DE2506517B2 - Vorrichtung zur fluessigkeits-innenkuehlung von stranggepressten rohren oder schlaeuchen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung der im Oberbegriff des ersten Patentanspruches angegebenen Art. Unter Schlauch im Sinne der Erfindung werden nur biegsame Rohre verstanden.

Es sind mehrere Vorrichtungen bekannt, die sich mit der Kühlung von extrudierten Hohlprofilen befassen. Allgemein hat es sich als günstig erwiesen, frisch extrudierte Hohlprofile beim Kalibriervorgang nicht nur von außen zu kühlen, sondern gleichzeitig auch von innen. Dadurch werden erhöhte, die elastischen Eigenschaften negativ beeinflussende Eigenspannungen vermieden, die durch einseitigen Wärmeentzug an der Außenwand des Hohlprofils entstehen und sonst nur durch Zusätze von Granulat verhindert werden können.

Bekannt ist eine Vorrichtung (US-PS 32 44 781), bei der die extrudierten Hohlprofile mit einem von innen gekühlten Dorn in Kontakt gebracht werden, der gleichzeitig zur Innenkalibrierung dient. Hierbei ist es nachteilig, daß nur der Dorn und nicht das Extrudat direkt mit dem Kühlmittel in Kontakt gebracht wird. Dadurch werden die Wärmeübergangszahlen des Systems zu geringeren Werten hin verschoben und die Effektivität der Kühleinrichtung stark herabgesetzt. Ähnliche Einrichtungen mit gekühlten Dornen sind in der einschlägigen Literatur beschrieben (z. B. Sehe nkel, Kunststoff-Extrudertechnik, Carl Hanser Verlag 1963).

In der DT-OS 17 04 972 wird eine Vorrichtung zum Kalibrieren von Kunststoffrohren vorgeschlagen, bei der gleichzeitig mit der Außenkalibrierung und -kühlung des Hohlprofiles eine Flüssigkeits-lnnenkühlung vorgenommen wird, bestehend aus einem an seinen Enden jeweils mit einem Dichtelement begrenzten Innenkühl-Abschnitt, bei dem die Kühlmittelleitungen den Dorn der Extruderdüse axial durchsetzen und koaxial zueinander angeordnet sind. Dabei wird das Kühlmittel direkt mit der Innenwand des Extrudates in Kontakt gebracht.

Diese Vorrichtung besitzt den Nachteil, daß sie durchmesserkonstante Dichtelemente verwendet. Diese stellen hohe Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeit. Ebenso muß die Austrittsöffnung der Ringschlitzdüse absolut genau gearbeitet sein, da keine Möglichkeit zur Anpassung der Dichtelemente an Wanddickenschwankungen des Hohlprofiles besteht. Ferner erweist es sich als nachteilig, daß jeweils andere Dichtelemente benutzt werden müssen, wenn bei gleichem Außendurchmesser Hohlprofile unterschiedlicher Wandstärke hergestellt werden. Des weiteren kann bei dieser Vorrichtung die Möglichkeit der »Kurzschlußströmung« nicht ausgeschlossen werden, d.h. frische Kühlflüssigkeit gelangt innerhalb des Kühlbades nicht an die Innenwand des Hohlprofiles, sondern strömt sofort wieder aus dem Innenkühlabschnitt heraus.

Daraus läßt sich die Aufgabe der Erfindung ableiten, eine Vorrichtung vorzuschlagen, die neben einer intensiven Innenkühlung des Hohlprofiles sicherstellt, daß der Innenkühlabschnitt einfach und wirkungsvoll auch bei Schwankungen der Rohrwandstärke - abgedichtet wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des ersten Patentanspruches angegebenen Merkmal? gelöst. Dadurch ist sichergestellt, daß im Innenkühlabschnitt weder eine Kurzschlußströmung, noch ein Totwasserraum entsteht, da die Drossel durch die Umwandlung des statischen Druckanteils in dynamischen Druck ein Geschwindigkeitsgefälle innerhalb des Kühlabschnitts aufrechterhält, bzw. ein Hindernis für die Kurzschlußströmung darstellt. Zusätzlich wird dadurch der Vorteil erreicht, daß die Baulänge der Kühleinrichtung vermindert werden kann, ohne daß deren Effektivität geschmälert wird. Zudem ist es möglich, durch die Druckunterschied? die Dichtwirkung der den Innenkühlabschnitt begrenzenden Dichtungen zu erzeugen. Damit ist auch ein vorteilhaftes Verwenden von elastischen Dichtelementen möglich, wodurch ein Austauschen der Dichtelemente bei wechselndem Innen- und gleichbleibendem Außendurchmesser des Hohlprofils hinfällig wird.

