DE2417067A1 - Heating/cooling jacket for plastics processing - esp for plasticizer cyli-nder of extruder has electrical heater elements and coolant pipes - Google Patents

Heating/cooling jacket for plastics processing - esp for plasticizer cyli-nder of extruder has electrical heater elements and coolant pipes

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Abstract

Two hemicylindrical half shells, esp. of high thermal conductivity material, are mated around the plasticiser with the split plane vertical and axially parallel to define a thermally controlled zone in the plasticizer cylinder. Each half shell contains a serpentine electrical heater element whose shape follows the inside curvature and a number of semi annular coolant pipes leading between a distributor pipe and a collector pipe with diminishing bore in that direction of flow. Esp. the pipes and the heating element are cast into the shells. It is compact, has accurate temp. control, rapid response using gas and/or liquid coolant.

Description

Heiz- und Kühleinrichtung für Plastverarbeitungsmachinen, insbsondere Extruder Die Erfindung betrifft eine Heiz- und Kühleinrichtung für Plastverarbeitunsmaschinen, insbesondere extruder um den Plastizi er zglinder entsprechend den Verarbeitungsbedingungen des thermoplastischen Kunststoffes zu temperieren.Heating and cooling equipment for plastic processing machines, in particular Extruder The invention relates to a heating and cooling device for plastic processing machines, especially extruder around the plasticizer according to the processing conditions to control the temperature of the thermoplastic material.

s sind Einrichtung zur Temperierung des Plastizierzlinders bekannt, die im wesentlichen aus einer unmittelbar auf dem Zylinder angeordneten elektrischen Widerstands heizung und einer Luftkühlung bestehen. Die Kühlluft wird unmittelbar dem Umgebungsraum entnommen und mittels Gebläse sowie entsprechender Luftleiteinrichtungen dem Zglinder im Quer- oder Längsstrom zuefüh't. Zur Vergrößerung der Kühlfläche des Zylinders sind auf diesem Rippen, Stege oder andere zweckentsprechende Mittel vorgesehen, die im Kühllufstrom liegen und die Abführung der Wärme vom Zylinder begünstigen. Die bekannten Einrichtugen reichen insbesondere hinsichtlich der Kühlleistung bei bestimmten Verarbeitungsbedingungen an Hochleistungsmaschinen nicht mehr aus, um die entstehende Wärmemenge abzuführen und die Zylindertemperatur in einem bestimmten Arbeitstemperaturbereich zu halten.s are devices for temperature control of the plasticizing cylinder known, which essentially consists of an electrical one arranged directly on the cylinder Resistance heating and air cooling exist. The cooling air is immediate Taken from the surrounding area and by means of a fan and corresponding air guiding devices The Zglinder is fed in a transverse or longitudinal flow. To enlarge the cooling surface of the cylinder are on this ribs, webs or other appropriate means provided, which lie in the cooling air flow and the dissipation of heat from the cylinder favor. The known devices are particularly sufficient with regard to the cooling capacity no longer works under certain processing conditions on high-performance machines, to dissipate the resulting amount of heat and the cylinder temperature in a certain Maintain working temperature range.

Diesem Erfordernis werden andere bekannte Sincichtungen gerecht, die den Plastizierzlinder mittels flüssiger Medien, beispielsweise Wasser oder organische Wärmeträger, temperieren.This requirement is met by other known designs that the plasticizing cylinder using liquid media, such as water or organic media Heat transfer medium, temper.

