DE2456986B2 - Vorrichtung zum kalibrieren und kuehlen von stranggepressten kunststoffrohren - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Kalibrieren und Kühlen von stranggepreßten Kunststoffrohren nach dem Gattungsbetriff des Patentanspruchs 1.

Zum Kalibrieren und Kühlen von stranggepreßten Kunststoffrohren haben sich verschiedene Verfahrenstechniken durchgesetzt, die sich weitgehend selbständig und voneinander unbeeinflußt entwickelt haben. Die Verfahren sind als Kalibrierhülsen- und Ziehblendenverfahren bekannt. Nach beiden Verfahren werden die frisch geformten Rohre durch eine Kalibratoreinführungsvorrichtung in einen teilweise mit einem Kühlmittel gefüllten Vakuumtank geführt, wo die Kalibrierung und die Verfestigung des Rohres durchgeführt wird. Bei dem Kalibrierhülsenverfahren, das nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, wird das frisch geformte Rohr in einer Kalibrierhülse mit einer relativ großen axialen Erstreckung unter direkter oder indirekter Berührung mit dem Kühlmittel kalibriert. Bei direkter Kühlung strömt das Kühlmittel durch in der Kaübrierhülse angeordnete schraubenlinienförmig ausgebildete Duichflußwege und tritt am Ende der Kalibrierhülse in den mit Kühlmittel gefüllten Vakuumtank aus. Beispiele für derartige Kalibriereinrichtungen sind aus den US-PS (23 65 374; 25 19 375; 25 79 815 (indirekte Kühlung mit zusätzlicher Schmierung) und durch die DT-AS

ίο 11 87 361, DT-OS 18 09 285 oder die US-PS 35 46 745 bekannt. Dabei mündet bei den Vorrichtungen der DT-AS 1187 361 und der US-PS 35 46 745 der Kühlmitteleinlaßkanal für die Kühlflüssigkeit tangential in den Schraubenlinienförmig verlaufenden Durchflußkanal.

Derartige Kalibrierhülsen haben den Nachteil, daß die Reibung zwischen der Kalibrierhülse und dem zu kalibrierenden Rohr infolge der axialen Erstreckung der Kalibrierhülse relativ hoch ist, so daß die erforderlichen Durchzugskräfte groß sind. Aus diesem Grund können mit derartigen Kalibrierhülsen nur relativ dickwandige Rohre kalibriert werden, da sie allein die erforderliche Festigkeit bei den erforderlichen Durchzugskräften aufweiser..

Völlig selbständig von der Rohrkalibrierung mit indirekt oder direkt gekühlten Kalibrierhülsen verlief die Entwicklung der Ziehblendenkalibrierung, bei der in gegenseitigen Abständen fluchtend hintereinander angeordnete Ziehblenden vorliegen. Bei diesem Verfahren lag immer eine deutliche Trennung von Kalibrierung und Kühlung vor, und die Kühlung des frisch geformten Rohrstranges erfolgte durch die zwischen den Ziehblenden mit der Außenfläche des Rohres in Berührung kommende Kühlflüssigkeit, die mit relativ niedriger Geschwindigkeit in einem Behälter, vorzugsweise Vakuumtank, umgewälzt wurde. Nach dem Ziehblendenverfahren arbeitende Vorrichtungen sind beispielsweise in der US-PS 24 23 260, DT-AS 12 01 038, DT-AS 19 20 837, DT-AS 19 36 428 oder der DT-OS 22 39 746 beschrieben.

Weiterhin ist aus der US-PS 38 27 842 bei der Kühlung von extrudierten thermoplastischen Schlauchfolien ein Kühlring für gasförmige Kühlmittel bekannt, wobei zur Kühlmittelzufuhr ein Kühlmitteleinlaßkanal, der in einen Ringkanal einmündet, und einen im wesentlichen in Kalibrierrichtung mündenden Kühlmittelaustrittskanal, der als Ringspalt geneigt zur Kalibrierachse ausgebildet ist, vorgesehen ist. Dabei mündet der Kühlmitteleinlaßkanal tangential in den Ringkanal ein.

