NL8301530A

NL8301530A - Werkwijze en inrichting voor het inwendig koelen bij het extruderen van buisvormige voorwerpen.

Info

Publication number: NL8301530A
Application number: NL8301530A
Authority: NL
Original assignee: Aga Ab
Priority date: 1982-04-29
Filing date: 1983-04-29
Publication date: 1983-11-16
Also published as: CA1196163A; FR2530531B1; US4526526A; FI76281B; FR2530531A1; FI76281C; FI831454L; SE434930B; BR8302196A; FI831454A0; DE3315202A1; AT385945B; ATA156983A; DE3315202C2; SE8202687L; MX156860A

Description

-1- * ^ ► ft VO 4731

Werkwijze en inrichting voor het inwendig koelen bij het extruderen van buisvormige voorwerpen.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze en een inrichting voor het inwendig koelen van geextrudeerde buisvormige voorwerpen, zoals bijv. buizen van kunststof, teneinde oxydatie en mechanische vervorming van de inwendige wand van de buis te voorkomen, waar-5 bij vloeibare stikstof in het buisvormige voorwerp (de buis) wordt gebracht, en wordt verdampt door middel van een verdampinrichting, die aan een einde is voorzien van openingen. Bij de vervaardiging van buisvormige voorwerpen, zoals buizen van kunststof, wordt een buis, die zeer zacht en heet is,afgevoerd uit het extrusiemondstuk van de 10 machine. De buis wordt uitwendig gekoeld. Het dichtst bij het mondstuk wordt gebruik gemaakt van een water gekoelde cylinder, die ook een calibreerinrichting vormt voor de buitendiameter van de buis. Een waterbad en een aanvullende koeluitrusting, waar de buis doorheen wordt geleid, zijn aanwezig na de cylinder. Perslucht wordt in de gevormde buis 15 gevoerd voor het geven van een positieve druk daarin, teneinde de buis tegen de diameter bepalende buitencylinder te kunnen drukken. Voor het in de buis handhaven van de positieve druk, zodat zij niet dichtklapt, is op een afstand vanaf het mondstuk in de gevormde buis een sleepstop voorzien.

20 Het gebruik van perslucht in de buis heeft niettemin het nadeel, dat het binnenoppervlak van de buis gemakkelijk geoxydeerd raakt.

Indien de lucht waterdeeltjes bevat, kunnen deze bij het botsen op de binnenwand van de buis zodanige markeringen in de kunststof maken, dat zij tezijnertijd aanduidingen kunnen vormen van breuken. Bij hogere 25 extrusiesnelheden wordt de buis van kunststof bovendien zodanig heet, dat het binnenoppervlak, dat in aanraking is met de perslucht, sterk wordt geoxydeerd, zodat de mechanische sterkte van de gerede buis onder toelaatbare waarden zakt. Bij de vervaardiging van dikwandige buizen ontstaan tevens sterke raaklijn-trekspanningen in het materiaal aan de 30 binnenzijde van de buis, waardoor de sterkte wordt verminderd. Dit is het gevolg van het feit, dat de buitendiameter van de buis met een ca-libreercylinder wordt bepaald op hetzelfde moment, dat de buis aan de buitenzijde sterk wordt gekoeld en het binnenoppervlak nog zeer heet is.

Wanneer het binnenoppervlak geleidelijk koelt en krimpt, worden dus trek-35 ___Δ 8301530

^ V

-2- k spanningen opgeroepen op de binnenzijde van de buis, hetgeen de mogelijkheid van de buis om positieve inwendige drukken te weerstaan, vermindert. Dientengevolge wordt de buis extra gevoelig voor de aanduidingen van breuken, die in het oppervlak van de buis kunnen ontstaan in de 5 vorm van krassen en andere gebreken. Tot nu toe is het derhalve zeer moeilijk en af en toe onmogelijk bepaalde soorten buizen met een bepaalde verhouding tussen de wanddikte en de buitendiameter, bijv. wanneer deze verhouding 15:100 is, te vervaardigen.