Zum Zwecke der Temperierung des Plastizie'zlinders ist dieser in der Wandung mit achsparallelen Kana"len zur Durchleitung des Wärmerträges versehen oder der Wärmeträger fließt in Rohrleitungen, die um den Zylinder gewunden sind, Der flüssige, insbesondere organische Wärmeträger wird in einem geschlossenen Kreislauf umgewälzt und entsprechend temperiert. Dabei wird die Temperatur des Wärmeträgers so eingestellt, daß der Wärmestrom vom Wärmetäger zum Zylinder oder umgekehrt eine derartige Größe besitzt, die den Zylinder im Bereich der erforderlihen Arbeitstemperatur hält. Diese bekannte Temperier einrichtung mit flüssigem Wärmeträger ist in ihrem Aufbau technisch sehr aufwendig und verursacht auch beträchtliche Betriebskosten. In verschiedenen bekannten Fällen ist es möglich, eine technisch einfachere und in ihrer Betriebsweise auch vorteilhaftere Temperiereinrichtung einzusetzen, die aus einer Kombination von einer elektrischen Widerstandsheizung und einer Flüssigkeitskühlung mit Wasser besteht. Es ist eine derartige Einrichtung bekannt, in der das flüssige Kühlmittel ebenfalls in Kanälen der Zylinderwandung ode-r in rohrleitungen, die um den Zylinder gewunden sind, geführt wird.For the purpose of tempering the Plastizie'zlinder this is in the Wall provided with axially parallel channels for the passage of the heat transfer or the heat carrier flows in pipes that are wound around the cylinder, the liquid, in particular organic heat transfer medium is in a closed circuit circulated and tempered accordingly. This is the temperature of the heat transfer medium adjusted so that the heat flow from the heat exchanger to the cylinder or vice versa a has such a size that the cylinder in the range of the required working temperature holds. This known temperature control device with liquid heat transfer medium is in their Construction is technically very complex and also causes considerable operating costs. In various known cases, it is possible to use a technically simpler and also use more advantageous temperature control in their mode of operation, the from a combination of electrical resistance heating and liquid cooling with water. Such a device is known in which the liquid Coolant also in ducts in the cylinder wall or in pipes that are wound around the cylinder, is guided.

Der Nachteil dieser Einrichtung besteht darin, daß die Kühlleistung sehr groß ist und bei verringertem Kühlmittelstrom eine Verdampfung der Flüssigkeit eintritt. Die Verdampfung führt in den Kanälen bzw. Rohrleitungen zu unterschiedlichen Wärmeübergangskoeffizienten und damit zu stark unterschiedlichen Temperaturen in der Wandung des Zylinders. Wird der Kühlmittelstrom zwecks Unterdrückung der Verdampfuungsescheinung erhöht, so steigt wiederum die Külilleistung derartig hoch an, daß zusätzlich geheizt werden muß, um die Kühlwirkung zu kompensierein.The disadvantage of this device is that the cooling capacity is very large and with a reduced coolant flow an evaporation of the liquid entry. The evaporation leads to different in the channels or pipelines Heat transfer coefficients and thus very different temperatures in the wall of the cylinder. The coolant flow is used to suppress the evaporation phenomenon increased, the cooling power increases so high that additional heating must be to compensate for the cooling effect.

Aus dieser Verfahrensweise der Temperierung des Plastizierzylinders resultiert ein außerordentlich unökonomischer energetischer Wirkungsgrad und es entstehen große Energiekosten zur Betreibung dieser Einrichtung.From this procedure the temperature control of the plasticizing cylinder an extremely uneconomical energetic efficiency and it results there are large energy costs to operate this facility.

