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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Extrusion eines Schlauches
aus mindestens einem thermoplastischen Kunststoff, enthaltend eine
Extrusionsdüse und eine der Extrusionsdüse nachgeordnete
Kühleinrichtung sowie ein zwischen der Extrusionsdüse
und der Kühleinrichtung angeordnetes Einlaufrohr, entlang
dessen Oberfläche der aus der Extrusionsdüse extrudierbare
Schlauch in die Kühleinrichtung einführbar ist,
wobei das Einlaufrohr mit Mitteln zum Zuführen eines Fluidstromes
ausgerüstet ist und die dem Schlauch zugewandte Oberfläche
aus einem porösen Material gebildet ist, wobei die Poren Fluidaustrittsöffnungen
für den zugeführten Fluidstrom bilden, dergestalt,
dass ein Fluidpolster zum berührungslosen Führen
des Schlauches entlang der Innenoberfläche des Einlaufrohres
erzeugbar ist.
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Derartige
Vorrichtungen zur Extrusion von thermoplastischen Kunststoffschläuchen
sind bekannt, wozu beispielsweise auf die
DE-OS 1 404 477 verwiesen
wird.
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In
den bekannten Vorrichtungen werden Schläuche hergestellt,
bei denen es erforderlich ist, den extrudierten und aus der Extrusionsdüse
austretenden Schlauch sehr schnell und gleichmäßig
abzukühlen, damit der molekulare Aufbau, insbesondere die
amorphe Struktur des Schlauches beibehalten wird und der Schlauch
auf ein exaktes Durchmessermaß kalibriert wird. Dies wird
bei den bekannten Vorrichtungen dadurch erreicht, dass der aus der
Extrusionsdüse austretende und die Verarbeitungstemperatur
des eingesetzten thermoplastischen Kunststoffes aufweisende noch
thermoplastische Schlauch möglichst rasch einer Kühleinrichtung
zugeführt wird, die beispielsweise mit Kühlwasser
als Kühlmedium beaufschlagt ist und eine rasche, nach Möglichkeit schlagartige
Abkühlung des Schlauches bewirkt. Die Zuführung
des Schlauches in die Kühleinrichtung erfolgt dabei durch
ein Einlaufrohr, welches eingangsseitig an der Kühleinrichtung
vorgesehen ist und durch dessen Innenraum der aus der Extrusionsdüse extrudierte
Schlauch in die Kühleinrichtung eingeführt wird,
wobei gleichzeitig eine Durchmesserkalibrierung erfolgt. Um die
Oberfläche des noch thermoplastischen Schlauches beim Durchtritt
durch das Einlaufrohr nicht zu beschädigen, sind die bekannten Einlaufrohre
mit Mitteln zum Zuführen eines Luftstromes ausgerüstet
und weisen auf der dem Schlauch zugewandten Innenseite Luftaustrittsöffnungen
auf, so dass der Luftstrom ein Luftpolster zum berührungslosen
Führen des Schlauches entlang der Innenoberfläche
des Einlaufrohres erzeugt. Die Regelung des Luftpolsters und die
Konstanz des sich einstellenden kalibrierten Durchmessers des Schlauches
erscheint jedoch verbesserungswürdig.
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Auch
sind Vorrichtungen bekannt, bei denen der extrudierte Schlauch entlang
der Außenoberfläche eines derartigen Einlaufrohres
der Kühleinrichtung zugeführt wird, d. h. das
Einlaufrohr stellt einen Dom zur Durchmesserkalibrierung des Schlauches dar.
Auch hier erscheint die Regelung des zur Führung zwischen
Schlauch und zugewandter Oberfläche des Einlaufringes erzeugten
Fluidpolsters verbesserungswürdig.
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Aufgabe
der Erfindung ist daher, eine Vorrichtung der eingangs genannten
Art mit einem Einlaufrohr vorzuschlagen, welches auch bei hoher
Ausstoßleistung zuverlässig eine berührungslose
Führung des Schlauches entlang der Oberfläche
des Einlaufrohres in Richtung auf die Kühleinrichtung gewährleistet
und eine verbesserte Regelbarkeit und Kalibriergenauigkeit aufweist.
