DE2553574A1

DE2553574A1 - Verfahren zur herstellung von waermeaustauschern aus kunststoff

Info

Publication number: DE2553574A1
Application number: DE19752553574
Authority: DE
Inventors: Heinz Dr Vetter
Original assignee: Roehm GmbH Darmstadt
Current assignee: Roehm GmbH Darmstadt
Priority date: 1975-11-28
Filing date: 1975-11-28
Publication date: 1977-06-08

Description

Verfahren zur Herstellung von Wärmeaustauschern aus Kunststoff
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Wärmeaustauscherkörpern durch Extrusion aus thermoplastischem Kunststoff.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift 21 40 486 ist es bekannt, Wärmeaustauseherkörper durch Extrusionsblasen herzustellen.
Dabei wird zunächst ein flacher Hohlstrang extrudiert und zwischen die Formhälften eines ,geöffneten Formwerkzeuges geführt. Dieses wird anschließend geschlossen, so daß der Hohlraum des Hohlstranges in jeder Richtung bis auf eine Druckluftzuleitung luftdicht abgeschlossen ist. Durch Erhöhen des Gasdruckes in dem eingeschlossenen Hohlraum wird der Hohlstrang an das Formwerkzeug angedrückt. Nach dem Erkalten des Kunststoffes wird die Form geöffnet und der Wärmeaustauscher entnommen. Er ist beispielsweise so gestaltet, daß er an den beiden Langseiten durchlaufende Sammelkanäle aufweist, die durch rechtwinklig dazu verlaufende Zwischenkanäle verbunden sind. Die Zwischenkanäle sind durch verschweißte Zonen voneinander getrennt.
Das Verfahren hat den Nachteil, daß jedes Formwerkzeug nur die Herstellung von Wärmeaustauscherkörpern einer bestimmten Länge gestattet.
Aus der deutschen Patentschrift 934 195 sind ähnlich gestaltete Wärmeaustauscher bekannt, die aus zwei vorgeformten Hälften mit Nuten in Längs- und Querrichtung hergestellt werden.
Die beiden Formteilhälften können kontinuierlich in beliebiger Länge hergestellt werden. Nach dem Zusammenfügen durch Verschweißen oder Verlöten bilden die Nuten die Sammel- und Verbindungskanäle. Der Nachteil dieses Verfahrens liegt darin, daß zwei getrennte Arbeitsgänge zur Herstellung des Wärmeaustauscherkörpers notwendig sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, Wärmeaustauscher aus Kunststoff in jeder beliebigen Länge durch Extrusionsblasen in einem Arbeitsgang herzustellen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, indem man kontinuierlich einen Hohlstrang extrudiert, in dessen Innenraum ein zum Hohlblasen ausreichender Gasdruck dauernd aufrechterhalten wird, und den Hohlstrang oberhalb seiner Erweichungstemperatur zwischen wenigstens zwei endlose umlaufende Formwerkzeuge leitet, die mit dem Strang mit gleicher Geschwindigkeit mitlaufen und in denen der Hohlstrang unter seine Erweichungstemperatur abgekühlt wird, und die Formwerkzeuge von dem umgeformten Hohlstrang abnimmt. Die Erfindung wird durch die Figuren 1 bis 6 näher erläutert.
F i g u r 1 stellt eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung dar, bei der der Hohlstrang (1) zwischen zwei walzenförmige Formwerkzeuge (2) und (3) geleitet wird.
F i g u r 2 stellt eine andere Vorrichtung dar, bei der zwei umlaufende Ketten (4) und (5) die Formwerkzeuge bilden.
F i g u r e n 3 und 4 stellen #uer- bzw. Längsschnitte durch die erfindungsgemäß hergestellten Wärmeaustauscherkörper dar.
F i g u r e n 5 und 6 zeigen Querschnitte durch weitere Ausgestaltungsformen der erfindungsgemäß herstellbaren Wärmeaustauscher Der Hohlstrang (1) tritt aus der Extrusionsdüse (6) im thermoplastischen Zustand aus. Im Hohlraum (7) wird über die Leitung (8) ein Gasdruck aufrechterhalten, der zur'Aufblähung des Hohlstranges ausreicht. Unmittelbar hinter den Austrittslippen (9) und (10) der Extrusionsdüse (6) legt sich der Hohlstrang an die Formwerkzeuge (2, 3) an. Die Formwerkzeuge laufen in Extrusionsrichtung, die durch Pfeile angedeutet ist, mit dem extrudierten Strang mit, wobei der Strang unter die Erweichungstemperatur abgekühlt wird. Nach dem Abheben der Formwerkzeure läuft der geformte Hohlstrang zu einer Trennvorrichtung (11) in der durch beheizte Schweißbacken (12, 13) der Strang nach jeder beliebigen Länge zugeschweißt und abgetrennt werden kann.
Die Trennvorrichtung (11) wird zweckmäßig in Extrusionsrichtung fahrbar angeordnet, so daß sie sich während des Scbweiß- und Trennvorgangs mit dem Strang mitbewegen kann. Das umlaufende Werkzeug kann aber auch eine oder mehrere Schweißstellen enthalten, an denen der Strang über die ganze Breite verschlossen wird. Man erhält dann zwar Wärmeaustauscher einer bestimmten Länge, jedoch ist diese so groß, daß sie zu praktisch jeder gewünschten Länge zerlegt werden kann.
