DE2102315C3 - Flüssigkeitskühlvorrichtung für die Außenseite einer im Inneren mittels Kühldorn gekühlten Schlauchfolie aus thermoplastischem Kunststoff - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flüssigkeitskühlvorrichtung für die Außenseite einer im Inneren mittels Kühldorn gekühlten Schlauchfolie aus thermoplastischem Kunststoff, mit einer im Bereich des Domes die Schlauchfolie in geringem Abstand umgebenden Innenwand, die einen Ringraum bildet, in welchem in Gegenströmung über die Außenfläche der Folie die Kühlflüssigkeit von unten zugeführt und oben im Bereich einer horizontalen Deckplatte wieder abgeführt wird.

Bei der aus der DE-OS 19 48 797 bekannten Flüssigkeitskühlvorrichtung der vorstehend genannten Art hat der Ringraum über die gesamte Kühllänge eine konstante Querschnittsabmessung. Die horizontale Deckplatte dieses Ringraumes ist mit einer Überlauföffnung versehen, so daß ein konstanter Wasserspiegel im Ringraum aufrechterhalten wird. Die Strömungsverhältnisse sind über den gesamten Ringraum, mit Ausnahme des unmittelbaren Bereichs vor der Oberlauföffnung, gleich.

Aus der DE-OS 15 04 964 ist ein Verfahren zum Herstellen von Blasfolien bekannt, bei dem die Folie nicht nach dem Extrudieren Ober einen Dorn gefahren wird, sondern vielmehr mit Druckluft im Kühlbersich aufgeblasen wird. Die Blasfolie durchläuft ein Wasserbad, in dem das Wasser an der Außenfläche der Blasfolie anliegt Das Kühlwasser bewegt sich nicht im Gegenstrom zur Bewegungsrichtung der Blasfolie, da eindeutig zum Ausdruck gebracht wird, daß die Kühlflüssigkeit waagerecht fließt d. h. senkrecht auf die Außenfläche der Blasfolie gerichtet ist und in umgekehrter Richtung wieder abfließt Dies bedeutet aber, daß über die gesamte Länge der Blasfolie im Wasserbad die gleichen Strömungsverhältnisse herrschen.

Aus der DE-OS 19 48 797 ist eine Vorrichtung zur Herstellung von Blasfoiien bekannt gemäß der der ex tradierte Schlauch über einen wassergekühlten Dorn geführt wird, von dem die Folie über Walzen abgezogen wird. Die Außenfläche der am Dorr anliegenden Blasfolie umgibt ein Wasserbad, dessen Zulauf im Bodenbereich vorgesehen ist Der Ablauf erfolgt über einen Überlauf unter Aufrechterhaltung eines konstanten Wasserspiegels. Hier sind die Verhältnisse ähnlich wie bei der Vorrichtung der US-PS 34 00 184, bei der die Kühlflüssigkeit ebenfalls im Bodenbereich über eine Rohrleituflg zugeführt wird, da keine gezielte Strömung im Bereich der Außenfläche der Blasfolie auftritt

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Herstellung von Blasfolien in der eingangs genannten Art weiterzuentwickeln, daß zur Steigerung der Abzugsgeschwindigkeit der Blasfolie ein weiterhin optimierter Kühlvorgang im Bereich des Kalibrierdorns gewährleistet ist und zwar ohne Beeinträchtigung der ebenen Oberfläche der Folie und der bisher bereits erreichten Qualität der Blasfolie.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß die Kühlflüssigkeit im Ringraum zunächst in turbulenter Strömung geführt wird und am Ende der die Turbulenzzone bildende Innenwand eine im größeren radialen Abstand als die Innenwand umgebende Außenwand zur Bildung einer Beruhigungszone mit im wesentlichen laminarer Strömung angeordnet ist und die obere Deckplatte näher dem Dorn endet als dem Abstand der Innenwand vom Dorn entspricht

