DE2208287B2

DE2208287B2 - Vorrichtung zum Kühlen der Formteile einer Kunststoff-Formvorrichtung

Info

Publication number: DE2208287B2
Application number: DE2208287A
Authority: DE
Inventors: James Elmer Toledo Heider; Thomas Herold Perrysburg Schult
Original assignee: Owens Illinois Inc
Current assignee: OI Glass Inc
Priority date: 1971-04-23
Filing date: 1972-02-22
Publication date: 1979-06-13
Also published as: NL7202922A; FR2134413B1; BE781458A; CA972914A; US3748866A; ES399917A1; GB1380773A; DE2208287C3; FR2134413A1; IT952148B; DE2208287A1; ZA721970B

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kühlen der relativ zueinander bewegbaren, unter der Einwirkung geschmolzener Kunststoffs kurzzeitig hocherhitzten Formteile einer Kunststoff-Formvorrichtung, wobei die Kühlung der Formteile unter Verdampfung eines relativ leicht flüchtigen, in einem Kältekreislauf umgewälzten Kältemittels erfolgt.

Eine Vorrichtung der vorstehend beschriebenen Art ist aus der US-PS 31 27 753 bekanntgeworden. Hierbei wird ein Kältemittel in Kühlkanälen, die in den Formteilen ausgebildet sind, zum Verdampfen oder Sieden gebracht Der Kältemitteldampf wird dann über einen Kompressor einem Kondensator zugeführt, wo der Dampf verflüssigt und dann zu den Formteilen zurückgeführt wird. Das Hauptproblem dieser bekannten Vorrichtung besteht in der Schwierigkeit, in und zwischen den Formteilen eine ausgeglichene Kühlung aufrechtzuerhalten, da das Kältemittel innerhalb der Formteile verdampft. Falls nicht komplizierte Strömungsmittelsteuerungen verwendet werden, werden die Formteile ungleichförmig gekühlt. Diese Schwierigkeit verstärkt sich, wenn mehrere Formeinrichtungen verwendet werden. Ferner ist es schwierig, Leckagen und Verunreinigungen zu unterbinden, was bei einem Verdampfungskühlsystem von ausschlaggebender Bedeutung ist, da dies den Kältemittelkompressor unmittelbar beeinträchtigt mit der Folge eines schlechten Bctriebsverhaltens und eines raschen Verschleißes des Kompressors.

Eine Lösung der bei derartigen Systemen auftretenden Schwierigkeiten würde in der Verwendung eines bei einer niedrigen Temperatur flüssigen Kältemittels bestehen, weil der Wärmeübergang bei einem flüssigen Kältemittel gleichförmiger und eine Leckage einfacher kontrollierbar wäre. Die Hauptschwierigkeit bei einem System mit einem flüssigen Kältemittel besteht jedoch darin, daß die meisten als Kältemittel verwendeten Flüssigkeiten bei niedrigen Temperaturen sehr viskos werden und über geringe Wärmeübergangskoeffizienten verfügen. Bezüglich flüssiger Kältemittel vertritt beispielsweise die Kunststoffindustrie die Ansicht, daß unterhalb von Temperaturen von etwa — 1°C die Pumpkosten wegen der Viskositätserhöhung der Flüssigkeitunvertretbar hoch werden.

Der Erfindung liegt-die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Kühlen der Formteile einer Kunststoff-Formvorrichtung zu schaffen, bei der der Kältekreislauf gegen Leckagen und Verunreinigungen geschützt ist und mit der sich durch eine gleichförmige rasche Kühlung der Formteile eine erhöhte Produktionsgeschwindigkeit erzielen läßt

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß durch indirekte Kühlung der Formteile mit einem unter

is Zwischenschaltung eines Wärmetauschers zwischen den Verdampfer des Kältekreislaufs und die zu kühlenden Formteilflächen geschalteten Hilfskreislauf und Umwälzung eines in diesem unter Druck gehaltenen, flüssigen Kälteträgers mit einer im auftretenden Temperaturbereich niedrigen Viskosität, derart, daß der Kälteträger bei wiederholter Kühlung der während des kontinuierlichen Betriebs der Formvorrichtung zyklisch hocherhitzten Formteils im flüssigen Zustand verbleibt, gelöst

