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Kühivorrichtung für aus einem Folienblaskopf extrudierte Kunststoffschlauchfolien
Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für aus einem Folienblaskopf extrudierte
Kunststoffschlauchfolien mit Luftkühlung, bestehend aus im Abstand voneinander in
Extrusionsrichtung hinter der Extrusionsringdüse des Folienblaskopfes im wesentlichen
konzentrisch zur Achse des extrudierten Schlauches angeordneten Kühlringen mit der
Schlauchwandung zugewandten Luftleitflächen, über die aus ringförmigen Düsenspalten
ausgeblasene Kühlluft streicht.
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Bei aus den DE-AS 2() 52 346 ond 22 62 19<> bekannten Kühlvorrichtun
gen d iescr Art bestehen d ie LuFt u i t F ächen im wesentlichen aus zylindrischen
Flächen mit geringer axialer Länge. Diese bekannten Kühlvorrichtungen haben sich
in der Praxis gut bewährt
und aufgrund einer Steigerung der Kühlleistung
eine Leistungssteigerung der Blasfolienherstellungsanlangen ermöglicht. Dennoch
kann bei diesen bekannten Kühlvorrichtungen die Kühlluftnenge pro Zeiteinheit nur
bis zu einem Grenzwert gesteigert werden, bei dessen Überschreiten sich störend
bemerkbar machende Folienvibrationen auftreten, die ein Ausmaß annehmen können,
do die Folie beschädigt wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, zur Steigerung der Leistung von
Blasfolienherstellungsanlagen die bekannte Kühlvorrichtllng derart zu verbessern,
daß trotz eines hohen Kühlluftdurchsatzes und Steigerung der Kühlleistung die Schlauchfolie
beschädigende Vibrationen vermieden und die Vibrationen insgesamt verringert werden.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Luftleitflächen
im Längsschnitt der Kühlringe konvex gekrümmt sind und daß in Strömungsrichtung
der Kühlluft von den Kühlringen die Düsenspalte bildende Ringe derart angeordnet
sind, d;iß die Strömung der aus diesen ausgeblasenen Kühlluft etwa parallel oder
spitzwinkelig zur Laufrichtung der Schlauchfolienwandung ist. Bei der erfindungsgemäßen
Kühlvorrichtung tritt nach der Bernoullt schen Gleichung im Bereich der Kühlring
der Venturirohr-Effekt in der Weise ein, daß durch Ansaugen der Folienwandung die
Schlauchfolie in der mit hoher Geschwindigkeit strömenden Kühlluft stabilisiert
wird. Die Ausnutzung des Venturidiisell-Effekts ist bei Außenkühlvorrichtungen für
aus Folienblasköpfen extrudierte Kunststoffschlauchfolien aus der DE-AS 15 04 607
und den DE-OS 22 56 942 und 22 59 732 an sich bekannt. Bei diesen bekannten Außenkühlvorrichtungen
wird die Kühlliift jedocio jeweils durch ein venturidüsenförmig ausgestaltetes,
die Schlauchfolie einfassendes Mantelrohr geblasen, was keine nennenswerte Steigerung
der Kqihlleistung unter Stabilisierung der Schlauchfolie zuläßt.
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Nach einer erfinderischen Weiterbildung ist vorgesehen, daß die Luftleitflächen
der Kühlringe die Form der Saugseiten von flugzeugtragflächen besitzen und daß die
die Düsenspalte bildenden Ringe vorflügelförmig ausgebildet sind. Die vorflügelförmige
Ausgestaltung des mit dem Kühlring den Düsenspalt bildenden Ringes ermöglicht es,
den tragflächenartig ausgestalteten Luftleitflächen durch den düsenförmigen Spalt
eine energiereichere Strömung zuzühren, wodurch die Saugseitengrenzschicht einen
größeren Druckanstieg ohne Gefahr der Ablösung der Strömung bewältigen kann. Aufgrund
des aus dem Dlisenspalt austretenden Blasluftstroms wird infolge der dadurch entstehenden
Injektorwirkung zusätzliche Kühlluft über den Vorflügel angesaugt.