Weiterhin ist der Ringkanal mit dem Ringspalt durch einen spiralförmig verlaufenden Kanal verbunden und der spiralförmig verlaufende Kanal ist mehrgängig vorgesehen und zwischen seitlich begrenzenden Strömungsleitkörpern ausgebildet.

Schließlich ist aus der DT-OS 22 44 294 eine Kalibriervorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt, bei der Kühlmittel in eine in der Kalibrierdüse ausgebildete Ringkammer radial zugeführt wird, um durch einen Ringspalt an der zu

to kalibrierenden Oberfläche auszutreten. Die Kalibrierdüse ist dabei so ausgebildet, daß durch die ausströmende Flüssigkeit ein für die Kalibrierung des Rohres günstiger Unterdruck an der Rohroberfläche erzeugt wird. Im Vergleich mit den bekannten Ziehblenden wird bei

hi dieser Art der Kalibrierung unter gleichzeitiger Zuführung des Kühlmittels in der Kalibrierdüse der Wärmeübergang zwischen dem Kühlmittel und dem Rohr verbessert, da durch den zugeführten Kühlmittel-

strom der in Längsrichtung des Rohres mitgeführte laminare Flüssigkeitsfilm aufgerissen und verwirbelt wird. Ferner wird die in der Kühlkammer gesammelte Kühlflüssigkeit durch die Rührwirkung der Kühlmitteldruckströmung umgewälzt und temperaturvergleichmäßigt.

Bei diesem Stand der Technik ist es Zweck der Erfindung, eine Kalibriervorrichtung für Hohlprofile, vorzugsweise Rohre, aus thermoplastischen Kunststoffen zu schaffen, die es ermöglicht, die Kalibrier- und Abzugsgeschwindigkeit der Profile zu erhöhen, wobei gleichzeitig der Platzbedarf der Vorrichtung, insbesondere die Länge des Kühlbades, verringert und die mechanische Beanspruchung der Profile beim Kalibrieren herabgesetzt werden soll.

Dabei besteht die technische Aufgabe, die Ziehblenden konstruktiv in der Weise auszubilden und derart anzuordnen, daß die strömungstechnischen Voraussetzungen für die Erhöhung der Wärmeübergangszahlen und die Erhöhung der Abkühlgeschwindigkeit geschaffen werden, wodurch der Wärmeübergang zwischen dem Kühlmedium und dem zu kalibrierenden Profil weiter verbessert wird.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt für eine Vorrichtung der im Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art erfindungsgemäß dadurch, daß der Kühlmitteleinlaßkanal tangential in den Ringkanal einmündet.

Bevorzugt ist hierbei der Ringkanal mit dem Ringspalt am Austritt der Ziehblende durch einen spiralförmig verlaufenden Kanal verbunden, der mehrgängig ausgebildet und von geeigneten Strömungsleitkörpern seitlich begrenzt ist.

Die wasserdurchströmten Ziehblenden gemäß der Erfindung sind bevorzugt in einem unter Vakuum stehenden Kühltank in einer Reihenfolge entsprechend dem Patentanspruch 4 angeordnet Hierdurch wird erreicht, daß die Drehrichtung der Rotationsströmung um das zu kalibrierende Rohr von einer Ziehblende zur anderen Ziehblende wechselt, wodurch vermieden wird, daß das noch plastische Hohlprofil unter der Einwirkung der um das Rohr zirkulierenden Strömung verdreht wird. Durch die vorgesehene Anordnung der Ziehblenden wird in besonders vorteilhafter Art die Turbulenz des Kühlmittels im Kühltank und insbesondere zwischen den Ziehblenden erhöht und die im Kühltank vorliegende Kühlmitteltemperatur noch besser vergleichmäßigt.

Eine vorteilhafte Anordnung der Ziehblenden im Vakuumtank erfolgt nach Anspruch 5. Bei einer derartigen Anordnung kann die Kühlmitteldurchflußmenge für jede einzelne Ziehblende individuell eingestellt und an die übrigen Kalibrierbedingungen angepaßt werden.

