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Die Erfindung betrifft einen Kühldorn mit
einem zylindrischen Grundkörper
aus Metall und einem Spiralelement mit rohrförmigen Windungen, das auf dem
Grundkörper
aufsitzt und über
das eine extrudierte rohrförmige
Kunststoffschaumfolie zum Kühlen
geführt
ist.
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Bei der Extrusion von Kunststoffschaum
tritt dieser rohrförmig
aus der Extrusionsanlage aus und wird über einen Zylinderkörper bzw.
einen Kühldorn geführt, um
das Extrudat abzukühlen.
Anschließend wird
das rohrförmige
Extrudat in Längsrichtung
aufgeschnitten und als Kunststoffschaumblatt ausgebreitet, das auf
eine Vorratstrommel aufgewickelt wird. Der extrudierte Kunststoffschaum
wird u.a. für die
Herstellung von Behältern,
Verpackungsschalen, Einweg-Tellern und dergleichen verwendet, die
aus dem Kunststoffmaterial durch Vakuumverformung hergestellt werden.
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Bekannte Kühldorne werden normalerweise aus
Stahl- oder Aluminiumblech hergestellt, wobei die Stoßkanten
miteinander verschweißt
werden. Hierzu ist es erforderlich, die Außenoberfläche des Kühldorns feinzuglätten, insbesondere
die Schweißnaht,
um eine ausreichend niedrige und gleichförmige Reibung zu erhalten,
die sicherstellt, dass das rohrförmige
Extrudat problemlos über
den Kühldorn hinweggleiten
kann. Diese Glättungsarbeiten
bei der Herstellung der Kühldorne
sind zeit- und kostenaufwendig.
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Im Stand der Technik ist es auch
bekannt, dass Kühlleitungen
an die Innenseite des Kühldorns angeschweißt werden
und somit den Mantel des Kühldorns
nur entlang einer schmalen Linie kontaktieren. Insofern ist die
Wärmeübertragung
von der Außenfläche des
Kühldorns
zu dem in diesen Kühlleitungen
fließenden
Kühlmittel
nur von begrenzter Wirksamkeit.
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Aus der
DE 15 04 791 A ist ein Kühldorn zum Kühlen von
Schlauchfolien bekannt, wobei der Kühldorn aus einem hohlzylindrischen
Grundkörper
aus Metall mit einem darauf aufsitzenden Spiralelement besteht,
das als Einzelspirale aus einem Einzelrohr besteht. Der Kühldorn ist
drehbar gelagert.
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Aus der
EP 0 008 689 B1 ist ein
Kalibrierdorn bekannt, der durch eine außenliegende spiralförmige Rohrschlange
gekühlt
wird. Zwischen den einzelnen Wicklungen der Rohrschlange befinden
sich Zwischenräume.
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In der
US
2 987 767 sind zum Formen von Kunststoffrohren Formkörper beschrieben,
die aus bis zu drei Abschnitten zusammengesetzt sind. Zwei dieser
Abschnitte sind zylindrisch, während
der dazwischen liegende Abschnitt leicht konisch ausgebildet ist.
Die zylindrischen Abschnitte haben unterschiedliche Durchmesser.
Die Abschnitte werden durch spiralförmige Rohrschlangen aus Einzelrohren gekühlt, die
entweder außen
oder innen an den Wänden
der Abschnitte anliegen.
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Aus der WO 90/12681 A1 ist eine Kühlvorrichtung
bekannt, die in ihrer Wand spiralförmige Kühlschlangen enthält, durch
die ein Kühlmittel
fließt. Es
können
bis zu drei unterschiedliche spiralförmige Kühlschlangen vorhanden sein,
die unterschiedliche Anzahlen von Windungen aufweisen und bei denen auch
die Abstände
zwischen den einzelnen Windungen voneinander verschieden sind.