Zur Verwirklichung des Erfindungsgedankens ist die Strömungsrichtung des Kühlmittels nicht von Bedeutung, d.h. es kann sowohl die Gegenstrom- als auch Gleichstromkühlung zur Anwendung gelangen. Unter Druckabsenkung im Sinne der Erfindung wird eine Absenkung verstanden, bei der der Druck — in Strömungsrichtung gesehen — hinter der Drossel unter dem Druck liegt, der in der die Anlage umgebenden Atmosphäre herrscht. Dabei ist es wesentlich, daß die Drossel vor den Auslaßöffnungen des Kühlmittels aus dem Kühlabschnitt angeordnet ist. Durch das Anschließen einer an sich bekannten Absaugvorrichtung kann die Drosselwirkung verstärkt werden.

Bei der Gegenstromkühlung ergibt sich der Vorteil, daß der Abstand des Preßwerkzeuges von der Kalibriereinrichtung wesentlich verkürzt werden kann, da durch den Unterdruck hinter der Drosselstelle sowohl das Herunter- als auch das Einziehen des Hohlprofiles auf den Durchmesser der ersten Kalibrierdüse wesentlich unterstützt und erleichtert wird. Dies wirkt sich ebenso vorteilhaft auf die von der Abzugseinrichtung aufzubringenden Kräfte aus, da diese sich - bei konstanter Abzugsgeschwindigkeit bedeutend verringern bzw. in ihrem Wert unverändert bleiben, wenn die Abzugsgeschwindigkeit gesteigert wird.

Bei Anwendung der Gleichstromströmung wird mit der Erfindung der Vorteil erzielt, daß der Kühlabschnitt beidseitig von elastischen Dichtelementen begrenzt werden kann, deren Dichtwirkung nicht auf gespeicherter Formänderungsarbeit beruht und sich damit

während des Betriebes durch Umgebungseinflüsse verändern kann, sondern allein von den Druckunterschieden, die vor und hinter der Drossel herrschen, bestimmt wird.

Durch die Weiterbildung der Vorrichtung nach Anspruch 2 läßt sich einerseits sowohl die Dichtwirkung als auch das Herunterziehen des Hohlprofiles alien Gegebenheiten optimal anpassen; andererseits kann dadurch die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels innerhalb des lnnenkühlabschnittes eingestellt werden. Weiterhin ist es dadurch möglich, die Anlage während des Betriebes optimal einzuregeln, ohne daß der Extrusionsprozeß unterbrochen werden müßte.

Im folgenden werden einige vorteilhafte Ausführungen der Erfindung anhand schematischer Abbildungen näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Flüssigkeits-Innenkühlung

Fig.2 einen vergrößerten Ausschnitt aus der in Fig. 1 gezeigten Anlage mit einem Dichtelement;

Fig.3 eine Vorrichtung zur Innenkühlung von Hohlprofilen im Gleichstrom.

Fig.4 eine schematische Darstellung einer möglichen Anordnung eines geschlossenen Kühlmittelkreis- *5 laufes.

Die in F i g. 1 dargestellte Kühlanlage besteht aus dem Extruder 1, dem daran befestigten Umlenkkopf 2 mit der Ringschlitzdüse 3 und der in einem Abstand zur Düse 3 angeordneten, an sich bekannten Außenkalibrier- und -kühleinrichtung 4. Eine hier nicht dargestellte, hinter der Außenkalibrier- und -kühlvorrichtung 4 angeordnete Abzugseinrichtung zieht das extrudierte Hohlprofil 5 von der Düse 3 ab.

