WO1994005482A1 - Extrusionswerkzeug für mit einem hohlraum versehene bauteile, sowie verfahren zum herstellen derartiger bauteile - Google Patents

Extrusionswerkzeug für mit einem hohlraum versehene bauteile, sowie verfahren zum herstellen derartiger bauteile Download PDF

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WO1994005482A1
WO1994005482A1 PCT/AT1993/000135 AT9300135W WO9405482A1 WO 1994005482 A1 WO1994005482 A1 WO 1994005482A1 AT 9300135 W AT9300135 W AT 9300135W WO 9405482 A1 WO9405482 A1 WO 9405482A1
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coolant
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Franz Pürstinger
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C.A. Greiner & Söhne Gesellschaft M.B.H.
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Definitions

  • Extrusion tool for components provided with a cavity, and method for producing such components
  • the invention relates to an extrusion tool for components provided with a cavity and a method for producing such components with a cavity, as described in the preamble of claims 1 and 42.
  • Coolants for evaporator cooling systems or oil are often provided in the calibration devices in order to ensure that the wall elements of the components are in contact with the alignment surfaces of the calibration devices via an evacuation of the openings.
  • openings are often provided in the calibration devices in order to ensure that the wall elements of the components are in contact with the alignment surfaces of the calibration devices via an evacuation of the openings.
  • heat dissipation in particular in the case of hollow profile-like components, such as tubes, window profiles, shaped tubes and the like, it is also provided that heat is removed from the interior of the cavity of the component.
  • This heat dissipation can now - according to DE-C2-20 28 538, AT-B-387 355, DE-AI 24 55 779, DE-C2-32 41 005 and DE-C3-25 06 517 - take place in that after the component emerges from the nozzle gap, cooling water is injected into the internal cavity in order to ensure adequate cooling of the component and a correspondingly high heat dissipation.
  • the disadvantage of this method is that the efficiency of the cooling is poor and that an exact calibration is usually prevented by the cooling device.
  • EP-A2-0 047 378 and DE-C2-33 15 202 also proposed to introduce liquid nitrogen at very low temperatures into the cavity of the component, which then evaporates and thus removes heat from the surrounding partial areas of the component.
  • such processes are very cost-intensive since the costs for such noble gases as nitrogen and for their liquefaction are very high.
  • it is inside the components When using liquefied gases, there are very strong temperature differences, which adversely affect the quality of the manufactured components.
  • the present invention is based on the object of providing an extrusion tool for components with cavities and a method for producing such components, with which the molecular structure of the components to be produced can be cooled or frozen more quickly after emerging from the die gap and thus a better one Dimensional accuracy of the components achieved and the production speed for such components can be increased.
  • An embodiment of the extrusion tool according to claim 2 is also advantageous, since it quickly changes the temperature of the heat exchanger to different conditions. gene can be adjusted.
  • An embodiment according to claim 3 is also advantageous because, due to the smaller cross-sectional dimensions of the heat exchanger, the component is prevented from getting stuck even when the component is started up, that is to say when an extrusion line is started up, and the surfaces in the region of the inner cavity are prevented by the heat exchanger not be damaged.
  • this design of the heat exchanger as a hollow profile body enables better circulation and circulation of the further coolant in the cavity of the component.
  • Another embodiment variant describes claim 4, whereby both the inner and the outer surface of the hollow profile body of the heat exchanger can be used for heat transfer between the coolant and the heat exchanger in order to simultaneously use the radiant cold of the heat exchanger.
  • an embodiment according to claim 6 is also advantageous, since cooling media which are immiscible with water or air and have a high heat absorption capacity can also be used for cooling the heat exchanger.
  • the further embodiment according to claim 8 enables a sufficient circulation of the further coolant to be achieved in the area of the heat exchanger, so that an intimate heat transfer between the coolant heated by the inner surface of the cavity and the coolant in the heat exchanger is achieved becomes.
  • an embodiment according to claim 9 is also advantageous, since as a result a portion of the heat energy absorbed in the cavity can be dissipated via the amount of air carried through this cavity in the extrusion direction without impairing the work on the end of the component facing away from the nozzle gap, where some of the heat can first be transferred from the component to the heat exchanger by circulating the air in the area of the heat exchanger and in which a certain amount of residual heat can be discharged through the cavity of the profile.
  • the development according to claim 14 ensures that, if the further coolant in the cavity of the component is properly circulated, the discharge of a certain proportion of the coolant in the longitudinal direction of the component is not hindered.
  • the arrangement of the outflow opening is expedient, since the outflow of a certain portion of the further coolant in the extrusion direction through the cavity and through the open end face facing away from the nozzle gap into the open can be easily realized.
  • Coupling in the longitudinal direction of the components can be easily achieved by using spacers.
  • a high dimensional accuracy of the dimensions of the cavity in the component is achieved by the training according to claim 19.
  • the inner surfaces of the cavity can be snugly applied to the caliber, so that the cavity takes over the corresponding dimensions of the caliber exactly.
  • an embodiment according to claim 21 is also advantageous, since in this way, thermal energy can additionally be dissipated from the inner surface of the cavity of the component via the gas or the air or the liquid extracted to produce the vacuum.
  • a more precise regulation of the vacuum is possible, however, if, in addition to the venturi nozzle arrangement forming the circulating device, a separate venturi device is used for generating the vacuum in the area of the calibration device, as is protected in claim 22.
  • a full contact of the components with the calibration device arranged in the cavity of the component can be achieved by the development according to claim 23.
  • Claim 27 describes a solution with little effort for the heat exchanger, since for the function of the cooling elements only electrical energy has to be introduced into the cavity of the component in order to cool the coolant moved with the circulating device more strongly. This is done in such a way that the coolant, for example partially supplied from the outside, is additionally cooled in the cavity. The resulting waste heat from the Peltier element is removed from the cavity via the cooling medium.
  • This type of internal cooling means that the device according to the invention can also be used in cavities with small cross sections, which, however, are important for the function of the components due to their dimensional accuracy. To increase the cooling capacity, an embodiment according to claim 28 is also possible.
  • the embodiment according to claim 29 enables at least internal cooling of the component over that area in which the outer surfaces of the components are usually very intensively and strongly cooled by external calibres. Due to the simultaneous cooling also in the cavity, the build-up of internal stresses or a warpage of the component can be avoided during this cooling process.
  • the embodiment variant according to claim 30, on the other hand, enables a correspondingly graduated cooling to take place practically over the entire length of the external cooling on the inside of the component, that is to say from the inner surface of the cavity.
  • a uniform solidification and freezing the individual NEN • molecules of different materials, in particular plastics achieved, the build-up of internal stresses and the risk of hardness cracks or the like so that. Is avoided in an advantageous manner.
  • a further development according to claim 32 is also advantageous, since in addition to the circulation of the coolant inside the cavity, a predeterminable proportion of heated coolant can also be discharged to the outside through the cavity in the longitudinal direction.
  • the design according to claim 34 enables a considerable increase in the amount of heat that can be absorbed without great expenditure on device technology.
  • Stress-free components can above all be designed according to the claim 35 can be achieved, since in the case of several cavities in one component, a stress-free and distortion-free component can be achieved by uniform cooling.
  • an embodiment 38 is also particularly advantageous, since this allows the cooling process to be monitored over a larger longitudinal region of the component.
  • An embodiment according to claim 40 can also prove advantageous.
  • a further development according to claim 41 has the advantage that the internal cooling device can be removed relatively quickly for maintenance work or when starting up the component, thereby preventing damage to the same or making work more difficult when starting up the component.
  • the invention also includes a method as characterized in the characterizing part of claim 42.
  • a refrigerant is introduced between the individual melt or partial melt strands into the cavity, it is possible to cool the interior of a hollow profile-like component over the entire cross-section, ie over the entire inner surface, and thereby a uniform one Heat dissipation from outside and from inside the component.
  • This enables the production of torsion-free or stress-free components, in particular hollow profiles. Because the coolant is circulated inside the cavity, the efficiency in cooling the internal Ren surface of the cavity are significantly reinforced without an increased amount of cooling medium has to be circulated inside the cavity.
  • FIG. 1 shows a plant for the production of hollow profile-like components, in particular tubes, shaped tubes, hollow profiles, in particular from plastics, in a side view and in a simplified, schematic representation;
  • FIG. 2 shows the extrusion tool for producing a molded part, in a side view, cut, according to lines II-II in FIG. 3 and also in a simplified, schematic representation;
  • FIG. 3 shows the extrusion tool according to FIG. 2 in an end view, sectioned, along the lines III-III in FIG. 2;
  • FIG. 4 shows a part of the extrusion die and a part of the component adjoining the die gap, in which an internal cooling device is arranged, in a top view, in section, according to lines IV-IV in FIG. 5 and a simplified, schematic illustration;
  • Fig. 6 shows a part of the extrusion tool designed according to the invention Section of the internal cooling device in front view;
  • Figure 8 shows the circulating device in front view, sectioned, along the lines VIII-VIII in Figure 7;
  • FIG. 9 shows a profile with a part of another embodiment of a circulating device according to the invention in a side view, sectioned and simplified schematic representation
  • connection device for the internal cooling device according to the invention in a side view, in section and in a greatly simplified schematic representation
  • FIG. 11 shows an embodiment variant of an extrusion tool with a plurality of inner cooling devices arranged one behind the other in the extrusion direction in a side view and a schematic representation
  • FIG. 12 shows a part of the internal cooling device according to FIG. 4 with additional cooling elements arranged in the area of the heat exchanger.
  • Fig.l is a system 1 for producing a component 2, e.g. a tube or a hollow profile shown preferably made of plastic.
  • This system 1 comprises an extruder 3, an extrusion tool 4 for extruding and the extrusion tool 4, in the extrusion direction - arrow 5 - downstream calibration devices 6, 7 and a cooling device 8.
  • This cooling device 8 is usually a take-off device and a separating device for producing component sections the same size of the endless extruded component or the profile.
  • hollow profile-like components 2 with different cross-sectional shapes e.g. Window or door profiles.
  • the extrusion tool 4 is shown on a larger scale and in section.
  • One of a screw 9 of a preferably as a twin screw extruder formed extruder 3 ejected melt strand 10 is divided into two melt strands 12 and 13 in a distributor 11 of the extrusion die 4.
  • the inlet duct 14 adjoining the outlet of the extruder 3 is divided into two flow ducts 15, 16 diverging to the direction of extrusion, according to arrow 5, which have an essentially circular or oval cross-section and in which distribution ducts 17 and 18 are arranged, in which the partial melt strands 12 or 13 are converted into a plurality of single melt strands 19 and then into a coherent melt web 20 enveloping a core.
  • the flow channels 15 and 16 open into a nozzle gap 21 of a nozzle lip 22 of a nozzle arrangement 23.
  • the extrudate emerging from the nozzle arrangement 23 or a window profile 24 forming the component 2 can be arranged in the calibration devices 6, 7 downstream of the nozzle arrangement 23, of which the calibration device 6 the outside surfaces of the window profile 24 and the calibration device 7 at least the inside surfaces in are assigned to a cavity of the window profile 24, deformed to its final dimensions and cooled in the cooling device 8 that follows.
  • the calibration device 7 is arranged in the interior of the component 2, that is to say in a cavity 26 of the window profile 24 which is of hollow profile and for example forms the component 2.
  • This calibration device 7 is connected in the cavity 26 of component 2 in the extrusion direction - arrow 5 - to an internal cooling device 27, of which a heat exchanger 28 can be seen in FIG.
  • This heat exchanger is connected via supply lines 29, 30 to a cooling unit 31 arranged outside the component 2 or outside the extrusion tool 4.
  • the supply line 30 is connected with an outlet of a pump 32 to a connected inlet 33, while the supply line 29 is connected to a return 35 located on a tank 34.
  • a coolant 36 is contained in the tank 34, which is repeatedly supplied to the heat exchanger 28 via the supply line 30 by the pump 32 and the coolant heated in the heat exchanger is returned to the tank 34 via the supply line 29.
  • the tank 34 is connected via lines 37 to a cooler 38 of the cooling unit 31, in which the cooling medium 36, preferably water 39, by air or water circulation cooling, as schematically indicated by an arrow 40, to the desired position Inlet temperature for the heat exchanger 28 is cooled.
  • the cooler 38 can be designed in accordance with the embodiments known from the prior art and can have a closed cooling circuit with a refrigerant or a continuous water cooler or continuous air cooler or the like for cooling the cooling medium 36.
  • the water 39 is preferably cooled to temperatures below 0 ° C. in order to absorb a correspondingly high amount of heat, for which purpose it is expedient if the water 39 is mixed with an antifreeze 41.
  • the pump 32 for circulating the cooling medium in the supply lines 29, 30 and the heat exchanger 28 can be formed by a centrifugal pump or any other pump.
  • the pump 32 is preferably designed as a piston pump, since it is possible with this type of pump to feed relatively large amounts of liquid into the supply line 30 under very high pressures, so that a large amount of cooling medium via small cross sections of the supply lines 29, 30 to the heat exchanger 28 can be supplied. If piston pumps are used, it is then also possible, among other things, to work in the supply lines 29, 30 with pressures of 100 bar and more, whereas when using centrifugal pumps, pressures between 10 and 50 bar are usually used.
  • the supply lines 29, 30 are guided past distribution channels 17, 18 and through a core 42 of the extrusion tool 4 into the cavity 26 of the component 2. There they then pass through the calibration device 7, which is likewise arranged in the cavity 26 of the component 2, with simultaneous cooling, and open into the heat exchanger 28.
  • a circulating device 44 is provided in the area of the heat exchanger 28, the effect of which will be explained even better with reference to the following figures.
  • this circulation device 44 uses, for example, the air 45 present in the cavity 26 as a coolant 46 and circulates in the cavity according to the corrugated arrows 47, or a portion of the air 45 heated during the circulation, according to the schematic corrugated ones Arrows 48, in the extrusion direction - arrow 5 - are discharged to the open end of the cavity 26.
  • a supply unit 49 can be arranged, with which a compressed gas is supplied through a feed line 50.
  • the feed line 50 can in turn be passed through the core 42 of the extrusion die 4 and, if present, through the calibration device 7, which is arranged in the interior of the cavity 26.
  • a supply line 51 can also run through the core 42, which leads from a vacuum generator 52 to the calibration device 7 in the cavity 26 of the component 2.
  • the vacuum built up via the supply line 51 is required in order to suck in the inner surface 43 of the component 2 via suction openings 53, which, as indicated schematically, can be formed by bores or slots, and to guide it along the surface of the calibration device 7 in order to ensure exact dimensioning and shaping of this inner surface 43.
