DE2634580A1 - Verfahren und vorrichtung zum kalibrieren von stranggepressten hohlprofilen aus thermoplastischen kunststoffen - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zum Kalibrieren von strangge-
• preßten Hohlprofilen aus thermonlastischen Kunststoffen Der Gegenstand der Anmeldung bezieht sich auf ein Verfahren zum Kalibrieren von stranggepreßten Hohlprofilen aus thermoplastische Kunststoffen, bei dem das stranggepreßte sich noch im plastischen Zustand befindende Hohlprofil außenseitig mit Unterdrilok kalibriert und dabei gleichzeitig außenseitig indirekt und von innen durch ein in das Hohlprofil eingebrachtes Kühlmedium direkt gekühlt wird. Die Vorrichtung zum Durchlühren des Verfahrens geht von einer mit Vakuum arbeitenden äußeren Kalibriervorrichtung für das Hohlprofil und einer Leitung für das Kühlmedium zur Innenkühlung aus. Ein solches Verfahren und die zugehörige Vorrichtung' sind beispielsweise in der DT-OS 20 28 538 beschrieben. Zum Stand der Technik sei darüber hinaus noch auf den Sonderdruck aus der Zeitschrift #Kunststoffe11, 53. Jahrgang, 196 Heft 10, Seiten 777 bis 785 verwiesen.
• Bei der bekannten# Arbeitsweise werden die Hohlprofile durch Extrudieren derart hergestellt, daß der aus dem Werkzeug austretende, noch thermoplastische Hohlprofilstrang durch eine Kalibriervorrichtung geführt wird. Hierbei wird der Hohlprofilstrang durch äußeres Vakuum in der Kalibriervorrichtung zur Anlage gebracht und beim Durchlauf durch diese Vorrichtung von außen indirekt und von innen direkt durch einen Wasserstrahl gekühlt.
• Der Hohlprofilstrang erstarrt und nimmt außen weitgehend die Form aer Kalìbrìervorrichtung an. Dieses Verfahren hat folgende Nachteile: Hohlprofile mit Innenkmmern, wie sie z.B. als Fensterprofile verwendet werden, erfahren eine ungleichmäßige Kühlung der oben und unten liegenden waagerechtc-n Flächen (Flächen der Innenkammern und äußere Oberfläche). Das kommt dadurch zustande, daß bei diesem Verfahren der in das Profilinnere gespritzte Wasserstrahl durch die IYirkung der Schwerkraft nach unten fällt und sich auf den waagerechten Flächen ansammelt. Somit wird die Wärme von der oberen Außenwand im wesentlichen nur von außen, d.h. durch die Berührung mit der Kaliberwand abgeführt, denn die Innenkühlung wirkt nur kurzzeitig, d.h. so lange wie die innere Oberfläche der Außenwand vom Wasserstrahl getroffen wird. Die nächst tiefer liegende waagerechte Innenwand erfährt oberseitig eine Kühlung durch das auf ihr abfließende Wasser, untenseitig wird sie ebenfalls nur kurzzeitig von dem eintretenden Wasser strahl gekühlt. Dasselbe gilt für jede weitere waagerechte Innenwand. Die untere Außenwand schließlich wird beidseitig gekühlt, nämlich einmal von innen durch das auf ihr abfließende Wasser, zum anderen von außen durch das Anliegen an der Kaliberwand. In allen Fällen gilt, daß die Kühlung durch das auf den Flächen abfließende Wasser weniger effizient ist, als die Kühlung durch die Kaliberwand, denn das Wasser erwärmt sich zunehmend und bildet durch das mehr oder weniger laminare Fließen eine Grenzschicht auf der Profilwandung aus, welche den Wårmeübergang erschwert und die Kehlung vermindert.
• Da also die waagerechten Außen- und Innenflächen der Profilkammern in sich und untereinander ungleichmäßig gekühlt werden, entstehen zwischen diesen Flächen hohe eingefrorene Spannungen, welche die Profilwände verziehen und insbesondere auf den äußeren SS4chtflächen Beulen, sogenannte Wasserschläge, verursachen. Die Spannungshöhe und der hiermit eintretende Deformationsgrad am Profil steigt mit zunehmender Extrusionsgeschwindigkeit.