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Zur
Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß die
Ausbildung einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen
des Schutzanspruches 1 vorgeschlagen.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
Erfindung schlägt vor, das Einlaufrohr in eine Vielzahl
von aufeinanderfolgenden Ringen zu unterteilen, die jeweils koaxial
zueinander angeordnet sind. Das zwischen der Oberfläche
des zu führenden Schlauches und der Oberfläche
der Ringe erzeugte Fluidpolster gewährleistet zuverlässig
eine berührungslose Zwangsführung des Schlauches durch
die aufeinanderfolgenden Ringe des Einlaufrohres, d. h. an deren
Oberfläche entlang, so dass einer Berührung zwischen
Schlauchoberfläche und Oberfläche des Einlaufringes
und einer damit einhergehenden mechanischen Beschädigung
der Schlauchoberfläche zuverlässig vorgebeugt
wird.
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Als
Fluidstrom im Sinne der Erfindung kommen Gasströme, wie
z. B. ein gegebenenfalls temperierbarer Luftstrom oder Flüssigkeitsströme,
wie z. B. ein gegebenenfalls temperierbarer Wasserstrom in Frage.
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Es
ist im Rahmen der Erfindung vorgesehen, entweder die Innenoberfläche
der Einlaufringe zur Führung der hindurchgeführten
Außenoberfläche des Schlauches zu verwenden, oder
die Außenoberfläche der Einlaufringe zur Führung
der Innenoberfläche des über den Ring geführten
Schlauches zu verwenden. Auch können Kombinationen beider
Ausführungsformen, d. h. Ringe, die entlang der Innenoberfläche
führen und Ringe, die entlang der Außenoberfläche
führen, aufeinanderfolgend vorgesehen sein.
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Durch
die erfindungsgemäß vorgeschlagene Unterteilung
des Einlaufrohres in mehrere aufeinanderfolgend angeordnete, koaxial
zueinander ausgerichtete Ringe ist es möglich, das Fluidpolster
zwischen den Ringen und dem Schlauch gleich oder unterschiedlich
stark auszubilden, etwa durch entsprechende Wahl der Anzahl und/oder
Querschnittsgröße der Fluidaustrittsöffnungen.
Damit wird eine im Vergleich zum Stand der Technik größere
Variabilität erreicht, die das Produktionsergebnis und
die Regelbarkeit verbessert.
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Im
Sinne der Erfindung werden unter aufeinanderfolgenden Ringen sowie
eingangs- und ausgangsseitig der Kühleinrichtung angeordneten
Ringen Positionen verstanden, die sich in Extrusionsrichtung des
Schlauches betrachtet ergeben.
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Erfindungsgemäß ist
die Oberfläche der Ringe aus einem porösen Material
gebildet, wobei die Poren die Fluidaustrittsöffnungen bilden.
Durch entsprechende Wahl des porösen Materials kann somit einerseits
eine hohe Porendichte gewährleistet werden, die ein besonders
gleichmäßiges Fluidpolster gewährleistet,
ohne das es zu Strömungsspitzen kommt, welche eine unerwünschte übermäßige
lokale Abkühlung des Schlauches nach sich ziehen würde,
andererseits gewährleisten feine Poren als Fluidaustrittsöffnung
auch entsprechend niedrige Strömungsgeschwindigkeiten,
so dass im Idealfall ein laminares Fluidpolster ausgebildet werden
kann, welches den Schlauch besonders gleichmäßig
führt.
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Das
poröse Material kann beispielsweise keramik- und/oder metallhaltig
sein, wie es beispielhaft in der
EP 1 144 292 B1 erläutert ist.
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Die
Fluidaustrittsöffnungen weisen nach einem Vorschlag der
Erfindung einen mittleren Durchmesser von weniger als 50 µm
auf, wobei es bevorzugt ist, dass der mittlere Durchmesser der Fluidaustrittsöffnungen
weniger als 20 µm beträgt. Derartige Durchmesser
sind insbesondere für gasförmige Fluide zweckmäßig.
