmestrom umzuleiten und damit einen Wärmestau zu vermeiden. Ein Wärmebypass kann aus einem Gas, einer Flüssigkeit und/oder einem Festkörper bestehen und leitet die Wärme schneller auf konvektivem und/oder konduktivem Weg an die Außenhaut des Profils weiter als gemäß dem Stand der Technik. Der Wärmebypass entzieht im Innern des Bauteils 1 liegenden heißen Bereichen (Stege, Nasen, etc.) Wärme und gibt diese an weiter außen liegende, bereits abgekühlte Bereiche ab (2). Ein Teil der Wärme kann damit schnell über den Wärmebypass nach außen geleitet werden, was die notwendige Kühlzeit des extrudierten Bauteils drastisch reduziert und außerdem den Wirkungsgrad einer jeden Kalibrierstrecke erhöht.

3 zeigt einen Wärmebypass, der aus einem metallischen Körper 2 besteht, der im Innern des extrudierten Bauteiles 1 angeordnet ist, wobei der metallische Körper 2 an der Düse 3 über eine Halterung 4 befestigt ist, so dass er vor der Düse stationär angeordnet ist. Der metallische Körper 2 kann beispielsweise aus Kupferwolle bestehen. Hier liegt reine Wärmeleitung vor.

In 4 ist eine Ausführung der Erfindung dargestellt, die als Wärmebypass einen mit Gas 5 gefüllten, abriebfesten Ballon 6 vorsieht, der ebenfalls an der Düse 3 über eine Halterung 4 befestigt ist. Der Ballon 6 passt sich der Innenkontur des Bauteils 1 an, so dass ein direkter Wärmeübergang zwischen Ballon 6 und der Wand des Bauteils 1 möglich ist. Eventuell auftretende Gasverluste werden durch eine Gaszuführung 7 ersetzt. Diese Variante ist auch für Flüssigkeiten geeignet.

5 zeigt schließlich eine Variante, bei der ein Stopfen 8 vorgesehen ist, der eine Füllung aus Gas 5 in dem sich an die Düse 3 anschließenden Bereich hält. Der Stopfen 8 sollte aus gut wärmeleitendem Material bestehen und ist über eine Halterung 4, hier ein Schlepptau, an der Düse 3 befestigt. Auch hier können Gasverluste durch eine Gaszuführung 7 ersetzt werden. Statt mit Gas 5 kann diese Vorrichtung auch mit einer Flüssigkeit betrieben werden. Bei den Ausführungen gemäß 4 und 5 liegen sowohl Wärmeleitung (Konduktion) als auch freie Konvektion vor.

Claims

Extrusionswerkzeug für Fensterprofile mit mehreren Hohlräumen, insbesondere aus Kunststoff, mit einer Düse und wenigstens einem der Düse nachgeordneten, ungekühlten, permanent im Hohlraum verbleibenden Mittel, das einen Wärmefluss aus dem Bauteilinneren nach außen quer zur Extrusionslängsrichtung bewirkt, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Mittel sich der Innenkontur der Hohlkammer anpasst.
Extrusionswerkzeug gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel aus Metallwolle besteht.
Extrusionswerkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallwolle aus Kupfer, Aluminium, Messing oder Stahl besteht.
Extrusionswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel ein Gas oder eine Flüssigkeit ist, das bzw. die durch in den Hohlräumen angeordnete Dichtmittel in einem definierten Bereich haltbar ist.
Extrusionswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel ein Gas oder eine Flüssigkeit ist, das bzw. die in einem in dem Bereich angeordneten Ballon befindlich ist.
Extrusionswerkzeug gemäß einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas Helium ist.