Durch die turbulente Anströmung der Blasfolie mit Kühlflüssigkeit im Bereich der Außenfläche der Blasfolie wird ein intensiverer Wärmeübergang gewährleistet und daher eine intensivere Kühlung hervorgerufen. Dabei sind hinsichtlich der Turbulenz die relativen Geschwindigkeiten im Gegenstromsystem von Bedeutung, d.h. die Relativgeschwindigkeit zwischen der Bewegungsgeschwindigkeit der Folie und der Strömungsgeschwindigkeit der Kühlflüssigkeit im Gegenstrom zur Bewegungsrichtung der Blasfolie. Eine derartige turbulente Strömung würde jedoch besonders im Einlaufbereich, wo die Folie noch wenig gekühlt ist die Ebenheit der Oberfläche der Folie und somit deren Qualität beeinträchtigen. Zur Verhinderung dieses Nachteils wird die Strömung der Kühlflüssigkeit relativ zur Blasfolie in diesem Bereich laminar gehalten. Dabei kann die Strömung zur übrigen Wandung des Strömungskanales ohne weiteres anders sein als an der unmittelbaren Außenfläche der Blasfolie.

Durch die in den Unteransprüchen gekennzeichneten Merkmale befindet sich mit Sicherheit das Flüssigkeitsniveau an der Unterseite der oberen Deckplatte, d. h. die

Flüssigkeit berührt die obere Deckplatte, so daß keine Störung der Wasseroberfläche vorliegt, da im wesentlichen keine freie Wasseroberfläche vorhanden ist, die durch die sich nach unten bewegende, aus dem oberhalb der Kühlflüssigkeitsvorrichtung angeordneten Luftring austretende Luft gestört werden könnte.

Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen rein schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 die Gesamtanlage zur Herstellung «iner Schlauchfolie und

Fig.2 eine Teilschnittansicht der Flüssigkeitskühlvorrichtung.

Gemäß F i g. 1 wird ein Polyolefin einem Schneckenextruder 10 über einen Fülltrichter 11 zugeführt Das Extrudat gelangt über Leitung 12 und die Form 13 zu Ringkörper 14, von welchem es in Form einer Schlauchfolie 15 extrudiert wird. Die Folie 15 gleitet über einen Dorn 17, wobei ihre Außenfläche in der Kühlzelle 16 abgekühlt wird. Die Folie 15 wird durch die Walzen 18 zusammengelegt und anschließend aufgewikkelt

Die Schlauchfolie 15 gleitet über den Dorn 17 und gelangt gleichzeitig durch die Kühlzelle 16. Der Dorn 17 umfaßt in dieser Ausführungsform einen zylindrischen Teil 30 mit einer Innenfläche 31 und einer Außenfläche 32, ferner einen Deckel 33. Eine Luftleitung 36 befindet sich zwischen bestimmten Teilen des Deckels 33 und dem zylindrischen Körper 30 des Dorns 17. Die Folie 15 weist eine Innenoberfläche 34 und eine Außenfläche 35 auf. Die Kühlzelle 16 weist gemäß dieser Ausführungsform einen im allgemeinen aufrechtstehenden, zylindrischen Ring auf, welcher die Außenwand 40 der Zelle 16 darstellt Ein vorzugsweise zylindrischer Ring kann als Innenwand 41 dienen; diese ist hinsichtlich des Dorns 17 koaxial angeordnet und begrenzt einen Ringraum 42. Der Innendurchmesser der Innenwand 41 wird derart im Abstand vom Außendurchmesser des Dorns 17 angeordnet, daß der Ringraum 42 derart bemessen ist, daß die darin befindliche Flüssigkeit turbulent strömen kann. Zwischen der Außenwand 40 und der Innenwand 41, die vertikal (d. h. parallel zur Dornachse) angeordnet sind, befindet sich ein horizontal verlaufender Ring 43. Ein Bodenring 44 begrenzt die Kühlzelle 16. Der Bodenring 44 kann an der Außenwand 40 montiert sein. Dazwischen befindet sich ein horizontal angeordnetes ringförmiges Ablenkteil 45.