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Nach
einem weiteren Vorschlag der Erfindung können die Ringe
außerdem mindestens einen Kanal zum Durchleiten eines Temperiermediums, beispielsweise
Kühlwasser aufweisen.
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Das
erfindungsgemäß ausgestaltete Einlaufrohr bewirkt
aufgrund des in Richtung auf den zuführenden Schlauch austretenden
Fluidstroms bereits eine gewisse Abkühlung des noch thermoplastischen Kunststoffes
des Schlauches, welche durch die wahlweise vorgesehenen zusätzlichen
Kanäle zum Durchleiten eines Temperiermediums gesteuert
und gegebenenfalls sogar gesteigert werden kann, wozu das Kühlmedium
seinerseits gekühlt sein kann. Durch diese intensive Kühlung
kann nicht nur der austretende Fluidstrom aus den Fluidaustrittsöffnungen
gekühlt werden, sondern auch vom Einlaufrohr aufgenommene
Strahlungswärme des Schlauches über das Temperiermedium
abgeführt werden.
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Nach
einem weiteren Vorschlag der Erfindung können die aufeinanderfolgend
angeordneten Ringe des Einlaufrohres voneinander beabstandet angeordnet
sein, so dass zwischen diesen ein ebenfalls ringförmiger
Freiraum verbleibt. Bevorzugt wird dieser Freiraum mit einem Unterdruck
beaufschlagt, der den entlang des erfindungsgemäßen Einlaufrohres
geführten Schlauch in Richtung auf die Oberfläche
der Ringe zieht, so dass er vom Fluidpolster der Ringe gerade von
einem Kontakt mit diesen abgehalten wird. Das Kalibrierergebnis
wird dadurch enorm verbessert.
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Ferner
bringt der in den Freiräumen herrschende Unterdruck auch
den Effekt mit sich, dass eventuelle Ausgasungen des Schlauches
abgesaugt werden und sich nicht mehr an der Extrusionsdüse und
weiteren Vorrichtungsteilen ablagern können, was stets
qualitätsmindernd wirkte und Reinigungsarbeiten bedingte.
Ferner werden etwaige gesundheitsschädliche Bestandteile
der Ausgasungen, wie z. B. Monomere, Wachse etc. kontrolliert abgeführt und
können ausgefiltert werden und führen damit nicht
zu einer Belastung der ambienten Hallenluft.
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Der
Unterdruck liegt nach einem Vorschlag der Erfindung in einem Bereich
von 5 bis 30 mbar. Dies richtet sich nach der Produktionsaufgabe
und hängt auch vom Innendruck im Schlauch ab und kann vom
Fachmann individuell ausgewählt werden.
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Erfindungsgemäß kann
das Einlaufrohr aus zwei oder mehr Ringen bestehen. Auch können
weitere Ringe wie vorangehend beschrieben ausgangsseitig der Kühleinrichtung
angeordnet werden.
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Weitere
Regelungsmöglichkeiten ergeben sich, wenn die Ringe mit
separat regelbaren Mitteln zum Zuführen des Fluidstromes
ausgestattet sind, so dass die erzeugten Fluidpolster individuell
und auch verschieden einstellbar sind.
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Die
Kühleinrichtung kann z. B. mit Wasser als Kühlmedium
beaufschlagt sein. Es können aber auch andere Kühlmedien,
wie z. B. Luft Verwendung finden.
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Weitere
Ausgestaltungen und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend
anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung näher
erläutert. Es zeigen:
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1a in
perspektivischer Darstellung eine erste Ausführungsform
eines Ringes des Einlaufrohres gemäß der Erfindung;
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1b die
Aufsicht auf den Ring gemäß 1a;
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1c den
Schnitt durch den Ring entlang der Linie A-A in 1b;
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2a in
perspektivischer Darstellung eine zweite Ausführungsform
eines Ringes gemäß der Erfindung;
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2b die
Aufsicht auf den Ring gemäß 2a;
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2c den
Schnitt durch den Ring gemäß 2b entlang
der Linie A-A;
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3 in
stark schematisierter Darstellung eine Vorrichtung gemäß der
Erfindung.
