DE3241005A1

DE3241005A1 - Verfahren und vorrichtung zur kuehlung von hohlprofilen, insbesondere rohren oder schlaeuchen, aus thermoplastischem kunststoff waehrend des extrudierens

Info

Publication number: DE3241005A1
Application number: DE19823241005
Authority: DE
Inventors: Algirdas Leonowitsch Wilnjus Griskevicius; Igor Wasilewitsch Gwosdew; Pranas Antano Wilnjus Kiznis; Peter Dr. 8000 München Klenk; Gerhard 8011 Poing Kling; Grigori Israilewitsch Schapiro; Wladimir Wasiljewitsch Moskau Schwabauer; Klaus 6200 Wiesbaden Steinhoff
Original assignee: Battenfeld Maschinenfabriken GmbH; WISSENSCHAFTLICHE PRODUKTIONSV
Current assignee: Wissenschaftliche Produktionsvereinigung Plastik (
Priority date: 1982-11-06
Filing date: 1982-11-06
Publication date: 1984-08-02
Also published as: DE3241005C2

Abstract

Durch Extrudieren aus thermoplastischem Kunststoff hergestellte Hohlprofile, insbesondere Rohre oder Schläuche, werden während des Extrudiervorgangs sowohl einer Außenkühlung als auch einer Innenkühlung unterworfen, um einerseits thermische Schädigungen der Materialstruktur zu vermeiden und andererseits innere Spannungen innerhalb der Profilwandungen zu verhindern, zumindest aber zu reduzieren. Das Hohlprofil wird nach dem Austritt aus dem Extruderkopf einerseits von außen durch die Kalibrierhülse und daran anschließend durch Sprühwasser gekühlt sowie andererseits von innen auf einem durch den Extruderkopf und ein Stopfensystem begrenzten Längenbereich mit Kühlwasser beaufschlagt. Im Hohlprofil 2 wird beim Austritt aus dem Extruderkopf 1 das Kühlwasser in der Weise versprüht, daß es zumindest in dem dem Extruderkopf 1 benachbarten Wirkbereich der Kalibrierhülse 3 durch die Einwirkung der Materialtemperatur des Kunststoffes verdampft, während anschließend der Dampf an den von außen gekühlten, kälteren Stellen des durch das Stopfensystem 8 begrenzten Längenbereichs an der Innenseite der Hohlprofilwandungen kondensiert.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Kühlung von Hohlprofilen,
insbesondere Rohren oder Schläuchen, aus thermoplastischein Kunststoff während des Extrudierens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung von Hohlprofilen, insbesondere Rohren oder Schläuchen aus thermoplastischem Kunststoff, während des Extrudierens, bei welchem das Hohlprofil nach dem Austritt aus dem Extruderkopf einerseits von außen durch die Kalibrierhülse und daran anschließend durch Sprühwasser gekühlt sowie andererseits von innen auf einen durch den Extruderkopf und ein Stopfensystem begrenzten Längenbereich mit Kühlwasser beaufschlagt wird.
Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Ausübung dieses Kühlverfahrens, bei welcher zur Außenkühlung die Kalibrierhülse und ein daran anschließendes Wassersprühbad vorgesehen ist, während zur Innenkühlung ein durch den Extruderkopf ùnd ein damit verbundenes Stopfensystem begrenzter Längenbereich des Hohlprofils mit Wasser beaufschlagbar ist.
Es ist bereits bekannt, aus thermoplastischem Kunststoff bestehende Hohlprofile, insbesondere Rohre oder Schläuche während des Extrudierens nach der eingangs erwähnten Verfahrensart gleichzeitig von außen und innen zu kühlen, wie das bspw.
der DE-OS 17 04 972 und der DE-AS 25 06 517 entnommen werden kann.
Obwohl durch diese auf gleichzeitiger Außen- und Innenkühlung beruhenden Kühiverfahren die Qualität der aus thermoplastischem Kunststoff gefertigten Hohlprofile, insbesondere Rohre oder Schläuche verbessert werden konnte, sind nach verschiedene Unzulänglichk&iten gegeben. So hat es sich als nachteilig erwiesen, daß für eine ausreichende Innenkühlung relativ große Wassermengen durch den für den Kühlvorgang begrenzten Längenbereich der Hohlprofile hindurchgeführt werden müssen und daß dabei besonders die Abdichtung dieses Längenbereiches erhebliche Probleme aufwirft.
Ein weiterer Nachteil besteht aber darin, daß die bekannten Kühlverfahren mit einer verhältnismäßig steilen Abkühlungskurve arbeiten, womit die Gefahr besteht, daß unerwünschte innere Spannungen in den Wandungen der Hohlprofile auftreten und damit eine Qualitätsbeeinträchtigung derselben nach sich ziehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kühlverfahren der gattungsgemäßen Art aufzufinden sowie eine Vorrichtung zur Ausübung desselben zu schaffen, welches bzw. welche nur geringe Kühlwassermengen erfordert und trotzdem ein Arbeiten mit flacher Abkühlungskurve ermöglicht.