Während des Außenkalibriervorganges wird das Hohlprofil 5 zusätzlich von innen gekühlt. Dazu werden in F i g. 1 durch den Umlenkkopf 2 die Kühlmittelzufuhrleitung 6, die Kühlmittelabfuhrleitung 7 und koaxial zur Kühlmittelzufuhrleitung 6 die Führungsstange 9 geführt. Die Kühlmittelzufuhrleitung 6 durchsetzt den gesamten lnnenkühlabschnitt 8. Die Kühlmittelabfuhrleitung 7 endet am Anfang der Außenkalibrier- und -kühleinrichtung 4. An ihren — in Extrusionsrichtung betrachtet — vorderen Ende wird die Kühlmittelzufuhrleitung 6 durch den Verschlußstopfen 12 verschlossen. Dieser Verschlußstopfen 12 ist als Mutter ausgebildet, wobei als Schraube das Gewinde 10 der Führungsstange 9 dient.

Das Kühlmittel tritt durch radiale Bohrungen aus, die vor dem Verschlußstopfen 12 in der Kühlmittelzufuhrleitung 6 angeordnet sind. Es verläßt den innenkühlabschnitt 8 ebenfalls durch radiale Bohrungen, die am vorderen Ende der Kühlmittelabfuhrleitung 7 angeordnet sind.

Die vordere Dichtung besteht aus der Klemmplatte 13, dem Stützteller 14, dem Dichtelement 16 und dem O-Ring 15. Sowohl der Verschlußstopfen 12 als auch die Klemmplatte 13 sind mit der Führungsstange 9 über das Gewinde 10 bzw. 11 verbunden. Die Gewinde 10 bzw. 11 sind als Rechts- bzw. Linksgewinde ausgebildet, so daß durch Drehen der Führungsstange 9 mit Hilfe des Handrades 26 der O-Ring 15 in das Dichtelement 16 hineingedrückt wird und es aufweitet.

Im Einzugsbreich der Kalibriervorrichtung 4 ist auf der Kühlmittelabfuhrleitung 7 das starre, konische Dichtelement 19 angeordnet. Der Steigungswinkel des Konus wird sowohl durch das Verhältnis des Innendurchmessers der Ringschlitzdüse 3 zu dem des ersten Kalibrierringes als auch durch den Abstand der Stirnseite der Ringschlitzdüse 3 zu de;* Außenkalibrier· einrichtung 4 bestimmt In der Nähe des Dichtelementes 19 ist das durchmesserverstellbare Drosselelement zwischen der vorderen Stirnseite der Kühlmittelabfuhrleitung 7 und einem mit der Kühlmittelzufuhrleitung 6 fest verbundenen Stützring 18 angeordnet Mit Hilfe der an dem freien Ende der Kühlmittelzufuhrleitung 6 angeordneten Mutter 25, die sich an dem freien Ende der Kühlmittelabfuhrleitung 7 abstützt, kann die Drosselwirkung des Drosselelementes 17 eingestellt werden, indem es gestaucht oder entspannt wird.

Beim Anfahren der Anlage ist die gesamte Innenkühleinrichtung so weit nach hinten in dem Umlenkkopf 2 zurückgezogen, daß die Klemmplatte 13 auf der Höhe der Ringschlitzdüse 3 zu stehen kommt Mit dem aus dieser Ringschlitzdüse 3 austretenden Hohlprofil 5 wird die Innenkühleinrichtung ebenfalls in Extrusionsrichtung so lange hinausgeschoben, bis das Dichtelement 19 mit der Innenwand des Hohlprofils 5 in Berührung gelangt. Dadurch gleitet die Innenwand über die konische Fläche des Dichtelementes 19. Aus diesem Grunde muß die Dichtfläche vollkommen poren- und riefenfrei sein. Sodann wird die Innenkühleinrichtung noch ein Stück weitergeschoben, so daß das Dichtelement 19 das Hohlprofil 5 ein wenig aufweitet. Dadurch werden eventuell auftretende Dickenschwankungen des Hohlprofils 5 aufgefangen. Durch das Spreizen des Dichtelementes 16 mit Hilfe des Handrades 25 wird das andere Ende des Innenkühlabschnitts 8 abgedichtet. Sodann wird durch Stauchen des Drosselelementes 17 die Drosselwirkung eingestellt.

