DE2506517C3 - Vorrichtung zur Flüssigkeits-Innenkühlung von stranggepreßten Rohren oder Schläuchen - 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 as sich au günstig erwiesen, frisch extrudierte Hohlprofiüe beil·! Kalibriervorgang nicht nur von außen zu kühlen, sondern gl- ichzeitig 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. S c h e η kel, Kunststoff-Extrudertechnik, Carl Hanser Verlag 1963).

In der DE-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 Merkmale 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 Kureschlußströmung 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 Druckunterschiede 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 KUhlabschnitt 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 allen Gegebenheiten optimal anpassen; andererseits kann dadurch die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels innerhalb des innenkühlabschnittes 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 is näher erläutert

Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Flüssigkeits-Innenkühlung

Fig.2 einen vergrößerten Ausschnitt aus der in F i g. 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 Kühlmittelkreislaufes.

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 Fnde der Kühlmittelabfuhrleitung 7 angeordnet sind.

Die vordere Dichtung besteht aus der Klemmplatte 13, dem Stützteilet 14, dem Dichtelement 16 und dem SS 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 der Außenkalibriereinrichtung 4 bestimmt In der Nähe des Dichtelementes 19 ist des 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 Hcihlprofil 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 Dichtelement..-■; 19. Aus diesem Grunde muß die Dichtfläche voiikomrr.in 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 26 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 offenem 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 £ wasserdicht verschlossen wird, a's at-vh 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 3G 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 Kühlmittelzufuhrleiturig 6 innerhalb des Hohlzylin-

ders liegen. Dadurch wird erreicht, daB 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 _t0 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 Innenkühlabschnitt 8 beeinflussen.

In F i g. 3 ist eine andere Möglichkeit der Abdichtung UCi iiiiicnnuiiia^CiiiMttcs ο sutgczcigt. L/scc: werden die Dichtelemente 16', 19' allein durch die Druckunter- _J0 schiede im Innenkühlabschnitt 8 eingestellt. Hierbei wird eine Gleichstromkühlung verwendet. Dadurch ist notwendig geworden, im Gegensatz zu F i g. 1 und 2, daß das Kühlmittel nunmehr durch die Kühlmittelleitung T in den Innenkühlabschnitt 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 Innenkühlabschnitt 8 wird durch die Dichtelemente 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 Dichtclement 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 F i g. 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 F i g. 1 beschrieben, nur daß die Innenkühleinrichtung so weit in Extrusionsrichtung geschoben wird, bis die Dichtung 1**' 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) n< ht 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 Temperaturwächter 37 besitzen dabei die Aufgabe, je nach Kühlmitteltem peratur die Kühleinrichtung 38 in den Kühlmittelrück lauf einzuschalten. Die Fördereinrichtung 36 fördert da· Kühlmittel aus dem Vorratsbehälter 35 unter Zwischenschaltung des Manometers 28 in die Kühlmittelzufuhr leitung 6.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Flüssigkeits-lnnenkühlung von stranggepreßten Rohren oder Schläuchen aus s 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 durch 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. Vorricbi'jng nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselelement (17 bzw. 17') aus verformbarem Material besteht und daß der Durchmesser von außen einstellbar ist