DE3241005C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung von Hohl­ profilen, insbesondere Rohren oder Schläuchen aus thermo­ plastischem Kunststoff, während des Extrudierens, bei wel­ chem das Hohlprofil nach dem Austritt aus dem Extruderkopf einerseits von außen durch die Kalibrierhülse und daran an­ schließend durch Sprühwasser gekühlt sowie andererseits von innen auf einen durch den Extruderkopf und ein Stopfensystem begrenzten Längenbereich mit Kühlwasser beaufschlagt wird.

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Aus­ übung dieses Kühlverfahrens, bei welcher zur Außenkühlung die Kalibrierhülse und ein daran anschließendes Wassersprüh­ bad vorgesehen ist, während zur Innenkühlung ein durch den Extruderkopf und ein damit verbundenes Stopfensystem begrenz­ ter Längenbereich des Hohlprofils mit Wasser beaufschlagbar ist.

Es ist bereits bekannt, aus thermoplastischem Kunststoff be­ stehende Hohlprofile, insbesondere Rohre oder Schläuche wäh­ rend des Extrudierens nach der eingangs erwähnten Verfahrens­ art gleichzeitig von außen und innen zu kühlen, wie das bspw. der DE-OS 17 04 972 und der DE-AS 25 06 517 entnommen werden kann.

Obwohl durch diese auf gleichzeitiger Außen- und Innenkühlung beruhenden Kühlverfahren die Qualität der aus thermoplastischem Kunststoff gefertigen Hohlprofile, insbesondere Rohre oder Schläuche verbessert werden konnte, sind noch verschiedene Unzulänglichkeiten gegeben. So hat es sich als nachteilig erwiesen, daß für eine ausreichende Innenkühlung relativ große Wassermengen durch den für den Kühlvorgang begrenzten Längenbereich der Hohlprofile hindurchgeführt werden müssen und daß dabei besonders die Abdichtung dieses Längenbereiches erhebliche Probleme aufwirft.

Ein weiterer Nachteil besteht vor allem darin, daß die bekannten Kühlverfahren mit einer verhältnismäßig steilen Abkühlungs­ kurve arbeiten, womit die Gefahr besteht, daß unerwünschte innere Spannungen in den Wandungen der Hohlprofile auftreten und damit eine Qualitätsbeeinträchtigung derselben nach sich ziehen. Dies wird insbesondere durch die DE-OS 30 33 054 deutlich, die ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kühlen von ex­ trudierten Kunststoff-Hohlprofilen beschreibt, wobei zur Innenkühlung der Hohlprofile kein Wasser, sondern unter­ kühlter flüssiger Stickstoff benutzt wird, der am Austritt des Extruders zerstäubt wird, um seine Verdampfungsgeschwindig­ keit und Kühlwirkung zu erhöhen. Hierbei beginnt der Kühlvorgang mit einem starken Temperaturgefälle zwischen dem versprühten flüssigen Stickstoff und dem gerade erzeugten Extrudat, so daß sich eine außerordentlich steile Abkühlungskurve einstellt und damit auch die Gefahr vergrößert wird, daß unerwünschte innere Spannungen in den Hohlprofilwandungen auftreten, die eine beträchtliche Qualitätsminderung zur Folge haben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kühlverfahren der gattungsgemäßen Art aufzufinden sowie eine Vorrichtung zur Ausübung desselben zu schaffen, welches bzw. welche nur geringe Kühlwassermengen erfordert und trotzdem ein Arbeiten mit flacher Abkühlungskurve ermöglicht.

Die Aufgabe wird in verfahrenstechnischer Hinsicht erfindungs­ gemäß durch die im Kennzeichen des ersten Patentanspruchs an­ gegebenen Merkmale gelöst. Dabei ergibt sich der wesentliche Vorteil, daß zunächst auf einem kurzen, nämlich im wesentlichen auf die Länge der Kalibrierhülse beschränkten Längenbereich des extrudierten Hohlprofils eine starke Kühlung stattfindet, weil dort Profilwandungen die zur Verdampfung des Sprüh­ wassers notwendige Wärme entzogen wird und dabei die innere Haut des Hohlprofils von der jeweiligen Extrusionstemperatur (180 bis 230°C) kurzfristig auf 100 bis max. 110°C abgesenkt und damit formstabil gemacht wird. In dem anschließenden, sich über eine Strecke von etwa 20 bis 40 m erstreckenden Längen­ bereich des Hohlprofils findet dann eine ganz allmähliche, weitere Temperaturabsenkung im Werkstoff seiner Wandungen statt, weil dort, wo diese eine Temperatur von etwa 100°C unterschreiten, das verdampfte Wasser kondensiert und dabei seine Kondensationswärme an die Innenwand des Hohlprofils abgibt.