• Des weiteren wird die äußere Profiloberfläche des thermoplastischen Profilstranees im Einlaufbereich der Kalibriervorrichtung durch das äußere '-sTv U8 nn der Kalibrierung nicht ausreichend stark und nicht hinreichend schnell an das Kaliber gepreßt, so daß die gewünschte exakte Profilform und -oberfläche nicht mit Sicherheit erreicht wird. Dieser Nachteil wird um so größer, Je dickwandiger das Hohlprofil, je diffiziler der Profilquerschnitt und Je höher die Extrusionsgeschwindigkeit ist.
• Zur Behebung der vorgenannten Nachteile wird gemäß der Erfindung ein Verfahren zum Kalibrieren der eingangs genannten Art vorgeschlagen, bei dem zur Innenkühlung ein Gas-Flüssigkeits-Gemisch mit erhöhtem Druck eingesetzt wird. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Art und Weise der Innenkühlung wird erreicht, daß die Wärme der obenliegenden Flächen in den Hohlprofilen innenseitig weitgehend gleichstark wie die Wärme der äußeren Oberfläche der Hohlprofile abgeführt wird, so daß spannungsarme Profilwände entstehen, die sich nicht mehr verziehen. Durch das unter Druck austretende Gas-Flüssigkeits-Gemisch wird ein dünner Kühlfilm gleichmäßig auf die gesamte Innenfläche des Hohlprofils aufgetragen. Das Gemisch strömt dann ohne wesentliche Entmischung in dem Hohlprofil in Extrusionsrichtung und verläßt das Hohlprofil am offenen Ende.
• In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Gas-Flüssigkeits-Gemisch einen Staudruck in dem Hohlprofil erzeugt, der das Hohlprofil vor dem beginnenden Kalibrieren aufbläht.
• Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß durch das unter erhöhtem Druck eingebrachte Gas-Flüssigkeits-Ge,misch ein Strömungswiderstand in dem Hohlprofil erzeugt wird, der wiederum einen Staudruck zur Folge hat. Dieser bewirkt dann die Aufblähung des Hohlprofiles in dem Bereich, in dem es noch nicht -durch die saubere Kalibrierung begrenzt ist. Auf diese Weise wird aichergestellt, daß auch dickwandige und kompliziertere Querschnitte von Hohlprofilen bei hohen Extrusionsgeschwindigkeiten eine exakte Profilform und Profiloberfläche erhalten. Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es überhaupt möglich die Kalibriergeschwindigkeiten zu erhöhen und damit insgesamt die ProduktiofSvon stranggepreßten und kalibrierten Hohiprofilenwirtschaftlicher zu gestalten.
• Die Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzeugen des Gas-Flüssi,gkeits-Gemisches mit erhöhtem Druck ein teilveise mit der Flüssigkeit gefüllter und mit dem Gas unter Druck beaufschlagter Druckbehälter vorgesehen ist, aus dem Steigeleitungen für die Flüssigkeit und das Gas zu einem Injektor führen, der an die in das Hohlprofil führende Leitung angeschlossen ist. Bevorzugt werden für das Gas-Flüssigkeits-Gemisch einerseits Preßluft und andererseits Wasser verwendet.
• Die Erfindung wird im folgenden anhand des in der schematischen Zeichnung dargestellten Beispiels erläutert.
• Das flüssige Kühlmedium, vorzugsweise kaltes Wasser von ca.
• 15 °C, wird durch das Schwimmerventil 1 in den Druckbehälter 2 geleitet und in ihm auf Niveau 3 gebracht. Das gasförmige Kühlmedium, z.B. Preßluft, das durch den Anschluß 4 in den Druckbehälter 2 strömt, beaufschlagt die Wasseroberfläche mit ca.