Gegenüber der aus der DT-OS 22 44 294 bekannten Ziehblende, bei der die Kühlflüssigkeit in axialer Richtung ausgepreßt wird, wird mit der erfindungsgemäßen Lösung erreicht, daß die tangential zugeführte Kühlflüssigkeit in dem in der Ziehblende vorliegenden Ringkanal in eine Drehbewegung um die Kalibrierachse versetzt wird und mit einer eine Zirkulation aufweisenden Strömung aus dem Ringspalt austritt Im Kühlmittelaustrittskanal liegen somit bei der erfindungsgemäßen Ziehblende die Stromlinien schraubenlinienförmig oder spiralförmig vor. Hierdurch wird bei sonst gleichen Randbedingungen, insbesondere bei gleicher Weite des Ringspaltes und gleichem Kühlmitteldurchsatz, die Geschwindigkeit der ausströmenden Flüssigkeitsteilchen infolge der Rotationsbewegung der Strömung erhöht

Mit der Erhöhung der absoluten Geschwindigkeit durch die für den Kühlmitteldurchsatz an sich unwirksame Tangentialkomponentc (für den Kühlmitteldurchsatz ist im wesentlichen die axiale Geschwindigkeitskomponente bzw. die in Richtung des Ringspaltes vorliegende Geschwindigkeit maßgebend) wird die Reynoldszahl und die hiervon abhängige Wärmeübergangszahl wesentlich erhöht. Beispielsweise erhöht sich bei der Kühlung eines Polyester-Rohres die Wärmeübergangszahl zwischen der Kühlflüssigkeit und dem zu kalibrierenden Rohr auf etwa den 8fachen Wert, wenn die Strömungsgeschwindigkeit — ausgehend von einem im wesentlichen unbewegten Kühlbad — auf l,5m/sek gesteigert wird.

Zwischen den Metallmatritzen der Ziehblenden, in denen das Rohr auf seine endgültige Form kalibriert wird, liegt bei Verwendung der erfindungsgemäßen Ziehblenden eine Zirkulationsströmung um die Rohrachse vor, bei der sich in Abhängigkeit von der Größe der Tangemialkomponente der Kühlmittelaustrittsgeschwindigkeit eine Strömungsrichtung ergibt, die ggf. annähernd senkrecht zur Rohrachse liegt, was zusätzlieh zur Verbesserung des Wärmeübergangs beiträgt. Insgesamt ist die Verbesserung des Wärmeübergangs bei der erfindungsgemäßen Kalibriervorrichtung so groß, daß es möglich ist, die Kalibriergeschwindigkeit in einem vorhandenen Kühlbad wesentlich zu erhöhen oder aber bei festgelegter Abzugsgeschwindigkeit die Länge des Kühlbades einschließlich der Anzahl der vorgesehenen Ziehblenden zu verringern. Demzufolge vermindert sich aber auch die mechanische Beanspruchung der noch teilweise plastischen Rohrwand, die sich aus der Durchzugskraft der Abzugseinrichtung für die Überwindung der Reibung zwischen dem Rohr und den Ziehblenden bzw. des durch die Länge des Kühlbades bedingten Schleppwiderstandes des Rohres durch die Flüssigkeit ergibt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung, die ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel darstellt, näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine in einem Vakuumtank angeordnete Ziehblendenkalibriereinrichtung für Rohre mit mehreren, axial hintereinander angeordneten Ziehblenden,

F i g. 2 eine Ziehblende im Querschnitt entsprechend dem Schnittlinienverlauf H-II in F i g. 3,

F i g. 3 einen Längsschnitt durch eine Ziehblende,

F i g. 4, 5 eine Ziehblende im Quer- und Längsschnitt in abgeänderter Ausführungsform,

In F i g. 1 ist eine Rohrkalibrieranlage dargestellt, die im wesentlichen aus einer mit 10 bezeichneten Strangpresse, einem Vakuumtank 20, einer Rohrabzugseinrichtung 40 und einem Vakuumkühlsystem besteht. In Bewegungsrichtung des Rohres ist hinter der Abzugseinrichtung 40 noch eine nicht näher dargestellte, hin- und herbewegbare Querschneideeinrichtung angeordnet, mit der der fertig kalibrierte Rohrstrang — entsprechend dem späteren Verwendungszweck — in

üo Rohrabschnitte abgelängt werden kann.