Der Ring 43 und der Ablenkring 45 begrenzen eine Beruhigungskammer 46, zu welcher die Kühlflüssigkeit über die öffnung 47 Zutritt hat. In der über die öffnung so 47 zugeführten Flüssigkeit enthaltenes Gas, einschließlich Luft, kann aus der sich in der Beruhigungskammer 46 langsam bewegenden Flüssigkeit abgeschieden werden und durch die öffnung 48 entweichen. Die entlüftete Flüssigkeit kann die Beruhigungskammer 46 durch die öffnung 49 verlassen, worauf sie durch eine gepackte Schicht 50, welche Drahtgaze enthält und sich auf einem Ring 51 befindet, in die Vorratskammer 52 gelangt

Aus der Kammer 52 fließt die Kühlflüssigkeit durch den Durchgang 53 in den Ringraum 42. Während die Flüssigkeit diesen Ringraum 42 mit hoher Geschwindigkeit passiert, drückt sie die Außenfläche 35 der Folie 15 gegen die Außenwand 32 des Dorns 17. Die durch die Turbulenzzone 'im Ringraum 42 aufwärts fließende Flüssigkeit tritt dann nahe der Stelle in die Beruhigungszone 60 ein, an welcher die Folie 15 den Dorn 17 zum ersten Mal berührt, und gelangt dann durch die Oberkammer 54, welche vom Ring 43, einer oberen Deckplatte 55 und der ringförmigen Außenwand 56 begrenzt wird Die Deckplatte 55 ist so angeordnet, daß das obere Flüssigkeitsniveau in der Oberkammer 54 auf einer Höhe etwas oberhalb der ersten Berührungsstelle zwischen Folie 15 und Dorn 17 liegt

Ein besonderes Kennzeichen des oberen Abschnitts mit der Oberkammer 54 besteht darin, daß eine obere Überlauföffnung 57 und eine untere Auslauföffnung 58 vorgesehen ist Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform gelangen 30% bis 90% und vorzugsweise 65% der Kühlflüssigkeit durch die untere Auslauföffnung 58 und 10% bis 70%, vorzugsweise 35%, durch die obere Oberlauföffnung 57. Herrschen diese Bedingungen, und befindet sich das Flüssigkeitsniveau an der Unterseite der Deckplatte 55 (d.h. die Flüssigkeit berührt die Deckplatte), so liegt keine Störung der Wasserfläche vor (die im wesentlichen keine freie Oberfläche zeigt) durch die sich nach unten bewegende Luft 59, die aus dem Luftring (nicht dargestellt) stammt Ferner herrscht eine niedrigere Flüssigkeitsgeschwindigkeit in der Beruhigungszon-; 60, an der Stelle, an der die Bahn 15 die Kühlflüssigkeit berührt Die Bahn 15 wird durch Flüssigkeitsdämpfung stabilisiert, während sie durch die schmale Zone 61 statischer Flüssigkeit im Spalt zwischen Deckplatte 55 und Folie 15 verläuft

Die Flüssigkeit kann durch eine Dichtung 63 in der Kühlzelle 16 festgehalten werden. Diese Dichtung 63, beispielsweise aus Teflon, kann zwischen dem Bodenring 44 und einem Befestigungsring 64 angeordnet sein und gleitend gegen die Folie 15 drücken. Die Dichtung 63 wird durch eine Dichtungsanordnung 65 in ihrer Stellung gehalten, die einen oberen ringförmigen Träger 66, sowie einen unteren ringförmigen Träger 67 umfaßt. Dazwischen ist ein Druckringhalter 68 mit einem Druckring 69 angeordnet. Wobei dieser Druckringhalter 68 eine Leitung 70 aufweist, durch welche ein flüssiges Medium, meist Luft, gepreßt werden kann, so daß der Druckring 69 gegen die Dichtung 63 und die Folie 15 gedruckt wird und man einen Gleitsitz zwischen Dichtung 63, Folie 15 und Dorn 17 erhält.