  • the component 2 is frozen or solidified in the desired dimensions in the area of the subsequent internal cooling device 27, so that a high degree of dimensional accuracy can be achieved in the manufacture of components 2 with the present extrusion tool 4.
  • plastic 54 used to manufacture the components 2 is a recycling material or a primary material.
  • the type of plastic used for component 2 can be of any type, and all plastics suitable for this, such as PVC, polyethylene, ABS or the like, which can be processed by extrusion, can be used.
  • FIG. 3 shows the passage of the feed line 50 or the supply lines 29, 30, 51 into the core 42 of the extrusion die 4.
  • the aforementioned supply line 50 and the supply lines 29, 30, 51 are guided through a distribution plate, also referred to as a mandrel plate 55.
  • This has a plurality of flow channels 15, 16 distributed in the circumferential direction, through which melt single strands 19 are passed. Between these flow channels 15, 16, the feed line 50 or the supply line 29, 30, 51 are slid into a central area or into the area of a center point 56 of the mandrel plate 55, in order to then within the distribution channels 17, 18, which pass through the circumference Production of the melt web 20 causes the core 42 to pass through in the direction of the cavity 26 of the component 2.
  • this mandrel plate 55 can also be designed as an annular plate in which Ren inner opening 57, the supply lines 29, 30, 51 and the feed line 50 are deflected by 90 degrees in order to then pass through the core 42 in the direction of extrusion - arrow 5 -.
  • the core 42 is held in the extrusion tool 4 by means of stud bolts 58.
  • the feed line 50 and the supply lines 29, 30, 51 are thermally insulated from the parts of the mandrel plate 55 or the core 42 surrounding them via insulating materials 59, so that the heat balance in the region of the nozzle arrangement 23 is not disturbed and, above all, the flowability of the Plastic 54 in the area of the nozzle arrangement 23 is not adversely affected by undesired cooling.
  • FIG 4 shows the area of the component 2 in plan view and in section, in which the internal cooling device 27 is arranged.
  • the supply lines 29, 30 are passed through the core 42 with the interposition of insulating material 59.
  • the continuous, coherent material web forming the component 2 exits the nozzle arrangement 23 of the extrusion tool 4 through the nozzle gap 21 between the nozzle lips 22.
  • the calibration device 7 is arranged in the cavity 26 of the component 2.
  • the external dimensions of the calibration devices 7, which are preferably composed of a plurality of individual segments 60, have exactly the desired cross-sectional dimension of the cavity 26. If necessary, the external dimensions can be taken into account the shrinkage dimension for plastics 54 may be somewhat larger than the final dimension of component 2 in the region of cavity 26 or the hollow chamber.
  • this or its segments 60 are provided with suction openings 53, which are connected via a connecting line 61 to a collecting space 62 between the nozzle arrangement 23 and the calibration device 7 stand.
  • An inlet opening of the supply line 51 which is connected to the vacuum generator 52, also protrudes into this collecting space 62, so that the entire collecting space 62 as well as the connecting lines 61 and the suction openings 53 are evacuated in order to fill the inner surface 43 of the component 2 with the vacuum to apply to the surface of the calibration device 7 or its segments 60.
  • cooling can take place in this area if, for example, the supply line 29 is passed through the calibration device 7 with the interposition of distribution channels, as indicated schematically by dash-dotted lines, so that the component 2 is already precooled in the area of the calibration device 7.
  • the feed line 50 which is required for operating the circulating device 44, which in the present case is formed by a venetian nozzle arrangement 63, is then passed through the calibration device 7.
  • This venturi nozzle arrangement 63 serves to suck in the air located between an outer surface of the cooling device 8 and the inner surface 43 of the component 2, indicated schematically by arrows 64, through suction openings 64 ′ and to lead it over a heat exchanger 65 of the cooling device 8 and thereby cool it.
  • the air cooled when passing the heat exchanger 65 can then, as schematically, by corrugated
  • Arrows 66 is indicated, through flow openings 67 which are arranged in a heat exchanger 65 formed by a hollow profile body 68, reenter the air space between the component 2 and the cooling device 8 and is thereby circulated.
  • a certain proportion of the circulated air as indicated schematically by arrows 69, to extend in the direction of extrusion - arrow 5 -, ie in the longitudinal direction of the component 2 open end of the same is moved through and exits from there into the ambient air.
  • the air can also be sucked back over larger longitudinal regions of the component 2 in the extrusion direction along the inner surface 43 of the component 2, so that intensive cooling of the component 2 from the inside over a large longitudinal region forth.
  • This intensive cooling is particularly advantageous when components, for example window profiles with large wall thicknesses, are produced, or as a result a substantial increase in the extrusion speed is possible.
  • this can additionally increase the output of an extruder 3 regardless of the properties caused by the material to be processed.
  • an outlet 70 from the venturi nozzle arrangement 63 for example by arranging outflow openings 71 shown schematically in FIG. 4, which are arranged, for example, in the radial direction or obliquely to the direction of extrusion - arrow 5 - it is also possible swirling of a coolant 72, e.g. To effect air, which is supplied via the feed line 50, in the manner of a cyclone, so that the air flow moves in the manner of a helical spiral along the wall of the hollow profile body 68 of the cooling device 8 or flows around the heat exchanger 65. This allows an intimate heat exchange to take place between the coolant 72 and the heat exchanger 65 and subsequently between the coolant 72 and the component 2 or its inner surface 43.
  • a coolant 72 e.g.
  • a length 73 of the internal cooling device 27 extends at least over that length 73 - shown in FIG. 1 - over which the component 2 is assigned the calibration devices 6 for calibrating the outer surface of the component 2. Due to the uniform heat dissipation from the inner and outer surface of the component 2, stress-free cooling and a stress-free freezing of the plastic molecules over the length of the component 2 are achieved.
  • FIG. 5 shows a segment 60 of the calibration device 7 in a front view.
  • the arrangement of the suction openings 53 which can be designed in the manner of a slot, can be seen from this illustration, as can the arrangement of a central line 74, which allows the air to be removed centrally from the area of the suction openings 53, for example into the supply line 51 enables or if this central line 74 is closed in the direction of the supply line 51 and is opened in the direction of the valve nozzle arrangement 63, the vacuum is built up via the venturi nozzle arrangement 63.
  • the supply line 50 for the coolant 72 for cooling the cavity 26 of the component 2 and for driving the Venturi nozzle arrangement 63 can also be passed.
  • the segment 60 is designed such that only upper and lower sides 75, 76 abut the caliber surfaces.
  • cavities 26, 79, 80, 81, 82, 83 can be arranged in a component 2, in the present case a window profile.
  • cavity 79 is also assigned an internal cooling device 27.
  • the supply lines 29, 30 and the feed line 50 are in turn arranged in this internal cooling device 27, as is also the case with the internal cooling device 27 in the cavity 26.
  • the calibration device 7 is designed such that all inner walls of the cavity 79 are calibrated, i.e. be brought to the right, desired level. With this calibration device 7 it is also possible, as shown with the aid of the calibration device in the cavity 26, to arrange suction openings 53 in order to ensure that the surface of the cavity 79 contacts the calibration device 7 by means of vacuum.
  • Corresponding calibration devices 7 or internal cooling devices 27 can of course also be arranged in the further cavities 80 to 83, if this is essential for the dimensional accuracy of the component 2.
  • FIG. 6 shows the internal cooling device 27 in the cavities 26 and 79 in the area of the heat exchangers 28 and 84, respectively. This illustration also shows that
  • Flow-through openings 67 for circulating a coolant 72, in particular air, in the cavity 26 or 79, according to the arrows 66, can be arranged in a surface 86 facing away from a direction of gravity - arrow 85 - or in side surfaces 87 of the hollow profile body 68.
  • a height dimension 88 can be smaller than an internal height 89 of the cavity 26 and a width 90 may be smaller than a minimum inner width 91 of the cavity 26.
  • a heat exchanger 65 which has already been described in more detail in the preceding figures, can also be arranged in the interior of the hollow profile body 68 in order to cool the coolant 72 to be circulated, according to the arrows 66, by means of the circulating device 44 described above.
  • This can consist, for example, of a spiral tube or also of evaporator surfaces through which the air to be cooled or the coolant 72 can flow in different directions. All designs known from the prior art for such heat exchangers can be used for this.
  • a hollow profile body jacket 92 of the internal cooling device 27 is formed with a circular cross section, in which, for example, the cooling medium supplied via the supply lines 29 and 30, in particular a cooling liquid, is pressed through spirally arranged pipes or channels 93.
  • the outer dimensions of the hollow profile body jacket 92 are selected to be smaller than the corresponding cross-sectional dimensions of the cavity 26.
  • the hollow profile body jacket is in turn penetrated in the radial direction by through-flow openings 67 which connect a interior 94 of the hollow profile body jacket 92 and the surrounding air space 95.
  • a venturi nozzle arrangement 63 which forms the circulation device 44 and enables circulation of the coolant 72, for example a gas, in particular air, according to the arrows 66 and 64, is in a continuous wall in an end wall 96 in the end region 97 of the hollow profile body of the internal cooling device 27 Bore 98 is arranged, which extends in the direction of extrusion - arrow 5.
  • a side facing the nozzle gap 21 is designed as a suction inlet 99 for the coolant 72, while the end of the bore 98 facing the interior of the hollow profile body or the hollow profile body shell 92 is designed as an outflow opening 100.
  • an end of the feed line 50 which is designed as a nozzle 101 and with which a pressurized coolant 72, preferably air or another gas, which can also be mixed with liquid nitrogen, for example, projects into this bore 98 a presettable pressure, for example between 2 and 30 bar, preferably 10 bar, is supplied.
  • a pressurized coolant 72 preferably air or another gas, which can also be mixed with liquid nitrogen, for example
  • this configuration creates a venturi nozzle arrangement 63 in which, in the area of the suction inlet 99, the physical effect of such a venturi nozzle arrangement 63 in Depending on the amount of coolant 72 supplied via the supply line 50 or the pressure thereof and the pressure difference between the supply line 50 and the interior of the hollow profile body jacket 92, a negative pressure is built up which releases the air from the air space 95 surrounding the hollow profile body jacket 92 sucked in according to arrows 64 and entrained in the direction of the extrusion direction - arrow 5 - which coincides with the outflow direction.
  • FIG. 9 shows an embodiment variant of an internal cooling device 27 with a circulation device 44, in which the circulation device 44 is formed by a blower 104. is det, which is driven via a drive 105 via the coolant 72 supplied via the feed line 50.
  • the drive 105 is designed as an air motor, and the outflowing air from the drive 105 can also be used to cool the cavity 26 of the component 2, whereas the circulation of the coolant or the air in the cavity can be done by means of the Blower 104 takes place.
  • the fan 104 or a turbine it is of course also possible for the fan 104 or a turbine to be driven via the cooling medium 36, which is transported in a closed circuit via the supply lines 29 and 30. In this case, a corresponding liquid drive must be provided. However, it would also be possible to operate the blower 104 or a turbine via an electric motor, the energy being able to be supplied via a supply line through the core 42 of the extrusion tool 4.
  • FIG. 10 also shows a connecting device 106, with which the internal cooling device 27 can be attached to the core 42 of the extrusion die 4, for example in the manner of a quick-release fastener, if necessary with the calibration device 7.
  • the supply lines 29, 30 and 51 are arranged on a coupling extension 107 in predetermined coordinates.
  • a single or multiple plug 108 can also be provided, which can be connected to a control device 110 via a line 109.
  • This coupling attachment 107 is now assigned a coupling plug 111, on which protruding coupling extensions 113 for the supply lines 29, 30 and 51 are arranged over an end face 112 thereof.
  • a plug part 114 provided with projecting plug elements is arranged opposite the multiple plug 108.
  • Corresponding sealing elements 116 can also be arranged in the receptacles 115 arranged in the coupling projection 107, so that after the coupling extensions 113 have been pushed into the receptacles 115, a fluid-tight connection of the supply lines 29, 30, 51 and a flawless line connection is produced between the plug part 114 and the multiple plug 108.
  • a union nut 117 can be provided which engages in a thread 118 on the coupling projection 107.
  • a plurality of heat exchangers 65 can be arranged one behind the other in a cavity 26 of a component 2 in the direction of extrusion - arrow 5. These are preferably supplied with cooling medium via common supply lines 29, 30. However, it is theoretically possible, in particular for cavities 26 with large dimensions and large components and components 2 with large cross-sectional dimensions, at least for some of these heat exchangers 65 separate connections to arrange supply lines 29, 30 for the cooling medium.
  • this embodiment variant shows that in the area of the calibration device 7 and in the area of the heat exchangers 65 one or more measuring devices 119 to 127 for determining the temperature of the coolant or the cooling medium and the temperature of the cooling medium or can be arranged on the surface of the component 2.
  • measuring devices 119 to 127 can be connected to the control device 110 via a line 109.
  • a computer unit 128 and memory units 129 and programming devices 130 assigned to it can influence and control both the discharge speed of the extruder 3 and the vacuum generator 52 or the supply unit 49 and the pump 32 or the cooling unit 31.
  • FIG. 12 shows an embodiment variant in the design of the internal cooling device 27 already shown with reference to FIG. 4 and explained in more detail.
  • thermoelectric cooling elements 133 are arranged on an outer surface 131 of the meandering bent pipe 132, which forms the heat exchanger 65.
  • thermoelectric cooling elements are connected via a line 134 to a power supply source outside the extrusion die 4.
  • These cooling elements are so-called semiconductor heat pumps which, using the Peltier effect, convey heat energy from a cold surface 135, which faces the coolant 72 circulated with the circulating device 44, through the cooling element 133 to a warm surface 136.
  • the energy conveyed to the warm surface 136 is discharged from the cavity 26 to the outside via the cooling medium 36 flowing through the pipeline 132.
  • the effect of the coolant 72 can thereby be multiplied, since the effect of the heat exchanger 65, in particular its efficiency, can be multiplied by the arrangement of the cooling elements 133, which are also referred to as Peltier elements.
  • the warm surface 136 is in contact with the outer surface 131 of the pipeline 132
  • the warm surface 136 is ei ⁇ NEN forms part of the outer jacket of the pipeline 132.
  • a similar effect can also be achieved if the warm surface 136 is adjacent to the outer surface 131 of the pipeline 132 at a short distance, so that the radiated heat can also be dissipated via the cooling medium 36.
  • cooling elements 133 The design and arrangement of the cooling elements 133 is left to the person skilled in the art, although it is of course also possible, in reverse, to have a plurality of heat exchangers 65 connected in series in the region of the supply lines 29 and 30 of such Peltier elements connecting them ⁇ te or to arrange cooling elements 133 that can be used to turn the cold surface 135 to the supply lines 29 and 30 and that on the dissipate warm surface 136 via the gaseous coolant 72 or 46 blown through the cavity 26.