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Zweckmäßigerweise sind die Riickseiten der LuftleitEl:ichen im Abströmbereich
etwa dem Abströmwirbel entsprechend bogenförmig ausgebildet, so daß sie mit den
Flinterkanten der Luftleitflächen scharfkantige oder abgerundete Ringschneiden bilden.
Die unter Unterdruck befindliche Luft wird bei dieser Ausgestaltung wirbelfrei in
die Strömungsr ichtung umgelenkt untl unterstützt den von den Luftleitflächen abströmenden
Kühlluftstrahl.
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Die KühlluEtringe mit den die ringförmigen Düsenspalte bildende Ringen
können etagenförmig auf der Innenseite der Schlaucbfolie oder auf der Außenseite
der Schlauchfolie oder aber auch auf beiden Seiten angeordnet sein. Werden auf beiden
Seiten der Schlauchfolie Kühlringe vorgesehen, werden diese zweckmäßiger weise in
der Weise versetzt -zueinander ungeordnet, daß sich die Kuhlringe der einen Seite
etwa mittig zwischen den Kühlringen der anderen Seite befinden.
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Die Länge der Kühlringe kann verhältnismäßig gering sein, wobei der
Abstand der Kühlringe jeder Seite voneinander etwa dem Zweibis Dreifachen ihrer
axiaLen Länge entspricht.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
beschrieben worden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der
Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt Fig. 1 einen Längsscbnitt durch eine
Seite eines tragflächenförmigen Kühlrings mit einem vorflügelartig angeordneten,
einen Ringdüsenspalt bildenden Ring, Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Kühlvorrichtung
mit auf der Folieninnen- und -außenseite etagenförmig angeordneten Kühlringen, Fig.
3 eine der Fig. 2 entsprechende Kühlvorrichtung in ausschnittweiser vergrößerter
Darstellung, die aus Gu(?Jringen aufgebaut ist, und Fig. 4 einen Schnitt durch die
Kühlvorrichtung nach Fig. 3 längs der Linie IV - IV.
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Der in Fig. 1 im teilweisen Längsschnitt dargestellte Kühlring 1 weist
auf seiner der Innen- oder Außenwandung der extrudierten Schlauchfolie 2 zugewandten
Seite eine in Form der Saugseite eines Flugzeugflügels konvex gekrümmte Luftleitfläche
3 auf.
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In Strömungsrichtung der Kühiluft vor dem Luftleitring l ist ein vorflügelförmiger
Ring 4 angeordnet, der das vordere Ende des Luftleitrings 1 üherlappt und mit diesem
einen Ringspalt 5 bildet, der in Anströmrichtung der tragflügelförmig ausgebildeten
Luftleitfläche des Kühlrings 1 weist und damit im spitzen Winkel zur Folienwandung
2 steht. Der kühlendc Bereich des Kühlrings 1 mit dem vorflugelartigen Ring 2 ist
durch die stric1A-punktierte Begrenzungslinie 6 kenntlich gemacht und entspricht
im wesentlichen in seiner Ausgestaltung der Oberfläche eines
Flugzeugtragflügels
mit Junkers-Vorflügel.
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Aus dem Spalt 5 zwischen dem vorflüngelförmigen Ring 4 und dem Luftleitring
1 wird der Hauptluftstrom ausgeblasen, wobei dieser aufgrund der durch seine hohe
Geschwindigkeit erzeugten Saugwirkung stabilisierend auf die zu kühlende Schlauciofolie
2 wirkt.
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In Bezug auf die Schlauchfolie 2 weist der Kühlring 1 mit vorflügelförmigem
Ring 4 insgesamt eine ringflügelartige Ausgestaltung auf.
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Durch den Injektoreffekt des Luftstrahls 7 wird einer den vorflügelförmigen
Ring 4 ei Zusatzluftstrom 8 angesaugt, der die Kühlung und Lüftführung unterstützt.
