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Kühlvorrichtung für aus einem Folienblaskopf
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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 20 32 346 und 22 62 190 bekannten Kühlvorrichtungen
dieser Art bestehen die Luftleitflächen 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 Blasfolienherstellungsanlagen ermöglicht. Dennoch kann
bei diesen bekannten Kühlvorrichtungen die Kühlluftmenge pro Zeiteinheit nur bi;
zu einem Grenzwert gesteigert werden, bei dessen Überschreiten sich störend bemerkbar
machende Folienvibrationen auftreten, die ein Ausmaß annehmen können, daß die Folie
beschädigt wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, zur Steigerung der Leistung von
Blasfolienherstellungsanlagen die bekannte Kühlvorrichtung 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 vor den Kühlringen die Düsenspalte bildende Ringe derart angeordnet
sind, daß die Strömung der aus diesen ausgeblasenen Kühlluft etwa parallel oder
spitzwinkelig zur Laufrichtung der Schlauchfolienwandung ist. Bei der erfindungsgemäßen
Kühlvorrichtung tritt nach der Bernoulli'schen GleichUng im Bereich der Kühlringe
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 Venturidüsen-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 Kühlluft jedoch jeweils durch ein venturidüsenförmig ausgestaltetes, die
Schlauchfolie einfassendes Mantelrohr geblasen, was keine nennenswerte Steigerung
der Kühlleistung 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 Flugzeugtra gflächen besitzen und daß
die die Düsenspalte bildenden Ringe vorflügelförmig ausgebildet sind. Die vorflügelförmige
Ausgestaltung des init dem Kühlring den Düsenspalt bildenden Ringes ermöglicht es,
den tragflächenartig ausgestalteten Luftleitflächen durch den düsenförmigen Spalt
eine energiereichere Strömung zuzuführen, wodurch die Saugseitengrenzschicht einen
größeren Druckanstieg ohne Gefahr der Ablösung der Strömung bewältigen kann. Aufgrund
des aus dem Düsenspalt austretenden Blasluftstroms wird infolge der dadurch entstehenden
Injektorwirkung zusätzliche Kühlluft über den Vor flügel angesaugt.
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Zweckmäßigerweise sind die Rückseiten der Luftleitflächen im Abströmbereich
etwa dem Abströmwirbel entsprechend bogenförmig ausgebildet, so daß sie mit den
Hinterkanten der Luftleitflächen scharfkantige oder abgerundete Ringschneiden bilden.
Die unter Unterdruck befindliche Luft wird bei dieser Ausgestaltung wirbelfrei in
die Strömungsrichtung umgelenkt und unterstützt den von den Luftleitflächen abströmenden
Kühlluftstrahl.
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Die Kühl]uftringe mit den die ringförmigen Düsenspalte bildenden
Ringen können etagenförmig auf der Innenseite der Schlauchfolie oder auf der Außenseite
der Schlauchfolie oder aber auch auf beiden Seiten angeordnet sein. Werden auf beiden
Seiten der Schlauchfolie Kühlringe vorgesehen, werden diese zweckmäßigerweise in
der Weise versetzt zueinander angeordnet, daß sich die Kühlringe 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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Werden aus dem Folienblaskopf Folienschläuche mit geringer Wanddicke
extrudiert, ist zum Aufblasen dieser Folienschläuche unter Reckung des Schlauchfolienmantels
nur ein entsprechend geringer Aufblasdruck erforderlich.
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Müssen jedoch die extrudierten Folienschläuche mit einem höheren Aufblasdruck
aufgeblasen werden, was beispielsweise bei dickeren Schlauchfolien der Fall ist,
wirkt dieser höhere Aufblasdruck auch auf die Kühlstrecke im Bereich des Schlauchfolienhalses
zurück. Dieser höhere Innendruck kann dazu führen, daß der Schlauchfolienmantel
im Bereich des Schlauchfolienhalses gegen die diesen von außen her umgebenden Kühlringe
angedrückt wird, so daß die aus den Düsenspalten austretende Kühlluft abgedrosselt
wird und unter Umkehr ihrer Strömungsrichtung über die Rückseiten der die Düsenspalte
bildenden Ringe abströmt. Wirkt also der höhere Aufblasdruck in der Weise auf den
Schlauchfo'lienhals zurück, daß der Schlauchfolienmantel das zwischen diesem und
dem umgebenden Kühlring vorhandene Kühlluftpolster durchdrückt, wird der Kühl- und
Führungseffekt empfindlich gestört.