Die Aufgabe wird in verfahrenstechnischer Hinsicht erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des ersten Patentanspruchs angegebenen Merkmale gelöst. Dabei ergibt sich der wesentliche Vorteil, daß zunächst auf einem kurzen, nämlich im wesentlichen auf die Länge der Kalibrierhülse beschränkten Längenbereich des extrudierten Hohlprofils eine starke Kühlung stattfindet, weil dort-den Profilwandungen die zur Verdampfung des Spruh wassers notwendige Wärme entzogen wird und dabei die innere Haut des Hohlprofils von der jeweiligen Extrusionstemperatur (180 bis 230°C) kurzfristig auf 100 bis max. 1100C abgesenkt und damit formstabil gemacht wird. In dem anschließenden, sich über eine Strecke von etwa 20 bis 40 m erstreckenden Längenbereich des Hohlprofils findet dann eine ganz allmähliche, weitere Temperaturabsenkung im Werkstoff seiner Wandungen statt, weil dort, wo diese eine Temperatur von etwa 1000C unterschreiten, das verdampfte Wasser kondensiert und dabei seine Kondensationswärme an die Innenwand des Hohlprofils abgibt.
Bewährt hat sich nach der Erfindung auch die im Anspruch 2 angegebene Verfahrensmaßnahme, weil hierdurch der für die Kalibrierung der Hohlprofile notwendige Innendruck nicht allein von dem durch die Verdampfung des Wassers entstehenden Druck abhängig ist, sondern durch die Druckluft sicher in einer Größenordnung.von etwa 0,3 bis 0,8 bar gehalten werden kann.
Durch die im Anspruch 3 angegebenen Verfahrensmaßnahmen wird auf einfache Art und Weise und ohne wesentliche Dichtungsprobleme die Abfuhr des Kühlwassers aus dem begrenzten Längenbereich des Hohlprofils sichergestellt. Wichtig sind dabei auch die Verfahrensmaßnahmen nach Anspruch 4, weil mit ihrer Hilfe der für die Kalibrierung des Hohlprofils notwendige innere Stützdruck sicher aufrechterhalten werden kann.
Eine Vorrichtung zur Ausübung des Kühlverfahrens, bei welcher zur Außenkühlung die Kalibrierhülse und ein daran anschließendes Wassersprühbad vorgesehen ist, während zur Innenkühlung ein durch den Extruderkopf und ein damit verbundenes Stopfensystem begrenzter Längenbereich des Hohlprofils mit Wasser beaufschlagbar ist, zeichnet sich erfindungsgemäß hauptsächlich durch die Kennzeichnungsmerkmale des Anspruchs 5 aus.
Diese Maßnahmen stellen mit geringem technischen Aufwand eine Gleichstromkühlung der Hohlprofile sicher und tragen dazu bei, daß mit einer flachen Abkühlkurve gearbeitet werden kann.
Zur Optimierung des Kühlvorgangs erweisen sich aber auch die Vorrichtungsmerkmale nach den Ansprüchen 6 bis 9 als wichtig.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlich erläutert.
Dem Bxtruderkopf 1 einer ansonsten nicht dargestellten Schneckenstrangpresse ist zur Außenkalibrierung und -kühlung des aus ihm in thermoplastischer Form austretenden Hohlprofilstrangs 2, bspw. in Form eines Schlauches oder Rohres, in üblicher Weise eine Kalibrierhülse 3 nachgeordnet, deren Hohlraum intensiv von einem Kühlmittel durchströmt wird. Durch die intensiv gekühlte Kalibrierhülse 3 wird die äußere Haut des Hohlprofils 2 stark.abgekühlt und damit formstabilisiert.
Das fortwährend aus der Kalibrierhülse 3 austretende Kunststoffprofil 2 wird anschließend über einen größeren Streckenabschnitt außenseitig weiter gekühlt, indem es nämlich ein Wassersprühbad durchläuft.
Aus der Zeichnung ist ferner ersichtlich, daß der Extruderkopf 1 am freien Ende seines Dorns 1' einen Sprühkopf 4 trägt, der einerseits über eine Leitung 5 mit Wasser und andererseits über eine Leitung 6 mit Druckluft versorgt werden kann. Der Sprühkopf 4 ragt dabei koaxial in die Kalibrierhülse 3 hinein und ist vorzugsweise mit einer Vielzahl von Sprühdüsen 7 versehen, von denen in der Zeichnung - der Einfachheit halber -nur eine dargestellt ist.
In beträchtlichem Abstand vom Sprühkopf 4 wird innerhalb des Hohlprofils 2 ein Stopfensystem 8, nämlich ein sogenannter Schleppstopfen, verankert, der bspw. über ein längenveränderliches Zugmittel 9, bspw. ein Seil oder eine Kette am Dorn 1 des Extruderkopfes 1 verankert ist. Bei Beginn jedes Extrusionsvorgangs wird das Stopfensystem 8 mit Hilfe des Hohlprofils 2 selbst, und zwar entsprechend dem Extrusionsfortschritt desselben, vom Extrusionskopf 1 und/oder vom Sprühkopf 4 wegtransportiert, bis der Transportweg durch das Zugmittel 9 begrenzt wird. Sodann bewegt sich das Hohlprofil 2 auch relativ zum Stopfensystem 8.