  • FIGS. 1; 2.3; 4-6; 7.8; 9; 10; 11; 12 shown embodiments form the subject of independent solutions according to the invention.
  • the tasks and solutions according to the invention in this regard can be found in the detailed descriptions of these figures.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Extrusionswerkzeug (4) für mit einem Hohlraum (26) versehene Bauteile (2), insbesondere aus Kunststoff. Dieses weist eine dem Düsenspalt (21) nachgeordnete Innenkühlvorrichtung (27) auf, die Versorgungsleitungen (29, 30) für ein Kühlmedium (36) umfaßt, welche durch den Kern (42) des Extrusionswerkzeuges (4), insbesondere im Bereich des Düsenspaltes (21), in den Hohlraum (26) des Bauteils (2) münden und zur Zufuhr eines Kühlmediums (36) in den Hohlraum (26) des Bauteils (2) ausgebildet sind. Ein Wärmetauscher (28) ist in Extrusionsrichtung im Abstand vom Düsenspalt (21) in Extrusionsrichtung - Pfeil (5) - angeordnet. Dieser wird von dem Kühlmedium (36) durchflossen. Im Hohlraum (26) des Bauteils (2) ist weiters eine Umwälzvorrichtung (44) für ein Kühlmittel (46), insbesondere ein Gas, angeordnet.

Description

Extrusions Werkzeug für mit einem Hohlraum versehene Bauteile, sowie Verfahren zum Herstellen derartiger Bauteile
Die Erfindung betrifft ein Extrusionswerkzeug für mit einem Hohlraum versehene Bau¬ teile sowie ein Verfahren zum Herstellen derartiger mit einem Hohlraum versehener Bauteile, wie sie im Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 42 beschrieben sind.
Es sind bereits unterschiedliche Extrusionswerkzeuge für mit einem Hohlraum versehe- ne Bauteile, insbesondere aus Kunststoff, bekannt, bei welchen dem Düsenspalt unter¬ schiedliche Kühlvorrichtungen für den Bauteil nachgeordnet sind. Üblicher-weise sind dabei - gemäß DE-C2-20 28 538 - dem Düsenspalt gekühlte Kalibriervorrichtungen zum Festlegen und Einfrieren des Bauteils im Bereich seiner Außenflächen bzw. seiner vorstehenden Teile nachgeordnet. Die Wärmeabfuhr aus den Bauteilen erfolgt durch Kühlung der Kalibriervorrichtungen mittels gekühltem Wasser, Luft oder speziellen
Kühlmitteln für Verdampferkühlanlagen bzw. Öl. Vielfach werden zur Erzielung einer entsprechenden Maßhaltigkeit der Bauteile in den Kalibriervorrichtungen Öffnungen vorgesehen, um ein Anliegen der Wandelemente der Bauteile an den Richtflächen der Kalibriervorrichtungen über eine Evakuierung der Öffnungen sicherzustellen. Um eine verstärkte Wärmeabfuhr, insbesondere bei hohlprofilartigen Bauteilen, wie Rohren, Fensterprofilen, Formrohren und dgl., zu erzielen, ist es auch bereits vorgesehen, aus dem Inneren des Hohlraums des Bauteils Wärme abzuführen.
Dieses Abführen der Wärme kann nun - gemäß DE-C2-20 28 538, AT-B-387 355, DE- AI 24 55 779, DE-C2-32 41 005 und DE-C3-25 06 517 - dadurch erfolgen, daß nach dem Austritt des Bauteils aus dem Düsenspalt in den innenliegenden Hohlraum Kühl¬ wasser eingespritzt wird, um eine ausreichende Abkühlung des Bauteils und eine ent¬ sprechend hohe Wärmeabfuhr sicherzustellen. Nachteilig ist bei diesem Verfahren, daß der Wirkungsgrad der Kühlung schlecht ist und meist ein exaktes Kalibrieren durch die Kühlvorrichtung verhindert wird.
Weiters wurde, um die Menge der Wärmeabfuhr zu erhöhen, gemäß EP-A2- 0 047 378 und DE-C2-33 15 202, auch bereits vorgeschlagen, in den Hohlraum des Bauteils flüs¬ sigen Stickstoff mit sehr niederen Temperaturen einzubringen, der dann verdampft und damit den umgebenden Teilbereichen des Bauteils Wärme entzieht. Derartige Verfah¬ ren sind aber sehr kostenintensiv, da die Kosten für solche Edelgase wie Stickstoff und für deren Verflüssigung sehr hoch sind. Dazu kommt, daß es im Inneren der Bauteile beim Einsatz verflüssigter Gase zu sehr starken Temperatur-unterschieden kommt, die die Qualität der hergestellten Bauteile nachteilig beeinflussen.
Der vorliegenden Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, ein Extrusionswerk¬ zeug für Bauteile mit Hohlräumen und ein Verfahren zum Herstellen solcher Bauteile zu schaffen, mit welchem ein rascheres Kühlen bzw. Einfrieren der Molekularstruktur der herzustellenden Bauteile nach dem Austreten aus dem Düsenspalt und damit eine bessere Maßhaltigkeit der Bauteile erzielt und die Produktionsgeschwindigkeit für der¬ artige Bauteile erhöht werden kann.
Diese Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmalskombination im Kennzeichen¬ teil des Patentanspruches 1 gelöst. Die Vorteile dieser überraschend einfach erscheinen¬ den Lösung liegen nunmehr darin, daß durch die Umwälzung eines weiteren Kühl¬ mittels im Hohlraum des Bauteils in Verbindung mit dem Wärmetauscher über das Kühlmedium, mit welchem der Wärmetauscher gekühlt wird, eine wesentlich höhere Wärmemenge abgeführt werden kann, als dies bei den bekannten Extrusionswerkzeu- gen bisher der Fall war. Vor allem ist es durch diese Umwälzung eines weiteren Kühl¬ mittels im Hohlraum des Bauteils nunmehr möglich, einen intensiveren Wärmeüber¬ gang zwischen dem Kühlmittel und einer wesentlich größeren Fläche der inneren Ober- fläche des Hohlraums zu erreichen, die eine wesentlich intensivere und bessere
Kühlung des Bauteils von Innen her ermöglicht. Durch diesen direkten Kontakt mit dem Kühlmittel aufgrund der Umwälzung muß aber der Wärmetauscher an der inneren Oberfläche des Hohlraums nicht anliegen, und es wird dadurch dessen Anordnung auch über größere Längen in Extrusionsrichtung möglich. Dies wiederum schafft die Voraussetzung größere Wärmemengen aus dem Inneren des Hohlraums abzuziehen, ohne daß eine große Menge an Kühlmittel durch den Hohlraum hindurch in das in Ex¬ trusionsrichtung befindliche Ende des Bauteils verbracht werden muß. Dadurch kann vor allem vermieden werden, daß das aus dem vom Extrusionswerkzeug abgewendeten Stirnende des Bauteils austretende Kühlmittel die weiteren Arbeitsvorgänge, wie bei- spielsweise das Ablängen des Bauteils und dgl., behindert bzw. erschwert. Darüber hinaus schafft diese erfindungsgemäße Lösung nun erstmals die Möglichkeit, eine hohe Wärmemenge nur unter Verwendung von Luft als zusätzlichem Kühlmittel abzu¬ führen, sodaß eine Beeinträchtigung durch aus dem Inneren des Bauteils austretende Flüssigkeiten zur Gänze vermieden werden kann.
Vorteilhaft ist auch eine Ausgestaltung des Extrusionswerkzeuges nach Patentanspruch 2, da dadurch die Temperatur des Wärmetauschers rasch an unterschiedliche Bedingun- gen angepaßt werden kann.
Vorteilhaft ist weiters eine Ausführung nach Patentanspruch 3, da aufgrund der gerin¬ geren Querschnittsabmessungen des Wärmetauschers auch beim Anfahren der Bautei¬ le, also bei Inbetriebnahme einer Extrusionslinie das Festfahren des Bauteils verhin¬ dert wird und die Oberflächen im Bereich des inneren Hohlraumes durch den Wärmetauscher nicht beschädigt werden. Außerdem ermöglicht diese Ausbildung des Wärmetauschers als Hohlprofilkörper eine bessere Zirkulation und Umwälzung des weiteren Kühlmittels im Hohlraum des Bauteils.
Eine andere Ausführungsvariante beschreibt Patentanspruch 4, wodurch sowohl die Innen- als auch die Außenfläche des Hohlprofilkörpers des Wärmetauschers zum Wär¬ meübergang zwischen dem Kühlmittel und dem Wärmetauscher genutzt werden kann, um gleichzeitig auch die Strahlungskälte des Wärmetauschers zu nutzen.
Vorteilhaft ist auch die Weiterbildung nach Patentanspruch 5, da dadurch hohe Wärme¬ mengen aus dem Inneren des Hohlraums des Bauteils über das Kühlmedium abgeführt werden können, da entsprechend große Verdampferflächen außerhalb des Extrusions¬ werkzeuges zur Abfuhr der Wärme aus dem Kühlmedium angeordnet werden können.
Von Vorteil ist aber auch eine Ausgestaltung nach Patentanspruch 6, da dadurch auch mit Wasser oder Luft nicht mischbare Kühlmedien, die eine hohe Wärmeaufnahmefähig keit haben, zum Kühlen des Wärmetauschers eingesetzt werden können.
Besondere Vorteile ermöglicht auch die Weiterbildung nach Patentanspruch 7, da da¬ durch eine zur optimalen Wärmeaufnahme vorbereitete Menge an Kühlmittel in den Hohlraum des Bauteils zum Umwälzen eingebracht werden kann und zu der Wärme¬ menge, die durch das Umwälzen des Kühlmittels über den Wärmetauscher abgeführt werden kann, auch eine entsprechende Wärmemenge durch dieses zusätzlich zugeführ- te Kühlmittel aufgenommen werden kann. Darüber hinaus ist es dadurch auch möglich, diese über das weitere Kühlmittel zusätzlich aufgenommene Wärmemenge durch Ab¬ fuhr des Kühlmittels in Richtung der Extrusionsrichtung aus dem Bauteil abzuführen.
Durch die weitere Ausgestaltung nach Patentanspruch 8 wird ermöglicht, daß im Be- reich des Wärmetauschers eine ausreichende Umwälzung des weiteren Kühlmittels er¬ zielt wird, sodaß ein inniger Wärmeübergang zwischen dem durch die innere Oberflä¬ che des Hohlraums erhitzten Kühlmittel und dem Kühlmittel im Wärmetauscher erzielt wird.
Vorteilhaft ist aber auch eine Ausführung nach Patentanspruch 9, da dadurch ohne Be¬ einträchtigung der Arbeiten an dem vom Düsenspalt abgewendeten Stirnende des Bau- teils ein Anteil der im Hohlraum aufgenommenen Wärmeenergie über die durch diesen Hohlraum in Extrusionsrichtung durchgeführte Luftmenge abgeführt werden kann, wo¬ bei ein Teil der Wärme zuerst durch die Umwälzung der Luft im Bereich des Wärmetauschers vom Bauteil auf den Wärmetauscher übertragen werden kann und in der ein gewisser Restwärmeteil über den Hohlraum des Profils ausgetragen werden kann.
Eine andere, vorteilhafte Ausführungsvariante beschreibt Patentanspruch 10, da diese Ausbildung die Verwendung des weiteren Kühlmittels als Antriebsenergie für die Um¬ wälzvorrichtung ermöglicht. Dadurch kann ohne spezielle Zufuhr von Antriebs-energie und ohne großen mechanischen Aufwand für Antriebsmotore, Getriebe und dgl. auch in äußerst beengten Raumverhältnissen, d.h. in Hohlräumen mit geringen Querschnit¬ ten, eine entsprechende Kühlung der inneren Oberfläche bzw. des Bauteils von Innen her erstmals ermöglicht werden.
Durch die Weiterbildung nach Patentanspruch 11 wird eine einfache Regelung der
Umwälzung des weiteren Kühlmittels im Inneren des Hohlraums und die Abfuhr einer vorbestimmbaren Gasmenge in Extrusionsrichtung aus dem Hohlraum des Bauteils hin¬ aus zur Wärmeabfuhr durch die Wahl eines entsprechenden Überdruckes für das in den Hohlraum eingebrachte Kühlmittel erzielt.
Es ist aber auch eine Ausgestaltung der Umwälzvorrichtung nach Patentanspruch 12 möglich, wobei in einfacher Weise auch die Fördermengen und die umgewälzten Kühl¬ mittelmengen im Inneren des Hohlraums gesteuert werden können.
Durch die Ausgestaltung nach Patentanspruch 13 ist es auch möglich, derartige Geblä¬ se bzw. einen Ventilator durch das in dem Inneren des Hohlraums ohnehin zugeführte Kühlmittel bzw. Kühlmedium anzutreiben.
Durch die Weiterbildung nach Patentanspruch 14 wird erreicht, daß bei einwandfreier Umwälzung des weiteren Kühlmittels im Hohlraum des Bauteils das Ausbringen eines gewissen Anteils des Kühlmittels in Längsrichtung des Bauteils nicht behindert wird. Zweckmäßig ist dabei die Anordnung der Ausströmöffnung gemäß Patentanspruch 15, da dadurch das Ausströmen eines gewissen Anteils des weiteren Kühlmittels in Extru¬ sionsrichtung durch den Hohlraum und durch die vom Düsenspalt abgewendete, geöff¬ nete Stirnseite ins Freie einfach realisiert werden kann.
Zweckmäßig kann aber auch eine Ausbildung gemäß Patentanspruch 16 erfolgen, da durch die radiale Verwirbelung der Luft in Art eines Zyklons in schraubenlinien- förmigen Bewegungen entlang der inneren Oberfläche des Hohlraums vorbeibewegt.
Vorteilhaft ist aber auch eine Weiterbildung nach Patentanspruch 17, da dadurch die Strömungsgeschwindigkeit im Innenraum des Hohlkörperprofils des Wärmetauschers relativ gut geregelt werden kann und außerdem eine exakt definierte Umwälzung des Kühlmittels im Hohlraum des Bauteils erzielt wird.
Zusätzliche Vorteile bringt aber auch die Weiterbildung nach Patentanspruch 18, da es bei dieser Ausführungsvariante nunmehr erstmals auch möglich ist, im Hohlraum eines Bauteils eine Kalibrierung vorzunehmen, die eine wesentlich bessere Maßhaltigkeit des Bauteils nicht nur im Bereich der Außenoberflächen, sondern auch unter Bezug auf den Querschnitt des Hohlraums ermöglicht. Damit kann aber eine exaktere Anpas- sung an Einlageteile sowie das spielfreie Einsetzen derselben erreicht bzw. eine in
Längsrichtung der Bauteile erfolgende Kupplung durch einzusetzende Zwischenstücke einfach realisiert werden.