Het doel van de uitvinding is het verschaffen van een 10 werkwijze en een inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze, waarbij de nadelen van oxydatie en aanduidingen van breuken zijn opgeheven, en waarbij de extrusiesnelheid niet behoeft te worden beperkt, zoals vroeger. De werkwijze is gekenmerkt, doordat uitsluitend verdampt stikstof uit de verdampinrichting langs de binnenwand van de gevormde buis 15 wordt geleid en in eerste instantie langs het gedeelte van de buis, dat zich nabij het extrusiemondstuk bevindt, waarbij de temperatuur in de verdampinrichting nabij haar openingen zodanig wordt gestuurd, dat de temperatuur altijd hoger ligt dan de verdampte temperatuur van het stikstof bij de in de buis heersende druk, waardoor al het toege-20 voegde stikstof wordt verdampt. De inrichting voor het uitvoeren van deze werkwijze is in hoofdzaak gekenmerkt, doordat de verdampinrichting -een cylindrisch deel omvat, dat zich nabij het extrusiemondstuk in de gevormde buis bevindt, en is voorzien van eindplaten, waarbij het cylin-' drische deel een goede thermische geleidbaarheid heeft, doordat mond- 25 stukdelen zijn aangebracht in een gesloten einde van het cylindrische deel met een verbinding met een toevoerleiding voor vloeibaar stikstof, binnengebracht door het extrusiemondstuk, en doordat openingen in het tegenover liggende einde van het cylindrische deel voor de doorgang van het verdampte stikstof zodanig zijn aangebracht, dat de verdampte stik-30 stof tussen de buitendiameter van het cylindrische deel en de binnen-diameter van de buis doorgaat langs het grootste gedeelte van de lengte van het cylindrische deel, en doordat een temperatuurwaameemmidde 1 is voorzien in het onderste gedeelte van het cylindrische deel nabij de openingen en is verbonden met een stuurstelsel voor het sturen van de 35 toevoer van vloeibaar stikstof.

De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van de tekening, waarin: 830 1 53 0 -3- k figuur 1 schematisch een installatie toont voor het produceren van buizen van kunststof, figuur 2 de inrichting toont voor het inwendig koelen van een geextrudeerde buis, en 5 figuur 3 een andere uitvoeringsvorm toont van de inrich ting.

Figuur 1 verduidelijkt het beginsel van de produktie van buizen van kunststof. Eêri buis 1 wordt geextrudeerd uit een mondstuk 2 van de installatie, waar een inrichting 3 is voorzien voor het 10 inwendig koelen van de buis. De inrichting en de buis worden omgeven door een water gekoelde buiten cylinder 4, die wordt gevolgd door een koelbad 5 en nog een koelinrichting 7, die een aantal waterverdelers 6 omvat. De buis wordt voortgetrokken met behulp van een trekeenheid, die is voorzien van twee trekbanden 8 en 9, en die met een gewenste 15 snelheid toevoert, waarbij de wanddikte van de buis 1 wordt bepaald door de treksnelheid. Een verhoging van de treksnelheid geeft een kleinere wanddikte aan de buis. De buitendiameter van de buis wordt bepaald door de binnendiameter van de calibrerende buitencylinder 4. Een positieve «· druk, die heerst in de gevormde buis, voorkomt niet alleen het dicht-20 klappen van de buis, maar perst de buis ook naar de buitencylinder 4.

Teneinde een positieve druk in de gevormde buis te handhaven, is een sleepstop 17 op een betrekkelijk grote afstand vanaf het mondstuk aangebracht. De stop wordt op zijn plaats in de buis gehouden door middel van een koord 18 e.d., dat is bevestigd aan de inrichting voor 25 het inwendig koelen van de buis 1.