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Aus
der 3 ist in einer stark schematisierten und vereinfachten
Darstellung eine Vorrichtung zur Extrusion eines Schlauches 5 aus
einem thermoplastischen Kunststoff dargestellt.
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Die
Vorrichtung umfasst eine nicht näher dargestellte Extrusionseinrichtung,
in welcher der für den Schlauch 5 verwendete Kunststoff
zum Zwecke der Extrusion durch eine Extrusionsdüse 1 aufgeschmolzen,
homogenisiert und unter Druck gesetzt wird. Bei dem thermoplastischen
Kunststoff kann es sich im Prinzip um jeglichen geeigneten Kunststoff oder
Kombinationen derselben in Mehrschichtverbunden handeln, insbesondere
seien Polyester, Polyethylene, Polypropylene, Polyamide, Haftvermittler und
thermoplastische Elastomere genannt.
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Aus
der Extrusionsdüse 1 tritt sodann der Schlauch 5 in
der in der 3 mit Pfeilen E gezeigten vertikal
nach unten gerichteten Extrusionsrichtung aus und wird nach möglichst
kurzer Wegstrecke einer schematisch angedeuteten Kühleinrichtung 3 zugeführt,
die beispielsweise eine erste und zweite Kühleinrichtung 3a, 3b umfassen
kann, in welcher der Schlauch innen und/oder außenseitig
mit einem Kühlmedium, wie Wasser beaufschlagt wird und
eine schlagartige Abkühlung erfährt. Anstelle
von Wasser kommt z. B. auch Luft als Kühlmedium in Betracht.
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Die
Einführung des Schlauches 5 in die Kühleinrichtung 3 erfolgt über
einen eingangsseitig an der Kühleinrichtung 3 vorgesehenes
Einlaufrohr 2, durch welches der Schlauch 5 in
die Kühleinrichtung 3 eingeleitet wird. Dabei
kann der Schlauch 5, wie in der 3 dargestellt,
eine Durchmesserverringerung erfahren oder aber auch mit gleichbleibendem
oder sogar vergrößertem Durchmesser gegenüber
dem Austrittsdurchmesser an der Extrusionsdüse 1 in
die Kühleinrichtung 3 eintreten. Ebenso kann der Schlauch 5 im
Anschluss an das Einlaufrohr 2 einen gleichbleibenden oder
z. B. vergrößerten Durchmesser erhalten.
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Das
Einlaufrohr 2 besteht aus mehreren, hier drei in Extrusionsrichtung
E betrachtet aufeinanderfolgend und koaxial zueinander angeordneten
Ringen 20 mit gleichem Innendurchmesser, wobei benachbarte
Ringe 20 voneinander beabstandet angeordnet sind, so dass
zwischen den Ringen 20 Freiräume 21 ausgebildet
sind.
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Die
Ringe 20 sind in einem geschlossenen Gehäuse 22 mit
einem Anschluss 23 angeordnet, an welchem ein Unterdruck
U von beispielsweise 5 bis 30 mbar anliegt.
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Der
in Extrusionsrichtung E betrachtet erste Ring 2 ist in
näheren Einzelheiten in einer ersten Ausführungsform
aus den 1a bis 1c ersichtlich.
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Mit
Bezugszeichen 22 ist die Durchtrittsöffnung bzw.
Ringöffnung des Ringes 2 bezeichnet, durch welchen
der Schlauch 5 auf seinem Weg von der Extrusionsdüse 1 in
die Kühleinrichtung 3 hindurchtritt.
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Der
Ring 2 weist einen Flansch 20 auf, der von mehreren
Bohrungen 21 durchsetzt ist, durch welche Befestigungsschrauben
(nicht dargestellt) zum beabstandeten Befestigen des Ringes 2 an
den weiteren Ringen 2 geführt werden können.
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Mit
Bezugszeichen 23 ist die oberseitige Einlauföffnung
für den Schlauch bezeichnet, wohingegen die unterseitige
Auslauföffnung für den Schlauch 5 mit
Bezugszeichen 24 gekennzeichnet ist.