Eine hohe Maßhaltigkeit der Abmessungen des Hohlraums im Bauteil wird durch die Ausbildung nach Patentanspruch 19 erreicht. Durch die Verwendung eines Vakuums können die inneren Oberflächen des Hohlraums satt an das Kaliber angelegt werden, sodaß der Hohlraum die entsprechenden Abmessungen des Kalibers genau übernimmt.
Eine vorteilhafte Ausführungsvariante beschreibt Patentanspruch 20, wodurch auch ein relativ hohes Vakuum durch Anordnung des Vakuumerzeugers außerhalb der Extru- sionsform zur Beaufschlagung der im Hohlraum angeordneten Kalibriervorrichtung er¬ zielt werden kann.
Vorteilhaft ist aber auch eine Ausgestaltung nach Patentanspruch 21, da dadurch über das zum Herstellen des Vakuums abgesaugte Gas bzw. die Luft oder die Flüssigkeit Wärmeenergie von der inneren Oberfläche des Hohlraums des Bauteils zusätzlich ab¬ geführt werden kann. Eine exaktere Regelung des Vakuums ist jedoch dann möglich, wenn zusätzlich zu der die Umwälzvorrichtung bildenden Venturiedüsenanordnung eine eigene Venturievor- richtung für die Erzeugung des Vakuums im Bereich der Kalibriervorrichtung einge- setzt wird, wie dies im Patentanspruch 22 unter Schutz gestellt ist.
Eine satte Anlage der Bauteile an die im Hohlraum des Bauteils angeordnete Kalibrier¬ vorrichtung kann durch die Weiterbildung nach Patentanspruch 23 erreicht werden.
Eine zusätzliche Kühlung im Bereich der inneren Oberfläche des Hohlraums des Bau¬ teils wird durch die Ausgestaltung nach Patentanspruch 24 möglich, da das Kühlme¬ dium beim Durchströmen zum Wärmetauscher eine Kühlung der Kalibriervorrichtung vornehmen kann, wobei durch den Oberflächenkontakt zwischen der inneren Oberflä¬ che des Hohlraums und der Kalibriervorrichtung ein guter Wärmeübergang und damit eine rasche Ableitung von Wärmeenergie aus diesen Oberflächenbereichen möglich wird.
Ein einfacher und platzsparender Aufbau wird durch die Weiterbildung nach Patent¬ anspruch 25 ermöglicht, sodaß damit die Anordnung von erfindungsgemäß ausgebilde- ten Innenkühlvorrichtungen auch in Hohlräumen mit sehr engen Querschnitten mög¬ lich wird.
Durch die Ausführungsvariante nach Patentanspruch 26 kann mit geringen Querschnit¬ ten für die Versorgungsleitungen für das Kühlmedium das Auslangen gefunden werden und trotzdem eine hohe Wärmemenge in der Zeiteinheit aus dem Hohlraum des Bau¬ teils abtransportiert werden.
Eine Lösung mit geringem Aufwand für den Wärmetauscher beschreibt Patentanspruch 27, da für die Funktion der Kälteelemente nur elektrische Energie in den Hohlraum des Bauteils einzuführen ist, um das mit der Umwälzvorrichtung bewegte Kühlmittel stär¬ ker zu kühlen. Dies erfolgt derart, daß das z.B. teilweise von außen zugeführte Kühl¬ mittel im Hohlraum noch zusätzlich abgekühlt wird. Die dabei anfallende Abwärme des Peltier-Elementes wird über das Kühlmedium aus dem Hohlraum abgeführt. Durch diese Art der Innenkühlung ist die erfindungsgemäße Vorrichtung auch bei Hohlräu- men mit kleinen Querschnitten, die jedoch von ihrer Maßhaltigkeit für die Funktion der Bauteile bedeutend sind, einsetzbar. Zur Erhöhung der Kälteleistung ist auch eine Ausgestaltung nach Patentanspruch 28 möglich.
Die Ausbildung nach Patentanspruch 29 ermöglicht zumindest eine Innenkühlung des Bauteils über jenen Bereich, in welchem üblicherweise durch Außenkaliber eine sehr intensive und starke Kühlung der äußeren Oberflächen der Bauteile erfolgt. Durch die gleichzeitige Kühlung auch im Hohlraum kann während dieses Kühlvorgangs der Auf¬ bau von inneren Spannungen bzw. ein Verzug des Bauteils von Haus aus vermieden werden.
Die Ausbildungsvariante nach Patentanspruch 30 ermöglicht dagegen, daß praktisch über die gesamte Länge der Außenkühlung auch eine entsprechende abgestufte Küh¬ lung auf der Innenseite des Bauteils, also von der inneren Oberfläche des Hohlraums her erfolgen kann. Dadurch wird ein gleichmäßiges Erstarren und Einfrieren der einzel- • nen Moleküle der verschiedenen Materialien, insbesondere Kunststoffe erreicht, sodaß das Aufbauen von inneren Spannungen bzw. die Gefahr von Härte, Rissen oder dgl. in vorteilhafter Weise vermieden wird.
Bei der Ausführungsform nach Patentanspruch 31 ist von Vorteil, daß Beschädigungen der inneren Oberfläche des Hohlraums durch Bewegungen des Wärmetauschers vermie¬ den sind, da durch das Abströmen des im Hohlraum umgewälzten Kühlmittels und den dadurch entstehenden Rückdruck der Wärmetauscher immer in Anlage an einer Fläche des Hohlraums gehalten wird, an dem dann durch die Berührung zwischen Wärmetauscher und Oberfläche ein intensiver Wärmeübergang erfolgen kann.
Vorteilhaft ist auch eine Weiterbildung nach Patentanspruch 32, da dadurch zusätzlich zu der Umwälzung des Kühlmittels im Inneren des Hohlraums auch ein vorbe¬ stimmbarer Anteil an erhitztem Kühlmittel in Längsrichtung durch den Hohlraum nach außen abgeführt werden kann.
Eine höhere Wärmeaufnahme des Kühlmittels kann durch die Merkmale nach Patentan¬ spruch 33 erreicht werden.
Die Ausbildung nach Patentanspruch 34 ermöglicht eine erhebliche Erhöhung der auf- nehmbaren Wärmemenge ohne großen vorrichtungstechnischen Aufwand.
Spannungsfreie Bauteile können vor allem auch durch die Ausgestaltung nach Pa- tentanspruch 35 erreicht werden, da bei mehreren Hohlräumen in einem Bauteil durch die gleichmäßige Kühlung ein spannungsfreier und verzugsfreier Bauteil erreicht wer¬ den kann.
Vorteilhaft ist aber auch eine Weiterbildung nach Patentanspruch 36, da dadurch eine exakte Überwachung des Kühl- bzw. Einfriervorganges und somit ein spannungsfreies Abkühlen der Bauteile erzielt werden kann.
Weiters ist es auch vorteilhaft, eine Ausbildung nach Patentanspruch 37 vorzusehen, da dadurch Veränderungen im Fertigungsprozeß des Bauteils frühzeitig erkannt und Schadstellen im Bauteil durch rechtzeitiges Gegensteuern der Verfahrensbarometer verhindert werden können.
Besonders vorteilhaft ist aber auch eine Ausbildung 38, da dadurch der Kühlvorgang über einen größeren Längsbereich des Bauteils überwacht werden kann.
Durch die weitere Ausgestaltung nach Patentanspruch 39 kann eine vollautomatische Steuerung der Wandstärken bzw. der Querschnitte und der Abmessungen der Bauteile einfach erreicht werden.
Dabei kann sich auch eine Ausgestaltung nach Patentanspruch 40 von Vorteil erwei¬ sen.
Dabei hat eine Weiterbildung nach Patentanspruch 41 den Vorteil, daß für Wartungsar- beiten bzw. beim Anfahren des Bauteils die Innenkühlvorrichtung relativ rasch ent¬ fernt werden kann, wodurch Beschädigungen derselben bzw. eine Erschwernis der Ar¬ beiten beim Anfahren des Bauteils verhindert werden können.
Die Erfindung umfaßt weiters auch ein Verfahren, wie es im Kennzeichenteil des Pa- tentanspruches 42 gekennzeichnet ist. Durch diese Vorgangsweise, daß ein Kältemittel zwischen den Schmelzeeinzel- bzw. den Schmelzeteilsträngen hindurch in den Hohl¬ raum eingeführt wird, ist es möglich, den Innenraum eines hohlprofilartigen Bauteils über den gesamten Querschnitt, d.h. über die gesamte innere Oberfläche zu kühlen und dadurch eine gleichmäßige Wärmeabfuhr von außerhalb und von innerhalb des Bau- teils vorzunehmen. Dies ermöglicht die Herstellung von verwindungs- bzw. spannungs¬ freien Bauteilen, insbesondere Hohlprofilen. Dadurch daß das Kühlmittel im Inneren des Hohlraums umgewälzt wird, kann der Wirkungsgrad bei der Abkühlung der inne- ren Oberfläche des Hohlraums erheblich verstärkt werden, ohne daß eine erhöhte Men¬ ge an Kühlmedium im Inneren des Hohlraums umgewälzt werden muß. Weiters ist durch die Umwälzung des Kühlmittels und dem dadurch erzielten erheblich höheren Kühleffekt ein direkter Kontakt zwischen der inneren Oberfläche und dem Wärmetauscher für das Kühlmedium nicht erforderlich, wodurch das Einbringen und vor allem der Betrieb des Extrusionswerkzeuges mit einer derartigen innenliegenden Kühlvorrichtung erheblich erleichtert wird.
Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Patentansprü- chen 43 und 44.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese im nachfolgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Anlage zum Herstellen von insbesondere aus Kunststoffen bestehen¬ den, hohlprofilartigen Bauteilen, insbesondere Rohren, Formrohren, Hohlprofilen, in Seitenansicht und vereinfachter, schematischer Darstel- lung;
Fig. 2 das Extrusionswerkzeug zum Herstellen eines Formteils, in Seitenan¬ sicht, geschnitten, gemäß den Linien II-II in Fig.3 und ebenfalls in ver¬ einfachter, schematischer Darstellung;
Fig. 3 das Extrusionswerkzeug nach Fig.2 in Stirnansicht, geschnitten, gemäß den Linien III-III in Fig.2;
Fig. 4 einen Teil des Extrusionswerkzeuges und einen Teil des an den Düsen- spalt anschließenden Bauteils, in welchem eine Innenkühlvorrichtung an¬ geordnet ist, in Draufsicht, geschnitten, gemäß den Linien IV-IV in Fig.5 und vereinfachter, schematischer Darstellung;
Fig. 5 einen Teil des erfindungsgemäß ausgebildeten Extrusionswerkzeuges im Bereich der Kalibriervorrichtung in Stirnansicht, geschnitten;
Fig. 6 einen Teil des erfindungsgemäß ausgebildeten Extrusionswerkzeuges im Bereich der Innenkühlvorrichtung in Stirnansicht, geschnitten;
Fig. 7 das Extrusionswerkzeug im Bereich der Umwälzvorrichtung für das wei¬ tere Kühlmittel in Seitenansicht, geschnitten und vergrößertem Maßstab und vereinfachter, schematischer Darstellung;
Fig. 8 die Umwälzvorrichtung in Stirnansicht, geschnitten, gemäß den Linien VIII-VIII in Fig.7;
Fig. 9 ein Profil mit einem Teil einer darin angeordneten anderen Ausführungs¬ form einer erfindungsgemäßen Umwälzvorrichtung in Steitenansicht, ge¬ schnitten und vereinfachter schematischer Darstellung;
Fig. 10 eine Verbindungsvorrichtung für die Innenkühlvorrichtung nach der Er- findung in Seitenansicht, geschnitten und stark vereinfachter schemati¬ scher Darstellung;
Fig. 11 eine Ausführungsvariante eines Extrusionswerkzeuges mit einer Mehr¬ zahl von in Extrusionsrichtung hintereinander angeordneten Innenkühlvor- richtungen in Seitenansicht und schematischer Darstellung;
Fig. 12 einen Teil der Innenkühlvorrichtung nach Fig.4 mit im Bereich des Wärmetauschers angeordneten zusätzlichen Kühlelementen.
In Fig.l ist eine Anlage 1 zum Herstellen eines Bauteiles 2, z.B. eines Rohres oder einem Hohlprofil bevorzugt aus Kunststoff gezeigt. Diese Anlage 1 umfaßt einen Ex¬ truder 3, ein Extrusionswerkzeug 4 zum Extrudieren sowie dem Extrusionswerkzeug 4, in Extrusionsrichtung - Pfeil 5 - nachgeordnete Kalibriervorrichtungen 6,7 und eine Kühlvorrichtung 8. Dieser Kühlvorrichtung 8 ist üblicherweise eine Abzugvorrichtung sowie eine Trenneinrichtung zum Herstellen von Bauteilabschnitten gleicher Größe von dem endlos extrudierten Bauteil oder dem Profil nachgeordnet. Anstelle von Roh¬ ren und Profilen können auch hohlprofilartige Bauteile 2 mit unterschiedlichen Querschnittsformen, wie z.B. Fenster- oder Türprofile, hergestellt werden.
In Fig.2 und 3 ist das Extrusionswerkzeug 4 in größerem Maßstab und geschnitten dar¬ gestellt. Ein von einer Schnecke 9 eines bevorzugt als Doppelschneckenextruder ausge- bildeten Extruders 3 ausgestoßener Schmelzestrang 10 wird in einem Verteilstück 11 des Extrusionswerkzeuges 4 auf zwei Schmelzeteilstränge 12 und 13 aufgeteilt. Der an den Ausgang des Extruders 3 anschließende Einlaßkanal 14 teilt sich in zwei zur Extru¬ sionsrichtung, gemäß Pfeil 5, divergierende Fließkanäle 15, 16 auf, die einen im we- sentlichen kreisförmigen oder ovalen Querschnitt aufweisen und in welchen Verteilka¬ näle 17 bzw. 18 angeordnet sind, in welchem die Schmelzeteilstränge 12 bzw. 13 in mehrere Schmelzeeinzelstränge 19 und danach in eine zusammenhängende, einen Kern umhüllende Schmelzebahn 20 umgewandelt werden.
Die Fließkanäle 15 und 16 münden in einem Düsenspalt 21 einer Düsenlippe 22 einer Düsenanordnung 23.