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Um derartige unerwünschte Erscheinungen zu vermeiden, ist nach einer
erfinderischen Weiterbildung vorgesehen, daß die konvex oder tragflügelförmig gekrümmten
Kühlringe mindestens auf der Außenseite der Schlauchfolie spiegelbildlich zu einer
radialen Ebene angeordnet sind und daß sich in dem radialen Spalt zwischen den Kühlringen
die die Kühlringe anblasenden Düsenspalte begrenzenden Wandungsteile befinden. Aus
den Düsenspalten strömt die Luft nach beiden Seiten ab und es wird ein stabileres
Luftpolster geschaffen, so daß der höhere Aufblasdruck zur Ausrekkung des Folienschlauches
nicht in der Weise auf die Kühlluftstrecke im Bereich des Folienhalses zurückwirken
kann, daß die Folie in Anlage an die Außenkühlringe unter Abdrosselung der Kühlluftzufuhr
angedrückt wird.
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Ein höherer Aufblasdruck wirkt sich iiishesondere bei der Verwendung
instabiler Kunststoffe nachteilig aus, die gleich nach dem Verlassen der Extrusionsringdüse
ein ausgeprägtes Quellverhalten aufweisen. Der höhere Aufblasdruck ist insbesondere
dann, wenn nur Innenkühlringe verwendet werden, bestrebt, den Schlauchfolienhals
von den Innenkühlringen zu entfernen, so daß es an der schwächsten Stelle, närnlich
unmittelbar oberhalb der Extrusionsringdüse, wo die Schmelze noch am wärmsten ist,
zu einem luftballonartigen Aufblasen des Schlauchfolienhalses bis zum Platzen kommen
kann.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist daher zwischen der Extrusionsringdüse
und dem ersten Kühlring ein kegeliger Aufweitungskörper angeordnet, an dessen unterem
Ende ein ringförmiger Düsenspalt zum Zuführen von Schmierluft vorgesehen ist. Dieser
Aufweitungskörper übt insbesondere dann einen stabilisierenden Saugeffekt auf den
Schlauchfolienhals aus, wenn er etwa tragflügelförmige Mantellinien aufweist.
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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 Längsschnitt 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 Kilhlringen,
Fig.
3 eine der Fig. 2 entsprechende Kühlvorrichtung in ausschnittweiser vergrößerter
Darstellung, die aus Gußringen aufgebaut ist, Fig. 4 einen Schnitt durch die Kühlvorrichtung
nach Fig. 3 längs der Linie IV - IV, Fig. 5 einen der Fig. 2 entsprechenden Längsschnitt
durch eine Kühlvorrichtung anderer Ausführungsform, Fig. 6 einen vergrößerten Ausschnitt
aus der Darstellung nach Fig. 5 und Fig. 7 einen Längsschnitt durch einen aus Kühlringen
aufgebauten Aufweitungskörper.
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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 Kühlluft vor dem Luftleitring 1 ist ein vorflügelförmiger
Ring 4 angeordnet, der das vordere Ende des Luftleitrings 1 überlappt 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 kühlende Bereich des Kühlrings 1 mit dem vorflügelartigen Ring 2 ist
durch die strichpunktierte 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 vorflfigelförmigen 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 Schlauchfolie 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 ein Zusatz luftstrom 8 angesaugt, der die Kühlung und Luftführung unterstützt.
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Nach dem zugrundegelegten Tragflügelprinzip strömt am Ende der Luftleitfläche
3 die Kühlluft von dem Kühlring 1 mit vernachlässigbarer Turbulenz in Richtung der
Pfeile 9 ab, 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 abströmseitigen 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 ersichtlichen Weise in den Kühlring 1 in der
Weise eingeschoben ist, daß zwischen dem inneren Mantel des Kühlrings 1 und dem
äußeren Mantel des Rohrstücks 14 ein Ringraum gebildet ist. Vor dem vorderen Ende
ist der Kühlring 1 mit einem nach innen gerichteten ringförmigen Bund 15 in der
Weise versehen, daß zwischen dem rohrförmigen Teil 14 und dem Ringbund 15 ein Uberströmspalt
16 verbleibt.
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An das rohrförmige Teil 14 sowie den ringförmigen Bund 15 sind in
der dargestellten Weise die Kühlluftzuführungsrohre 17, 18 angeschlossen.
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Aus Fig. 2 ist die etagenartige Anordnung der Kühlringe ersichtlich,
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 Innenrings 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 Kühlluft sodann aus 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 Kühlleitflächen 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 Ringraum 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 befestigt ist, die sich
über Fußstücke 28 auf dem Außenring 29 der Düse 30 abstützen.