Das Kühlmittel — üblicherweise Wasser — wird bei Verwendung eines offenen Kühlkreislaufes unter Zwischenschaltung eines Handventils 27 und eines Manometers 28 aus dem Wasserleitungsnetz in die Kühlmittelzufuhrleitung 6 geleitet. Aus dieser tritt es durch die radialen Bohrungen im Bereich des Dichtelementes 16 aus. Die wendeiförmigen Leitelemente 29 unterstützen die Strömung des Kühlmittels derart, daß sichergestellt ist, daß das Hohlprofil 5 auf seiner gesamten Innenfläche gekühlt wird. Sodann gelangt das Kühlmittel zu dem Drosselelement 17, an dem eine Geschwindigkeitserhöhung und damit eine Druckabsenkung entsteht. Diese Druckabsenkung muß so groß sein, daß ein Unterdruck entsteht. Dadurch wird — unterstützt durch die an der Kühlmittelabfuhrleitung 7 angeordnete (bei oifenem Kreislauf) Falleitung 22 — der Unterdruck sowohl zwischen dem Drosselelement 17 und dem Dichtelement 19 als auch in der Kühlmittelabfuhrleitung 7 aufrechterhalten. Auf diese Art wird erreicht, daß das noch plastische Hohlprofil 5 auf das Dichtelement 19 gesaugt wird, wodurch sowohl der lnnenkühlabschnitt 8 wasserdicht verschlossen wird, als auch das Herunterziehen des Hohlprofiles 5 auf den erforderlichen Durchmesser wesentlich unterstützt wird. Durch die Ummantelung des kalten Kühlwassers durch das erwärmte im Umlenkkopf 2 wird ein Schutz gegen das Aufheizen des kalten Kühlwassers durch die Schmelze erreicht.

In F i g. 2 ist eine andere Möglichkeit dargestellt, das vordere Dichtelement auszubilden. Auf dem Gewinde 11 der Führungsstange 9 ist eine Buchse 30 aufgeschraubt. Mit Hilfe der Buchse 30 und des Zylinders 31, der an der Buchse 30 befestigt ist, wird die Dichtung 32 gehalten. Die Dichtung 32 ist als Hohlzylinder ausgebildet. Die Höhe des Hohlzylinders ist derart bemessen, daß die Austrittsöffnung des Kühlmittels aus der Kühlmittelzufuhrleitung 6 innerhalb des Hohlzylin-

r.

ders liegen. Dadurch wird erreicht, daß die Dichtung 32 aufgrund des Überdruckes des Kühlmittels aufgeweitet wird, so daß sie das vordere Ende des Innenkühlabschnittes 8 abdichten kann.

Um diese Dichtwirkung einstellen zu können, ist innerhalb des Dichtelementes 32 kurz vor dessen freier Stirnseite der Ring 33 auf der Kühlmittelzufuhrleitung 6 angeordnet. Durch Verdrehen der Führungsstange 9 mit Hilfe des Handrades 26 ist eine Einstellung des axialen Abstandes zwischen dem Ring 33 und der freien Stirnseite der Dichtung 32 möglich. Somit ist an dem Ring 33 eine Drosselstelle entstanden, wodurch der Druck des Kühlmittels in der Dichtung 32 eingestellt werden kann und damit auch der Druck, mit dem die Dichtung 32 an dem Hohlprofil 5 anliegt. Ebenfalls läßt sich durch diese zusätzliche Drosselstelle der Druck in dem lnnenkühlabschnitt 8 beeinflussen.