Een uitvoeringsvorm van de inrichting voor het inwendig koelen is weergegeven in figuur 2. Zij omvat een cylinder 13 van een materiaal met een goede thermische geleidbaarheid. Aan een einde is de cylinder voorzien van een eindplaat, en aan het andere einde bevestigd 30 aan een warmteschild 14 van een materiaal met een slechte thermische geleidbaarheid. Het schild is opgesteld op een bepaalde afstand vanaf het mondstuk door middel van afstandsorganen en bevestigingsmiddelen 16, waardoor de cylinder 13 dus doeltreffend is afgeschermd van het hete mondstuk 2. Een mondstukdeel 12 is aangebracht in het gezien vanuit 35 het mondstuk verste gedeelte van de cylinder 13. Het mondstukdeel staat door een toevoerleiding 10 in verbinding met een bron (niet weergegeven) _______ 8301530 v

« V

-4- voor vloeibaar stikstof. Teneinde te voorkomen, dat de vloeibare stikstof bij het door het mondstuk 2 gaan wordt opgewarmd, is de leiding 10 voorzien van isolaties 11. In het mondstukdeel 12 is een aantal gaten aanwezig, welke gaten zodanig zijn aangebracht, dat een raaklijnafvoer 5 van de vloeibare stikstof wordt verkregen.

Als gevolg van de doeltreffende isolatie van de toevoer-leiding, wordt de stikstof dus in vloeibare fase vanuit het mondstukdeel 2 in de cylinder 13 gespoten. De cylinder 13 is omgeven door de hete geextrudeerde buis 1. De hitte van de buis 1 wordt dan door stra-10 ling, geleiding en convectie overgebracht naar de cylinder 13, waardoor de vloeibare stikstof wordt vergast. De vergaste stikstof gaat naar buiten door openingen 15 in de cylinder 13, die zijn aangebracht in het manteloppervlak van de cylinder nabij het hitteschild 14 tussen bevestigingsmiddelen 32. De koude stikstofgasstroming gaat vanuit de ope-15 ningen 15 tussen het buitenoppervlak van de cylinder 13 en het binnen-oppervlak van de buis 1 door en vult dan de buis vanaf de cylinder 13 tot aan de. .sleepstop 17. Hierdoor worden de koeleigenschappen van de stikstof op de buis van kunststof zoveel mogelijk benut. Bovendien is het mogelijk luchtresten van het begin van de extrusie vanuit een heet 20 gebied in de buis te leiden naar koudere gedeelten van de buis.

Gebleken is echter, dat een bovenmatig sterk koelen tot stand wordt gebracht op de buis van kunststof in het gebied, direkt buiten het extrusiemondstuk, d.w.z. het gebied waar de buiswand in het extrusiemondstuk wordt veranderd vanuit de sleufbreedte tot de gerede 25 dikte. Teneinde het kunststofmateriaal voorzichtig te kunnen vormen tot de juiste wanddikte, is derhalve een leiplaat 25 ingevoerd, vervaardigd van materiaal met een slechte thermische geleidbaarheid, zodat het koude stikstofgas langs het kritische vormgebied gaat zonder het te koelen.

30 De stikstof wordt in de buis van kunststof op een nominale druk gehouden van ongeveer 0,5 bar. Zoals gezegd, voorkomt deze positieve druk het dichtklappen van de zachte buis 1 van kunststof, en veroorzaakt tevens het naar buiten persen van de buis naar de calibrerende buitencylinder 4. Aangezien stikstof doorlopend wordt toegevoerd, moet 35 stikstof tevens worden afgevoerd, voor het mogelijk maken waarvan een overdrukklep 26, bijv. een onder veerspanning staande klep, is voorzien 8301530 -5-

V

in de sleepstop 17. Deze klep opent in aanspreking op een bepaalde druk in de buis, en laat doorlopend de benodigde hoeveelheid stikstof-gas af, zodat de druk gelijk wordt gehouden.

De hiervoor beschreven cylinder omvat dus niet alleen 5 een verdamper, waarin de binnengebrachte vloeibare stikstof wordt verdampt, maar ook een gasgeleider, die het gas tussen de cylinder en de gevormde buis leidt.

In figuur 3 is een andere uitvoeringsvorm weergegeven.

Ook hier wordt gebruik gemaakt van een hitteschild 14, dat door middel 10 van bevestigingsmiddelen 16 nabij het mondstuk 2 is vastgezet. Bij deze uitvoeringsvorm is-een buis 20 concentrisch gemonteerd in de cylinder 19. De cylinder is voorzien van eindplaten, die de buis 20 echter niet afdekken. De eindplaat 24, die zich het verst verwijderd bevindt vanaf het extrusiemondstuk, is voorzien van afdichtingen tegen de gevormde 15 buis. In dit gedeelte van de cylinder zijn in het manteloppervlak gaten 23 gemaakt voor de doorgang van de verdampte stikstof. De stikstof in vloeibare vorm wordt via de leiding 10 binnengebracht door het extrusiemondstuk, en door aftakleidingen 22 naar mondstukdelen 21, die zijn ^ voorzien in de kamer tussen de cylinderwand en de wand van de buis.