Mit der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung ist es möglich, stabile Temperaturverhältnisse in einer Kunststoff-Formvorrichtung, beispielsweise einer Blasformanlage, die mit Hilfe zweier Paare miteinander zusammenwirkender Formteile stündlich etwa fünftau send Kunststofflaschen produziert, aufrechtzuerhalten. Je geringer die Temperatur der Formteile der Formvorrichtung ist, desto rascher kühlt sich der an den Formteilflächen anliegende Kunststoff ab, wodurch höhere Produktionsgeschwindigkeiten möglich sind. Bei Auftragung der Kühlzeit über die Temperatur zeigt sich tatsächlich, daß die Kühlzeit exponentiell mit der Temperatur der Formteilfläche zunimmt Wenn beispielsweise die Temperatur der Formvorrichtung von 4,5"C auf —40⁰C abgesenkt wird, verringert sich die Kühlzeit um etwa 30%, wodurch eine entsprechende Erhöhung der Produktionsgeschwindigkeit möglich wird.

Es ist grundsätzlich bekannt, einen Sekundärkreislauf mit einem flüssigen Kälteträger zwischen eine Ver dampfer-Kälteanlage und den zu kühlenden Bereich zu schalten (US-PS 29 31 192, »Handbuch der Kältetechnik«, R. Plank, Band 6, Teil A, 1969, Seiten 389, 390 und Kältetechnik«, M. Bäckström, 2. Auflage, 1957, Seiten 47—54). Diese Maßnahme erfolgt jedoch bei dem Stand der Technik entweder zum Zwecke einer leichteren Reinigung und Zugänglichkeit von Nahrungsmittel-Kühlräumen (US-PS 29 31 192) oder wegen der Möglichkeit einer Kältespeicherung bzw. einer Änderung an den kältetechnischen Einrichtungen ohne geschulte Kältemonteure (»Handbuch der Kältetechnik« und »Kältetechnik«). Besonders ist aber zu berücksichtigen, daß der durch den flüssigen Kälteträger zu kühlende Bereich nach dem zuletzt genannten Stand der Technik auf einem verhältnismäßig niedrigen Temperaturniveau liegt und der Kälteträger im Sekundärkreislauf teilweise vom flüssigen in den festen Aggregatzustand übergeht Bei der Erfindung hingegen geht es um die Kühlung zyklisch hocherhitzter Formteile. Eine einfache Übertragung der Lehre nach dem Stand der Technik auf eine Formvorrichtung der vorliegenden Art würde daher im Bereich der Formteilflächen zu einer lokalen Verdampfung der Hilfsflüssigkeit führen, auch wenn diese den Formteilen

mit einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur zugeführt wird Im deutlichen Gegensatz hierzu steht der Grundgedanke der Erfindung, wonach jegliche Verdampfung der Kühlflüssigkeit im Bereich der zyklisch hocherhitzten Formteile zu unterbleiben hat und sich dieser Effekt in einfacher Weise durch eine bestimmte Wahl und Umwälzung des Kälteträgers im Hilfskreislauf erreichen läßt Durch diese trotz der hohen Temperatur- und Wärmebelastungen verdampfungsfreie Kühlung der Formteile mit einem Kälteträger, der in dem Verdampferkreislauf auf ein niedriges Temperaturniveaa gebracht wird, wird eine gleichförmig ausgeglichene Temperaturverteilung an den mit dem geschmolzenen Kunststoff zusammenwirkenden Formteilflächen sichergestellt, so daß es zu einer raschen Verfestigung der in den Formierten ausgebildeten Kunststoffprodukte kommt und sich daher die Produktionsgeschwindigkeit der Anlage infolge der speziellen Kühlung ihrer Formteile erheblich steigern läßt

Die erfindungsgemäße Vorrichtung funktioniert derart, daß ein flüssiger Kälteträger mit einer im auftretenden Temperaturbereich niedrigen Viskosität unter Druck durch die Formvorrichtung bei einsr zum Aufrechterhalten stabiler Betriebsbedingungen ausreichend niedrigen Temperatur geführt und von der Formvorrichtung zu einem Wärmetauscher abgezogen wird, in dem die Temperatur des Kälteträgers durch ein Kältemittel verringert wird. Das Kältemittel wird im Wärmetauscher zwecks Übertragung der vor. dem niedrigviskosen Kälteträger aufgenommenen Wärme zum Verdampfen gebracht und einem Kondensator zugeführt, wo das Kältemittel verflüssigt, gekühlt und erneut zum Wärmetauscher zwecks Verdampfung zurückgeführt wird