Der Zweck der Erfindung besteht darin, den technischen Aufwand einer Einrichtung zur Temperierung des Plastizierzylinders an einer Plastverarbeitungsmaschine sowie die Betriebskosten zu senken, den energetischen Wirkungsgrad der EinviGhtung zu verbessern, die Kühlleistung gegenüber Temperiereinrichtungen mit Luftkühlung zu erhöhen und insgesamt eine Verbesserung des Verarbeitungsprozesses sowie der Qualität des erzeugten Produktes zu errreichen.The purpose of the invention is to reduce the technical complexity of a Device for temperature control of the plasticizing cylinder on a plastic processing machine as well as lowering the operating costs, the energetic efficiency of the enclosure to improve the cooling performance compared to temperature control systems with air cooling to increase and overall an improvement in the processing process as well as the To achieve the quality of the product produced.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Heiz-und Kühleinrichtung so zu gestalten, daß die Kühlleistung in weiten Grenzen den Erfordernissen des Verarbeitungsprozesses in der Plastizi er einheit anpaßbar ist, eine gute Temperaturkonstanz im Plastizierzylinder und ein günstiges Regelvephalten der inrichtung erreicht wird0 Erfindungsgeinaß" wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß auf dem Plastizierzylinder paarweise halbkreisringförmige Schalen angeordnet sind, die mit ihren Trennflächen in einer senkrechten zur Achse des Zylinders parallel verlaufenden Ebene liegen. Die Schalen bestehen aus einem Werstoff mit guter Wärmeleitfähigkeit. Jede Schale besitzt einen oder mehrere vorzugsweise schlangelförmig ausgebildete Heizkörper und rohrförmige Kühlkanäle, die direkt in die Schale eingegossen sind. Der Heizkörper befindet sich in einer der inneren Mantelfläche der Schale angenäherten räumlichen Lage und die vorzugsweise parallel nebeneinander liegenden Kühlkanäle, die eine der Krümmung der äußeren Mantelfläche der Schale angepaßte Form besitzen, befinden sich über dem Heizkörper in einer schichtartigen räumlichen Lage. Die Kühlkanäle sind einerseits mit einer Verteiler leitung und andererseits mit einer Sammelleitung verbunden. Eine vorteilhafte Ausbildung der Kühlkanäle besteht darin, den Durchflußquerschnitt der Kanäle stetig zu verkleinern, so daß der Querschnitt an der Einmündung in die Verteilerleitung größe ist als an der Einmündung in die Sammelleitung. Das im wesentlichen aus der Verteile'leitung, den Kühlkanälen und der Sammelleitung bestehende Kühlsystem ist einen temperierbaren Kühlmittelkreislauf anschließbar und als Kühlmittel sind flüssige, gasförmige oder Gemische aus beiden Medien verwendbar. Der Heizkörper ist mit eine elektrischen Wide1standsheizung versehen. Zur Bildung mehrere Temperierzonen des Plastizierzy linders sind mehrere Schlenpaare auf dem Zylinder angeordnet, wobei jeweils ein Schalenpaar eine 'empetierzone darstellt, Die erfindungsgemäße Heiz- und Kühleinrichtung zeichnet sich gegenüber dem bekannten Stand der Technik durch folgende Vorteile aus, Der einfache konstruktive Aufbau der Einrichtung sowie deren leichte Montierbarkeit auf dem Plastizierzylinder eine. Plastver ab eitungsmaschine verringert den technischen Aufwand gegenüber vergleichbaren Einrichtung beträchtlich. Durch die Anordnung der Kühlkanäle in einer im wesentlichen zur Achse des Zylinders senkrecht verlaufenden Ebene und die Zuführung des Kühlmittels in Richtung des freien Falles wird eine schnelle Entleerung der Kanäle bei Abschaltung der Kühlmittelzuführung erreicht. Das Zurückbleiben von schädlichen Kühlmittelresten in den Kanälen, die durch Verdampfen eine unterschiedliche Tempeie£ung einer Zylinder sektion bewirken, wird vermieden. Durch die Anordnung der Kühlkanäle unmittelbar über dem Heizkörper wird eine im Vergleich zur Kühlleistung wesentlich geringere Heizleistung benötigt, die somit ein günstiges Regelverhalten der Einrichtung erzielt. Gleichzeitig wird eine Verbesserung des energetischen Wirkungsgrades der Einrichtung erreicht, der sich positiv auf die Senkung des Heizenergieverbrauches und damit auf die Energiekosten auswirkt.The invention is based on the object of a heating and cooling device to be designed so that the cooling capacity meets the requirements of the manufacturing process within wide limits in the plasticizer unit is adjustable, a good temperature constancy in the plasticizing cylinder and a favorable control behavior of the device is achieved The object is achieved in that semicircular in pairs on the plasticizing cylinder Shells are arranged with their parting surfaces in a perpendicular to the axis of the cylinder are parallel plane. The shells consist of one Material with good thermal conductivity. Each shell preferably has one or more serpentine radiators and tubular cooling channels that run directly into the shell are poured in. The radiator is located in one of the inner jacket surfaces the spatial position approximated to the shell and preferably parallel to one another lying cooling channels, one of the curvature of the outer surface of the shell have adapted shape, are located above the radiator in a layer-like manner spatial location. The cooling channels are on the one hand with a distribution line and on the other hand connected to a manifold. An advantageous training of the Cooling channels consist in steadily reducing the flow cross-section of the channels, so that the cross-section at the confluence with the distribution line size is than at the confluence with the manifold. That essentially from the distribution line, The cooling system existing in the cooling channels and the collecting line is temperature-controlled Coolant circuit can be connected and the coolants are liquid, gaseous or Mixtures of both media can be used. The radiator is electric Wide1 auxiliary heating provided. To create several tempering zones of the Plastizierzy Several pairs of loops are arranged on the cylinder, one in each case Pair of shells represents a 'empetierzone, the heating and cooling device according to the invention is characterized by the following advantages over the known prior art from, The simple structural design of the device and its easy assembly one on the plasticizing cylinder. Plastic processing machine reduces the technical Considerable effort compared to a comparable facility. The arrangement of the Cooling channels in a substantially perpendicular to the axis of the cylinder Level and the supply of coolant in the direction of free fall becomes one Rapid emptying of the channels when the coolant supply is switched off achieved. The retention of harmful refrigerant residues in the channels caused by evaporation causing a different temperature in a cylinder section is avoided. The arrangement of the cooling channels directly above the radiator creates an im Compared to cooling performance significantly lower heating power required, which thus achieves a favorable control behavior of the device. At the same time will an improvement in the energetic efficiency of the device achieved, the has a positive effect on the reduction of heating energy consumption and thus on energy costs affects.