Das aus der Düsenanordnung 23 austretende Extrudat bzw. ein den Bauteil 2 bildendes Fensterprofil 24 kann in den der Düsenanordnung 23 nachgeordneten Kalibriervorrich- tungen 6,7, von welchen die Kalibriervorrichtung 6 den Außenflächen des Fensterpro¬ fils 24 und die Kalibriervorrichtung 7 zumindest den Innenflächen in einem Hohlraum des Fensterprofils 24 zugeordnet sind, auf seine endgültigen Abmessungen verformt und in der daran anschließenden Kühlvorrichtung 8 abgekühlt werden.
Während nun die Kalibriervorrichtungen 6 einer äußeren Oberfläche 25 zugeordnet sind, ist die Kalibriervorrichtung 7 im Inneren des Bauteils 2, also in einem Hohlraum 26 des hohlprofilartig ausgebildeten beispielsweise den Bauteil 2 bildenden Fensterpro¬ fils 24 angeordnet. An diese Kalibriervorrichtung 7 schließt im Hohlraum 26, des Bau¬ teils 2 in Extrusionsrichtung - Pfeil 5 - eine Innenkühlvorrichtung 27 an, von der in Fig.2 ein Wärmetauscher 28 zu ersehen ist. Dieser Wärmetauscher ist über Versor¬ gungsleitungen 29, 30 mit einem außerhalb des Bauteils 2 bzw. außerhalb des Extru¬ sionswerkzeuges 4 angeordneten Kühlaggregat 31 verbunden. Die Versorgungsleitung 30 ist dazu mit einem Auslaß einer Pumpe 32 an einen verbundenen Zulauf 33 ange¬ schlossen, während die Versorgungsleitung 29 an einen an einem Tank 34 befindlichen Rücklauf 35 angeschlossen ist. Im Tank 34 ist ein Kühlmedium 36 enthalten, welches mit der Pumpe 32 immer wieder über die Versorgungsleitung 30 dem Wärmetauscher 28 zugeführt und das im Wärmetauscher erhitzte Kühlmedium über die Versorgungslei¬ tung 29 wieder dem Tank 34 zugeführt wird.
Der Tank 34 ist über Leitungen 37 mit einem Kühler 38 des Kühlaggregates 31 verbun¬ den, in dem das Kühlmedium 36, bevorzugt Wasser 39, durch Luft oder Wasser¬ umlaufkühlung, wie schematisch durch einen Pfeil 40 angedeutet, auf die gewünsch-te Zulauftemperatur für den Wärmetauscher 28 abgekühlt wird. Der Kühler 38 kann belie¬ big entsprechend den aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungsformen ausge¬ bildet sein und zur Kühlung des Kühlmediums 36 einen geschlossenen Kühlkreislauf mit einem Kältemittel oder einem Durchlaufwasserkühler oder Durchlaufluftkühler oder dgl. aufweisen. Bevorzugt ist das Wasser 39 um eine entsprechend hohe Wärme¬ menge aufzunehmen auf Temperaturen unter 0 Grad C abgekühlt, wozu es zweckmäßig ist, wenn das Wasser 39 mit einem Frostschutzmittel 41 vermischt ist. Die Pumpe 32 zum Umwälzen des Kühlmediums in den Versorgungsleitungen 29, 30 und dem Wärmetauscher 28 kann durch eine Kreiselpumpe oder jede beliebige andere Pumpe gebildet sein. Bevorzugt wird die Pumpe 32 als Kolbenpumpe ausgebildet, da es mit dieser Pumpenart möglich ist, relativ hohe Flüssigkeitsmengen unter sehr hohen Drüc¬ ken in die Versorgungsleitung 30 einzuspeisen, sodaß eine große Menge an Kühlme¬ dium über kleine Querschnitte der Versorgungsleitungen 29, 30 dem Wärmetauscher 28 zugeführt werden kann. Im Falle der Verwendung von Kolbenpumpen ist es unter anderem dann auch möglich, in den Versorgungsleitungen 29, 30 mit Drücken von 100 bar und mehr zu arbeiten, wogegen bei Verwendung von Kreiselpumpen üblicherweise Drücke zwischen 10 und 50 bar verwendet werden.
Wie aus der Darstellung ersichtlich, werden die Versorgungsleitungen 29, 30 nach ih- rem Eintritt in das Extrusionswerkzeug 4 an Verteilkanälen 17, 18 vorbei und durch einen Kern 42 des Extrusionswerkzeuges 4 hindurch in den Hohlraum 26 des Bauteils 2 geführt. Dort durchlaufen sie dann gegebenenfalls unter gleichzeitiger Kühlung die Kalibriervorrichtung 7, die ebenfalls im Hohlraum 26 des Bauteils 2 angeordnet ist und münden in den Wärmetauscher 28.
Um eine intensive Abkühlung einer inneren Oberfläche 43 des Bauteils 2 zu ermögli¬ chen und möglichst viel Wärme in das Kühlmedium 36 abzuführen, ist im Bereich des Wärmetauschers 28 eine Umwälzvorrichtung 44 vorgesehen, deren Wirkung anhand der nachfolgenden Figuren noch besser erläutert werden wird.
Grundsätzlich wird aber mit dieser Umwälzvorrichtung 44 beispielsweise die im Hohl¬ raum 26 vorhandene Luft 45 als Kühlmittel 46 verwendet und entsprechend den gewell¬ ten Pfeilen 47 im Hohlraum umgewälzt bzw. ein Teil der während der Umwälzung er¬ wärmten Luft 45, gemäß den schematischen gewellten Pfeilen 48, in Extrusionsrich- tung - Pfeil 5 - zu dem offenen Ende des Hohlraums 26 ausgetragen.
Zum Antrieb dieser Umwälzvorrichtung 44 kann außerhalb des Extrusionswerkzeuges 4 eine Versorgungseinheit 49 angeordnet sein, mit der ein komprimiertes Gas durch eine Zuleitung 50 zugeführt w .rd. Die Zuleitung 50 kann dabei wiederum durch den Kern 42 des Extrusionswerkzeuges 4 und, falls vorhanden, durch die Kalibrier Vorrich¬ tung 7, die im Inneren des Hohlraums 26 angeordnet ist, hindurchgeführt sein.
Des weiteren kann durch den Kern 42 auch noch eine Versorgungsleitung 51 hindurch¬ laufen, die von einem Vakuumerzeuger 52 zu der Kalibriervorrichtung 7 im Hohlraum 26 des Bauteils 2 führt. Das über die Versorgungsleitung 51 aufgebaute Vakuum wird benötigt, um über Ansaugöffnungen 53, die, wie schematisch angedeutet, durch Boh- rungen oder Schlitze gebildet sein können, die innere Oberfläche 43 des Bauteils 2 an¬ zusaugen und satt an der Oberfläche der Kalibriervorrichtung 7 entlangzuführen, um eine exakte Dimensionierung und Formgebung dieser inneren Oberfläche 43 sicherzu¬ stellen.
Dadurch wird der Bauteil 2 im Bereich der nachfolgenden Innenkühlvorrichtung 27 in seinen gewünschten Abmessungen eingefroren bzw. verfestigt, sodaß eine hohe Maßhaltigkeit bei der Herstellung von Bauteilen 2 mit dem vorliegenden Extrusions¬ werkzeug 4 erreicht werden kann.
Dies ist insbesondere bei Bauteilen 2 von Vorteil, die aus Kunststoff 54 hergestellt werden. Dabei ist es unerheblich, ob dieser zur Herstellung der Bauteile 2 verwendete Kunststoff 54 ein Recyclingmaterial oder ein Primärmaterial ist. Die Art des für den Bauteil 2 verwendeten Kunststoffes kann beliebig sein, und es können alle dafür geeig¬ neten Kunststoffe, wie PVC, Polyäthylen, ABS oder dgl., die mittels Extrusion verar- beitbar sind, verwendet werden.
In Fig.3 ist die Durchführung der Zuleitung 50 bzw. der Versorgungsleitungen 29, 30, 51 in den Kern 42 des Extrusionswerkzeuges 4 gezeigt. Dabei werden die vorgenannte Zuleitung 50 bzw. die Versorgungsleitungen 29, 30, 51 durch eine auch als Dornplatte 55, bezeichnete Verteilungsplatte hindurchgeführt. Diese weist in Umfangsrichtung verteilt mehrere Fließkanäle 15, 16 auf, durch welche Schmelzeeinzelstränge 19 hindurchgeführt werden. Zwischen diesen Fließkanälen 15, 16 werden die Zuleitung 50 bzw. die Versorgungsleitung 29,30,51 in einen Zentralbereich bzw. in den Bereich eines Mittelpunktes 56 der Dornplatte 55 gleitet, um dann innerhalb der Verteilkanäle 17, 18, die die über den Umfang durchgehende Herstellung der Schmelzebahn 20 be¬ wirken, den Kern 42 in Richtung des Hohlraumes 26 des Bauteils 2 zu durchtreten. Dazu kann diese Dornplatte 55 auch als kreisringförmige Platte ausgebildet sein, in de- ren inneren Öffnung 57 die Versorgungsleitungen 29, 30, 51 und die Zuleitung 50 um 90 Grad umgelenkt werden, um danach den Kern 42 in Extrusionsrichtung - Pfeil 5 - zu durchtreten.
Wie aus dieser Darstellung weiters zu ersehen ist, wird der Kern 42 über Stehbolzen 58 im Extrusionswerkzeug 4 gehalten. Die Zuleitung 50 und die Versorgungsleitungen 29, 30, 51 sind über Isoliermaterialien 59 von den diese umgebenden Teilen der Dorn¬ platte 55 bzw. des Kerns 42 thermisch isoliert, sodaß der Wärmehaushalt im Bereich der Düsenanordnung 23 nicht gestört wird und vor allem die Fließfähigkeit des Kunst- Stoffes 54 im Bereich der Düsenanordnung 23 durch unerwünschte Abkühlung nicht nachteilig verändert wird.
Zu diesem Zweck kann es unter anderem auch vorteilhaft sein, beispielsweise die Ver¬ sorgungsleitungen 29 und 30 ineinander zu führen, wie dies schematisch in Fig.3 ange- deutet ist.
Dazu ist es nunmehr möglich, die Versorgungsleitung 30 im Inneren der Versorgungs¬ leitung 29 durch den Kern 42 und gegebenenfalls auch durch die Kalibriervorrichtung 7 hindurchzuführen, da dies aufgrund der geringeren Temperaturdifferenz des Kühlmit- tels in den Versorgungsleitungen 30 und 29 gegenüber der Temperatur des Kerns 42 bzw. der Dornplatte 55 eine geringere nachteilige Beeinflussung bzw. Abkühlung des Kerns 42 bewirkt. Um einen möglichen Wärmeverlust zwischen der Versorgungslei¬ tung 29 und 30 zusätzlich zu dämmen, kann zwischen den beiden Rohrleitungen noch zusätzlich Isoliermaterial 59 angeordnet sein.
In Fig.4 ist der Bereich des Bauteils 2 in Draufsicht und geschnitten gezeigt, in wel¬ chem die Innenkühlvorrichtung 27 angeordnet ist.
Aus dieser Darstellung ist zu ersehen, daß die Versorgungsleitungen 29, 30 unter Zwi- schenschaltung von Isoliermaterial 59 durch den Kern 42 hindurchgeführt sind. Die durchgehende, zusammenhängende, den Bauteil 2 bildende Materialbahn tritt durch den Düsenspalt 21 zwischen den Düsenlippen 22 aus der Düsenanordnung 23 des Ex¬ trusionswerkzeuges 4 aus. Unmittelbar anschließend an den Düsenspalt 21 ist im Hohl¬ raum 26 des Bauteils 2 die Kalibriervorrichtung 7 angeordnet. Die Außenabmessungen der Kalibriervorrichtungen 7, die bevorzugt aus mehreren, einzelnen Segmenten 60 zu¬ sammengesetzt sind, weisen genau die gewünschte Querschnittsabmessung des Hohl¬ raums 26 auf. Gegebenenfalls können die Außenabmessungen zur Berücksichtigung des Schwundmaßes bei Kunststoffen 54 etwas größer sein, als das Endmaß des Bau¬ teils 2 im Bereich des Hohlraums 26 bzw. der Hohlkammer.
Um ein exaktes Anliegen der Bauteilflächen an den Oberflächen der Kalibriervorrich- tung 7 zu ermöglichen, ist diese bzw. deren Segmente 60 mit Ansaugöffnungen 53 ver¬ sehen, die über eine Verbindungsleitung 61 mit einem Sammelraum 62 zwischen der Düsenanordnung 23 und der Kalibriervorrichtung 7 in Verbindung stehen. In diesen Sammelraum 62 ragt auch eine Einlaßöffnung der Versorgungsleitung 51, die mit dem Vakuumerzeuger 52 verbunden ist, sodaß der gesamte Sammelraum 62 sowie die Ver- bindungsleitungen 61 und die Ansaugöffnungen 53 evakuiert werden, um durch den Unterdruck die innere Oberfläche 43 des Bauteils 2 satt an die Oberfläche der Kali¬ briervorrichtung 7 bzw. deren Segmente 60 anzulegen. Gleichzeitig kann in diesem Bereich eine Kühlung erfolgen, wenn beispielsweise die Versorgungsleitung 29 unter Zwischenschaltung von Verteilungskanälen, wie sie schematisch mit strichpunktierten Linien angedeutet sind, durch die Kalibriervorrichtung 7 hindurchgeführt sind, sodaß bereits eine Vorkühlung des Bauteils 2 im Bereich der Kalibriervorrichtung 7 erfolgt.
Durch die Kalibriervorrichtung 7 ist dann weiters die Zuleitung 50 hindurchgeführt, die zum Betrieb der Umwälzvorrichtung 44, die im vorliegenden Fall durch eine Ven- turiedüsenanordnung 63 gebildet ist, benötigt wird. Diese Venturiedüsenanordnung 63 dient dazu, um die zwischen einer Außenfläche der Kühlvorrichtung 8 und der inneren Oberfläche 43 des Bauteils 2 befindliche, schematisch durch Pfeile 64 angedeutete Luft durch Ansaugöffnungen 64' anzusaugen und über einen Wärmetauscher 65 der Kühlvorrichtung 8 hinwegzuführen und dabei abzukühlen. Die beim Vorbeistreichen am Wärmetauscher 65 abgekühlte Luft kann dann, wie schematisch durch gewellte
Pfeile 66 angedeutet ist, durch Durchströmöffnungen 67welche einem in einem durch einen Hohlprofilkörper 68 gebildeten Wärmetauscher 65 angeordnet sind, wieder in den Luftraum zwischen dem Bauteil 2 und der Kühlvorrichtung 8 eintreten und wird dadurch umgewälzt. Je nach der Dimensionierung der Querschnitte des Gesamtquer- Schnittes der Durchströmöffnungen 67 kann weiters bewirkt werden, daß ein gewisser Anteil der umgewälzten Luft, wie schematisch durch Pfeile 69 angedeutet, in Extru¬ sionsrichtung - Pfeil 5 -, d.h. in Längsrichtung des Bauteils 2 zu dem geöffneten Ende desselben hindurch bewegt wird und von dort in die Umgebungsluft austritt. Bei ent¬ sprechender Ausgestaltung und in Abhängigkeit von der über die Zuleitung 50 zuge- führten Luftmenge und der Druckdifferenz in der Venturiedüsenanordnung 63 kann die Menge der umgewälzten Luft, gemäß den Pfeilen 66 und 64, und die Menge der über das Profil ausgetragenen Luft, gemäß Pfeil 69, bzw. eines anderen Kühlmittels, insbe- sondere einem Gas, bestimmt werden. Bei einem entsprechend hohen mit der Venturie¬ düsenanordnung 63 erzeugten Unterdruck kann auch über größere Längsbereiche des Bauteils 2 in Extrusionsrichtung die Luft entlang der inneren Oberfläche 43 des Bau¬ teils 2 zurückgesaugt werden, sodaß über einen großen Längsbereich eine intensive Kühlung des Bauteils 2 von innen her erfolgt.