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Die Außenfläche dieses bekannten zylindrischen
Kühldorns
erhält
durch Polieren einen ausreichend niedrigen Reibungskoeffizienten,
was insbesondere dadurch unterstützt
wird, dass keine Schweißnaht
an der Außenfläche vorhanden
ist, die maschinell bearbeitet werden muss. Das Material des Kühldorns
ist insbesondere Aluminium oder eine Aluminiumlegierung, die leicht
zu gießen
ist und geringes Gewicht besitzt. Die Außenfläche des Gusskörpers kann
beschichtet oder in sonstiger Form behandelt sein, um die Reibung
in Bezug auf das rohrförmige
Kunststoffschaumextrudat zu minimieren. So kann beispielsweise die
Außenfläche mit
einer PTFE-Beschichtung oder mit einer metallisierten Glasbeschichtung
ausgerüstet
sein oder sie kann auch anodisiert sein.
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Die Gussform für die Herstellung dieses Kühldorns
ist aufwendig, da die Kühlkanäle bzw.- leitungen in dem
Gusskörper
integriert sind, was die Gussform, wie jedermann erkennen kann,
kompliziert gestaltet.
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Von Nachteil ist bei bekannten Kühldornen mit
glatter Mantelfläche,
dass trotz der Maßnahmen zur
Herabsetzung der Reibung Reibungswärme entsteht, da das Extrudat
mit der gesamten Mantelfläche des
Kühldorns
in Berührung
gelangt, und dass unerwünschte
Kratzer durch Pulverteilchen auf der Extrudatinnenfläche entstehen
können,
die dadurch zustandekommen, dass die mit dem Extrudat mitgeführten einzelnen
Pulverteilchen des Kunststoffgranulats sich zeitweise auf der Dornmantelfläche festsetzen
und das Extrudat zerkratzen. Bei glatten Kühldornen besteht auch die Gefahr
einer abrupten Überdimensionierung
des röhrförmigen Kunststoffschaumextrudats
durch Blasenbildung infolge schwankender Luftzufuhr in dem Raum
zwischen der Kühlmantelfläche und
dem rohrförmigen
Extrudat.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen
Kühldorn der
eingangs beschriebenen Art so zu verbessern, dass die Reibung mit
dem Extrudat sehr stark vermindert, das Verkratzen und eine überdimensionierte Blasenbildung
des Extrudats bei der Bewegung über den
Kühldorn
weitgehend ausgeschlossen werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß in der Weise
gelöst,
dass das Spiralelement aus einer Doppel- und einer Einzelspirale
besteht und dass die Windungen der Doppelspiral über ein Viertel bis zu einem
Drittel der Kühldornlänge aus
einem Doppelrohr und die Windungen der Einzelspirale über die volle
Kühldornlänge aus
einem Einzelrohr bestehen.
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In Ausgestaltung der Erfindung beträgt der Abstand
zwischen den Windungen der Doppelspirale und der Einzelspirale 1
bis 3 mm.
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Der Abstand zwischen den Windungen
der Einzelspirale beträgt
zweckmäßigerweise
gleichfalls 1 bis 3 mm.
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In Weiterbildung der Erfindung ist
der Grundkörper
hohlzylindrisch und eine der beiden Stirnflächen offen und die andere Stirnfläche bis
auf eine Öffnung
geschlossen. Zweckmäßigerweise
sind die Windungen des Spiralelements durch Punktschweißen auf
dem Mantel des Grundkörpers
befestigt. Von außen
ist das Spiralelement luftgekühlt,
während
die Windungen des Spiralelements ein Kühlmittel durchströmt, wie
Wasser, Glykol oder auch Luft. Die weiteren Ausgestaltung der Erfindung
ergibt sich durch die Merkmale der Patentansprüche 7 bis 11.