Die Strangpresse 10 besitzt an ihrem in Preßrichtung liegenden Ende eine schematisch dargestellte Strangpreßdüse U mit einem beispielsweise durch Axialverschiebung des Innendornes 12 einstellbaren Ringspalt

<r> zum Auspressen eines Kunststoffhohlstranges 13. Durch eine nicht näher bezeichnete Bohrung im Dorn 12 ist der Innenraum des gebildeten Hohlstranges 13 mit der äußeren Atmosphäre verbunden. Ist auch eine innenka-

librierung des gebildeten Hohlstranges 13 vorgesehen, so wirkt der Dorn 12 der Strangpreßdüse 11 mit an sich bekannten Mitteln zur Innenkühlung und Innenkalibrierung zusammen (DT-AS 1132 711, DT-PS 1152 815, DT-OS 17 04 972).

Nach Verlassen der Strangpreßdüse 11 läuft der Kunststoffhohlstrang 13 in die im Vakuumtank 20 angeordnete Kühl- und Kalibriervorrichtung ein, wo sein AuBendurchmesser unter der Einwirkung eines Kühlmittels 15 auf den vorgesehenen Enddurchmesser des fertigen Rohres 14 kalibriert wird. Infolge des Verzuges zwischen der Strangpreßdüse 11 und der Kalibratoreinführungsvorrichtung 21 sowie deren Formgebung wird der noch plastische Hohlstrang 13 hierbei auf einen im wesentlichen dem Innendurchmesser der Kalibratoreinführungsvorrichtung 21 entsprechenden Außendurchmesser eingezogen.

Der Vakuumtank 20 ist quaderförmig ausgebildet und zur Füllung mit einer Kühlflüssigkeit 15 bzw. zum Betrieb unter einem gegenüber dem Atmosphärendruck abgesenkten Betriebsdruck geeignet. Er weist im Deckel eine Öffnung 22 auf, die zu Inspektionszwecken geöffnet werden kann, die aber während des Betriebs der Vorrichtung geschlossen und gegen das Eindringen von Luft abgedichtet ist. Der Vakuumtank 20 ist teilweise mit Kühlflüssigkeit, vorzugsweise Wasser, gefüllt. An der Rohreintrittsöffnung 23 in den Vakuumtank 20 ist die Kalibratoreinführungsvorrichtung 21 angeordnet. Ferner ist eine Anzahl von Ziehblenden 24 bzw. 25 in dem Vakuumtank 20 hintereinander und mit der Strangpreßdüse 11 bzw. der Kalibratoreinführungsvorrichtung 21 fluchtend angeordnet. Die Ziehblenden 24, 25 sind hierzu mit Bohrungen 26 (Fig. 2. Fig. 4) versehen und auf Stangen 27 aufgereiht, die gegenseitigen axialen Abstände der Ziehblenden 24, 25 sind in Abhängigkeit von den Kalibrierbedingungen, insbesondere von der Extrusionsgeschwindigkeit und von der fortschreitenden Verfestigung des Hohlstranges 13 durch Kühlung, einstellbar. Dazu sind die Stangen 27 beispielsweise mit einem Gewinde versehen, und die Ziehblenden 24, 25 werden zwischen Distanzhülsen mit Stellschrauben axial eingestellt, oder zumindest eine der Stangen 27 ist im Querschnitt etwas abgeflacht und die Ziehblenden 24, 25 werden durch in den radialen Bohrungen 260 (Fig. 2, F i g. 4) vorgesehene Anpreßschrauben axial festgelegt.

