DE2208287C3

DE2208287C3 - Vorrichtung zum Kühlen der Formteile einer Kunststoff-Formvorrichtung

Info

Publication number: DE2208287C3
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: 1980-01-31
Also published as: FR2134413B1; ZA721970B; IT952148B; ES399917A1; DE2208287B2; GB1380773A; BE781458A; US3748866A; FR2134413A1; NL7202922A; CA972914A; DE2208287A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kühlen der relativ zueinander bewegbaren, unter der Einwirkung geschmc'zenen 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 Formte'ien 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 Verdamplungskühlsystem von ausschlaggebender Bedeutung ist. da dies den Kältemittelkompressoi unmittelbar beeinträchtigt mit der Folge eines schlechtem Betriebsverhaltens 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 Wärnieübergang bei einem flüssigen Kältemittel gleichförmiger Und eine Leckage einfacher kontrollierbar wäre* Die Haüplschwierigkeii 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 Wäfmeübergangskoeffizienteti verfügen. Bezüglich flüssiger Kältemittel vertritt beispielsweise die Kunststoffindustrie die Ansicht, daß unterhalb von Temperaturen von etwa — TC die Pumpkosten wegen der Viskositätserhöhung der Flüssigkeit unvertretbar hoch werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Kühlen der Formteile einer Kunststoff-Formvorriehtung zu schaffen, bei der der Kältekreislauf gegen Leckagen und Verunreinigungen geschützt ist und mit der sich durch eine gleichförmige

ίο 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-FormvoiTichtung, beispielsweise einer Blasformanlage, die mit Hilfe zweier Paare miteinander zusammenwirkender Formteile stündlich etwa fünftausend Kunststoffla^cchen 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 Kühl/cit exponentiell mit der Temperatur der Formteilfläche zunimmt. Wer.n beispielsweise die Temperatur dpr Formvorrichtung von 4.5°C" auf — 40"C abgesenkt wird, verringert sich die

4« Kühlzeit um etwa 30%. wodurch eine entsprechende Erhöhung der Produktionsgescnwindigkeit möglieh wird.

Es ist grundsätzlich bekannt, einen Sekundärkreistauf mit einem flüssigen Kälteträger zwischen eine Verdampfer-Kälteanlage und den /u kühlenden Bereich /u schalten (USPS 29 31 192, »Handbuch der Kältetechnik«. R. Plank. Band 6. Teil A. l%9. Seiten 389. 390 und Kältetechnik«. M. Bäckström. 2. Auflage. 1957. Seiten 47-54). Diese Maßnahme erfolgt jedoch bei

^r>(i dem Stand der Technik entweder /um Zwecke einer leichteren Reinigung und Zugänglichkeit von Nahrungs mittel Kühlräumen (US-PS 29 51 192) oder wegen der Möglichkeit einer Kältespeicherung bzw. einer Ändc rung an den kältetechnischen F.inrichlungen ohne geschulte Kältemonteure (»Handbuch der Kältetech nik« und »Kältetechnik«). Besonders ist aber /u berücksichtigen, daß der durch den flüssigen Kältelrä ger /u kühlende Bereich nach dem /iilet/t genannten Stand der Technik auf einem verhältnismäßig niedrigen Ternperaturniveau liegt und der Kälteträger im Sekundärkreisiauf teilweise vom flüssigen in den festen Aggregatzustand übergeht Bei der Erfindung hingegen gehl es um die Kühlung zyklisch hocherhitzter Formteile. Eine einfache Übertragung der Lehre nach

dem Stand der Technik äüf eine Formvorrichtung der vorliegenden Art würde daher im Bereich der Formteilflächeri zu einer* lokalen Verdampfung der Hilfsflüssigkeit führen, auch werifi diese den FofflUeilen