Mit Hilfe des Sprühkopfes 4 und dessen Sprühdüsen 7 wird vom Beginn jedes Extrusionsvorgangs an Wasser, bspw. mit einem Druck zwischen 2,5 und 4 bar und Druckluft, z.B. mit einem Druck zwischen 4,5 und 6 bar in das Innere des Hohlprofils 2 gefördert, und zwar in solcher Menge, daß das Wasser mittels der Druckluft über die Sprühdüsen 7 in feinster Verteilung in das Innere des Hohlprofils 2, und zwar auf dessen innere Wandungsflächen gelangt, die eine Extrusionstemperatur zwischen 1800C und 2300C aufweisen.
Während die zusammen mit dem Wasser aus dem Sprühkopf 4 ausgetretene Druckluft als Stützluft für die einwandfreie Kalibrierung des Hohlprofils 2 durch die Kalibrierhülse 3 wirksam ist, wird das Wasser, bedingt durch die hohe Oberflächentemperatur des Hohlprofils 2 verdampft. Es entzieht dabei den Wandungsinnenflächen des Hohlprofils 2 schon in der näheren Umgebung der Kalibrierhülse 3 in kürzester Zeit soviel Wärme, daß dort auch schon die inneren Wandungsflächen des Hohlprofilms 2 formstabil werden. Das ist der Fall, sobald die Temperatur der inneren Oberflächen des Hohlprofils 2 auf etwa 100 bis 1100C abgekühlt ist. Mit Hilfe einer dem Sprühkopf 4 zugeordneten Druckregeleinrichtung wird der Innendruck im Hohlprofil 2 auf dem einerseits durch den Extruderkopf 1 und andererseits durch das Stopfensystem 8 begrenzten Längenbereich so eingestellt, daß er entsprechend dem Dampfdruck und dem Stützluftdruck in einer Größenordnung von etwa 0,3 bis 0,8 bar liegt.
Da das aus der Kalibrierhülse 3 austretende Hohlprofil 2 außenseitig der Einwirkung eines Wassersprühbades ausgesetzt ist, sinkt dié Wandungstemperatur auch an den Wandungsinnenflächen in einem gewissen Abstand hinter der Kalibrierhülse 3 auf eine Temperatur von 1000C und weniger. Sobald diese Temperatur unterschritten ist, kondensiert der Dampf des zuvor versprühten Wassers wieder an der inneren Oberfläche des Hohlprofils 2 und gibt damit die Kondensationswärme an diese ab.
Hieraus resultiert dann eine weitere, und zwar ganz allmähliche Abkühlung des Hohlprofils 2 auch von dessen Innenseite her. Es ergibt sich also eine sehr flache Abkühlungskurve, d.h. es werden nicht nur thermische Schädigungen des Hohlprofils 2 ausgeschlossen, sondern auch innere Spannungen in dessen Wandungen verhindert, zumindest aber reduziert. Insgesamt läßt sich damit die Qualität der extrudierten Hohlprofile 2 beträchtlich verbessern.
Damit das im Verlauf des inneren Kühlvorgangs wieder kondensierte Wasser problemlos aus dem Inneren des Hohlprofils 2 abgeführt und nicht in größerer Menge bis in die Verdampfungszone zurückfließen kann, ist es wichtig, daß das Hohlprofil 2 in vom Extruderkopf 1 weg leicht geneigter Lage gehalten, und zwar insbesondere durch die Abzugsrollen 10 transportiert wird.
Dabei hat es sich bewährt, wenn diese Neigungslage im Anschluß an die Kalibrierhülse 3 über einen Längenabschnitt von etwa 6 m bei einem Verhältnis von 1:200 liegt, während der anschlie-Bende Längenbereich des Hohlprofils 2 bis zum Stopfensystem 8 hin ein Neigungsverhältnis von 1:100 hat. Die Wasserabfuhr erfolgt dann über am Stopfensystem 8 angeordnete Absaugrohre 11, die über eine Rückleitung 12 mit dem Extruderkopf 1 sowie einer daran angeschlossenen, mit der Druckregeleinrichtung zusammenarbeitenden Kühlwasserabsaugeinrichtung in Verbindung stehen.
Der Aufbau der Druckregeleinrichtung und der damit zusammenarbeitenden Wasserabsaugvorrichtung ist in der Zeichnung rein schematisch angedeutet. Dabei ist ersichtlich, daß die Druckregeleinrichtung für die Druckluft durch den Dorn 1' des Extruderkopfes 1 einerseits mit dem Sprühkopf 4 in Verbindung steht, während sie andererseits über die Leitung 13 unmittelbar an den der Kühlung ausgesetzten Innenraum des Hohlprofils 2 angeschlossen ist. Ferner arbeitet die Regeleinrichtung für die Druckluft über eine Leitung 14 noch auf ein Absaugventil 15 der Kühlwasserabsaugeinrichtung, welches über die Leitung 12 mit den Absaugrohren 11 des Stopfensystems 8 verbunden ist sowie über eine Parallelleitung 16 auch eine unmittelbare Anschlußverbindung zum Innenraum des Hohlprofils 2 im Bereich des Sprühkopfes 4 bzw. des Extruderkopfes 1 hat.