Der bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingesetzte Kälteträger ist vorteilhafterweise Trichlorfluormethan.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben, tie schematisch eine Vorrichtung zum Kühlen von Formteilen zeigt.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung dient zur Kühlung der Formteile einer Kunststoff-Formvorrichtung 20. Wie vorstehend beschrieben, eignet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung insbesondere zum Kühlen einer i'ormvorrichtung, die über eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit verfügt und bei der somit die Temperatur des Kälteträgers auf einem verhältnismäßig niedrigen Wert gehalten werden muß, um stabile Betriebsbedingungen aufrechtzuerhalten. Gemäß der Zeichnung ist die Formvorrichtung eine übliche Kunststoff-B,asformvorrichtung, die beispielsweise zur Herstellung von Kunststoffflaschen verwendet werden kann. Die Formhälften 22 und 24 dienen jeweils zur Aufnahme und Halterung eines Formteils 26 bzw. 28. Die Formteile werden durch zwei Stellzylinder 30 und 32 zusammen- und auseinandergedrückt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich jedoch zur Kühlung von verschiedenartigen Formvorrichtungen und ist nicht auf die gezeigte Blasformvorrichtung beschränkt. Die Vorrichtung enthält einen Hilfskreislauf 34, der einen niedrigviskosen Kälteträger bei einer niedrigen Temperatur durch die Formvorrichtung 20 zwecks Kühlung der Formteile 26 und 28 zu pumpen vermag. Der Hilfskreislauf der Kühlvorrichtung weist einen Wärmetauscher 36 auf, der einen Verdampfer 38 enthält. Der Wärmetauscher kann ein üblicher Mantel- und Röhrenwärmetauscher sein, in dem die Temperatur des niedrigviskosen Kälteträgers auf -45°C bis — 50⁰C gesenkt werden kann. Zur Verbesserung des Wärmeübergangs kann ein Rippenrohrwärmetauscher zweckmäßig sein. Der Kälteträger wird vom Wärmetauscher über die Leitung40 und die Form-Einlaßleitungen 42 zur Formvorrichtung 20 befördert Die Formteile 26 und! 28 können mit Kühlmittelkanälen versehen sein, oder es kann eine Reihe von Rippen an der Hinterfläche gegenüber den Formflächen der Formteile ausgebildet

ίο sein, um die erforderliche Wärmeübertragung zu gewährleisten. Der Kälteträger verläßt die Formvorrichtung über die Auslässe 44. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei flexible, balgförmige Rohrabschnitte 46 vorgesehen, um das öffnen und

is Schließen der Formhälften 22 und 24 zu ermöglichen. Der Kälteträger wird dann über die Leitungen 48, 50 und 52 zur Pumpe 54 zurückgeführt, von wo er erneut dem Wärmetauscher 36 zugeführt wird Die Pumpe kann eine übliche Flüssigkeits-Zentrifugalpumpe oder dergleichen sein. Bei dem gezeigten \usfühningsbeispic! ist ein Vorratstank 55 vorgesehen, durch den über die Leitung 58 ein Kälteträgerverlust des Systems ersetzt werden kann, und zum Leeren des Systems ist eine Abzugsleitung 64 vorgesehen. Der Abzugsleitung können ".in Handventil 62 und ein Speicher 66 zugeordnet sein.

Ein geeigneter, niedrig-viskoser Kälteträger für den Hilfskreislauf ist Trichlorfluormethan (R 11). Die chemische Formel von Trichlorfluormethan ist CCbF (Freon).

Wie oben erwähnt, hat der Kälteträger im Hilfskreislauf eine niedrige Viskosität so daß er sich bei den erforderlichen Kühltemperaturen durch das System pumpen läßt Die Temperatur muß unterhalb der Verdampfungstemperatur des Kälteträgers bei dem

S5 innerhalb des Flüssigkeitsbereiches gehaltenen Druck liegen. Ein niedrig-viskoser Kälteträger ist beispielsweise eine Flüssigkeit, die bei Betriebstemperatur eine Viskosität von etwa einem Centipoise hat Das Kältemittel RW hat beispielsweise bei —40⁰C eine

•to Viskosität von 0,9 Centipoise. Bei der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung läßt sich natürlich jedes Kältemittel, das über die erforderlichen Eigenschaften verfügt verwenden.