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 Temperaturniveau 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 Formteilen ausgebildeten Kunststoffprodukte kommt und sich daher die Produktionsgeschwindigkeit der Anlage infolge der speziellen Kühlung ihrer Formteile erheblich steigern läßt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung funktioniert der- M art, daß ein flüssiger Kälteträger mit einer im auftretenden Temperaturbereich niedrigen Viskosität unter Druck durch die Formvorrichtung bei einer zum Aufrechterhalten stabiler Betriebsbedingungen ausreichend niedrigen Temperatur geführt und von der r> 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 von dem niedrigviskosen Kälteträger aufgenommenen Wärme in 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 einge- η setzte Kälteträger ist vorteilhafterweise Trichlorfluormethan.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben, die schematisch eine Vorrichtung /um w 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 Küh- r> len einer Formvorrichtung, 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 so Zeichnung ist die Formvorrichtung eine übliche Kunststoif-Blasformvomchtung, 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. r> Die Formteile werden durch zwei Slellzylinder 30 und 32 zusammen- und auseinandergedrückt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich jedoch zur Kühlung von verschiedenartigen Formvorrichtungen und ist nicht auf die gezeigte Blasformvorrichtung ω) 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 «inen Wärmelauscher 36 aufj der einen Verdampfer 38 enthält. Der Wärmetauscher kann ein üblicher Manlel-Urid Röhrenwärmetauscher sein, in dem die Temperatur des niedrigviskosen Kälteträgers auf —45"C bis —50"C 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 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 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 gezeig'. .· Ausführungsbeispiel ist ein Vorratstank 56 vorgesehen, iurch den über die Leitung 58 ein Kälteträgerverlust des Systems ersetzt werden kann, und zum Leeren des Systems ist eine Abzugsleitung 64 vorgesehen. Der Abzugsleitung könne, ein 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 iat CCI₁F (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 nuß unterhalb der Verdampfungstemperatur des Kdlteträgers bei dem innerhalb des Flüssigkeitsbereiches gehaltenen Druck liegen. Ein niedrig-viskoser Kälteträger is* beispielsweise eine Flüssigkeit, die bei Betriebstemperatur eine Viskosität von etwa einem Centipoi.e ha Das Kältemittel R 11 hat beispielsweise bei —40 C eine Viskosität von 0.9 Centipoise. Bei der erfindungsgemä-B-. π Kühlvorrichtung läßt sich natürlich jedes Kältemittel, das über die erforderlichen Eigenschaften verfügt. verwenden.

Der Kältekreislauf 68 der Kühlvorrichtung dient zur Temperaturerniedrigung des Kälteträgers in dem oben beschriebenen Hilfskreislauf 34. Der Kältemitteldampf von der Verdampferwicklung 38 dient im Saugleitungswärmetauscher 70 /ur Kühlung des über die Leitung 118 zugeführten flüssigen Kältemittels, wie dies weiter unten beschrieben wird. Der Kälteinitteldampf gelangt über die Leitung 72 /um Saugleilungswärmetauscher. Der Saugleitungswärmetauscher 70 steht über die Lei"'nf 76 mit einem Filter 74 in Verbindung. Der Filter 74 kann ein herkömmlicher Kältemitteldampf-Filter sein und entfernt vom Dampf Fremdstoff, einschließlich Schmutz und anderer von den Wärmetauschern 36 und 70 kommenden Verunreinigungen. Der Filter steht über eine Leitung 80 mit dem zweistufigen Kompressor 78 in Verbindung. Der gezeigte zweistufige Kompressor ist ein herkömmlicher Kältemittelkompressor, durch den sich der Druck des Kältemitteldampfes soweit erhöhen läßt, daß der Dampf zu einem späteren Zeitpunkt kondensiert werden kann. Der Kompressor enthält eine erste Stufe 82, die über die Leitung 86 mit der zweiten Stufe 8-1 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 Aüsfühfürigsbeispiel 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 Ölrückführleitung 96 verläuft zwischen dem ölabscheider und der zweiten Kompr?ssorstufe 84. Der ölabscheider 90 kann von üblicher Bauart sein.

Ein Kondensator 98, in dem der Kältemitteldampf zu einer 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- und Rohrwärmetauscher sein, der einen 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 thermoelektrischen 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 Kältemitteldampf zur zweiten Stufe 84 des Kompressors 78.

Eine weitere Kühlung des flüssigen Kältemittels in der Leiiung ίΐδ criuigi im Saugicitufigä-TTürrncisü scher 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 — 17°C liegt, mit Hilfe des thermostatischen Expansionsventils 120 über die Lei-

tung 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 Kälteträger aufrechterhalten wird, wie dies oben beschrieben wurde.

Die thermostatischen Expansionsventile 120 und 110 können übliche Kältcmittel-ExpansionsventÜe 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 Kältekrcislauf 68 der Kühlvorrichtung ist R 502. Die einzelnen Baugruppen der Kühlvorrichtung einschließlich des Kompressors, der Wärmetauscher, der Ventile, des Kondensators, des ölabscheider, des Filters, der Pumpe und 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 uno 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 — 50⁰C liegen, jedoch ist die jeweils 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 Kältekreis· lauf 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

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 eines relativ leicht flüchtigen, in einem Kältekreislauf 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 kühlenden Formteilflächen geschalteten Hilfskreislauf (34) 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 (.20) zyklisch hocherhitzten Formteile (26, 2S) im flüssigen Zustand verbleibt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kälteträger Trichlorfluormethan ist.

ZZ Uö 2ö/