Die Kühlzelle 15 umfaßt einen zylindrischen Ring 40 mit einem Innendurchmesser von etwa 102 cm und mit einer Höhe etwa 12,7 cm, der als Außenwand der Kühlzelle 16 dient. Die Innenwand 41 ist etwa 10 cm hoch. Der Ringraum 42, der durch die Innenwand 41 und die Folie 15 begrenzt wird, kann 0,6 bis 3,8 cm breit sein, bei dieser Ausführungsform vorzugsweise 1,3 cm. Mitgerissenes Glas, meist Luft, im Kühlwasser von 1O⁰C, welches durch die öffnung 47 eintritt, wird über die öffnung 48 entfernt. Kühlwasser in einer Menge von 0,18 m³ pro Minute, welches die Beruhigungskammer 46, die durch den Deckring 43 und den Ablenkring 45 begrenzt wird, durchlaufen hat, wird der gepackten Schicht 50 zugeführt und dann der Vorratskammer 52 und dem Durchgang 53.

Das Kühlwasser verläßt den Durchgang 53 und gelangt in den Ringraum 52, in welchem es sich aufwärts in turbulenter Strömung mit einer Geschwindigkeit von 6 m pro Minute bewegt. Der Ringraum 42, der durch die Wand 41 und die Folie 15 begrenzt wird, ist 1,3 cm breit.

Das Kühlwasser gelangt durch diesen Ringraum 42 und tritt dann in die Beruhigungszone 60 ein, in der die Geschwindigkeit auf 2,1 m pro Minute abfällt, da die Wand 41 mit ihrem oberen Ende ausfällt. Die Zone 60 ist oben durch die Deckplatte 55 begrenzt, die bei dieser Ausführungsform 5 cm oberhalb dem Ring 43 angeordnet ist. Die Breite der Oberkammer 54 kann 2,5 bis

10 cm betragen, in diesem Fall liegt sie vorzugsweise bei 3,8 cm. Das Kühlwasser gelangt durch die Oberkammer 54 und tritt durch die untere Öffnung 57 und die obere Öffnung 58 aus. Vorzugsweise gehen 65% des Kühlwassers durch die untere Öffnung 58 und 35% -, durch die obere Öffnung 57 ab, wobei in vorliegendem Fall die obere Öffnung 57 einen Durchmesser von 0,16 cm und die untere Öffnung 58 einen Durchmesser von 0,025 cm aufweist. Die Steuerung des Turbulenzgrades in der Beruhigungszone 60 und in der Oberkammer ■ 54 kann durch Veränderung der jeweiligen, die Öffnungen 57 und 58 verlassenden Wassermengen erfolgen. Diese Veränderungen werden durch entsprechende Dimensionierung der Öffnungen 57 und 58 unter Auf- und Abwärtsbewegung des Ringteils 56 bewirkt. , Sobald geringere Flüssigkeitsmengen durch die untere Öffnung 58 abgehen, wird die Zone 60 weniger ruhig. Wenn größere Flüssigkeitsmengen durch die untere Öffnung 58 abfließen, so wird die Zone 60 ruhiger.

Die Deckplatte 55, die die Oberkammer 54 begrenzt, besitzt einen Abstand von der Folie 15 in Form eines schmalen Spaltes 71 von typischerweise 0,076 bis 0,76 cm, im vorliegenden Fall von 0,16 cm. Die Dicke der Deckplatte 55 kann an der dem Dorn nächstgelegenen Stelle etwa bis zu 03 cm betragen. > -,

Während die Folie 15 abwärts über den Dorn 17 gleitet, wird sie stabilisiert und von Kräuselungen befreit, während sie die statische Zone 60 passiert. Sie kann dann anfänglich in der Beruhigungszone 60 abgekühlt werden, ehe sie in die Turbulenzzone 40 in gelangt. Im unteren Teil der Zone 42 verläßt sie die Kühlzelle 16 über die Dichtung 63 aus Teflon, die durch den Druckring 69 in Stellung gehalten wird.