Die efindungsgemäße Heiz- und Kühl einrichtung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden, Die zugehörige Zeichnung zeigt: - die Vorderansicht der Heiz- und Kühleinrichtung im Teilschnitt Auf dem Plastizierzylinder 1 einer in der Zeichnung nicht dargestellten Plastverarbeitungsmachine sind paarweise Schalen 2 mit halblreisringförmigen Querschnitt angeord net. Die Anordnung der Schalen 2 ist derartig, daß ihre Trennflächen 4 in einer Ebene liegen, die senkrecht zur Achse des Plastizierzylinders 1 und parallel zu dieser veuläuft.The heating and cooling device according to the invention is to be based on an exemplary embodiment will be explained in more detail, The accompanying drawing shows: - the front view of the Heating and cooling device in partial section On the plasticizing cylinder 1 one in the Plastic processing machines (not shown in the drawing) are bowls 2 in pairs angeord net with a semicircular cross-section. The arrangement of the shells 2 is such that their parting surfaces 4 lie in a plane which is perpendicular to the axis of the plasticizing cylinder 1 and runs parallel to this.

Jede Schale 2 besitzt einen vorzugsweise schlangenförmig ausgebildete Heizkörper 3 und rohrförmige Kühlkanäle 8. Der Heizkörper 3 und die Kühlkanäle 8 sind in die aus einem Werkstoff mit guter Wärmeleitfähigkeit bestehende Schale 2 eingegossen. Der Heizkörper 3 befindet sich in einer der -inneren Mantelfläche 6 der Schale 2 angenäherten räumlichen Lage. Die Kühlkanäle 8, die parallel nebeneinander liegen und eine der Krümmung der äußeren Mantelfläche 5 der Schale 2 angepaßte Form besitzen, befinden sich unmittelbar über dem Heizkörper 3 in einer schichtartigen räumlichen Lage. Die Kühlkanäle 8 sind einerseits mit einer Verteilerleitung 7 und andereseits mit eine Sammelleitung 9 verbunden. Das aus der Verteilerleitung 7, den Kühlkanälen 8 und der Sammelleitung 9 bestehende Kühlsystem ist an einen in der Zeichnung nicht dargestellten Kühlmittelkeislauf angeschlossen.Each shell 2 has a preferably serpentine design Radiator 3 and tubular cooling ducts 8. Radiator 3 and cooling ducts 8 are in the shell 2, which is made of a material with good thermal conductivity poured. The heating element 3 is located in one of the inner jacket surfaces 6 the shell 2 approximated spatial position. The cooling channels 8, which are parallel to each other lie and one of the curvature of the outer surface 5 of the shell 2 adapted shape own, are located directly above the radiator 3 in a layer-like manner spatial location. The cooling channels 8 are on the one hand with a distribution line 7 and on the other hand connected to a collecting line 9. That from the distribution line 7, the cooling channels 8 and the manifold 9 existing cooling system is connected to an in the drawing not shown coolant circuit connected.