Die Ausbildung der Formwerkzeuge als Walzen (2, 3) ist konstruktiv besonders einfach. In die Walzenoberfläche sind Längsnuten (die in der Schnittfigur 1 nicht dargestellt sind) und Quernuten (14) eingeschnitten, in denen die Längs- und Querkanäle des Wärmeaustauschers gebildet werden. Die Walzen werden zweckmäßig auf eine Temperatur unterhalb der Einfriertemperatur des verarbeiteten Kunststoffes temperiert, damit der geformte Hohlstrang nach dem Durchtritt durch den Walzenspalt (15) unter die Erweichungstemperatur abgekühlt ist und sich nicht weiter ausdehnt.
Wenn die Formwerkzeuge aus zwei Ketten (4, 5) bestehen, bleibt der Hohlstrang wesentlich länger mit dem Werkzeug in Berührung und kann langsamer und gleichmäßiger abgekühlt werden.
Das Formwerkzeug braucht nicht unbedingt eine genaue Negativform für den herzustellenden Wärmeaustauscher zu bilden. Wenn man den Hohlstrang nach dem Austritt aus der Extrusionsdüse (6) durch eine Kalibrierbüchse (16) führt, wo ~ )vom thermoplastischen zum thermoelastischen Zustand abgekühlt wird, kann er anschließend an Formwerkzeugen (4, 5) umgeformt werden, die nur aus den in gleichmäßigen Abständen angeordneten Formteilen (17) bestehen, zwischen denen sich der Strang frei aufwölben kann. Eine entsprechende Gestaltung ist auch mit einem walzenartig aufgebauten Werkzeug möglich.
Grundsätzlich ist es möglich, wenn auch wegen des größeren Aufwandes im allgemeinen nicht vorteilhaft, den Hohlstrang durch mehr als zwei, beispielsweise vier, mitlaufende Werkzeuge zu umschließen. Weiterhin ist es möglich, das eine Werkzeug walzenförmig und das Gegenwerkzeug in Form einer Kette auszubilden, die dem Walzenumfang beispielsweise über ein Viertel seiner Länge folgt.
Bei der besonders zweckmäßigen Gestaltung der Wärmeaustauscher gemäß den Figuren 3 und 4 sind zwischen den Sammelkanälen (18) und (19) Verbindungskanäle (20) angeordnet, zwischen denen geschlossene Zonen (21) liegen. Diese Zonen (21) entstehen dadurch, daß sich die entsprechenden Formelemente (22, 25) bis auf einen Abstand nähern, dar weniger als das Doppelte der Wandungsstärke des Hohlstranges beträgt. Für die Steifigkeit des fertigen Wärmeaustauschers ist es von Vorteil, wenn die einander berührenden Wandungen des Hohl-+) seine Außenwand stranges in den Zonen (21) miteinander verschweißt sind.
Diese Verschweißung tritt ein, wenn sich wenigstens die Innenseite der Hohlstranfflwandunj; im Augenblick der Zusammenführung noch im thermoplastischen Zustand befindet. Gewünschtenfalls können die Werkzeugteile (22, 23) auch so geformt sein, daß ein Teil der verschweißten Zonen (21) ausgestanzt wird, so daß der fertige Wärmeaustauscher an diesen Stellen durchbrocnen ist. Die geschlossenen Zonen (21) können an einer Seite bis zum Rand des Hohlkörpers durchlaufen, so daß einer der Sammelkanäle (18) oder (19) an dieser Stelle geschlossen ist. Durch eine solche Gestaltunls kann die Strömung in dem Medium, das den Wärmeaustauscher beim Gebrauch durchfließt, umgelenkt werden. Die geschlossenen Zonen (21) können auch miteinander verzahnt sein, um dem strömenden Medium einen mäandrierenden Lauf zu geben. Beispiele für derartige Gestaltungen sind in den Figuren 5 und 6 dargestellt.
Die Wahl des thermoplastischen Kunststoffes, sowie die Dicke der Hohlstrangwandung richten sich nach den Erfordernissen des Anwendungsfalles. Es können alle Kunststoffe verwendet werden, die sich durch Extrusionsblasen verarbeiten#ssen, beispielsweise Polymethylmethacrylat, Polycarbonat, schagfestes Polystyrol, Hart-PVG,+1Polypropylen usw. Die Wandstärke des extrudierten Hohlstranges kann beispielsweise zwischen 0,1 und 3 mm liegen und sinkt bei dem Hohlblasvorgang beispielsweise um etwa 25 X ab.
Wenn man die Trennvorrichtung (11) verwendet, erhält man vollständig geschlossene Wärmeaustauscherkörper. Um Zu-und Ableitungsanschlüsse anbringen zu können, wird ein randständiges Element abgeschnitten, wodurch die Sammel-+) Polyäthylen kanäle (18) und (19) freigelegt werden. Jeglicher Materialverlust wird vermieden, wenn man jeweils nach Abschnitten vom Doppelten der gewünschten Endlänge trennt und die erhaltenen Stücke in der Mittel teilt.
Die erhaltenen Wärmeaustauscherkörper sind für die verschiedensten Heiz- und Kühlzwecke geeignet, sofern sie unterhalb der Erweichungstemperatur des verwendeten Kunststoffes benutzt werden. Typische Anwendungsfälle sind Raumheizungen, Klimaanlagen, Wasserkühler oder Sonnenwärmekollektoren.
Sofern ein W-Li cht-durchlässiger Kunststoff verwendet wird, kann man durch die erfindungsgemäß hergestellten Formkörper Milch oder andere zu entkeimende Flüssigkeiten leiten und den Formkörper dabei mit einer UV-Lampe bestrahlen. Die Verwendung der erfindungsgemäß hergestellten Formkörper als Wärmeaustauscher ist daher kein unerläßliches Wesensmerkmal der vorliegenden Erfindung.
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Claims