Die Ziehblenden 24 bzw. 25, die in F i g. 2 bis F i g. 5 im Detail dargestellt sind, weisen eine zentrale Kalibrieröffnung 28 auf, deren Durchmesser in Kalibrierrichtung gesehen mit immer geringer werdender Toleranz an den vorgesehenen Enddurchmessern des Hohlstranges 13 angepaßt ist. Zum Umwälzen und zur Zufuhr des Kühlmittels 15 zwecks Verfestigung des Hohlstranges 13 sind alle Ziehblenden 24,25 als ringförmige und vom Kühlmittel 15 durchströmende Kammern ausgebildet. Als wesentliches Merkmal weisen sie alle einen in den Ringkanal 30 tangential einmündenden Kühlmitteleinlaßkanal 29 und einen hinter der Kalibrieröffnung 28 der Ziehblende 24, 25 mündenden Ringspalt 31 für den Abfluß des Kühlmittels 15 in im wesentlicher axialer wi Richtung auf. Der Ringspalt 31 ist in F i g. 2 und F i g. 3 mit dem Ringkanal 30 durch einen spiralförmig verlaufenden Kanal 32 verbunden, der vorzugsweise mehrgängig und zwischen den Kanal 32 seitlich begrenzenden Profilkörpern, insbesondere Strömungs- <λ leitkörpern 33, ausgebildet ist. Hierdurch wird erreicht, daß die im Ringkarial 30 in Drehung versetzte Flüssigkeitsströmung gleichmäßig auf den ganzen Umfang verteilt in den Ringspalt 31 austritt, so daß die Flüssigkeit 15 den Hohlstrang 13 schraubenlinienförmig umströmt. Die zwischen den ebenen Seitenwänden der ringförmigen Kammern angeordneten Strömungsleit körper 33 haben Bohrungen 34 und sind durch Schrauben zwischen den Kammerwänden fixiert. Die Querschnittsfläche der Strömungsleitkörper 33 ist bevorzugt von Kreislinien begrenzt.

Der tangentiale Kühlmitteleinlaß 29 und die Strömungsleitkörper 33 sind bei den Ziehblenden 24 nach Fig.2 und 3 derart angeordnet, daß der Kühlmittelstrom vor seinem Austritt aus dem Ringspalt 31 in den Vakuumtank 20 im Uhrzeigersinn in Drehung versetzt ist. Die Ziehblenden 25 nach Fig.4 und 5 sind in analoger Weise, aber symmetrisch zur Kalibrierachse aufgebaut, so daß dort der Kühlmittelstrom im Gegenuhrzeigersinn in Drehung versetzt wird. Zur besseren Unterscheidung sind in F i g. 4 bzw. F i g. 5 der Kühlmitteleinlaßkanal mit 290, der Ringkanal mit 300 der Ringspalt mit 310, der mehrgängige spiralförmige Kanal mit 320, die Strömungsleitkörper mit 330 und die Durchgangsbohrungen in den Strömungsleitkörpern mit 340 bezeichnet.

Die Ringspalte 31 bzw. 310, durch welche die Kühlflüssigkeit aus den Ringkammern austritt, sine gegen die Kalibrierachse unter einem Winkel von 45' geneigt dargestellt Der Neigungswinkel kann im Bereich zwischen 0° und 90° liegen und wire vorteilhafterweise derart gewählt, daß bei einer erster im Vakuumtank 20 angeordneten Gruppe von Ziehblen den 24 oder 25 ein kleiner Winkel vorliegt, so daß die Beanspruchung der noch weichen Rohrwand durch der Staudruck der Radialkomponente der Flüssigkeitsströmung gering ist. Bei einer zweiten, der ersten ir Kalibrierrichtung nachgeordneten Gruppe von Ziehblenden 24,25 ist der Ringspalt unter einem Winkel vor etwa 90° gegen die Kalibrierachse geneigt. Dies ist be weitgehend fortgeschrittener Verfestigung der Rohr wand, insbesondere, wenn nicht mehr mit Deformatior durch den Staudruck der ausströmenden Flüssigkeit zi rechnen ist, günstig und verbessert den Wärmeübergang und die Intensität der Kühlung.