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Mit der Erfindung werden die Vorteile
erzielt, dass infolge einer minimalen Kontaktoberfläche zwischen
der Innenseite des Kunststoffschaumextrudats und den Spiralwindungen
des Kühldorns
nur eine sehr geringe Reibungswärme
entsteht und dass eine abrupte Überdimensionierung
des Extrudats als Folge von Luftzufuhrschwankungen vermieden wird,
da die überschüssige Luft über die
Zwischenräume
zwischen den Spiralwindungen und der Innenseite des Extrudats leicht
entweichen kann, so dass das "Aufblasen" und die daraus folgende Überdimensionierung
des Kunststoffschaumextrudats unterbleiben. Weitere Vorteile sind
die Ausbildung einer harten Extrudatoberfläche, da mehr Luft zu Kühlzwecken
als bei bekannten Kühldornen
angeblasen werden kann, wodurch eine kleinerporige Zellstruktur
als Folge der schnelleren Abkühlung
erhalten wird, und die Vermeidung von Pulverhaftung bzw. -ablagerung
auf der Spiraloberfläche,
die normalerweise Anlass zum Verkratzen der Extrudatinnenfläche ist.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand
von zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es
zeigen:
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1 einen
Längsschnitt
durch eine erste Ausführungsform
eines Kühldorns
nach der Erfindung,
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2, 2a, 2b einen Längsschnitt durch eine zweite
Ausführungsform
eines Kühldorns
nach der Erfindung sowie Draufsichten auf die Stirnwände des Kühldorns,
und
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3 in
schematischer Ansicht den Austritt einer rohrförmigen Kunststoffschaumfolie
aus einem Extruder und ihren Transport über einen Kühldorn nach der Erfindung.
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Die in 1 gezeigte
Ausführungsform
eines Kühldorns 1 besteht
aus einem Grundkörper 2 und
einem Spiralelement 3, das auf dem Grundkörper 2 aufliegt.
Windungen 4 des Spiralelements 3 grenzen aneinander
ohne axialen Abstand dazwischen an. Die Windungen 4 sind
rohrförmig
und werden von einem Kühlmittel,
beispielsweise Wasser, Luft oder, bei einer angestrebten Kühlung unter
0 °C, Glykol
durchströmt.
Das Kühlmittel
tritt über
eine Zuleitung 9, die im Inneren des hohlzylindrischen Grundkörpers 2 parallel
zu der Mantelfläche
des Grundkörpers
verläuft,
in das Spiralelement 3 ein. In diesem durchströmt das Kühlmittel
die rohrförmigen Windungen 4 und
tritt über
eine Austrittsleitung 10 aus dem Spiralelement 3 aus,
das von außen
her luftgekühlt
ist. Eine dem nichtgezeigten Extruder zugewandte Stirnfläche 6 ist mit
einem konzentrisch zur Achse 11 des Kühldorns 1 angeordnetem
Innenrohr 8 verbunden, das an der Innenseite der Stirnfläche 6 angebracht
ist und sich in das Innere des Kühldorns 1 erstreckt.
Die Stirnfläche 6 besitzt
eine Öffnung 12, die
mit dem Innendurchmesser des Innenrohrs 8 fluchtet. Das
Innenrohr 8 weist einen Flansch 13 auf, der mit
der Stirnfläche 6 verbunden
ist. Der Kühldorn 1 wird üblicherweise
auf einen Zentralstab des nicht gezeigten Extruders aufgeschoben,
wobei dieser Zentralstab die Öffnung 12 und
das Innenrohr 8 durchsetzt.
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In der Zeichnung ist angedeutet,
daß die
Außenseiten
der Windungen 4 des Spiralelements 3 Chromschichten 5 aufweisen.
Durch diese Chromschichten 5 wird der Erosionsschutz der
Windungen 4 erheblich erhöht und darüberhinaus sehr glatte Außenseiten
der Windungen 4 erhalten, wodurch die Reibungskraft zwischen
einer über
den Kühldorn 1 geführten extrudierten
rohr- bzw. schlauchförmigen Kunststoffschaumfolie
und den Windungen 4 stark verringert wird.
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Der Außendurchmesser D des Grundkörpers 2 variiert
im Bereich von 150 mm bis 1500 mm. Selbstverständlich kann der Außendurchmesser
D des Grundkörpers 2 auch
Abmessungen besitzen, die außerhalb
dieses Bereiches liegen. Übliche
Längen
des Grundkörpers 2 betragen
600 mm bis 2000 mm. Das Material des Grundkörpers 2 ist im allgemeinen
ein Stahlblech, jedoch kann ebenso ein Aluminiumblech verwendet
werden, wobei das jeweilige Blech zu einem Rohr geformt und entlang
der Längsstoßnaht des
Blechs verschweißt
wird. Die von dem Extruder weiter entfernt liegende Seite des Kühldorns 1 ist
offen, d.h. die Stirnfläche 7 des
Grundkörpers 2 ist
nicht abgeschlossen. Der Grundkörper 2 des
Kühldorns
wird im Inneren mit Luft gekühlt,
und eventuell kann auch Sorge dafür getragen werden, daß Gase,
die beim Materialaustritt der rohrförmigen Kunststoffschaumfolie
aus dem Extruder entweichen, abgesaugt werden.