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Insbesondere
aus der Schnittdarstellung gemäß 1c ist
ersichtlich, dass die dem Schlauch zugewandte Innenoberfläche 25 des
Ringes 2 ausgehend von der oberseitigen Einlauföffnung 23 zur unterseitigen
Auslauföffnung 24 sich abschnittsweise konisch
verjüngt, was dem Umstand im dargestellten Ausführungsbeispiel
geschuldet ist, das der Schlauch 5 auf seinem Weg von der
Extrusionsdüse 1 in die Kühleinrichtung 3 eine
Durchmesserverringerung erfährt.
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Wesentliches
Merkmal des in den 1a bis 1c dargestellten
Ringes 2 ist es, dass die dem Schlauch 5 zugewandte
Innenoberfläche 25 des Einlaufringes 2 in
nicht näher dargestellter Weise mit Fluidaustrittsöffnungen
ausgebildet ist, durch welche ein radial außerhalb der
Innenoberfläche 25 zugeführter Fluidstrom,
hier ein Luftstrom, in Richtung auf die Oberfläche des
Schlauches 5 austritt. Beispielsweise kann vorgesehen sein,
zumindest die Innenoberfläche 25 des Ringes aus
einem porösen metallhaltigen Material zu bilden, dessen
Poren einen mittleren Durchmesser von weniger als 50 µm,
vorzugsweise weniger als 20 µm aufweisen und jeweils als Fluidaustrittsöffnung
dienen. Durch Anschluss eines entsprechenden hier nicht näher
dargestellten Luftstromes tritt dieser sodann aus der Innenoberfläche 25 des
Ringes 2 gleichmäßig und möglichst
laminar aus und bildet zwischen der Innenoberfläche 25 und der
Oberfläche des durch den Ring im Bereich der Durchtrittsöffnung 22 geführten
Schlauch 5 ein Luftpolster, welches mit Bezugszeichen L
in der 1c angedeutet ist.
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Dieses
Luftpolster L verhindert zuverlässig, dass der Schlauch 5 bei
seinem Durchtritt durch die Durchtrittsöffnung 22 des
Ringes 2 auf seinem Weg von der Extrusionsdüse 1 in
die Kühleinrichtung 3 in Kontakt mit der Innenoberfläche 25 des
Ringes 2 gerät, d. h. der Schlauch 5 wird
berührungslos durch die Durchtrittsöffnung 22 des
Ringes 2 in Richtung auf die Kühleinrichtung 3 geführt.
Eine etwaige Beeinträchtigung der Oberfläche des
Schlauches 5 durch mechanischen Kontakt mit der Innenoberfläche 25 des
Ringes 2 wird somit zuverlässig vermieden und die
Qualität des erzeugten Schlauches 5 bedeutend gesteigert.
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Der
im nachfolgenden Freiraum wahlweise anliegende Unterdruck U sorgt
dabei für einen Minimalabstand zur Oberfläche
des Ringes 2, jedoch kann die Vorrichtung auch ohne angelegten
Unterdruck betrieben werden.
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Es
versteht sich, dass die Kontur der Innenoberfläche 25 an
die vorherrschenden Verhältnisse, insbesondere den Durchmesserverlauf
des Schlauches 5 beim Durchtritt durch den Ring 2 individuell vom
Fachmann anzupassen ist.
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Ferner
kann beispielsweise im Bereich der unterseitigen Auslauföffnung 24 eine
Fase 24 vorgesehen sein, um auch im Bereich der Auslauföffnung 24 einen
mechanischen Kontakt zwischen der Oberfläche des Schlauches 5 und
dem Ring 2 zuverlässig zu verhindern.
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Aus
den 2a bis 2c ist
eine gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäß 1a bis 1c abgewandelte
Ausführungsform des Ringes 2 ersichtlich, wobei
gleiche Teile gleiche Bezugszeichen erhalten haben und zur Vermeidung
von Wiederholungen nachfolgend nicht noch einmal gesondert erläutert
werden, sofern dies nicht zum Verständnis der Erfindung
erforderlich ist.