20 De vloeibare stikstof wordt volgens een raaklijn door de mondstukdelen uitgespoten en wordt onder vergassing geleid door de cylinder 19 tot aan de openingen 23. De vergaste stikstof wordt in de kamer gebracht tussen de cylinder 19 en de gevormde buis 1 tegen het extrusiemondstuk, en gaat na verloop van tijd in de in het midden opgestelde buis 20 25 en daarna door de eindplaat 24 naar buiten in de buis 1. Door deze uitvoering wordt de stroming van stikstofgas verkregen in de tegengestelde richting naar de gevormde buis. Het koelen van de buis is op deze manier iets minder sterk dan het geval is bij de koelinrichting volgens figuur 2.

30 Bij het toevoeren van de vloeibare stikstof is het van het grootste belang dat de temperatuur in de verdamper niet daalt tot de verdamptemperatuur van de stikstof. Bij deze verdamptemperatuur kan een overmaat vloeibare stikstof worden verkregen op de bodem van de verdamper. Deze overmaat vloeibare stikstof kan naar buiten gaan door 35 het open gedeelte van de verdamper en naar beneden vallen in de buis van kunststof, als gevolg waarvan het binnenoppervlak daarvan ernstig __j 8301530 » -6- wordt vervormd. De toevoer van vloeibare stikstof wordt derhalve zodanig geregeld, dat de temperatuur in de verdamper nabij het open einde altijd hoger ligt dan de verdamptemperatuur van de stikstof bij de in • de buis heersende druk. Hierdoor wordt alle vloeibare stikstof verdampt 5 en wordt derhalve een maximaal koelen in de buis verkregen, waarbij geen gevaar bestaat dat druppels stikstof in aanraking komen met de binnenwand van de buis.

Het regelstelsel omvat overeenkomstig figuur 1 een tem-peratuurregelaar 28, die een signaal ontvangt van een temperatuursensor .10 27. Deze is in de onderste gedeelten en nabij het open einde van de verdamper gemonteerd. De regelaar 28 stuurt weer een aandrijfmotor 29 die de stuurklep 30 bedient, door middel waarvan de hoeveelheid vloei- • bare stikstof in de leiding 10 vanuit een voorraadhouder 31 naar de verdamper 3 wordt gestuurd. De gewenste temperatuur in de verdamper wordt 15 ingesteld op een schaal aan de temperatuurregelaar. Afhankelijk van deze ingestelde temperatuurwaarde, te weten de instelpuntwaarde, en de feitelijke temperatuur in de verdamper, zendt de temperatuurregelaar 28 een signaal uit voor het aandrijven van de motor 29, die weer de stuurklep 30 bedient, die dus de vloeibare stikstof stroming in de lei-20 ding 10 vergroot of verkleind totdat een evenwichtstoestand heerst tussen de "feitelijke" en de "instelpunt"-waarde.

Met de beschreven werkwijze en de inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze is het doeleinde bereikt, dat oxydatie van het binnenoppervlak van de buis wordt voorkomen als gevolg van de inerte 25 eigenschappen van de stikstof, en dat aanduidingen van scheuren als gevolg van oxydatie op het binnenoppervlak zijn voorkomen, en dat raak-lijntrekspanningen in de buis als gevolg van een verschillend koelen op de buiten- en binnenoppervlakken zijn verkleind. De werkwijze en inrichting maken het mogelijk de toevoersnelheid voor de buis te verhogen 30 en dus het produktievermogen te vergroten. Voor bepaalde afmetingen kan de vergroting tot vijfmaal zijn in vergelijking met bekende inrichtingen, en verkrijgen de buizen bovendien een betere kwaliteit.