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Nach dem zugrundegelegten Tragflügelprinzip strömt am Ende der Luftleitfläche
3 die Kühlluft von dem Kiihlring 1 mit vernachlässigbarer Turbulenz in Richtung
der Pfeile 9 ah, wobei von der tragflächenförmigen Unterseite die unter Unterdruck
befindliche Luft 10 wirbelfrei in die Strömungsrichtung umgelenkt wird und als Luftstrahl
11 in Richtung 9 der Kühlluft strömt und diese unterstützt. Im Bereich des abströmseitigen
Endes ist die Unterseite 12 des Kühlringes 1 bogenförmig gekrümmt, wobei die bogenförmig
gekrümmte Unterseite 12 mit der abströinseitigen Kante der Luftleitfläche 3 eine
ringschneidenförmige Kante 13 bildet.
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Der vorflügelartige Ring 4 ist flanschförmig auf das rohrförmige Teil
14 aufgesetzt, das in der aus Fig. 1 ersichtlicien Weise in den Kühlring 1 in der
Weise eingeschoben ist, daß zwischen dem inncren Mantel des Kühl rings 1 und dem
äußeren Mantel des Rohrstiicks 14 ein Ringraum gehildet ist. Vor dem vorderen Ende
ist der Kühlring 1 mit einem nach innen gerichteten ringförmigen Bund 15 in der
Weise vcrsehen, daß zwischen dem rohrförmigen Teil 14 und dem Ringbund 15 ein Uberstrümspalt
16 verbleibt.
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An das rohrformige Teil 14 sowie den ringförmigen Bund 15 sind
in
der dargestellten Weise die Kühlluftzuführungsrohre 17, 18 angeschlossen.
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Aus Filze 2 ist die etagenartige Anordnung der Kühlringe ersicotlich,
wobei die Kühlringe der Innenseite versetzt zu den Kühlringen der Außenseite angeordnet
sind.
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Der erste Kühlring folgt auf der Folieninnenseite direkt auf den Innenring
19 der Extrusionsdüse. Der Ausströmspalt ist dabei zwischen dem Kühlring und der
hochgezogenen Lippe des InnenrinOs der Extrusionsdüse gebildet. Von dem bis auf
den Austrittsspalt geschlossenen Ringraum 20 des ersten Kühlrings wird die Kühlluft
über die Rohre 17 in den Ringraum 20 des zweiten Innenkühlringes geleitet, aus dem
ein weiterer Teil der Kiihlluft sodann aiis dem anhand der Fig. 1 beschriebenen
Spalt 5 austritt. Von dem Ringraum 20 des zweiten Kühlringes gelangt die Luft sodann
über die weiterleitenden Rohre 17 in den Ringraum des letzten Kühlringes, aus dem
die Kühlluft sodann in der beschriebenen Weise austritt. Zwischen den Rohren 17
sind Spalte und zwischen den dem ersten Kühlring folgenden Kühlringen und dem zentralen
Rohr 21 sind Ringspalte vorhanden, so daß die jeweils von den Kühllcitf'loichen
abströmende Kühlluft in die Folienblase strömen kann. Die verbrauchte Kühlluft tritt
sodann in Richtung des Pfeils 22 in das zentrale Rohr 21 ein, durch das sie in bekannter
Weise in Richtung des Pfeils 23 abgesaugt wird.
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Die frische Kühlluft wird den Innenkühlringen in Richtung des Pfeils
24 durch den das zentrale Rohr 21 umgebenden Ring raum zugeführt.
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Auf der Folienaußenseite sind in der dargestellten Weise ebenfalls
Kühlringe angeordnet. Diesen Kühlringen wird die Kühlluft über die Rohre 25 und
die Ringleitung 26 zugeführt, die an den Stützstangen 27 hefest igt ist, die sich
über Fußstücke 28 arlf dein Außenring 29 der Düse 3() abstitzen.
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Die Ringleitung 26 mündet über einen Ringspalt in den ringförmigen
Innenraum 31 des obersten Außenkühlrings. Dieser Ringraum ist über Leitungen 18
mit den darunterliegenden Kühiringen verbunden. Die einzelnen Außenkühlringe weisen
die anhand der Fig.
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1 beschriebene Ausgestaltung auf, wobei sie mit einem aus Fig.
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1 nicht ersichtlichen geschlossenen innereii Ringraum zur Verteiling
der ausströmenden Kühlluft versehen sind.
