WO1987002617A1 - Heating and cooling device, especially for extrusion cylinders - Google Patents

Heating and cooling device, especially for extrusion cylinders Download PDF

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Paul KÜHLER
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Definitions

  • the present invention relates to a heating and cooling arrangement for an extrusion cylinder and an extrusion cylinder with at least one heating and cooling arrangement.
  • plastic extrusion machines it is important for the extrusion process that the entire extrusion cylinder can be heated or cooled.
  • This arrangement has the disadvantage that it has a high degree of inertia with respect to heating and cooling and does not allow individual heating and cooling of a cylinder section.
  • the arrangement according to the invention allows the temperature profile to be adapted to the respective process speed.
  • a dynamic heating and cooling system is created, which is also suitable for very fast extrusion processes.
  • 1 is a schematic representation of an extruder with heating and cooling elements provided thereon
  • FIG. 3 shows a section through a heating and cooling arrangement provided on the extrusion cylinder
  • FIG. 4 shows a perspective view of a heating and cooling arrangement mounted on the extrusion cylinder
  • Fig. 5 is a view of the extrusion cylinder with cooling elements arranged on its entire circumference and a heating element.
  • the extrusion cylinder 1 is shown schematically with a funnel 2.
  • Heating and cooling arrangements 3 and 4 are provided on the circumference of the extrusion cylinder 1 at regular, preferably small, intervals.
  • a cooling element 4 is shown in section and in plan view.
  • the cooling element 4 is made from one piece, the ends as legs 6 and 7 being bent at right angles to the central part 8 and being rotated 45 ° in the direction of their longitudinal axis for mechanical stabilization.
  • the cooling element 4 has a curved section 11 and 12, respectively.
  • the cooling element is preferably made of copper, a metal with good thermal conductivity.
  • the cooling element also has a low heat storage capacity, which is important in the case of rapid successive heating and cooling processes of the extrusion cylinder.
  • the heating element is a good heat insulator and has a small heat storage capacity.
  • the cooling elements 4 consisting of copper strips angled at their ends, are held on the surface of the extrusion cylinder 1 by two copper wires 13 and 14.
  • the copper wires 13 and 14 are guided through the curved sections 11 and 12 formed in the end regions 9 and 10 of the central part 8 of the cooling element.
  • All cooling elements 4 arranged over the entire circumference of a section 5 of the extrusion cylinder are fastened by the copper wires 13 and 14.
  • the heating element 3 placed over the individual cooling elements 4 is designed in the form of a band. It comprises two outer sheets 15 and 16, between which an insulating material 17 is provided. Heating wires 18 are arranged within the high-temperature-resistant insulating material 17.
  • the heating element 3 can be attached to the extrusion cylinder 1 with screws, which also makes it easy to replace it, since the heating element is subject to greater wear than the cooling elements.
  • the heating element is designed and mounted on the extrusion cylinder so that as little flow loss as possible occurs during cooling.
  • 5 shows a view of the extrusion cylinder 1 with cooling elements 4 arranged over the entire circumference thereof, forming a band, and the band-shaped heating element 3.
  • Two connecting wires 19 and 20 for the heating element 3 are guided outwards from the surface of the extrusion cylinder 1.
  • the cooling air is blown radially onto the extrusion cylinder and flows axially away.
  • the number of cooling and / or heating zones can be varied as required. By arranging individual, identical cooling elements, the arrangement can be adapted to any diameter of the extrusion cylinder.
  • Each heating and cooling arrangement formed from a number of cooling elements and a heating element ensures that a predetermined temperature is maintained at the point where it is attached around the cylinder. Both the cooling elements and the heating elements have a low heat storage value.
  • the heating elements which act as heat insulators on the outside, lie over the copper strip of the cooling elements and thus cause the heat to penetrate directly into the cylinder as a result of the direct contact between the heating elements, the copper strip and the cylinder. If cooling is to be effected, the corresponding heating element is switched off. The heat of the cylinder is then released through the legs 6 and 7 of the cooling elements by radiation and convection to the outside air.
  • an axially acting fan is set up at the end of the cylinder, which ensures air circulation.