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Das Material des Spiralelements 3 ist
Stahlblech, Kupfer, Aluminium oder jeweils Legierungen dieser Metalle
mit anderen Metallen. Wie schon zuvor erwähnt wurde, ist das übliche Kühlmittel,
das die Windungen 4 des Spiralelements 3 durchströmt, Wasser,
andere Kühlmittel
sind Luft oder auch Glykol, wenn eine Kühlung unter 0 °C vorgenommen werden
soll.
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Bei der gezeigten ersten Ausführungsform des
Kühldorns 1 ergibt
sich als besonders vorteilhaft, daß das Spiralelement 3 mit
einzelnen Windungen 4 auf dem Mantel des Grundkörpers 2 punktgeschweißt ist.
Dadurch ist ein sehr schnelles Auswechseln des Spiralelements 3 möglich, falls
dieses lecken sollte, oder durch ein Spiralelement aus einem anderen
Material ersetzt werden soll. Ebenso ist es denkbar, daß ein Spiralelement
gegen ein Spiralelement ausgetauscht wird, dessen Windungen einen größeren oder
kleineren Durchmesser als die Windungen des ursprünglichen
Spriralelements aufweisen.
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Die in 2 gezeigte
zweite Ausführungsform
des Kühldorns 1 unterscheidet
sich von der ersten. Ausführungsform
insofern, als die Windungen 4 des Spiralelements 3 einen
geringen axialen Abstand d voneinander aufweisen, der 1 bis 3 mm
beträgt.
Bei dieser Ausführungsform
besteht das Spiralelement 3 aus einer Doppelspirale a und
einer Einfachspirale b, wobei die Doppelspirale a in einem vorderen
Abschnitt des Kühldorns 1,
der etwa ein Viertel bis ein Drittel der Kühldornlänge einnimmt und dem Extruder zugewandt
ist, angebracht ist, während
die Einfachspirale b sich über
die gesamte Länge
des Kühldorns 1 erstreckt.
Der Abstand zwischen den Windungen der Doppelspirale a und der Einfachspirale
b beträgt 1
bis 3 mm, ebenso der Abstand zwischen den Windungen der Einfachspirale
b. Eine Windung der Doppelspirale a besteht dabei aus zwei aneinandergrenzende
Rohre, während
die Einfachspirale nur aus einem Rohr besteht. Für jedes Rohr der Doppelspirale a
ist eine Zuleitung T1 bzw. T2 vorgesehen. Über Abflußleitungen A1 und A2 wird das
Kühlmittel
aus der Doppelspirale a abgeführt.
Für die
Einfachspirale b ist eine Zuleitung TM und
eine Abflußleitung
AM vorhanden. Durch die im vorderen Abschnitt
des Kühldorns 1 befindliche
Doppelspirale a wird eine stärkere
Kühlung
der extrudierten, über
den Kühldorn 1 geführten Kunststoffschaumfolie
erreicht als im übrigen Abschnitt
des Kühldorns 1,
der nur mit der Einfachspirale b ausgerüstet ist.
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Die Stirnseiten des Kühldorns 1 sind
durch Stirnwände 24 und 14 verschlossen,
die in den 2a und 2b in Draufsicht gezeigt
sind. Die Windungen 4 des Spiralelements 3 sind
leicht schräg
zur Senkrechten auf die horizontale Kühldornachse 15 geneigt.