Die Folie 15 kann die Kühlzelle 16 bei einer Temperatur von 35° C verlassen, sie wird dann mit Quetschwalzen 18 zusammengelegt.

Ein wesentliches Merkmal besteht darin, daß das Kühlwasser in der Kühlzelle mit hoher relativer Geschwindigkeit im Gegenstrom zur Fortbewegungsrichtung der schlauchförmigen Folie geführt wird. Die schlauchförmige Folie wandert beispielsweise mit einer Geschwindigkeit von 15 bis 150 m/Min, z. B. 90 m/Min, über die gekühlte Oberfläche des Dorns und durch die Kühlzelle. Vorzugsweise beträgt die Geschwindigkeit der nach oben strömenden Kühlflüssigkeit 3 bis 12 m/Min., z. B. 6 m/Min., und die relative Geschwindigkeit ist ausreichend, um eine turbulente Strömung der Kühlflüssigkeit, die die schlauchförrnige Folie im Gegenstrom berührt, zu erzeugen. Typischerweise beträgt die relative Geschwindigkeit 18 bis 159 m/Min, z. B. 96 m/Min. Sie kann selbstverständlich durch Veränderung der Foliengeschwindigkeit, durch Veränderung der Kühlflüssigkeit, der Dichte der Kühlflüssigkeit, der Viskosität der Kühlflüssigkeit und der Breite des Durchgangs, durch welchen die Flüssigkeit fließt, gesteuert werden, z. B. durch Kontrolle der effektiven Reynolds-Zahl im Bereich der Berührung, so daß die Erzielung einer turbulenten Strömung sichergestellt ist

Vorzugsweise wird das Verfahren derart durchgeführt, daß die Kühlflüssigkeit die schlauchförmige Folie 5 bis 10 cm oberhalb der Stelle, an welcher die Folie den Dorn verläßt, berührt und etwa an dieser Stelle verläßt, an welcher die Folie den Dorn zum ersten Mal berührt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Flüssigkeitskühlvorrichtung für die Außenseite einer im Inneren mittels Kühldorn gekühlten Schlauchfolie aus thermoplastischem Kunststoff, mit einer im Bereich des Domes die Schlauchfolie in geringem Abstand umgebenden Innenwand, die einen Ringraum bildet, in welchen in Gegenströmung über die Außenfläche der Folie die Kühlflüssigkeit von unten zugeführt und oben im Bereich ι ο einer horizontalen Deckplatte wieder abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflüssigkeit im Ringraum (42) zunächst in turbulenter Strömung geführt wird und am Ende der die Turbulenzzone bildenden Innenwand (41) eine im größeren radialen Abstand als die Innenwand (41) umgebende Außenwand (56) zur Bildung einer Beruhigungszone (60) mit im wesentlichen laminarer Strömung angeordnet ist und die obere Deckplatte

(55) näher dem Dorn (17) endet als dem Abstand der Innenwand (41) vom Dorn (17) entsprich«.

2. Flüssigkeitskühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der oberen Deckplatte (55) und der Außenwand (56) eine Überlauföffnung (57) und an der Unterkante der Außenwand (56) eine Ausflußöffnung (58) angeordnet ist

3. Flüssigkeitskühlvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Beruhigungszone 65% des Kühlwassers durch die an der Unterkante der Außenwand (56) befindliche öffnung (58) und 35% des Kühlwassers durch die zwischen der oberen Deckplatte (55) und der Außenwand (56) befindlichen Öffnung abfließbar ist.

4. Flüssigkeitskühlvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen der oberen Deckplatte (55) und der Außenwand (56) befindliche öffnung (57) einen Durchmesser von 0,16 cm und die an der Unterkante der Außenwand

(56) ausgebildete öffnung (58) einen Durchmesser von 0,025 cm aufweist.

5. Flüssigkeitskühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Deckplatte (55) in einem Abstand von 0,076 bis 0,76 cm, vorzugsweise 0.16 cm von der Folie (15) entfernt Hegt.