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Description

HEIZ- UND KUEHLANORDNUNG INSBESONDERE FUER EINEN EXTRUSIONSZYLINDER
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Heizund Kühlanordnung für einen Extrusionszylinder sowie einen Extrusionszylinder mit mindestens einer Heiz- und Kühlanordnung. Bei Kunststoff-Extrusionsmaschinen ist es für den Extrusionsprozess wichtig, dass der ganze Extrusionszylinder geheizt oder gekühlt werden kann. Es ist bekannt, zur Erwärmung eines Extrusionszylinders einen Gussteil mit eingegossener Heizung am Umfange desselben vorzusehen. Diese Anordnung hat den Nachteil, dass sie eine grosse zeitliche Trägheit bezüglich Erwärmung und Abkühlung aufweist und keine individuelle Erwärmung und Abkühlung eines Zylinderabschnittes ermöglicht.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Heiz- und Kühianordnung zu schaffen, mit der einzelne Zylinderabschnitte sowohl gekühlt als auch beheizt werden können. Dies wird erfindungsgemäss durch mindestens ein Kühlelement und mindestens ein Heizelement erzielt. Im weiteren soll eine optimale Anpassung des Temperaturprofils längs des Extrusionszylinders an jeden Extrusionsprozess individuell ermöglicht werden können. Dies wird bei einem Extrusionszylinder mit einer Heiz-Kühl-Anordnung erfindungsgemäss dadurch erzielt, dass jeweils auf einem Abschnitt des Extrusionszylinders mindestens auf einem Grossteil seines Umfanges Kühlelemente befestigt sind, und mindestens ein Heizelement über den Kühlelementen an der Oberfläche des Extrusionszylinders vorgesehen ist. Durch die erfindungsgemässe Anordnung lässt sich das Temperaturprofil der jeweiligen Prozessgeschwindigkeit anpassen. Es wird ein dynamisches Heiz- und Kühlsystem geschaffen, weiches auch für sehr schnelle Extrusionsprozesse geeignet ist. Im folgenden wird anhand der beiliegenden Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sowie dessen Verwendung näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Extruders mit an diesem vorgesehenen Heiz- und Kühlelementen,
Fig. 2 ein einzelnes Kühlelement im Schnitt und in Draufsicht,
Fig. 3 einen Schnitt durch eine am Extrusionszylinder vorgesehene Heiz- und Kühlanordnung, Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer auf dem Extrusionszylinder montierten Heiz- und Kühlanordnung,
Fig. 5 eine Ansicht des Extrusionszylinders mit an seinem gesamten Umfang angeordneten Kühlelementen und einem Heizelement. In Fig. 1 ist schematisch der Extrusionszylinder 1 mit einem Trichter 2 dargestellt. Am Umfang des Extrusionszylinders 1 sind in regelmässigen, vorzugsweise kleinen Abständen Heiz- und Kühlanordnungen 3 und 4 vorgesehen. An einem einzelnen Abschnitt 5 des Extrusionszylinders 1 sind jeweils mehrere in regelmässigen, vorzugsweise kleinen Abständen über den ganzen Umfang des Zylinders verteilte Kühlelemente sowie ein bandförmiges Heizelement vorgesehen.
In Fig. 2 ist ein Kühlelement 4 im Schnitt und in Draufsicht dargestellt. Das Kühlelement 4 ist aus einem Stück gefertigt, wobei die Enden als Schenkel 6 und 7 rechtwinklig zum Mittelteil 8 abgebogen und zur mechanischen Stabilisierung in Richtung ihrer Längsachse noch um 45° verdreht werden. In den Uebergangsbereichen 9 und 10 vom Mittelteil 8 zu den Schenkeln 6 und 7 weist das Kühlelement 4 je einen gekrümmten Abschnitt 11 und 12 auf. Das Kühlelement wird vorzugsweise aus Kupfer, einem Metall mit einer guten Wärmeleitfähigkeit, hergestellt. Das Kühlelement weist ebenfalls eine geringe Wärmespeicherfähigkeit auf, was bei rasch aufeinanderfolgenden Wärme- und Kühlvorgängen des Extrusionszylinders wichtig ist. Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch eine am Extrusionszylinder 1 vorgesehene Heiz- und Kühlanordnung, wobei von den an einem Abschnitt 5 des Extrusionszylinders radial auf den ganzen Umfang desselben angeordneten Kühlelementen zwei um 180° gegeneinander versetzte Elemente sowie das bandförmige Heizelement 3 ersichtlich sind. Das Heizelement ist ein guter Wärmeisolator und verfügt über eine kleine Wärmespeicherfähigkeit.
In Fig. 4 ist die Heiz- und Kühlanordnung 3, 4 perspektivisch dargestellt. Die Kühlelemente 4, bestehend aus an ihren Enden abgewinkelten Kupferstreifen, werden durch zwei Kupferdrähte 13 und 14 an der Oberfläche des Extrusionszylinders 1 gehalten. Die Kupferdrähte 13 und 14 werden durch die in den Endbereichen 9 und 10 des mittleren Teiles 8 des Kühlelementes gebildeten, gekrümmten Abschnitte 11 und 12 geführt. Sämtliche über den ganzen Umfang eines Abschnittes 5 des Extrusionszylinders angeordneten Kühlelemente 4 werden durch die Kupferdrähte 13 und 14 befestigt. Das über die einzelnen Kühlelemente 4 gelegte Heizelement 3 ist bandförmig ausgebildet. Es umfasst zwei äussere Bleche 15 und 16, zwischen welchen ein Isolierstoff 17 vorgesehen ist. Innerhalb des hochtemperaturbeständigen Isolierstoffes 17 sind Heizdrähte 18 angeordnet. Das Heizelement 3 kann mit Schrauben am Extrusionszylinder 1 befestigt werden, was auch ein leichtes Auswechseln desselben möglich macht, da das Heizelement einem stärkeren Verschleiss ausgesetzt ist als die Kühlelemente. Das Heizelement ist so ausgebildet und am Extrusionszylinder montiert, dass möglichst wenig Strömungsverluste beim Kühlen entstehen. Fig. 5 zeigt eine Ansicht des Extrusionszylinders 1 mit über den ganzen Umfang desselben angeordneten, ein Band bildenden Kühlelementen 4 sowie dem bandförmigen Heizelement 3. Zwei Anschlussdrähte 19 und 20 für das Heizelement 3 werden von der Oberfläche des Extrusionszylinders 1 nach aussen geführt. Die Kühlluft wird radial auf den Extrusionszylinde geblasen und strömt axial weg. Die Zahl der Kühl- und/oder Wärmezonen lässt sich je nach Bedarf variieren. Durch die Aneinanderreihung von einzelnen, identischen Kühlelementen kann die Anordnung jedem beliebigen Durchmesser der Extrusionszylinder angepasst werden.
Es könnten anstelle der bandförmig zusammengefügten Kühlelemente auch mehrere stranggepresste Kühlelemente verwendet werden.
Die beschriebene Anordnung hat sich als ein wirksames Mittel erwiesen, um die Anpassung eines Extrusionszylinders im Betrieb an jedes gewünschte Temperaturprofil zu gewährleisten. Jede aus einer Anzahl Kühlelemente und einem Heizelement gebildete Heiz- und Kühlanordnung sorgt für die Erhaltung einer vorbestimmten Temperatur an der Stelle, wo sie um den Zylinder angebracht ist. Sowohl die Kühlelemente als auch die Heizelemente haben einen geringen Wärmespeicherungswert. Die Heizelemente, die nach aussen als Wärmeisolatoren wirken, liegen über den Kupferstreifen der Kühlelemente und bewirken somit, dass die Wärme infolge des unmittelbaren Kontaktes zwischen den Heizelementen, den Kupferstreifen und dem Zylinder direkt in den Zylinder eindringt. Soll eine Kühlung bewirkt werden, so wird das entsprechende Heizelement abgeschaltet. Die Wärme des Zylinders wird dann durch die Schenkel 6 und 7 der Kühlelemente durch Strahlung und Konvektion an die Aussenluft abgegeben.
Wie bei den üblichen Anlagen wird ein axial wirkender Ventilator am Ende des Zylinders eingerichtet, der für die Luftzirkulation sorgt.