Wie der Schnittansicht des Kühldorns 1 zu entnehmen
ist, verlaufen die Zuleitungen T1 und T2 für die Doppelspirale a und ebenso
die Zuleitung TM für die Einfachspirale b von
der einen Stirnwand 24 schräg nach innen in Richtung der
anderen Stirnwand 14. Die Anschlüsse für die Zuleitungen T1 und T2
liegen sich in der Stirnwand 24 mit Abstand gegenüber. Diese
Anschlüsse
weisen auch von der horizontal verlaufenden Mittellinie der Stirnwand 24 einen
Abstand auf. Die Stirnwand 24 besitzt eine zentrale quadratische Öffnung 16.
Der Anschluß für die Zuleitung
TM für
die Einfachspirale b liegt spiegelbildlich in bezug auf die horizontale
Mittellinie der Stirnwand 24 zu dem Anschluß T2 der
Doppelspirale a, während
der Anschluß für die Abflußleitung
AM der Einfachspirale b spiegelbildlich
zu dem Anschluß T1 der
Doppelspirale in bezug auf die horizontale Mittellinie angebracht
ist. Die von den Anschlüssen
ausgehenden Zuleitungen T1 und T2 sind nahe der Stirnwand 14 an
die Windungen 4 angeschlossen, wie sich aus der Zusammenschau
der Schnittansicht des Kühldorns 1 und
der Draufsicht auf die Stirnwand 14 ergibt. Die Stirnwand 14 weist
vier sich jeweils paarweise gegenüberliegende Kreisöffnungen 17 bis 20 auf.
Die Zuleitung T1 tritt in der Kreisöffnung 17 aus dem
Kühldorn 1 heraus
und schließt
an die erste Windung der Doppelspirale a an. In analoger Weise tritt
die Zuleitung T2 aus der Kreisöffnung 19 aus
und schließt
an die erste Windung der Doppelspirale a an.
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Wie anhand der Stirnwand 24 ersichtlich
ist, treten die Abflußleitungen
A1 und A2 im Bereich der horizontalen Mittellinie der Stirnwand 24 aus
dem Kühldorn 1 heraus.
Die Zuleitung TM zu der Einfachspirale b
verläuft
gleichfalls von der Stirnwand 24 schräg im Inneren des Kühldorns 1 in
Richtung der Kühldornachse 15 und
schließt
etwas oberhalb dieser Kühldornachse 15 an
die erste Windung der Einfachspirale b an. Die Abflußleitung
AM verläuft
von einer Stelle nahe der Kühldornachse 15 schräg nach unten
durch das Innere des Kühldorns 1 auf
die Stirnwand 24 zu und mündet in dem zugehörigen Anschluß.
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An der Außenseite der Stirnwand 24 befindet sich
noch ein Anschluß T,
durch den ein Kühlmittel, beispielsweise
Luft, das durch das Innere des Grundkörpers 2 des Kühldorns 1 hindurchströmt, aus
dem Kühldorn 1 austritt.
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3 zeigt
die Befestigung des Kühldorns 1 auf
einem Zentralstab 23 eines Extruders 21. Der Zentralstab 23 erstreckt
sich durch die Stirnwand des Kühldorns
in das Innenrohr 8. Die extrudierte rohrförmige Kunststoffschaumfolie 22 läuft über den
Kühldorn 1 und
wird stromabwärts
von dem Kühldorn 1 an einer
nicht gezeigten Stelle in Längsrichtung
aufgeschnitten und zu einem Kunststoffschaumblatt ausgebreitet,
das anschließend
auf eine Vorratsrolle aufgewickelt werden kann. Zu Kühlzwecken
kann in das Innere des Kühldorns 1 bzw.
in das Innere des Grundkörpers 2 Luft
von der offenen Stirnseite des Kühldorns 1 eingeblasen
werden. Die Oberflächentemperatur
des Spiralelements 3 beträgt beispielsweise 75 bis 80 °C, wenn kein
Kühlmittel
durch das Spiralelement hindurchströmt. Hierbei erfolgt die Kühlung einzig
und allein durch die in das Innere des Kühldorns 1 eingeblasene
Luft. Fließt
ein Kühlmittel, wie
Wasser oder Glykol, durch das Spiralelement 3, so ist die
Oberflächentemperatur
des Kühldorns 1 in weiten
Bereichen von unter 0 °C
bis beispielsweise 40 bis 50 °C
einstellbar.