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I)ie etanförmig auf der Folien innen seite und der Follienaußenseite
angeordneten Kiohlringe sind relativ zueinander um eine halhe Höhenteilung gegeneinander
versetzt, wobei der unterste Außenkühlring gegenüber dem Außenring 29 der Düse den
Abstand A einer halhen Teilung B aufweist. Durch diese versetzte Anordnung ist die
Düse 30 gut zur Reinigung zugänglich. Die Außenkühlringe werden durch den Stützring
28 auf dem Außenring 29 festgelegt und zentriert. Die etagenförinig angeordneten
Kühlringe können nur auf der Blastfolienaußenseite, nur auf der Blasfolieninnenseite
oder aber auch auf beiden Seiten, wie anhand der Fig. 2 dargestellt, angeordnet
sein. Die stärkste Kühlung wird jedoch bei der Anordnung nach Fig. 2 erreicht, wobei
sich die Schlauchfolie in etwa mäanderförmig auf den aufeinanderfolgenden Innen-
und Außenkühlringen abstützt bzw. von diesen angesaugt wird, so daß trotz einer
gewissen freien Strahllänge durch die wechselseitige Abstützung ein sehr ruhiger
Schlaufolienverlauf bei gleichzeitiger intensiver Kühlung erreicht wird.
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Die Kunststoffschmelze wird von einen nicht dargeste 1 iten Extruder
durch die Düse 3() ausge formt rincl clie dadurch h gebildete Schlauchfolie 2 behält
etwa über die Ilöhe der etageoförmig angeordneten Kühiringe einen gleichen Durchmesser
bei. Durch die Kühlring muß die Blasfolie so weit herabgekühlt werden, daß sie nach
Verlassen des oberen Kühlringes gerade noch den gewünschten Schlauchdurchmesser
32 erreicht und sodann erstarrt.
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Die Übergangszone 33 ergibt infolge der herabgesetzten Schmelzetemperatur
eine
Steigerung der Folienfestigkeit, daß bei bekannten Blasfolienanlagen infolge des
relativ zu hoben Innendrucks in der 131asfolie spontan eine Reckung aus der Schmelze
ohne spürbare Festigkeitssteigerung erfolgt.
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Der geringste Kühleffekt wird durch eine Etagen innenkühi vorr ici>
-tung erreiclit, die d je durch einen auf der Außenseite aiif dein Außenring 29
aufliegenden üblichen Außenkühlring unterstützt werde muß.
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Eine Kühlleitungssteigerung mit gleichzeitiger Festigkeitssteigerung
wird dadurch die auf der Folienaußenseite etagenförinig angeordneten Kühlringe erreicht,
weil durch die Außenabstützuiog ein höherer Blasdruck für das Aufweiten der Schlauchfolie
als sonst üblich erreicht werden kann.
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Zum Anfahren der Anlage können die Außenkühlringe mit ihren Stützstangen
27 und ihrem Stützring 28 hochgeschoben werden, wodurch das Durchziehen des Schlauchanfangs
erleichtert ist.
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Nach dem Durchziehen werden die Außenkühlringe wieder in ihre Betriebsstellung
abgesenkt.
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In den Fig. 3 und 4 ist eine Gußausführung der Innen- und Außenkühlringe
df3rgestellt. Die einzelnen Teile werden gegossen und können nach entsprechender
Bearbeitung in der dargestellten Weise durch Aufeinandersetzen zusammengefügt werden.
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Die Verbindungsrohre 17, 18 sind unter Berücksichtigung der sich verkleinernden
Sektoren etwa spiegelbildlich zu der Wandung der extrudierten Schlauchfolie 2 angeordnet.
Die sektorbogenförmigen Verbindungsrohre 17, 18 bilden zwischen jeweils benachbarten
Rohren Ausströmspalte, durch die die erwärmte Luft ins Freie bzw. in die Folienblase
abströmen kann.
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Bei der Gußgestaltung der Verbindungsrohre können die Ahströmkanten
13 besonders vorteilhaft ausgestaltet werden, so daß die rückströmende Kühlluft
ohne störende Verwirbelung sich mit der von den Luftleitflächen abströmenden Kühlliift
vereinigen kann.
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