Bewährt hat sich nach der Erfindung auch die im Anspruch 2 angegebene Verfahrensmaßnahme, weil hierdurch der für die Kalibrierung der Hohlprofile notwendige Innendruck nicht allein von dem durch die Verdampfung des Wassers entstehenden Druck abhängig ist, sondern durch die Druckluft sicher in einer Größenordnung von etwa 0,3 bis 0,8 bar gehalten werden kann.

Durch die im Anspruch 3 angegebenen Verfahrensmaßnahmen wird auf einfache Art und Weise und ohne wesentliche Dichtungspro­ bleme die Abfuhr des Kühlwassers aus dem begrenzten Längenbe­ reich des Hohlprofils sichergestellt. Wichtig sind dabei auch die Verfahrensmaßnahmen nach Anspruch 4, weil mit ihrer Hilfe der für die Kalibrierung des Hohlprofils notwendige innere Stützdruck sicher aufrechterhalten werden kann.

Eine Vorrichtung zur Ausübung des Kühlverfahrens, bei welcher zur Außenkühlung der Kalibrierhülse und ein daran anschließen­ des Wassersprühbad vorgesehen sind, während zur Innenkühlung ein durch den Extruderkopf und ein damit verbundenes Stopfen­ system begrenzter Längenbereich des Hohlprofils mit Wasser beaufschlagbar ist, zeichnet sich erfindungsgemäß hauptsäch­ lich durch die Kennzeichnungsmerkmale des Anspruchs 5 aus. Diese Maßnahmen stellen mit geringem technischen Aufwand eine Gleichstromkühlung der Hohlprofile sicher und tragen dazu bei, daß mit einer flachen Abkühlkurve gearbeitet werden kann.

Zur Optimierung des Kühlvorgangs erweisen sich aber auch die Vorrichtungsmerkmale nach den Ansprüchen 6 bis 9 als wichtig.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlich er­ läutert.

Dem Extruderkopf 1 einer ansonsten nicht dargestellten Schneckenstrangpresse ist zur Außenkalibrierung und -kühlung des aus ihm in Strangform austretenden Hohlpro­ fils 2 aus thermoplastischem Kunststoff, bspw. in Form eines Schlauches oder Rohres, in üblicher Weise eine Kalibrierhülse 3 nachgeordnet, deren Hohl­ raum intensiv von einem Kühlmittel durchströmt wird. Durch die intensiv gekühlte Kalibrierhülse 3 wird die äußere Haut des Hohlprofils 2 stark abgekühlt und damit formstabilisiert.

Das fortwährend aus der Kalibrierhülse 3 austretende Hohl­ profil 2 wird anschließend über einen größeren Strecken­ abschnitt außenseitig weiter gekühlt, indem es nämlich ein Wassersprühbad durchläuft.

Aus der Zeichnung ist ferner ersichtlich, daß der Extruder­ kopf 1 am freien Ende seines Dorns 1′ einen Sprühkopf 4 trägt, der einerseits über eine Leitung 5 mit Wasser und andererseits über eine Leitung 6 mit Druckluft versorgt werden kann. Der Sprühkopf 4 ragt dabei koaxial in die Kalibrierhülse 3 hinein und ist vorzugsweise mit einer Vielzahl von Sprühdüsen 7 ver­ sehen, von denen in der Zeichnung - der Einfachheit halber - nur eine dargestellt ist.

In beträchtlichem Abstand vom Sprühkopf 4 wird innerhalb des Hohlprofils 2 ein Stopfensystem 8, nämlich ein sogenannter Schleppstopfen verankert, der über ein längenveränder­ liches Zugmittel 9, bspw. ein Seil oder eine Kette am Dorn 1′ des Extruderkopfes 1 verankert ist. Bei Beginn jedes Extru­ sionsvorgangs wird das Stopfensystem 8 mit Hilfe des Hohl­ profils 2 selbst, und zwar entsprechend dem Extrusionsfort­ schritt desselben vom Extrusionskopf 1 und/oder vom Sprüh­ kopf 4 wegtransportiert, bis der Transportweg durch das Zugmittel 9 begrenzt wird. Sodann bewegt sich das Hohlpro­ fil 2 auch relativ zum Stopfensystem 8.