Claims

Patentansprüche 0 Verfahren zur Kühlung von Hohlprofilen, insbesondere Rohren oder Schläuchen, aus thermoplastischem Kunststoff während des Extrudierens, bei welchem das Hohlprofil nach dem Austritt aus dem Extruderkopf einerseits von außen durch die Kalibrierhülse und daran anschließend durch Sprühwasser gekühlt sowie andererseits von innen auf einem durch den Extruderkopf und ein Stopfensystem begrenzten Längenbereich mit Kühlwasser beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, daß im Hohlprofil (2) beim Austritt aus dem Extruderkopf (1) das Kühlwasser in der Weise versprüht wird (4, 7), daß es zumindest in dem den Extruderkopf (1) benachbarten Bereich (3) durch die Einwirkung der Materialtemperatur des thermoplastischen Kunststoffs verdampft, während anschließend der Dampf an den von außen-gekühlten, kälteren Stellen des begrenzten (1, 8) Längenbereiches an der Innenseite der Hohlprofilwandungen kondensiert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser im Bereich der Kalibrierhülse (3) durch Druckluft (6) versprüht wird (4, 7),
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlprofil (2) in vom Extruderkopf (1) weg leicht geneigter Lage abgezogen und das kondensierte Kühlwasser'am hinteren Ende (8) des begrenzten (1, 8) Innenkühlbereichs abgeführt wird (11, 12).
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlwasserabfuhr durch den von der Druckluft erzeugten Uberdruck im Hohlprofil (2) unterstützt und der durch die Kühlwasserabfuhr bedingte Druckabfall im Hohlprofil (2) kompensiert wird.
5. Vorrichtung zur Ausübung des Kühlverfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, bei welcher zur Außenkühlung die Kalibrierhülse und ein daran anschließendes Wassersprühbad vorgesehen ist, während zur Innenkühlung ein durch den Extruderkopf und ein damit verbundenes Stopfensystem begrenzter Längenbereich des Hohlprofils mit Wasser beaufschlagbar ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß der Extruderkopf (1) einen in die Kalibrierhülse (3) hineinragenden, mit Druckluft (6) und Wasser (5) beaufschlagbaren Sprühkopf (4, 7) trägt, während die Kühleasserabführorgane (11, 12) dem Stopfensystem (8) zugeordnet sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem Sprühkopf (4, 7) und dem Stopfensystem (8) und damit die Länge der Innenkühlstrecke (1, 8) veränderbar ist (9).
7 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Stopfensystem (8) über Zugmittel (9) und wenigstens eine Kühlwasserrückleitung (12) mit dem Extruderkop~f (1) in Verbindung steht.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß dem Extruderkopf (1) Stützorgane (10) für das Kunststoffhohlprofil (2) mit vorgegebener Neigungslage gegen die Horizontale nachgeordnet sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen dem Extruderkopf (1) und dem Stopfensystem (8) begrenzten Innenkühlstrecke (1, 8) eine Druckregeleinrichtung zugeordnet ist.