Claims

Patentansorüche :
1. Heiz- und Kühlanordnung insbesondere für einen Extrusionszylinder, gekennzeichnet durch mindestens ein Kühlelement und mindestens ein Heizelement.
2. Heiz- und Kühlanordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement als Metallstreifen mit in bezug auf einen Mittelteil abgebogenen Endbereichen ausgebildet ist.
3. Heiz- und Kühlanordnung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden als in der Richtung ihrer Längsachse verdrehte Schenkel ausgebildet sind.
4. Heiz- und Kühlanordnung nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement bandförmig ausgebildet ist.
5. Heiz- und Kühlanordnung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement zwei äussere, begrenzende Bleche, einen dazwischen befindlichen Isolierstoff und mindestens einen im Isolierstoff angeordneten Heizdraht aufweist.
6. Heiz- und Kühlanordnung nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Kühlelemente miteinander bandförmig verbunden sind.
7. Heiz- und Kühlanordnung nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlelemente im Uebergangsbereich zwischen dem Mittelteil und den abgebogenen Schenkeln je durch einen Metalldraht verbunden sind.
8. Heiz- und Kühlanordnung nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlelemente aus Kupfer bestehen.
9. Heiz- und Kühlanordnung nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement über dem Mittelteil des Kühlelementes angeordnet ist.
10. Extrusionszylinder mit mindestens einer Heiz- und Kühlanordnung nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils auf einem Abschnitt des Extrusionszylinders mindestens auf einem Grossteil seines Umfanges Kühlelemente befestigt sind und mindestens ein Heizelement über den Kühlelementen an der Oberfläche des Extrusionszylinders vorgesehen ist.
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