Der Kältekreislauf 68 der Kühlvui richtung dient zur

Vi Temperaturerniedrigung des Kälteträgers in dem oben beschriebenen Hilfskreislauf 34. Der Kältemitteldampf von der Verdampferwicklung 38 dient im Saugleitungswärmetauscher 70 zur Kühlung des über die Leitung 118 zugeführten flüssigen Kältemittels, wie dies weiter

>o unten beschrieben wird. Der Kältemitteldampf gelangt über die Leitung 72 zum Saugleitungswärmetauscher. Der Saugleitungswärmetauscher 70 steht über die Leitung 76 mit einem Filter 74 in Verbindung. Der Filter 74 kann ein herkömmlicher Kältemitteldampf-Filter

¹M sein und entfernt von Dampf Fremdstoffe, einschließlich Schmutz und anderer von den Wärmelauschern 36 und 70 kommenden Verunreinigungen. Der Filter steht über eine Leitung 80 mit dem zweistufigen Kompressor 78 in Verbindung. De. gezeigte zweistufige Kompressor

Mi ist ein herkömmlicher Kältemittelkompressor, durch den sich der Druck des Kältemitteldampfes soweit erhöhen läßt, daß der Dampf zu einei.i späteren Zeitpunkt kondensiert werden kann. Der Kompressor enthält eine erste Stufe 82, die über die Leitung 86 mit der zweiten Stufe 84 verbunden ist. Eine gemeinsame Antriebswelle 88 liegt zwischen den Kompressorstufen. Ein Ölabscheider 90 ist im Kältekreislauf angeordnet, um jegliches Öl, das über die Leitung 92 von der zweiten

Stufe des Kompressors 84 herkommt, zu entfernen. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine übliche Hochdrucksteuerung 94 vorgesehen, die lediglich aus einem Absperrventil besteht, das den Kompressor abschaltet, falls der Druck im System einen vorgegebenen oberen Grenzwert übersteigt Eine ölrückführleitiing 96 verläuft zwischen dem ölabscheider und der zweiten Kompressorstufe 84. Der ölabscheider 90 kann von üblicher Bauart sein.

Ein Kondensator 98, in dem der Kältemitteldampf zu einör Flüssigkeit kondensiert wird, steht mit dem ölabscheider 90 über eine Leitung 100 in Verbindung. Die Temperatur des den Kondensator verlassenden flüssigen Kältemittels liegt im allgemeinen zwischen 26 und 32°C. Diese Temperaturerhöhung ist natürlich auf die Druckerhöhung zurückzuführen. Das Kältemittel gelangt dann über eine Leitung 106 zu einem Nachkühler 102. Der Nachkühler kann ein herkömmlicher Mantel- nnrf Rnhrwärmpfaiisrher «pin rfpr pinpn Verdampfer 104 enthält. Ein Teil des flüssigen Kältemittels wird bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel über die Leitung 108 abgezweigt und mit Hilfe des thermostatischen Expansionsventils 110 im Verdampfer 104 verdampft. Ein Ventil 112 steuert die über die Leitung 108 abgezweigte Strömungsmittelmenge, damit das den Nachkühler über die Leitung 118 verlassende flüssige Kältemittel auf der erwünschten Temperatur gehalten wird. Ein dafür geeignetes Ventil ist ein herkömmliches, magnetbetätigtes Ein-Aus-Ventil. das von Hand derart gesteuert wird, daß die Temperatur des flüssigen Kältemittels in dem vorgegebenen Temperaturbereich gehalten wird. Wahlweise kann auch ein automatisches Solenoid-Ventil mit einer thermoelektrischcn Steuerung vorgesehen sein, die die Durchflußmenge des Kältemittels durch die Leitung 108 derart reguliert, daß das den Nachkühler 102 verlassende Kältemittel auf der vorgegebenen Temperatur gehalten wird. Die Leitung 114 ist mit dem Verdampfer 104 im Nachkühler verbunden und führt den Kältemitteidampf zur zweiten Stufe 84 des Kompressors 78.