Diese intensive Kühlung ist vor allem dann von Vorteil, wenn Bauteile, beispielsweise Fensterprofile mit großen Wandstärken hergestellt werden bzw. wird dadurch eine we¬ sentliche Erhöhung der Extrusionsgeschwindigkeit möglich. Damit kann aber die Aus- Stoßleistung eines Extruders 3 unabhängig von den durch das zu verarbeitende Material bedingten Eigenschaften noch zusätzlich erhöht werden.
Durch die entsprechende Ausgestaltung eines Auslasses 70 aus der Venturiedüsenan¬ ordnung 63, beispielsweise durch Anordnung von in Fig.4 schematisch dargestellten Ausströmöffnungen 71, die beispielsweise in radialer Richtung oder schräg zur Extru¬ sionsrichtung - Pfeil 5 - angeordnet sind, ist es auch möglich, eine Verwirbelung eines Kühlmittels 72, z.B. Luft, welches über die Zuleitung 50 zugeführt wird, in Art eines Zyklons zu bewirken, sodaß sich die Luftströmung in Art einer schraubenförmigen Spi¬ rale an der Wand des Hohlprofilkörpers 68 der Kühlvorrichtung 8 entlangbewegt bzw. den Wärmetauscher 65 umspült. Dadurch kann ein innigerer Wärmeaustausch zwi¬ schen dem Kühlmittel 72 und dem Wärmetauscher 65 und in der Folge dann zwischen dem Kühlmittel 72 und dem Bauteil 2 bzw. dessen innerer Oberfläche 43 erfolgen.
Vorteilhaft ist es weiters, wenn sich eine Länge 73 der Innenkühlvorrichtung 27 zumin- dest über jene Länge 73 - in Fig.l gezeigt - erstreckt, über welche dem Bauteil 2 die Kalibriervorrichtungen 6 zum Kalibrieren der äußeren Oberfläche des Bauteils 2 zuge¬ ordnet ist. Durch die gleichmäßige Wärmeabfuhr von der inneren und äußeren Oberflä¬ che des Bauteils 2 wird eine spannungsfreie Abkühlung und ein spannungsfreies Ein¬ frieren der Kunststoffmoleküle über die Länge des Bauteils 2 erreicht.
In Fig.5 ist ein Segment 60 der Kalibriervorrichtung 7 in Stirnansicht gezeigt. Aus die¬ ser Darstellung ist die Anordnung der Ansaugöffnungen 53, die in Art eines Schlitzes ausgebildet sein können, ebenso zu entnehmen, wie die Anordnung einer Zentrallei¬ tung 74, die eine zentrale Abfuhr der Luft aus dem Bereich der Ansaugöffnungen 53 beispielsweise in die Versorgungsleitung 51 ermöglicht oder wenn diese Zentrallei¬ tung 74 in Richtung der Versorgungsleitung 51 verschlossen und in Richtung der Ven¬ turiedüsenanordnung 63 geöffnet ist, den Aufbau des Vakuums über die Venturiedüse- nanordnung 63.
In der Zentralleitung 74 kann beispielsweise auch die Zuleitung 50 für das Kühlmittel 72 zur Kühlung des Hohlraums 26 des Bauteils 2 und zum Antrieb der Venturiedüsena¬ nordnung 63 hindurchgeführt sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Seg¬ ment 60 so ausgebildet, daß nur Ober- und Unterseiten 75, 76 an den Kaliberflächen anliegen. Selbstverständlich ist es aber auch möglich, das Segment 60 des Kalibers so auszubilden, daß die im Hohlraum 26 angeordneten und in diesen vorragenden Stege 77 und damit auch Seitenwände 78 einwandfrei kalibriert werden.
Weiters ist aus der Darstellung auch zu ersehen, daß bei einem Bauteil 2, im vorliegen¬ den Fall einem Fensterprofil, mehrere Hohlräume 26, 79, 80, 81, 82, 83 angeordnet sein können. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist außer dem Hohlraum 26 auch dem Hohlraum 79 noch eine Innenkühlvorrichtung 27 zugeordnet. In dieser Innenkühl- Vorrichtung 27 sind wiederum die Versorgungsleitungen 29, 30 und die Zuleitung 50 angeordnet, wie dies bei der Innenkühlvorrichtung 27 im Hohlraum 26 ebenso der Fall ist.
In diesem Fall ist die Kalibriervorrichtung 7 so ausgebildet, daß alle Innenwände des Hohlraums 79 kalibriert, d.h. auf das richtige, gewünschte Maß gebracht werden. Auch bei dieser Kalibriervorrichtung 7 ist es möglich, wie anhand der Kalibriervorrichtung im Hohlraum 26 gezeigt, Ansaugöffnungen 53 anzuordnen, um über Vakuum eine An¬ lage der Oberfläche des Hohlraums 79 an der Kalibriervorrichtung 7 sicherzustellen.
Selbstverständlich können auch in den weiteren Hohlräumen 80 bis 83, so dies für die Maßhaltigkeit des Bauteils 2 wesentlich ist, entsprechende Kalibriervorrichtungen 7 bzw. Innenkühlvorrichtungen 27 angeordnet werden.
In Fig.6 ist die Innenkühlvorrichtung 27 in den Hohlräumen 26 und 79 im Bereich der Wärmetauscher 28 bzw. 84 gezeigt. In dieser Darstellung ist auch gezeigt, daß
Durchströmöffnungen 67 zum Umwälzen eines Kühlmittels 72, insbesondere Luft, im Hohlraum 26 bzw. 79, gemäß den Pfeilen 66, in einer von einer Schwerkraftrichtung - Pfeil 85 - abgewendeten Oberfläche 86 bzw. in Seitenflächen 87 des Hohlprofilkörpers 68 angeordnet sein können.
Dadurch ist es auch möglich, daß bei sich über eine größere Länge erstreckenden In¬ nenkühlvorrichtungen 27 bzw. Hohlprofilkörpern 68 sich diese auf einer Bodenfläche des Bauteils 2 abstützen können. Selbstverständlich ist es aber auch möglich, den Hohlprofilkörper 68 durch Anordnung von in Schwerkraftrichtung - Pfeil 85 - gerichte¬ ten Ausströmöffnungen oberhalb einer Bodenfläche in Schwebe zu halten, um uner¬ wünschte Verformungen des Bauteils 2 bzw. des Profils in Schwerkraftrichtung zu ver¬ meiden. Um eine Beschädigung bzw. eine Maßveränderung des Hohlraums 26 bzw. 79 im Bereich des Hohlprofilkörpers 68 zu vermeiden, der im vorliegenden Ausführungs¬ beispiel mit einem Hohlprofilmantel gebildet ist, kann eine Höhenabmessung 88 des¬ selben kleiner sein als eine Innenhöhe 89 des Hohlraums 26 sowie eine Breite 90 klei¬ ner sein als eine minimale Innenbreite 91 des Hohlraums 26.
Im Inneren des Hohlprofilkörpers 68 kann zur Abkühlung des umzuwälzenden Kühl¬ mittels 72, gemäß den Pfeilen 66, mittels der zuvor beschriebenen Umwälzvorrichtung 44 ebenfalls ein in den vorstehenden Figuren bereits näher beschriebener Wärme¬ tauscher 65 angeordnet sein. Dieser kann beispielsweise aus einer Rohrspirale beste- hen oder auch aus Verdampferflächen, die in unterschiedlichen Richtungen von der ab¬ zukühlenden Luft bzw. dem Kühlmittel 72 durchströmt werden können. Hierfür kön¬ nen alle aus dem Stand der Technik bekannten Ausbildungen für derartige Wärmetauscher Anwendung finden.
In den Fig.7 und 8 ist eine geringfügig geänderte Ausführungsvariante für ein erfin¬ dungsgemäßes Extrusionswerkzeug 4 bzw. dessen Innenkühlvorrichtung 27 gezeigt. Ein Hohlprofilkörpermantel 92 der Innenkühlvorrichtung 27 ist mit einem kreis¬ ringförmigen Querschnitt ausgebildet, in welchem beispielsweise durch spiralförmig angeordnete Rohre oder Kanäle 93 das über die Versorgungsleitungen 29 und 30 zuge- führte Kühlmedium, insbesondere eine Kühlflüssigkeit, hindurchgepreßt wird. Die Au¬ ßenabmessungen des Hohlprofilkörpermantels 92 sind, wie bereits bei den vorstehen¬ den Ausführungsbeispielen erläutert, kleiner gewählt als die entsprechenden Quer¬ schnittsabmessungen des Hohlraums 26. Der Hohlprofilkörpermantel wird in radialer Richtung wiederum von Durchströmöffnungen 67 durchbrochen, die eine Verbindung zwischen einem Innenraum 94 des Hohlprofilkörpermantels 92 und dem diesen umge¬ benden Luftraum 95 herstellen.
Eine Venturiedüsenanordnung 63, die die Umwälzvorrichtung 44 bildet und ein Um¬ wälzen des Kühlmittels 72, z.B. eines Gases, insbesondere Luft, gemäß den Pfeilen 66 und 64, ermöglicht, ist in einer Stirnwand 96 im Endbereich 97 des Hohlprofilkörpers der Innenkühlvorrichtung 27 in einer durchgehenden Bohrung 98 angeordnet, die sich in Extrusionsrichtung - Pfeil 5 - erstreckt. Eine dem Düsenspalt 21 zugewendete Seite ist als Saugeingang 99 für das Kühlmittel 72 ausgebildet, während das dem Innenraum des Hohlprofilkörpers bzw. de •, Hohlprofilkörpermantels 92 zugewandte Ende der Boh¬ rung 98 als Ausströmöffnung 100 ausgebildet ist. In diese Bohrung 98 ragt von Seiten des Düsenspaltes 21 her, ein als Düse 101 ausgebildetes Ende der Zuleitung 50 hinein, mit der ein unter Druck stehendes Kühlmittel 72, bevorzugt Luft oder ein anderes Gas, welches beispielsweise auch mit flüssigem Stickstoff vermischt sein kann, unter einem voreinstellbaren Druck, beispielsweise zwischen 2 und 30 bar, bevorzugt 10 bar, zuge¬ führt wird. Durch eine im Anschluß an die Ausströmöffnung 100 stattfindende, erhebli¬ che Querschnitterweiterung gegenüber einem Durchmesser 102 der Zuleitung 50 wird durch diese Ausbildung eine Venturiedüsenanordnung 63 geschaffen, in der im Be¬ reich des Saugeingangs 99 durch die physikalische Wirkung einer derartigen Venturie¬ düsenanordnung 63 in Abhängigkeit von der über die Zuleitung 50 zugeführten Menge an Kühlmittel 72 bzw. dem Druck desselben und der Druckdifferenz zwischen der Zu¬ leitung 50 und den Innenraum des Hohlprofilkörpermantels 92 ein Unterdruck aufge- baut wird, der aus dem den Hohlprofilkörpermantel 92 umgebenden Luftraum 95 die Luft entsprechend der Pfeile 64 ansaugt und diese in Richtung der Extrusionsrichtung - Pfeil 5 - die mit der Ausströmrichtung übereinstimmt, mitreißt. Dadurch kommt es, wie durch die Pfeile 66 und 64 angedeutet, über die Durchströmöffnungen 67 bzw. auch nach dem Ende des Hohlprofilkörpermantels 92 zu einer raschen Umwälzung des im Hohlraum 26 des Bauteils 2 befindlichen Kühlmittels, insbesondere der Luft, die bei einem Entlangstreichen durch den Innenraum des Hohlprofilkörpermantels 92 bzw. beim Zurückströmen in Richtung der Pfeile 66 und 64 an der Außenfläche des Hohlpro¬ filkörpermantels 92 ständig gekühlt wird, sodaß sie den benachbarten Oberflächen des Bauteils 2 Wärme entziehen kann und es dadurch zu einer Verfestigung des Kristallgit- ters bzw. einem Einfrieren und einem Absinken der Temperatur des Bauteils 2 unter die Fließgrenze bzw. Einfriertemperatur kommt.
Wie besser dem Schnitt in Fig.8 zu entnehmen ist, ist es auch möglich, daß im Endbe¬ reich 97 des Hohlprofilkörpermantels 92 dieser mit entsprechenden Fortsätzen 103 ver- sehen sein kann, um eine entsprechende Abstützung der Wandteile des Hohlraums 26 einerseits und eine Verringerung des Luftraumquerschnittes andererseits zu erreichen. Durch die Erhöhung der Zuströmgeschwindigkeit bzw. die Verringerung dieses Quer¬ schnittes im Luftraum kann insgesamt die Umwälzgeschwindigkeit des Kühlmittels 72 an unterschiedliche Werte angepaßt werden.
In Fig.9 ist eine Ausführungsvariante einer Innenkühlvorrichtung 27 mit einer Umwälz¬ vorrichtung 44 gezeigt, bei der die Umwälzvorrichtung 44 durch ein Gebläse 104 gebil- det ist, welches über einen Antrieb 105 über das über die Zuleitung 50 zugeführte Kühlmittel 72 angetrieben wird. Der Antrieb 105 ist in diesem Fall als Luftmotor aus¬ gebildet, und es kann die abströmende Luft vom Antrieb 105 zur Kühlung des Hohl¬ raums 26 des Bauteils 2 ebenso verwendet werden, wogegen die Umwälzung des im Hohlraum befindlichen Kühlmittels bzw. der Luft mittels des Gebläses 104 erfolgt.