In F i g. 3 ist eine andere Möglichkeit der Abdichtung des Innenkühlabschnittes 8 aufgezeigt. Dabei werden die Dichtelemente 16', 19' allein durch die Druckunterschiede im lnnenkühlabschnitt 8 eingestellt. Hierbei wird eine Gleichstromkühlung verwendet. Dadurch ist notwendig geworden, im Gegensatz zu Fig. 1 und 2, daß das Kühlmittel nunmehr durch die Kühlmittelleitung T in den lnnenkühlabschnitt 8 einströmt und durch die Kühlmittelleitung 6' wieder herausgeführt wird. Gleichzeitig ist es erforderlich, das Drosselelement 17' innerhalb des Kühlabschnittes 8 weiter in Extrusionsrichtung zu verschieben, da es wesentlich ist, daß das Drosselelement 17' immer vor den Kühlmittelauslaßöffnungen angeordnet ist. Das Drosselelement 17' wird durch die auf der Kühlmittelabfuhrleitung 6' aufgeschraubte Buchse 39 und einer auf dieser Buchse 39 aufgeschraubten Ringscheibe 40 eingestellt. Der lnnenkühlabschnitt 8 wird durch die Dichtelementc 19' und 16' abgedichtet. Das Dichtelement 19' ist auf der Kühlmittelzufuhrleitung 7 angeordnet und wird durch den Überdruck des einströmenden Kühlmittels aufgeweitet. Dadurch legt es sich formschlüssig an das Hohlprofil 5 an. Das zweite Dichtelement 16' befindet sich auf der Kühlmittelabfuhrleitung 6' und wird durch den hinter dem Drosselelement 17' und in der Kühlmittelabfuhrleitung 6' herrschenden Unterdruck aufgeweitet und legt sich ebenfalls formschlüssig an die Innenwand des Hohlprofiles 5 an.

Diese Anordnung ist konstruktiv wesentlich einfacher ausgeführt als die in Fig. 1 und 2 beschriebene. Sie eignet sich — wegen des nur im ausgebauten Zustand einstellbaren Drosselelementes 17' — insbesondere zum Einsatz bei Anlagen, auf denen Serienteile hergestellt werden. Sie besitzt gegenüber den in F i g. 1 und 2 gezeigten Anordnungen weiterhin den Vorteil, daß sich die Dichtelemente 16', 19' selbsttätig an die Innenwand des Hohlprofiles 5 anlegen. Die Dichtwirkung regelt sich dabei ebenfalls selbsttätig auf einen optimalen Wert ein. Das Anfahren der Anlage geschieht ähnlich wie in Fig. 1 beschrieben, nur daß die lnnenkühleinrichtung so weit in Extrusionsrichtung geschoben wird, bis die Dichtung 19' auf der Höhe der ersten Kalibrierdüse in der Außenkalibrier- und -kühleinrichtung 4 angelangt ist. Die hier für ein Hohlprofil 5 mit glatter Oberfläche angeführten Beispiele lassen sich selbstverständlich auch auf profilierte Hohlprofile übertragen.

In Fig.4 ist eine schematische Darstellung eines geschlossenen Kühlkreislaufes angegeben. Hierbei wird der Unterdruck in der Kühlmittelabfuhrleitung 7 (F i g. 1 und 2) nicht durch eine Falleitung, sondern durch die Saugeinrichtung 34, beispielsweise eine Wasserstrahlpumpe, erzeugt. Diese Saugeinrichtung 34 wird aus einem Vorratsbehälter 35 versorgt, in den sie unter Zwischenschaltung von Temperaturwächtern 37 das erwärmte Kühlmittel fördert. Die Temperaturwächtcr 37 besitzen dabei die Aufgabe, je nach Kühlmitteltemperatur die Kühleinrichtung 38 in den Kühlmittelrücklauf einzuschalten. Die Fördereinrichtung 36 fördert das Kühlmittel aus dem Vorratsbehälter 35 unter Zwischenschaltung des Manometers 28 in die Kühlmittelzufuhrleitung 6.

Hierzu 2 niatl Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Flüssigkeits-lnnenkühlung von stranggepreßten Rohren oder Schläuchen aus thermoplastischem Kunststoff mit Außenkalibrierung und -kühlung, bestehend aus einem an seinen Enden jeweils mit einem Dichtelement begrenzten Innenkühlabschnitt, bei dem die Kühlmittelleitungen den Dorn der Extruderdüse axial durchsetzen und koaxial zueinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Dichtelementen (19, 16 bzw. 32 bzw. 19' und 16') des Kühlabschnittes (8) ein Drosselelement (17 bzw. 17') derart angeordnet ist, daß durcn die Druckabsenkung des Kühlmittels nach der Drosselstelle (17 bzw. 17') das extrudierte Hohlprofil (5) mit dem dem Drosselelement (17 bzw. 17') benachbarten Dichtelement (19 bzw. 16') abgedichtet wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- to zeichnet, daß das Drosselelement (17 bzw. 17') aus verformbarem Material besteht und daß der Durchmesser von außen einstellbar ist.