Die Ziehblenden 24 bzw. 25 sind im Kalibriertank Ά wechselweise hintereinander angeordnet, so daß Wirbelströmungen mit positiver und negativer Drehrich tung im Wechsel erzeugt werden. Dies führt zu einer symmetrischen Kraftwirkung auf die Rohrwand und zi einer erhöhten Turbulenz der Kühlflüssigkeit irr Vakuumtank 20. Entsprechend der jeweiligen Anord nung des Kühlmitteleinlaßkanals 29 bzw. 290 sind die Ziehblenden 24,25 an zwei zentralen Verteilerrohren 3i (F i g. 1), die parallel zur Kalibrierachse vorgesehen sind durch Stichleitungen 36 angeschlossen. Die Stichleitun gen 36 sind wegen der axialen Einstellbarkeit dei Ziehblenden 24,25 auf den Stangen 27 vorteilhafterwei se als flexible Druckschläuche ausgebildet. Zur Einstellung der Kühlmittclzuflußmenge sind in den Stichleitun gen 36 bevorzugt Regel- oder Absperrarmaturen 37 vorgesehen.

Der Vakuumtank 20 ist an der Stirnwand, wo da: fertig kalibrierte Rohr 14 die Vorrichtung verläßt beispielsweise durch eine nicht näher dargestellte Sperrflüssigkeitsdichtung 3β abgedichtet, wodurch da; Eindringen von Luft verhindert wird. Der von dem Roh 14 mitgeschleppte Flüssigkeitsfilm wird durch eine geeignete Manschette oder Lippendichtung abgestreif und in das Kühlwasserreservoir des Vakuumkühlsystems zurückgeführt.

Das zur Verfestigung und zum Abführen der fühlbaren Wärme des Rohres 14 verwendete Kühlwasser sammelt sich im Vakuumtank 20, in dem ein bestimmter Flüssigkeitsspiegel einstellbar ist. Zu diesem Zweck ist das Rückflußrohr 46 für die Kühlflüssigkeit höhenverstellbar angeordnet oder teleskopförmig aus-

ziehbar ausgebildet.

Das fertige Rohr 14 wird nach dem Kalibrieren von der Rohrabzugseinrichtung 40, durch die es durch die Kalibriervorrichtung gezogen wird, an eine nicht dargestellte Ablängvorrichtung übergeben und dort kontinuierlich auf die gewünschte Länge gebracht.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

809 507/363

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Kalibrieren und Kühlen von stranggepreßten Kunststoffrohren, bestehend aus einer Kalibratoreinführungsvorrichtung und mehreren, in gegenseitigen Abständen hintereinander fluchtenden Ziehblenden, die in einem teilweise mit einem Kühlmittel gefüllten Vakuumtank angeordnet sind, wobei die Ziehblenden zur Kühlmittelzufuhr ieweils einen Kühlmitteleinlaßkanal, der in einen Ringkanal einmündet, und einen im wesentlichen in Kalibrierrichtung mündenden Kühlmittelaustrittskanal, der als Ringspalt geneigt zur Kalibrierachse ausgebildet ist, aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmitteleinlaßkanal (29, 290) tangential in den Ringkanal (3C, 300) einmündet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkanal (30, 300) mit dem Ringspalt (31, 310) durch einen spiralförmig verlaufenden Kanal (32,320) verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der spiralförmige Kanal (32, 320) mehrgängig vorgesehen und zwischen seitlich begrenzenden Strömungsleitkörpern (33, 330) ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Vakuumtank (20) vorzugsweise wechselweise im Abstand hintereinander zwei Gruppen von Ziehblenden (24, 25) angeordnet sind, wobei die eine Gruppe von Ziehblenden (25) zwischen dem Kühlmitteleinlaßkanal (290) und dem Ringspalt (310) einen in mathematisch positiven Drehsinn verlaufenden spiralförmigen Kanal (320) und die andere Gruppe von Ziehblenden (24) einen im mathematisch negativen Drehsinn verlaufenden Kanal (32) aufweist und wobei die jeweiligen Kühlmitteleinlaßkanäle (29,290) spiegelsymmetrisch zu einer senkrecht zur Kalibrierachse liegenden Achse angeschlossen sind.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmitteleinlaßkanäle (29, 290) der Ziehblenden (24, 25) durch absperrbare oder zuflußeinstellbare Stichleitungen (36) an zentralen Verteilerrohren (35) angeschlossen sind, die achsparallel zur Kalibrierachse angeordnet sind.