Patentansprüche 1. erfahren zur Herstellung von Wärmeaustauschern aus Kunststoff durch Extrusionsblasen, dadurch gekennzeichnet, daß man kontinuierlich einen Hohlstran.r extrudiert, in dessen Innenraum ein zum Hohlblasen ausreichender Gasdruck dauernd aufrechterhalten wird, und den Hohlstran, oberhalb seiner Erweichungstemperatur zwischen wenigstens zwei endlose, umlaufende Formwerkzeu,e leitet, die mit dem Strang mit gleicher Geschwindigkeit mitlaufen und in denen der Hohlstrang unter seine Erweichungstemperatur abgekühlt wird, und daß man die Formwerkzeuge von dem umgeformten Hohlstrang abnimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenüberliegenden Wandungen des Hohlstranges an bestimmten Stellen durch die Formwerkzeuge bis zur Berührung zusammengeführt und im thermoplastischen Zustand verschweißt werden.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Formwerkzeuge so gestaltet sind, daß kontinuierlich ein Wärmeaustauschkörper mit zwei Sammelkanälen und dazwischen angeordneten Verbindungskanälen gebildet wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der geformte Hohlstrang in beliebigen Abständen durch beheizte Schweißbacken zugeschweißt und an der Schweißstelle abgetrennt wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen l bis ), dadurch gekennzeichnet, daß das Formwerkzeug eine oder mehrere durchgehende Schweißstellen enthält, an denen der Hohlstrang in der ganzen Breite verschlossen wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung. des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5, bestehend aus einer Hohlstrangextrusionsdüse (6) und wenigstens zwei walzenförmigen, den Hohlstrang umschließenden Formwerkzeugen (2, 5).

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5, bestehend aus einer Hohlstrangextrusionsdüse (6) und wenigstens zwei als endlose Ketten ausgebildeten, den Hohlstrang umschließenden Formwerkzeugketten (4, 5).

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich die einander gegenüberliegenden Werkzeuge stellenweise auf einen Abstand (15) von weniger als dem Doppelten der Wandungsstärke des Hohlstranges nähern.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Formwe#kzeuge temperierbar sind.