De in samenhang met het extruderen van buizen van kunststof beschreven werkwijze en inrichting zijn niet beperkt tot dit pro-35 dukt, maar kunnen natuurlijk ook worden toegepast in samenhang met alle mogelijke soorten geextrudeerde, buisvormige voorwerpen, waarbij een 8301530 -7- doeltreffend inwendig koelen essentieel is voor het tot stand brengen van zowel een zo hoog mogelijke kwaliteit van het produkt als een zo hoog mogelijke productiesnelheid. Bovendien zijn ook de hiervoor beschreven verdamper en gasgeleider voor het verdampen van de vloeibare 5 stikstof en voor het geleiden van de verdampte stikstof, niet beperkt tot de beschreven uitvoeringsvormen, en zijn in bepaalde opzichten natuurlijke veranderingen mogelijk binnen het raam van de uitvindings-gedachte.

_______Λ 8301530

Claims

2. Inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de verdampinrichting een cylinder-vormig deel (13, 19) omvat met een goede thermische geleidbaarheid, geplaatst in de gevormde buis (1) dicht bij het extrusiemondstuk, en uitgerust met eindplaten, welk deel een stikstof-verdampkamer met 20 openingen in een einde omgeeft, waarbij mondstukdelen (12, 21) zich bevinden in het gesloten einde van het cylindrische deel met een verbinding met een toevoerleiding voor vloeibare stikstof, gestoken door het mondstuk, openingen (15, 23) voor de doorgang van de verdampte stikstof zodanig zijn aangebracht in het tegenover liggende einde van 25 het cylindrische deel, dat de verdampte stikstof tussen het buitenoppervlak van het cylindrische deel en het binnenoppervlak van de buis doorgaat langs het grootste gedeelte van de lengte van het cylindrische deel, en een temperatuurwaarneemdeel (27) is verbonden met een regelstelsel voor het regelen van de toevoer van de vloeibare stikstof, welk deel 30 zich bevindt in het onderste gedeelte nabij de openingen van het cylindrische deel.
3. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat een hitteschild, bijv. in de vorm van een schijf (14) met een slechte thermische geleidbaarheid is opgesteld tussen het extrusiemondstuk en 35 het cylindrische deel.
4. Inrichting volgens conclusie 3, met hetkenmerk, dat het open einde van de verdampkamer van het cylindrische deel (13) 8301530 X > .· t . -9- zich bevindt bij het hitteschild (14), waarbij de openingen (15) voor de doorgang van stikstofgas in het manteloppervlak dicht bij dit einde zijn aangebracht,· en de mcncfetukdelen (12) zijn aangebracht bij de tegenover liggende, volledig gesloten eindplaat van het cylindrische 5 deel.
5. Inrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat bij het hitteschild (14) een cylindrische leiplaat (25) concentrisch om het cylindrische deel (13) is aangebracht met een zodanige afmeting in de axiale richting, dat zij de openingen (15) voor de doorgang van 10 stikstof, omgeeft.
6. Inrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat in het cylindervozmige deel een aan beide einden open, buisvormig deel (20) concentrisch is aangebracht, van welk cylindrische deel de eindplaat het dichtst bij het extrusiemondstuk op een bepaalde afstand is 15 geplaatst vanaf het hitteschild (14), waarbij de mondstukdelen (21) dicht bij deze eindplaat in de verdampkamer zijn aangebracht tussen het cylindrische deel en de concentrische buis, het tegenover liggende einde van het cylindrische deel af dicht end is aangebracht tegen de r gevormde buis, en openingen (23) dicht bij deze eindplaat voor de door- 20 gang van stikstof in het manteloppervlak van het cylindrische deel zijn aangebracht.
7. Inrichting volgens conclusie 3 en 4, met het kenmerk, dat de mondstukdelen (12, 21) zodanig zijn aangebracht, dat de raaklijn-afvoer van de vloeibare stikstof wordt verkregen.
8. Inrichting volgens conclusie 3 en 4, waarbij een sleep- stop in de buis is aangebracht op een grote afstand vanaf het extrusiemondstuk om het tot aan deze stop koelen door stikstof mogelijk te maken, met het kenmerk, dat een overdrukklep (26) is aangebracht in de sleepstop (17), welke klep is ingesteld op een in de buis gewenste 30 overdruk. 8301530