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Wie
insbesondere aus der 2c ersichtlich, ist der dargestellte
Ring 2 mehrteilig ausgeführt und umfasst einen
inneren, die Innenoberfläche 25 aufweisenden Ringteil 26,
welcher außenseitig von einem im Querschnitt betrachtet
etwa L-förmigen Flansch 20 umgeben ist. Somit
ist es möglich, auf der Außenseite des Ringteiles 26 mindestens
eine, hier zwei umlaufende Nuten einzubringen, die Kanäle 27a, 27b für
die Durchleitung eines Temperiermediums, beispielsweise Kühlwasser
bilden. Die Kanäle 27a, 27b können
dabei vollständig innerhalb des Ringteiles 26 umlaufend,
d. h. 360° umlaufend oder auch nur abschnittsweise umlaufend
ausgebildet sein.
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Das
außenseitig am Ringteil 26 vorgesehene zweite
Bauteil, d. h. der Flansch 20 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel
an diametral gegenüberliegenden Bereichen Bohrungen 28a, 28b auf,
die in die Kanäle 27a, 27b einmünden
und der Zu- bzw. Ableitung des durch die Kanäle 27a, 27b führbaren Temperiermediums
dienen.
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Es
versteht sich, dass in ähnlicher Weise auch ein umlaufender
Kanal mit einer nach außen führenden Bohrung zum
Einleiten des Fluidstromes in die Ringe 2 gemäß Ausführungsbeispiel
der 1a bis 1c und
Ausführungsbeispiele der 2a bis 2c eingebracht
sein kann.
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Auch
beim Ausführungsbeispiel des Ringes 2 gemäß 2a bis 2c ist
die Innenoberfläche 25 des Ringes 2 mit
einer Vielzahl von Fluidaustrittsöffnungen ausgebildet,
beispielsweise von einem porösen oder mikroporösen
Material gebildet, dessen Poren einen mittleren Durchmesser von
weniger als 50 µm aufweisen und bei Zuführung
eines Luftstromes ein Luftpolster zwischen der Oberfläche
des hindurchtretenden Schlauches 5 und der Innenoberfläche 25 des
Ringes 2 zur berührungslosen Führung des
Schlauches 5 durch den Ring 2 ausbilden.
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Im
Rahmen der vorangehend beschriebenen Vorrichtung ist es somit möglich,
einen Schlauch aus thermoplastischem Kunststoff aus einer Extrusionsdüse
zu extrudieren und in einer nachgeordneten Kühleinrichtung
abzukühlen, wobei der Schlauch nach dem Austritt aus der
Extrusionsdüse durch das eingangsseitig an der Kühleinrichtung
vorgesehene Einlaufrohr mit mehreren Ringen zwangsweise geführt
wird und in die Kühleinrichtung eingeleitet wird, wobei
durch Ausbildung der Innenoberfläche des Ringes mit Fluidaustrittsöffnungen
ein Fluidpolster zum berührungslosen Führen des
Schlauches entlang der Innenoberfläche der Ringe erzeugt
wird, der aus angeschlossenen Mitteln zum Zuführen eines Fluidstromes
erzeugt wird.
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Die
Mittel zum Zuführen des Fluidstromes können beispielsweise
herkömmliche Luftanschlüsse einer Industrieanlage
sein.
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Es
versteht sich, dass die vorangehend mit Pfeil E gekennzeichnete
Extrusionsrichtung z. B. auch horizontal oder vertikal nach oben
gerichtet verlaufen könnte.
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Es
ist ohne weiteres denkbar, die Führung des Schlauches anstelle
der gezeigten Innenoberfläche des Ringes auch entlang der
Außenoberfläche derselben zu bewirken; der Fluidaustritt
erfolgt dann über die Außenoberflächen
der Ringe, womit sich letztere Anordnung insbesondere für
größere Extrusionsdüsendurchmesser eignet.
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Die
vorangehend erläuterte Vorrichtung kann beispielsweise
zur Herstellung von Kunststoff-Schlauchfolie für Wursthüllen
verwendet werden. Auch kann eine Anwendung der Vorrichtung in einer
sogenannten Glasfolien-Extrusionsanlage in Betracht kommen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 1404477
A [0002]
- - EP 1144292 B1 [0014]