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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 Kühlringen 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 inneren Ringraum zur Verteilung
der ausströmenden Kühlluft versehen sind.
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Die etagenförmig auf der Folieninnenseite und der Folienaußenseite
angeordneten Kühlringe sind relativ zueinander um eine halbe Höhenteilung gegeneinander
versetzt, wobei der unterste Außenkühlring gegenüber dem Außenring 29 der Düse den
Abstand A einer halben 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 etagenförmig angeordneten
Kühlringe können nur auf der Blasfolienaußenseite, 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
Schlauchfolienverlauf bei gleichzeitiger intensiver Kühlung erreicht wird.
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Die Kunststoffschmelze wird von einem nicht dargestellten Extruder
durch die Düse 30 ausgeformt und die dadurch gebildete Schlauchfolie 2 behält etwa
über die Höhe der etagenförmig angeordneten Kühlringe einen gleichen Durchmesser
bei. Durch die Kühlringe 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, da bei bekannten Blasfolienanlagen infolge des
relativ zu hohen Innendrucks in der Blasfolie spontan eine Reckung aus der Schmelze
ohne spürbare Festigkeitssteigerung erfolgt.
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Der geringste Kühleffekt wird durch eine Etageninnenkühlvorrichtung
erreicht, die durch einen auf der Außenseite auf dem Außenring 29 aufliegenden üblichen
Außenkühlring unterstützt werden muß.
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Eine Kühlleistungssteigerung mit gleichzeitiger Festigkeitssteigerung
wird durch die auf der Folienaußenseite etagenförmig angeordneten Kühlringe erreicht,
weil durch die Außenabstützung 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
dargestellt. 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 Abströmkanten
13 besonders vorteilhaft ausgestaltet werden, so daß die rückströrnende Kühlluft
ohne störende Verwirbelung sich mit der von den Luftleitflächen abströmenden Kühlluft
vereinigen kann.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 rinterscheiaet sich von dem nach
den Fig. 2 und 3 im wesentlichen dadurch, daß jeweils zwei konvex oder tragflügelförmig
gekrurN!nte Kühlringe 35, 36 spiegelbildlich zueinander angeordnet sind und aus
dem zwischen diesen gebildeten radialen Spalt mit Kühlluft angeblasen werden. In
dem Spalt zwischen den Kühlringen 35, 36 ist ein umlaufender Ring 37 mit T-förmigem
Querschnitt in der Weise angeordnet, daß der den Quersteg dieses profilierten Ringes
bildende Ring von der Schlauchfolie her gesehen die einander zugewandten Ränder
der Kühlringe 35, 36 überlappt. Die Bereiche zwischen dem Quersteg und dem in dem
Spalt liegenden radialen Mittelsteg sind abgerundet, so daß Wandungen gebildet sind,
die sich mit den angeströmten Vorderkanten der Kühlringe zu spitzwinkelig gegen
die Schlauchfolie gerichteten ringförmigen Düsenspalten ergänzen. In der ringförmigen
Kühlluftzuführungskammer 38 ist der radiale Mittelsteg des Profils 37 in seinem
Endbereich mit einem diesen beidseits übe#rragenden axialen Ring 39 versehen, so
daß zwischen den durch den Mittelsteg getrennten Ringteilen und den Rückseiten der
Kühlringe 35, 36 axiale Zuströmkanäle 40, 41 für die Kühlluft gebildet sind.
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Der in Fig. 7 dargestellte etwa kegelförmige oder parabolische Aufweitungskörper
42 dient der Stabilisierung des Schlauchfolienhalses unmittelbar nach der Extrusion
des Folienschlauches 2 aus der Extrusionsringdüse 43. Der Aufweitungskörper 42 ist
aus Kühlringen 44, 45, 46 mit etwa tragflügelförmigen Mantellinien aufgebaut. Der
unterste Kühlring 44 wird mit Kühlluft durch
den ringförmigen Düsenspalt
47 angeblasen. Die nachfolgenden Kühlringe 45, 46 sind mit vorflügelförmigen Ringen
48, 49 versehen, die mit den Kühlringen 45, 46 spitzwinkelig gegen die Schlauchfolie
2 gerichtete Düsenspalte begrenzen. Zwischen den Kühlringen und den vorflügelförmigen
Ringen sind radiale Spalte 50, 51 zur Abführung der Kühlluft vorgesehen.
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