Eine weitere Kühlung des flüssigen Kältemittels in der Leitung 118 erfolgt im Saugleitungs-Wärmetauscher 70. in dem der vom Wärmetauscher 36 mit einer Temperatur zwischen —45 und —50⁰C kommende Dampf in Wärmeaustausch mit dem flüssigen Kältemittel gebracht wird. Der Saugleitungswärmetauscher 70 kann ebenfalls ein herkömmlicher Mantel- und Rohrwärmetauscher sein, wie dies oben beschrieben wurde. Schließlich verdampft das flüssige Kältemittel, dessen Temperatur nun bei etwa -17⁰C liegt, mit Hilfe des thermostatischen Expansionsventils 120 über die Leitung 124 in der Verdampferwicklung 38 des Wärmetauschers. Ein Ventil 122 steuert die Durchflußmenge des flüssigen Kältemittels, derart, daß im Hilfskreislauf eine vorgegebene Temperatur des flüssigen Kälteträgers aufrechterhalten wird, wie dies oben beschrieben wurde.

to Die thermostatischen Expansionsventile 120 und 110 können übliche Kältemittel-Expansionsventilc sein. Das Ventil 122 kann ähnlich wie das Ventil 112 ein handbetätigtes Solenoid-Ventil oder ein automatisches Solenoid-Ventil sein.

Ein geeignetes Kältemittel für den Kältekreislauf 68 der Kühlvorrichtung ist R 502. Die einzelnen Baugruppen der Kühlvorrichtung einschließlich des Kompressors, der Wärmetauscher, der Ventile, des Kondensators d^pS OlnKcf h#»iH*3pc Hf»c piltArc Λ*>Γ Püff»^e l!f!ii dergleichen sind im einzelnen nicht beschrieben und können von üblicher Bauart sein. Diesbezüglich wird auf die vorstehend erwähnte US-PS verwiesen.

Die Funktionsweise der Kühlvorrichtung ist wie folgt: Es wird ein niedrig-viskoser Kälteträger, wie R 11, unter Druck durch die Formen 22 und 24 bei einer Temperatur gefördert, die so niedrig ist, daß die Kühltemperatur der Formen aufrechterhalten wird. Bei der gezeigten Vorrichtung kann die Temperatur des Kälteträgers zwischen —40 und —50°C liegen, jedoch ist die jeweils

3n günstigste Temperatur von der Art der Formvorrichtung und deren Arbeitsgeschwindigkeit abhängig. Der flüssige Kälteträger im Hilfskreislauf 34 wird dann dem Wärmetauscher 36 zugeführt, wo die Temperatur des Kälteträgers mit Hilfe des Kältemittels im Kältekreislauf 68 gesenkt wird. Das Kältemittel im Kältekreislauf verdampft in der Verdampferwicklung 38 des Wärmetauschers 36, wobei die von dem niedrig-viskosen Kälteträger im Hilfskreislauf aufgenommene Wärme an das Kältemittel im Kältekreislauf gelangt. Schließlich wird der Kältemitteldampf im Kältekreislauf dem Kompressor 78 und dem Kondensator 98 zugeführt, wo er kondensiert, gekühlt und erneut dem Wärmetauscher 36 zugeführt wird. Bei der gezeigten Vorrichtung wird das flüssige Kältemittel im Kältekreislauf ferner stufenweise mit Hilfe des Nachkühlers 102 und des Saugleitungswärmetauschers 70 gekühlt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1, Vorrichtung zum Kühlen der relativ zueinander bewegbaren, unter der Einwirkung geschmolzenen Kunststoffs kurzzeitig zyklisch hocherhitzten Formteile einer Kunststoff-Formvorrichtung, wobei die Kühlung der Formteile unter Verdampfung eine« relativ leicht flüchtigen, in einem KältekreislaulF umgewälzten Kältemittels erfolgt, gekennzeichnet durch indirekte Kühlung der Formteile (26, 28) mit einem unter Zwischenschaltung eines Wärmetauschers (36) zwischen den Verdampfer (38) des Kältekreislaufs (68) und die zu kühlendem Formteilflächen geschalteten Hilfskreislauf (34) und Umwälzung eines in diesem unter Druck gehaltenen, flüssigen Kälteträgers mit einer im auftretendem Temperaturbereich niedrigen Viskosität, derart, daß der Kälteträger bei wiederholter Kühlung der während des kontinuierlichen Betriebs der Formvorrichtung (20» zyklisch hocherhitzten Formteile (26,, 28) im flüssigen Zustand verbleibt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kälteträger Trichlorfluormethan ist