Mit Hilfe des Sprühkopfes 4 und dessen Sprühdüsen 7 wird vom Beginn jedes Extrusionsvorgangs an Wasser, bspw. mit einem Druck zwischen 2,5 und 4 bar und Druckluft, z. B. mit einem Druck zwischen 4,5 und 6 bar in das Innere des Hohl­ profils 2 gefördert, und zwar in solcher Menge, daß das Was­ ser mittels der Druckluft über die Sprühdüsen 7 in feinster Verteilung in das Innere des Hohlprofils 2, und zwar auf des­ sen innere Wandungsflächen gelangt, die eine Extrusionstem­ peratur zwischen 180°C und 230°C aufweisen.

Während die zusammen mit dem Wasser aus dem Sprühkopf 4 aus­ getretene Druckluft als Stützluft für die einwandfreie Kali­ brierung des Hohlprofils 2 durch die Kalibrierhülse 3 wirksam ist, wird das Wasser bedingt durch die hohe Oberflächentem­ peratur des Hohlprofils 2 verdampft. Es entzieht dabei den Wandungsinnenflächen des Hohlprofils 2 schon in der näheren Umgebung der Kalibrierhülse 3 in kürzester Zeit soviel Wärme, daß dort auch schon die inneren Wandungsflächen des Hohlpro­ fils 2 formstabil werden. Das ist der Fall, sobald die Tem­ peratur der inneren Oberflächen des Hohlprofils 2 auf etwa 100 bis 110°C abgekühlt ist. Mit Hilfe einer dem Sprühkopf 4 zugeordneten Druckregeleinrichtung wird der Innendruck im Hohlprofil 2 auf dem einerseits durch den Extruderkopf 1 und andererseits durch das Stopfensystem 8 begrenzten Längenbe­ reich so eingestellt, daß er entsprechend dem Dampfdruck und dem Stützluftdruck in einer Größenordnung von etwa 0,3 bis 0,8 bar liegt.

Da das aus der Kalibrierhülse 3 austretende Hohlprofil 2 außenseitig der Einwirkung eines Wassersprühbades ausgesetzt ist, sinkt die Wandungstemperatur auch an den Wandungsinnen­ flächen in einem gewissen Abstand hinter der Kalibrierhülse 3 auf eine Temperatur von 100°C und weniger. Sobald diese Tempe­ ratur unterschritten ist, kondensiert der Dampf des zuvor ver­ sprühten Wassers wieder an der inneren Oberfläche des Hohl­ profils 2 und gibt damit die Kondensationswärme an diese ab. Hieraus resultiert dann eine weitere, und zwar ganz allmähliche Abkühlung des Hohlprofils 2 auch von dessen Innenseite her. Es ergibt sich also eine sehr flache Abkühlungskurve, d. h. es werden nicht nur thermische Schädigungen des Hohlprofils 2 ausgeschlossen, sondern auch innere Spannungen in dessen Wan­ dungen verhindert, zumindest aber reduziert. Insgesamt läßt sich damit die Qualität der extrudierten Hohlprofile 2 be­ trächtlich verbessern.

Damit das im Verlauf des inneren Kühlvorgangs wieder konden­ sierte Wasser problemlos aus dem Inneren des Hohlprofils 2 abgeführt und nicht in größerer Menge bis in die Verdampfungs­ zone zurückfließen kann, ist es wichtig, daß das Hohlprofil 2 in vom Extruderkopf 1 weg leicht geneigter Lage gehalten, und zwar insbesondere durch die Stütz- und Abzugsrollen 10 transportiert wird. Dabei hat es sich bewährt, wenn diese Neigungslage im Anschluß an die Kalibrierhülse 3 über einen Längenabschnitt von etwa 6 m bei einem Verhältnis von 1 : 200 liegt, während der anschlie­ ßende Längenbereich des Hohlprofils 2 bis zum Stopfensystem 8 hin ein Neigungsverhältnis von 1 : 100 hat. Die Wasserabfuhr erfolgt dann über am Stopfensystem 8 angeodnete Absaugrohre 11, die über eine Rückleitung 12 mit dem Extruderkopf 1 sowie einer daran angeschlossenen, mit der Druckregeleinrichtung zusammenarbeitenden Kühlwasserabsaugeinrichtung in Verbindung stehen.