• 6 bis 7 ata und drückt das Wasser durch das Steigrohr 5 in Pfeilrichtung in die Leitung 6 und in die Düse 7. Die Düse 7 ist soweit in den Injektorkörper 8 geschraubt, daß ein Ringspalt 16 zwischen dem Düsenkegel und der konischen Bohrung im InJektorkörper entsteht. Durch den Ringspalt 16 strömt Preßluft aus dem Druckbehälter 2 durch den Verbindungskanal 10 in den Mischraum 9 und vermischt sich innigst mit dem Wasser aus der Düse 7. Das Wasser-Luftgemisch strömt von dort durch die Leitung 11, die durch den Kern des Extrusionswerkzeuges (12) in den Bereich der Kalibriervorrichtung (13) geführt wird und tritt in die Hohlkammer des Hohlprofils (14) ein.
• Durch das unter Druck austretende Wasser-Luftgemisch wird hier -ein dünner Kühlwasserfilm gleichmäßig auf alle Flächen in der Hohlprofilkammer aufgetragen. Das Gemisch strömt ohne wesentliche Entmischung in der Kammer in Extrusionsrichtung und verläßt das Iiohlprofil am offenen Ende. Hierdurch wird ein steti-r Austausch des Kühlw&# ##i#i'ilnis auf aller.-£tylächen in dc-r Pr'#filkammer erreicht und insbesondere die Ausbildung einer warmen Grenzschicht durch das Kühlwasser verhindert, so daß eine optimale Wärmeabfuhr aus der Kammer gesichert ist. Dies wmsomehr, als durch das feinst verteilte Wasser auch die Verdunstung gefördert wird und der dadurch eintretende Wärmeverbrauch (Ver dunstungskälte) zusätzlich zum Tragen kommt. Hierdurch ist das Spannungsverhältnis zwischen allen Innenflächen und der Oberfläche des Hohlprofils auch bei höherer Extrusionsgeschwindig keit ausgewogen, so daß spannungsarme Profilwände mit geringem Verzug und ein Hohlprofil mit gering deformierter Oberfläche entsteht.
• Durch den Strömungswiderstand in der Profilkammer wird ein Staudruck bzw. ueberdruck erzeugt, der den thermoplastischen Profilstrang 15 zwischen Extrusionswerkzeug und Kalibriervorrichtung aufbläht und die Profilwand sofort und verstärkt an die Wandung der Kalibriervorrichtung 13 preßt. Hierdurch wird sichergestellt, daß auch dickwandige und kompliziertere, z.B. mehrkammerige Hohlprofile bei hohen Extrusionsgeschwindigkeiten einen exakten Profilquerschnitt und -oberfläche erhalten.

Claims (4)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Verfahren zum Kalibrieren von stranggepreßten Hohlprofilen aus thermoplastischen Kunststoffen, bei dem das strariggepreßte sich noch im plastischen Zustand befindende £#Iohiprofil außenseitig mit Unterdruck kalibriert und dabei gleichieitig auf3enseitig indirekt und von innen durch ein in das Hohlprofil eingebrachtes Kühlinedium direkt gekühlt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zur Innenkühlung ein Gas-Flüssigkeits-Gemisch mit erhöhtem Druck eingesetzt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekcnnzeichnet, daß das Gas-Flüssflgkeits-Gemisch frei aus dem offenen Ende des Hohlprofiles abfließt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas-Flüssigkeits-Gemisch einen Staudruck in dem Hehlprofil erzeugt, der das Hohlprofil vor dem beginnenden Kalibrieren aufbläht.
4. 4. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einer mit Vakuum arbeitenden äußeren Kalibriervorrichtung für das Hohlprofil und einer Leitung für das Kühlmedium zur Innenkühlung, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzeugen des Gas-Flüssigkeits-Gemisches mit erhöhtem Druck ein teilweise mit der Flüssigkeit gefüllter und mit dem Gas unter Druck beaufschlagter Druckbehälter vorgesehen ist, aus dem Steigeleitungen für die Flüssigkeit und das Gas zu einem Injektor führen, der an die in das Hohlprofil führende Leitung angeschlossen ist.