Selbstverständlich ist es in diesem Zusammenhang auch möglich, daß der Antrieb für das Gebläse 104 oder eine Turbine über das Kühlmedium 36, welches über die Versor¬ gungsleitungen 29 und 30 in einem geschlossenen Kreislauf transportiert wird, erfolgt. In diesem Fall ist dann ein entsprechender Flüssigkeitsantrieb vorzusehen. Es wäre aber auch möglich, das Gebläse 104 bzw. eine Turbine über einen Elektromotor zu be¬ treiben, wobei die Energie über eine Versorgungsleitung durch den Kern 42 des Extru¬ sionswerkzeuges 4 zugeführt werden kann.
In Fig.10 ist weiters eine Verbindungsvorrichtung 106 gezeigt, mit der beispielsweise in Art eines Schnellverschlusses die Innenkühlvorrichtung 27 gegebenenfalls mit der Kalibriervorrichtung 7 am Kern 42 des Extrusionswerkzeuges 4 befestigt werden kann.
Dazu sind die Versorgungsleitungen 29, 30 und 51 auf einem Kupplungsansatz 107 in vorbestimmten Koordinaten angeordnet. Gleichfalls kann auch ein Einzel- oder Mehr¬ fachstecker 108 vorgesehen sein, der über eine Leitung 109 mit einer Steuervorrich¬ tung 110 verbunden sein kann.
Diesem Kupplungsansatz 107 ist nun ein Kupplungsstecker 111 zugeordnet, auf dem über eine Stirnfläche 112 desselben vorragende Kupplungsfortsätze 113 für die Versor¬ gungsleitungen 29, 30 und 51 angeordnet sind. Gleichfalls ist ein mit vorspringenden Steckelementen versehener Steckerteil 114 dem Mehrfachstecker 108 gegenüberlie¬ gend angeordnet. In den im Kupplungsansatz 107 angeordneten Aufnahmen 115 kön¬ nen beispielsweise auch entsprechende Dichtelemente 116, wie O-Ringe angeordnet sein, sodaß nach Einschieben der Kupplungsfortsätze 113 in die Aufnahmen 115 eine flüssigkeitsdichte Verbindung der Versorgungsleitungen 29, 30, 51 sowie eine ein¬ wandfreie Leitungsverbindung zwischen dem Steckerteil 114 und dem Mehrfachstec¬ ker 108 hergestellt ist.
Zur Durchführung der Kupplungsbewegung bzw. zum Fixieren des Kupplungssteckers 111 am Kupplungsansatz 107 kann eine Überwurfmutter 117 vorgesehen sein, die in ein Gewinde 118 am Kupplungsansatz 107 eingreift. Die Möglichkeit einer raschen Trennung und Montage der Innenkühlvorrichtung 27 vom Extrusionswerkzeug 4 ermöglicht bei Beschädigungen desselben einen raschen Austausch und andererseits beim Anfahren zur Herstellung des Bauteils 2 eine kurz- zeitige Demontage der Innenkühlvorrichtung 27, und zwar so lange, bis sich der Aus¬ trag des Bauteils 2 aus dem Extruder 3 stabilisiert hat, worauf das weiche Profil unmit¬ telbar nach dem Düsenspalt 21 durchgetrennt und die Innenkühlvorrichtung 27 mit we¬ nigen Handgriffen am Extrusionswerkzeug 4 befestigt werden kann.
In Fig.11 ist dann gezeigt, daß in einem Hohlraum 26 eines Bauteils 2 in Extrusions¬ richtung - Pfeil 5 - mehrere Wärmetauscher 65 hintereinander angeordnet sein können. Bevorzugt werden diese über gemeinsame Versorgungsleitungen 29, 30 mit Kühlme- " dium beaufschlagt. Es ist aber theoretisch vor allem bei Hohlräumen 26 mit großen Abmessungen und großen Bauteilen und Bauteilen 2 mit großen Querschnitts- abmessungen möglich, zumindest für einige dieser Wärmetauscher 65 getrennte Ver¬ sorgungsleitungen 29, 30 für das Kühlmedium anzuordnen.
Des weiteren ist in dieser Ausführungsvariante gezeigt, daß im Bereich der Kalibrier¬ vorrichtung 7 und im Bereich der Wärmetauscher 65 eine oder mehrere Meßvorrichtun- gen 119 bis 127 zum Feststellen der Temperatur der Kühlmittel bzw. des Kühlme¬ diums sowie der Temperatur des Kühlmediums bzw. der Oberfläche des Bauteils 2 an¬ geordnet sein können.
Diese Meßvorrichtungen 119 bis 127 können über eine Leitung 109 mit der Steuervor- richtung 110 verbunden sein. Über eine Rechnereinheit 128 und dieser zugeordneten Speichereinheiten 129 sowie Programmiereinrichtungen 130 kann die Beeinflussung und Steuerung sowohl der Austragsgeschwindigkeit des Extruders 3, wie auch des Va¬ kuumerzeugers 52 bzw. der Versorgungseinheit 49 und der Pumpe 32 bzw. des Kühlag¬ gregates 31 erfolgen.
Dadurch kann ein vordefinierter, gewünschter Abkühlvorgang des Bauteils 2 in Extru¬ sionsrichtung - Pfeil 5 - erreicht werden. Der Ablauf der Steuervorgänge, insbesondere die Veränderung der Steuersignale für den Vakuumerzeuger 52, die Versorgungsein¬ heit 49, die Pumpe 32 bzw. das Kühlaggregat 31 und die Austragsgeschwindigkeit des Extruders 3 kann nun nach den verschiedensten, aus dem Stand der Technik bekannten Steuerverfahren erfolgen. So ist es beispielsweise möglich, bei zu großen Abmessun¬ gen des austretenden Bauteils 2 durch eine Verstärkung der Kühlung im Hohlraum 26 des Bauteils 2 das vorzeitige Erkalten und ein stärkeres Schrumpfen zu bewirken. Glei¬ chermaßen kann auch die Steuerung der Umwälzvorrichtung und der anderen darin im Inneren des Hohlraums 26 angeordneten Bauteile in beliebiger Weise über diese Steu¬ ervorrichtung 110 erfolgen.
In Fig.12 ist eine Ausführungsvariante bei der Ausbildung der bereits anhand der Fig.4 gezeigten und näher erläuterten Innenkühlvorrichtung 27 gezeigt.
Um die Wirkung dieser Innenkühlvorrichtung 27 zu erhöhen, sind an einer Außenflä- ehe 131 der meanderförmig gebogenen Rohrleitung 132, die den Wärmetauscher 65 bildet, thermoelektrische Kühlelemente 133 angeordnet.
Diese thermoelektrischen Kühlelemente stehen über eine Leitung 134 mit einer Strom¬ versorgungsquelle außerhalb des Extrusionswerkzeuges 4 in Verbindung. Bei diesen Kühlelementen handelt es sich um sogenannte Halbleiter- Wärmepumpen, die unter Be¬ nützung des Peltiereffektes Wärmeenergie von einer kalten Oberfläche 135, die dem mit der Umwälzvorrichtung 44 umgewälzten Kühlmittel 72 zugewandt ist, durch das Kühlelement 133 zu einer warmen Oberfläche 136 fördert. Die zur warmen Oberfläche 136 geförderte Energie wird über das durch die Rohrleitung 132 strömende Kühlme- dium 36 aus dem Hohlraum 26 nach außen abgeführt. Dadurch kann die Wirkung des Kühlmittels 72 vervielfacht werden, da die Wirkung des Wärmetauschers 65, insbeson¬ dere dessen Wirkungsgrad durch die Anordnung der Kühlelemente 133, die auch als Peltierelemente bezeichnet werden, vervielfacht werden kann. Während bei dem vorlie¬ genden Ausführungsbeispiel gezeigt ist, daß die warme Oberfläche 136 an der Außen- fläche 131 der Rohrleitung 132 anliegt, ist es, um einen noch intensiveren Wärmeüber¬ gang zu erzielen, selbstverständlich auch möglich, daß die warme Oberfläche 136 ei¬ nen Teil des Außenmantels der Rohrleitung 132 bildet. Selbstverständlich kann aber ein ähnlicher Effekt auch dann erreicht werden, wenn die warme Oberfläche 136 der Außenfläche 131 der Rohrleitung 132 in geringem Abstand benachbart ist, sodaß die abgestrahlte Wärme ebenfalls über das Kühlmedium 36 abgeführt werden kann.
Die Ausbildung und Anordnung der Kühlelemente 133 bleibt im einzelnen den auf die¬ sem Gebiet tätigen Fachmann überlassen, wobei es selbstverständlich auch in Umkeh¬ rung möglich ist, bei mehreren hintereinander geschalteten Wärmetauschern 65 im Be- reich der diese verbindenden Versorgungsleitungen 29 und 30 derartiger Peltierelemen¬ te bzw. Kühlelemente 133 anzuordnen, die dazu verwendet werden können, um die kalte Oberfläche 135 den Versorgungsleitungen 29 und 30 zuzuwenden und die auf der warmen Oberfläche 136 abgegebene Energie über das durch den Hohlraum 26 hin¬ durchgeblasene gasförmige Kühlmittel 72 bzw. 46 abzuführen.
Der Vorteil dieser Lösung liegt vor allem in Verbindung mit der in Fig.11 gezeigten Steuervorrichtung 110 und der Verwendung einer Mehrzahl von im Hohlraum 26 an¬ geordneten Meßvorrichtungen 119 bis 127, da über diese Kühlelemente 133 eine fein¬ fühlige und rasche Veränderung der Kühlwirkung im Hohlraum 26 zusätzlich zu der Wirkung des Kühlmittels 46,72 bzw. des Kühlmediums 36 erreicht werden kann.
Abschließend sei der Ordnung halber darauf hingewiesen, daß in den Zeichnungen ein¬ zelne Bauteile und Baugruppen zum besseren Verständnis der Erfindung unpro¬ portional und maßstäblich verzerrt dargestellt sind.
Es können auch einzelne Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele mit anderen Einzelmerkmalen von anderen Ausführungsbeispielen oder jeweils für sich allein den Gegenstand von eigenständigen Erfindungen bilden.
Vor allem können die einzelnen in den Fig. 1; 2,3; 4-6; 7,8; 9; 10; 11; 12 gezeigten Ausführungen,den Gegenstand von eigenständigen erfindungsgemäßen Lösungen bil- den. Die diesbezüglichen erfindungsgemäßen Aufgaben und Lösungen sind den Detail¬ beschreibungen dieser Figuren zu entnehmen.
B e z u g s z e i c h e n a u f s t e l l u n g
1 Anlage 41 Frostschutzmittel
2 Bauteil 42 Kern
3 Extruder 43 Oberfläche
4 Extrusionswerkzeug 44 Umwälzvorrichtung
5 Pfeil 45 Luft
6 Kalibriervorrichtung 46 Kühlmittel
7 Kalibriervorrichtung 47 Pfeil
8 Kühlvorrichtung 48 Pfeil
9 Schnecke 49 Versorgungseinheit
.10 Schmelzestrang 50 Zuleitung
11 Verteilstück 51 Versorgungsleitung
12 Schmelzeteilstrang 52 Vakuumerzeuger
13 Schmelzeteilstrang 53 Ansaugöffnung
14 Einlaßkanal 54 Kunststoff
15 Fließkanal 55 Dornplatte
16 Fließkanal 56 Mittelpunkt
17 Verteilkanal 57 Öffnung
18 Verteilkanal 58 Stehbolzen
19 Schmelzeeinzelstrang 59 Isoliermaterial
20 Schmelzebahn 60 Segment
21 Düsenspalt 61 Verbindungsleitung
22 Düsenlippe 62 Sammelraum
23 Düsenanordnung 63 Venturiedüsenanordnung
24 Fensterprofil 64 Pfeil
25 Oberfläche 64' Ansaugöffnung
65 Wärmetauscher
26 Hohlraum
27 Innenkühlvorrichtung 66 Pfeil
28 Wärmetauscher 67 Durchströmöffnung
29 Versorgungsleitung 68 Hohlprofilkörper
30 Versorgungsleitung 69 Pfeil
70 Auslaß
31 Kühlaggregat
32 Pumpe 71 Ausströmöffnung
33 Zulauf 72 Kühlmittel
34 Tank 73 Länge
35 Rücklauf 74 Zentralleitung
75 Oberseite
36 Kühlmedium
37 Leitung 76 Unterseite
38 Kühler 77 Steg
39 Wasser 78 Seitenwand
40 Pfeil 79 Hohlraum
80 Hohlraum 81 Hohlraum 121 Meßvorrichtung
82 Hohlraum 122 Meßvorrichtung
83 Hohlraum 123 Meßvorrichtung
84 Wärmetauscher 124 Meßvorrichtung
85 Pfeil 125 Meßvorrichtung
86 Oberfläche 126 Meßvorrichtung
87 Seitenfläche 127 Meßvorrichtung
88 Höhenabmessung 128 Rechnereinheit
89 Innenhöhe 129 Speichereinheit
90 Breite 130 Programmiereinrichtung
91 Innenbreite 131 Außenfläche
92 Hohlprofilkörpermantel 132 Rohrleitung
93 Kanal 133 Kühlelement
94 Innenraum 134 Leitung
95 Luftraum 135 Oberfläche
96 Stirnwand 136 Oberfläche • 97 Endbereich
98 Bohrung
99 Saugeingang 100 Ausströmöffnung 101 Düse
102 Durchmesser
103 Fortsatz
104 Gebläse
105 Antrieb
106 Verbindungsvorrichtung
107 Kupplungsansatz
108 Mehrfachstecker
109 Leitung 110 Steuervorrichtung
111 Kupplungsstecker
112 Stirnfläche
113 Kupplungsfortsatz 114 Steckerteil
115 Aufnahme
116 Dichtelement
117 Überwurfmutter 118 Gewinde
119 Meßvorrichtung
120 Meßvorrichtung

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Extrusionswerkzeug für mit einem Hohlraum versehene Bauteile, insbeson¬ dere aus Kunststoff, das eine dem Düsen spalt nachgeordnete Innenkühlvorrichtung auf- weist, die Versorgungsleitungen für ein Kühlmedium umfaßt, welche durch den Kern des Extrusionswerkzeuges, insbesondere im Bereich des Düsenspaltes, in den Hohl¬ raum des Bauteils münden und zur Zufuhr eines Kühlmediums in den Hohlraum des Bauteils ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärmetauscher (28,65,84) in Extrusionsrichtung im Abstand vom Düsenspalt (21) in Extrusionsrichtung - Pfeil (5) - angeordnet ist, der von dem Kühlmedium (36) durchflössen ist und daß im Hohl¬ raum (26) des Bauteils (2) eine Umwälzvorrichtung (44) für ein Kühlmittel (46,72), insbesondere ein Gas, angeordnet ist.
2. Extrusionswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (28,65,84) von dem Kühlmedium (36) und/oder Kühlmittel (46,72) durchströmt ist
3. Extrusionswerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (28,65,84) als Hohlprofilkörper (68) ausgebildet ist, dessen Außen- umfang kleiner ist, als die Querschnittsabmessungen des Hohlraums (26).
4. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, da¬ durch gekennzeichnet, daß der Hohlprofilkörpermantel (92) des Wärmetauschers (28,65,84) als Wärmetauscherfläche ausgebildet ist.
5. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, da¬ durch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (28,65,84) über eine Zu- und Rück¬ laufleitung mit einem außerhalb des Hohlraums (26) des Bauteils (2) angeordneten Kühlaggregat (31) für das Kühlmedium (36) verbunden ist.
6. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, da¬ durch gekennzeichnet, daß ein geschlossener Kreislauf für das bevorzugt flüssige Kühlmedium (36) vorhanden ist.
7. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, da¬ durch gekennzeichnet, daß ein Auslaß (70) einer Zuleitung (50) für ein weiteres Kühl¬ mittel (46,72) im Hohlraum (26,79-83) des Bauteils (2) angeordnet ist, dessen Einlaß mit einer außerhalb des Extrusionswerkzeuges (4) angeordneten Versorgungseinheit (49) zur Zufuhr eines weiteren, bevorzugt gasförmigen Kühlmittels (46,72) in den Hohlraum (26,79-83) verbunden ist.
8. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, da¬ durch gekennzeichnet, daß die Umwälzvorrichtung (44) zwischen dem Düsenspalt (21) und einem von diesem abgewendeten Ende des Wärmetauschers (28,65,84) angeordnet ist.
9. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, da¬ durch gekennzeichnet, daß das weitere Kühlmittel (46,72) Luft ist.
10. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, da¬ durch gekennzeichnet, daß die Umwälzvorrichtung (44) für das weitere Kühlmittel (46,72), z.B. ein Gas, im Hohlraum (26,79-83) des Bauteils (2) durch eine Venturiedü¬ senanordnung (63) gebildet ist, deren Einlaß mit dem Auslaß (70) für das weitere Kühlmittel (46,72) verbunden ist.
11. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, da- durch gekennzeichnet, daß das weitere Kühlmittel (46,72) ein Gas, z.B. Luft, ist und das Gas in der Rohrleitung zum Auslaß oder zur Venturiedüsenanordnung (63) unter einem Überdruck steht.
12. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, da- durch gekennzeichnet, daß die Umwälzvorrichtung (44) durch ein Gebläse (104) bzw. eine Turbine gebildet ist.
13. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, da¬ durch gekennzeichnet, daß das Gebläse (104) bzw. die Turbine mit einem durch ein Gas, insbesondere das weitere Kühlmittel (46,72), oder durch eine Flüssigkeit, insbe¬ sondere das flüssige Kühlmedium (36), für den Wärmetauscher (28,65,84) be¬ aufschlagten Antrieb (105) verbunden und dieser im Hohlraum (26,79-83) des Bauteils (2) angeordnet ist.
14. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, da¬ durch gekennzeichnet, daß ein Saugeingang (99) der Venturiedüsenanordnung (63) und/oder des Gebläses (104) und/oder der Turbine auf der dem Düsenspalt (21) zuge- wandten Seite im Hohlraum (26,79-83) angeordnet ist und in den Hohlraum (26,79-83) mündet.
15. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, da- durch gekennzeichnet, daß eine Ausströmöffnung (71) der Venturiedüsenanordnung (63) und/oder des Gebläses (104) und/oder des Ventilators auf der vom Düsenspalt (21) abgewendeten Seite in den Hohlraum (26,79-83) mündet und die Ausströmrich¬ tung in Extrusionsrichtung - Pfeil (5) - verläuft.
16. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, da¬ durch gekennzeichnet, daß die Venturiedüsenanordnung (63) und/oder das Gebläse (104) und/oder der Ventilator mit zumindest einer radial gegen eine innere Oberfläche (43) bzw. eine Innenwandung des Hohlraums (26) gerichteten Ausströmöffnung (71) versehen ist.
17. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, da¬ durch gekennzeichnet, daß die Umwälzvorrichtung (44) für das Gas im Hohlraum (26) des Bauteils (2) in dem dem Düsenspalt (21) zugewandten stirnseitigen Endbereich des Hohlprofilkörpers (68) des Wärmetauschers (28,65,84) angeordnet ist und die Ausströmöffnung (71) der Venturiedüsenanordnung (63) und/oder des Gebläses (104) und/oder des Ventilators in den Innenraum des Hohlprofilkörpers (68) des Wärmetauschers (28,65,84) mündet und die Ansaugöffnung derselben mit einem zwi¬ schen der Außenoberfläche des Hohlprofilkörpers (68) des Wärmetauschers (28,65,84) und einer inneren Oberfläche (43) des Hohlraums (26) und/oder einem zwischen der Stirnseite desselben und dem Düsenspalt (21) angeordneten Luftraum verbunden ist.
18. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, da¬ durch gekennzeichnet, daß zwischen dem Wärmetauscher (28,65,84) und/oder der Um¬ wälzvorrichtung (44) und dem Düsenspalt (21) eine Kalibriervorrichtung (7) im Hohl- räum des Bauteils (2) angeordnet ist.
19. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18, da¬ durch gekennzeichnet, daß die im Hohlraum (26) angeordnete Kalibriervorrichtung (7) an der inneren Oberfläche (43) des Bauteils (2) anliegt und vorzugsweise die Kalibrier- Vorrichtung Ansaugöffnungen (53) aufweist, die über eine Verbindungsleitung (61) mit einem Vakuumerzeuger (52) verbunden sind.
20. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19, da¬ durch gekennzeichnet, daß die mit den Ansaugöffnungen (53) in der Kalibriervorrich¬ tung (7) verbundene Verbindungsleitung (61) zum Vakuumerzeuger (52) das Extru¬ sionswerkzeug im vom Düsenspalt (21) umgebenen Kern (42) durchsetzt und der Va- kuumerzeuger (52) außerhalb des Extrusionswerkzeuges (4) angeordnet ist.
21. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 20, da¬ durch gekennzeichnet, daß der Vakuumerzeuger (52), an dessen Saugeingang die An¬ saugöffnungen (53) der Kalibriervorrichtung (7) angeschlossen sind, im Hohlraum (26,79-83) des Bauteils (2) angeordnet ist und der Vakuumerzeuger (52) durch eines der in den Hohlraum (26,79-83) eingebrachten Kühlmedien (36) bzw. Kühlmittel (46,72) beaufschlagt ist.
22. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 21, da- durch gekennzeichnet, daß der Vakuumerzeuger (52) durch die Venturiedüsenan¬ ordnung (63) oder eine zusätzlich zu der die Umwälzvorrichtung (44) bildenden Ventu¬ riedüsenanordnung (63) angeordnete, weitere Venturievorrichtung gebildet ist.
23. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 22, da- durch gekennzeichnet, daß zwischen dem Düsenspalt (21) und der Kalibriervorrich¬ tung (7) im Hohlraum (26,79-83) des Bauteils (2) eine Flüssigkeit zumindest auf die innere Oberfläche (43) des Hohlraums (26) aufgebracht, insbesondere aufgespritzt, wird.
24. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 23, da¬ durch gekennzeichnet, daß die Versorgungsleitungen (29,30,51) für das oder die Kühl¬ mittel (46,72) bzw. Kühlmedium (36) die Kalibriervorrichtung (7) im Hohlraum (26,79-83) des Bauteils (2) durchsetzen.
25. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 24, da¬ durch gekennzeichnet, daß die Versorgungsleitungen (29,30,51) für das bzw. die Kühl¬ mittel (46,72) bzw. -medien (36) Tragelemente für die Kalibriervorrichtung (7) bzw. den Wärmetauscher (28,65,84) bilden.
26. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 25, da¬ durch gekennzeichnet, daß das flüssige Kühlmedium (36) im Wärmetauscher (28,65,84) unter einem Druck von größer 10 bar, bevorzugt 100 bar, steht.
27. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 26, da¬ durch gekennzeichnet, daß dem Wärmetauscher (28,65,84) oder Teilen des Wärme¬ tauschers elektrische Kühlelemente, insbesondere Peltierelemente, zugeordnet sind, deren die Abwärme abgebende Oberfläche (25,43) am bzw. im Wärmetauscher (28,65,84) angeordnet oder diesem nahe benachbart befestigt ist.
28. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 27, da¬ durch gekennzeichnet, daß das flüssige Kühlmedium (36) durch mit Frostschutzmittel (41) vermischtes Wasser gebildet ist.
29. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 28, da¬ durch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (28,65,84) eine Länge von zumindest 50 cm aufweist.
30. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 29, da¬ durch gekennzeichnet, daß mehrere Wärmetauscher (28,65,84) in Längsrichtung des Bauteils (2) hintereinander angeordnet sind und eine Länge des oder der Wärmetauscher (28,65,84) gleich oder größer 5 m ist.
31. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 30, da¬ durch gekennzeichnet, daß der Hohlprofilkörper (68) des Wärmetauschers (28,65, 84) zumindest auf der der Schwerkraftrichtung entgegengesetzten Oberfläche bzw. zumin¬ dest einer geneigt zur horizontalen und/oder senkrecht zu dieser verlaufenden Seitenflä- ehe Durchströmöffnungen (67) für das gasförmige Kühlmittel (46,72) aufweist, die sich vom Innenraum des Hohlprofilkörpers (68) in den Luftraum zwischen der Außen¬ fläche des Hohlprofilkörpers (68) und der inneren Oberfläche (43) des Hohlraums (26,79-83) erstrecken.
32. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 31, da¬ durch gekennzeichnet, daß eine Querschnittsfläche der Durchströmöffnungen (67) klei¬ ner als 80 % des Fördervolumens der Umwälzvorrichtung (44) in der Minute ist.
33. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 32, da- durch gekennzeichnet, daß das gasförmige Kühlmittel (46,72) auf eine unter der Umge¬ bungstemperatur des Extrusionswerkzeuges (4) liegende Temperatur abgekühlt ist.
34. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 33, da¬ durch gekennzeichnet, daß dem gasförmigen Kühlmittel (46,72) zumindest eine Teil¬ menge an flüssigem Stickstoff zugesetzt ist.
35. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 34, da¬ durch gekennzeichnet, daß in mehreren unterschiedlichen Hohlräumen (26,79-83) ei¬ nes Bauteiles (2) je eine eigene Innenkühlvorrichtung (27) angeordnet ist.
36. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 32, da- durch gekennzeichnet, daß im Bereich der Kalibriervorrichtung (7) und/oder der Um¬ wälzvorrichtung (44) und/oder des Wärmetauschers (28,65,84) eine Meßvorrichtung (119-127) zur Ermittlung der Temperatur der Kühlmedien (36) bzw. -mittel (46,72) und/oder der inneren Oberfläche (43) des Hohlraums (26,79-83) und/oder der Hohl¬ raumtemperatur angeordnet sind.
37. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 36, da¬ durch gekennzeichnet, daß im Bereich der Kalibriervorrichtung (7) und/oder der Um¬ wälzvorrichtung (44) und/oder des Wärmetauschers (28,65,84) eine Meßvorrichtung (119-127) zur Ermittlung des Druckes des Kühlmittels (46,72) und/oder der Strömungs- geschwindigkeit des gasförmigen Kühlmittels (46,72) angeordnet ist.
38. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 37, da¬ durch gekennzeichnet, daß in Längsrichtung des Hohlraums (26,79-83) im Abstand voneinander mehrere Meßvorrichtungen (119-127) zur Ermittlung von Temperaturen und/oder Dicken und/oder Strömungsgeschwindigkeiten angeordnet sind.
39. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 38, da¬ durch gekennzeichnet, daß eine Steuervorrichtung (110) vorgesehen ist, an deren Ein¬ gängen die Meßvorrichtungen (119-127) angeschlossen sind und an deren Ausgängen der Antrieb (105) für die Umwälzvorrichtung (44) bzw. der Versorgungseinheit (49) für das Kühlmittel (46,72) und/oder der Vakuumerzeuger (52) angeschlossen ist.
40. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 39, da¬ durch gekennzeichnet, daß bei einem Ansteigen der Temperatur im Hohlraum (26,79- 83) bzw. auf der inneren Oberfläche (43) des Bauteils (2) die Strömungsgeschwindig¬ keit des gasförmigen und/oder flüssigen Kühlmittels (46,72) bzw. -mediums (36) er¬ höht und/oder die Temperatur derselben abgesenkt wird.
41. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 40, da¬ durch gekennzeichnet, daß die Kalibriervorrichtung (7) und/oder der Wärmetauscher (28,65,84) über eine lösbare Verbindungsvorrichtung (106) am Extrusionswerkzeug (4), insbesondere am Kern (42) des Extrusionswerkzeuges (4), befestigt ist.
42. Verfahren zum Herstellen von Bauteilen durch Extrusion, insbesondere aus Kunststoff, bei welchen insbesondere ein Granulat eines Kunststoffes in einem Extru¬ der plastifiziert und in einem Extrusionswerkzeug auf die gewünschte Quer- schnittsform des Bauteils, insbesondere für ein Hohlprofil umgeformt wird, wobei nach der Formgebung des Bauteils dieser kalibriert und dabei im Bereich der äußeren und inneren Oberfläche des Bauteils gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwi¬ schen den Schmelzeteilsträngen bzw. Schmelzeeinzelsträngen ein Kühlmedium in den Hohlraum des Bauteils eingeführt und ein im Hohlraum des Bauteils vorhandenes Kühlmittel im Inneren des Hohlraums zur Abkühlung mit dem Kühlmedium und zur Wärmeaufnahme aus dem Bauteil umgewälzt wird.
43. Verfahren nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlme¬ dium in einen geschlossenen Kreislauf durch den Hohlraum hindurchgeführt wird und die Umwälzung des Kühlmittels im Hohlraum über eine Umwälzvorrichtung erfolgt, die im Inneren des Hohlraums angeordnet und von dem Kühlmedium bzw. einem zwi¬ schen den Schmelzeteileinzelsträngen bzw. -teilsträngen zugeführtes Kühlmittel ange¬ trieben ist.
44. Verfahren nach Anspruch 42 oder 43, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des gegebenenfalls zum Antrieb der Umwälzvorrichtung des Kühlmittels verwendetes, durch die Schmelzeeinzel- bzw. Schmelzeteilstränge in den Hohlraum zugeführte Kühlmittel in Extrusionsrichtung durch den Hohlraum hindurch aus dem Bauteil ausge¬ blasen wird.
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