Der Aufbau der Druckregeleinrichtung und der damit zusammen­ arbeitenden Wasserabsaugvorrichtung ist in der Zeichnung rein schematisch angedeutet. Dabei ist ersichtlich, daß die Druck­ regeleinrichtung für die Druckluft durch den Dorn 1′ des Ex­ truderkopfes 1 einerseits mit dem Sprühkopf 4 in Verbindung steht, während sie andererseits über die Leitung 13 unmittel­ bar an den der Kühlung ausgesetzten Innenraum des Hohlprofils 2 angeschlossen ist. Ferner arbeitet die Regeleinrichtung für die Druckluft über eine Leitung 14 noch auf ein Absaugventil 15 der Kühlwasserabsaugeinrichtung, welches über die Leitung 12 mit den Absaugrohren 11 des Stopfensystem 8 verbunden ist sowie über eine Parallelleitung 16 auch eine unmittelbare An­ schlußverbindung zum Innenraum des Hohlprofils 2 im Bereich des Sprühkopfes 4 bzw. des Extruderkopfes 1 hat.

Claims (9)

1. Verfahren zur Kühlung von Hohlprofilen, insbesondere Rohren oder Schläuchen, aus thermoplastischem Kunst­ stoff während des Extrudierens, bei welchem das Hohlpro­ fil nach dem Austritt aus dem Extruderkopf einerseits von außen durch die Kalibrierhülse und daran anschließend durch Sprühwasser gekühlt sowie andererseits von innen auf einem durch den Extruderkopf und ein Stopfensystem begrenzten Längenbereich mit Kühlwasser beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß im Hohlprofil (2) beim Austritt aus dem Extruderkopf (1) das Kühlwasser mittels eines Sprühkopfes (4) mit Sprühdüsen (7) in der Weise versprüht wird,
daß es zumindest in dem dem Extruderkopf (1) benachbarten Bereich der Kalibrierhülse (3) durch die Einwirkung der Temperatur des thermoplastischen Kunststoffs verdampft, während an­ schließend der Dampf an den von außen gekühlten, kälte­ ren Stellen des durch den Extruderkopf (1) und einem Stopfensystem (8) begrenzten Längenbereiches an der Innenseite der Hohlprofilwandungen kondensiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser im Bereich der Kalibrierhülse (3) durch Druckluft (6) versprüht wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlprofil (2) in vom Extruderkopf (1) weg leicht geneigter Lage abgezogen und das kondensierte Kühlwasser am hinteren Ende des begrenzten Innenkühlbereichs nahe dem Stopfensystem (8) abgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlwasserabfuhr durch den von der Druckluft erzeugten Überdruck im Hohlprofil (2) unterstützt und der durch die Kühlwasserabfuhr bedingte Druckabfall im Hohlprofil (2) kompensiert wird.

5. Vorrichtung zur Ausübung des Kühlverfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, bei welcher zur Außenkühlung die Kalibrierhülse (3) und ein daran anschließendes Wassersprühbad vorgesehen sind, während zur Innenkühlung ein durch den Extruderkopf (1) und ein damit verbundenes Stopfensystem (8) begrenzter Längenbereich des Hohl­ profils (2) mit Wasser beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Extruderkopf (1) einen in die Kalibrierhülse (3) hineinragenden, mit Druckluft (6) und Wasser (5) beauf­ schlagbaren Sprühkopf (4) mit Sprühdüsen (7) trägt und für die Kühlwasser­ abfuhr dem Stopfensystem (8), Absaugrohre (11) und Rückleitung (12) zugeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem Sprühkopf (4) und dem Stopfensystem (8) und damit die Länge der Innenkühlstrecke zwischen Extruderkopf (1) und Stopfensystem (8) veränderbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Stopfensystem (8) über Zugmittel (9) und wenigstens eine Kühlwasserrückleitung (12) mit dem Extruderkopf (1) in Verbindung steht.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Extruderkopf (1) Stütz- und Abzugsrollen (10) für das Kunst­ stoffhohlprofil (2) mit vorgegebener Neigungslage gegen die Horizontale nachgeordnet sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen dem Extruderkopf (1) und dem Stopfen­ system (8) begrenzten Innenkühlstrecke eine Druck­ regeleinrichtung zugeordnet ist.