Claims (8)

PatentansprücheClaims Heiz- iund Kühleinrichtung für Plastverarbeitungsma schine, insbesondere Extruder, die aus einer unmittelbar auf dem Plastizierzylinder angeordneten elektrischen Wider stand sheizung und einer Flüssigkeitskühlung besteht, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Plastizierzylinder (1) paarweise halbkreisringförmige Schalen (2) angeordnet sind, die mit ihren Trennflächen (4) in einer senkrechten zur Achse des Zylinders (1) parallel verlaufenden Ebene liegen und jede Schale (2) Heizkörper (3) und Kühlkanäle (8) enthält, wobei die Heizkörper (§) eine der inneren Mantelfläche (6) der Schale (2) angenäherte räumliche Lage einnehmen und die nebeneinanderliegenden Kühlkanäle (8) mit einer der Krümmung der äußeren Mantelfläche (5) angepaßten Form eine über dem Heizkörper (3) befindliche schichtartige räumliche Lage besitzen und einerseits mit einer Verteilerleitung (7) und andererseits mit einer Sammelleitung (9) verbunden sind.Heating and cooling devices for plastic processing machines, in particular Extruder, which consists of an electrical one arranged directly on the plasticizing cylinder Resistance heating and liquid cooling, characterized that arranged in pairs on the plasticizing cylinder (1) semicircular shells (2) are, with their parting surfaces (4) in a perpendicular to the axis of the cylinder (1) parallel plane and each shell (2) radiator (3) and cooling channels (8), wherein the radiator (§) is one of the inner jacket surface (6) of the shell (2) occupy an approximate spatial position and the adjacent cooling channels (8) with a shape adapted to the curvature of the outer jacket surface (5) have the radiator (3) located layer-like spatial position and on the one hand connected to a distribution line (7) and on the other hand to a collecting line (9) are. 2. Heiz- und Kühleinichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein schlangenförmig gestalteter Heizkörper (3) und rohrförmige Kühlkanäle (8) in der Schale (2) eingegossen sind.2. Heating and cooling device according to claim 1, characterized in that that a serpentine radiator (3) and tubular cooling channels (8) are poured into the shell (2). 3. Heiz- und Kühleinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadu.-ch gekennzeichnet, daß die Schale (2) aus einem Werkstoff mit guter Wärmeleitfähigkeit besteht.3. Heating and cooling device according to claim 1 and 2, dadu.-ch characterized, that the shell (2) consists of a material with good thermal conductivity. 4. Heiz- und Kühleinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Euhlkanäle (8) einen stetig abnehmenden Dur chflußque-r schnitt besitzen, der an de Einmündung in die Verteilerleitung (7) größer ist als an der Einmündung in die Sammelleitung (9).4. Heating and cooling device according to claim 1 to 3, characterized in that that the Euhlkanäle (8) have a steadily decreasing flow cross-section, which is larger at the confluence with the distribution line (7) than at the confluence into the manifold (9). 5. Heiz- und Kühleinrichtung nach Anspruch 1 bis 4, daduch gekennzeichnet, daß das Kühlsystem (7; 8, 9) an einer temperierbaren Kühlmittelkreislauf anschließbar ist.5. Heating and cooling device according to claim 1 to 4, characterized by that the cooling system (7; 8, 9) can be connected to a temperature-controlled coolant circuit is. 6, Heiz- und Kühleinrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlmittel flüssige, gasförmige oder Mischungen aus beiden Medien verwendbar sind.6, heating and cooling device according to claim 1 to 5, characterized in that that liquid, gaseous or mixtures of both media can be used as coolants are. 7. Heiz- und Kühleinrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß der Heizkörper (3) eine elektrische Widerstandsheizung besitzt.7. Heating and cooling device according to claim 1 to 6, characterized that the radiator (3) has an electrical resistance heater. 8. Heiz- und Kühleinrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schalenpaar (2) eine Temperierzone darstellt und zur Bildung mehrerer Temperierzonen mehrere Schalenpaare (2) auf dem Plastizierzylinder (1) angeordnet sind.8. heating and cooling device according to claim 1 to 7, characterized in that that a pair of shells (2) represents a temperature control zone and for the formation of several temperature control zones several pairs of shells (2) are arranged on the plasticizing cylinder (1).
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