DE3315202C2

DE3315202C2 - Vorrichtung zum inneren Kühlen extrudierter rohrförmiger Erzeugnisse

Info

Publication number: DE3315202C2
Application number: DE3315202A
Authority: DE
Inventors: Björn Sollentuna Krogh
Original assignee: AGA AB
Current assignee: AGA AB
Priority date: 1982-04-29
Filing date: 1983-04-27
Publication date: 1985-03-14
Also published as: DE3315202A1; FI76281C; FI76281B; CA1196163A; MX156860A; FI831454L; BR8302196A; SE434930B; AT385945B; FR2530531A1; FI831454A0; FR2530531B1; ATA156983A; SE8202687L; NL8301530A; US4526526A

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur inneren Kühlung von extrudierten, rohrförmigen Erzeugnissen, bei welchen Flüssigstickstoff in das Rohr eingeführt und aufgrund der Wärme, die von dem Rohr abgegeben wird, verdampft wird. Man sorgt dafür, daß nur verdampfter Stickstoff an den inneren Oberflächen des extrudierten Rohres entlangströmt. Die Vorrichtung zur Verdampfung des Flüssigstickstoffes und zur Führung des gasförmigen Stickstoffes hat ein zylinderförmiges Glied mit guten Wärmeleiteigenschaften, das in dem geformten Rohr benachbart der Extruderdüse angeordnet ist. In dem geschlossenen Ende des zylindrischen Gliedes sind Düsenglieder angeordnet, die in Verbindung mit einer Zufuhrleitung für Flüssigstickstoff stehen, welche durch die Extruderdüse hindurchgeführt ist. An dem gegenüberliegenden Ende des zylindrischen Gliedes sind Öffnungen für den Durchlaß von verdampftem Stickstoff nach außen in Richtung des geformten Rohres vorgesehen. Die Temperatur in der Verdampferanordnung nahe dieser Öffnungen wird in solcher Weise geregelt, daß sie immer höher als die Verdampfungstemperatur des Stickstoffs bei dem in dem Rohr herrschenden Druck liegt, wodurch der gesamte Stickstoff verdampft wird.

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum inneren Kühlen extrudierter rohrförmiger Erzeugnisse

nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE-OS 24 56 386 ist eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art bekannt, bei welcher der Stickstoff über eine einfache Düse in das Rohrinnere eingeführt wird. Insbesondere wenn für die Erzeugung von Rohren mit großem Durchmesser und dicker Wandung erhebliche Stickstoff mengen benötigt werden, kann nicht gewährleistet werdeii, daß der Stickstoff nui gasförmig in das Rohr gelangt Die Versorgungsleitung kühlt sich nämlich während der Betriebsdauer immer mehr ab. Dadurch werden auch Stickstofftröpfchen mit eingedüst, die auf der Wandung des Rohres Bruchmarkjerungsp. hinterlassen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es. eine Vorrichtung der eingangs genannten Art vorzuschlagen, bei welcher die Nachteile der Bruchstellenbildung beseitigt sind und bei welcher die Extrusionsgeschwindigkeit nicht wie bisher beschränkt ist

Eine Vorrichtung zur Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich nach der Erfindung im wesentlichen durch die Merkmale des kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 aus.

In den Unteransprüchen sind Vorschläge für vorteilhafte Ausgestaltungen des im Patentanspruch 1 niedergelegten Erfindungsgedankens wiedergegeben.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 schematisch das Grundprinzip einer Vorrichtung zur Erzeugung von Kunststoffrohren,

Fig.2 demgegenüber vergrößert eine Vorrichtung zum inneren Kühlen eines extrudierten Rohres, und

Fig.3 eine andere Ausführungsform entsprechend Fig.Z

F i g. 1 veranschaulicht schematisch die Herstellung von Kunststoffrohren. Das Rohr 1 wird von einer Extruderdüse 2 des Extruders extrudien, an welcher eine Vorrichtung 3 zum inneren Kühlen des elohres 1 vorgesehen ist Die Vorrichtung 3 und das Rohr 1 sind von einem äußeren wassergekühlten Zylinder 4 umgeben, dem ein Kühlbad 5 und noch eine weitere Kühlvorrichtung 7 folgen, die eine Anzahl von Wasserverteilungsdüsen 6 aufweist. Das Rohr 1 wird mit Hilfe einer Zieheinheit ausgezogen, welche mit zwei Ziehbändern 8 und 9 ausgerüstet ist und welche mit einer gewünschten Geschwindigkeit arbeitet, wobei die Wanddicke des Rohres 1 durch die Ziehgeschwindigkeit bestimmt wird. Eine Erhöhung der Ziehgeschwindigkeit führt zu einer geringeren Wandstärke des Rohres 1. Der äußere Durchmesser des Rohres 1 wird bestimmt durch den in.ieren Durchmesser des äußeren, der Kalibrierung dienenden Zylinders 4. Ein Überdruck, der in dem geformten Rohr 1 herrscht, verhindert nicht nur. daß das Rohr 1 kollabiert, sondern auch, daß das Rohr 1 an den äußeren Zylinder 4 angedrückt wird. Um den Überdruck in dem geformten Rohr 1 aufrechtzuerhalten, ist in ihm ein Strömungswiderstandspfropfen 17 in einem relativ großen Abstand von der Düse 2 vorgesehen. Der Pfropfen 17 ist innerhalb des Rohres 1 mittels einer Schnur 18 od. dgl. gehalten, welche an der Vorrichtung zum inneren Kühlen des Rohres 1 angebracht ist

Eine Ausführungsform der Vorrichtung für das innere Kühlen ist in F i g. 2 dargestellt. Sie weist ein zylindrisches Verdampferglied 13 aus einem Material mit guter thermischer Leitfähigkeit auf. An einem Ende ist das Verdampferglied 13 mit einer Endplatte versehen. Sein anderes Ende ist an einem Hitzeschild 14 aus einem Material mit schlechter Wärmeleitfähigkeit angebracht.

Das Hitzeschild 14 ist in einem bestimmten Abstand von der Extruderdüse 2 mittels Abstandshalte- und Befestigungsmitteln 16 gehalten, wodurch das Verdampferglied 13 wirksam gegen die heiße Extruderdüse 2 abgeschirmt ist. Eine Düse 12 ist in dem von der Extniderdüse 2 am entferntesten liegenden Abschnitt des Verdampfergliedes 13 angeordnet Die Düse 12 steht über eine Versorgungsleitung 10 mit einer (nicht dargestellten) Flüssigstickstoffquelle in Verbindung. Um ein Erhitzen des Flüssigstickstoffes beim Durchqueren der Extruderdüse 2 zu verhindern, ist die Versorgungsleitung 10 von einer Isolation 11 umgeben. In der Düse 12 ist eine Anzahl von Löchern so angeordnet, daß der Flüssigstickstoff tangential bezüglich des zylindrischen Verdampfergliedes 13 abgegeben wird. Der Strömungsverlauf ist dadurch wendelförmig und in gestrichelten Linien dargestellt.

Infolge der wirksamen Isolierung der Versorgungsleitung 10 wird der Stickstoff in flüssiger Phase in das Verdampferglied 13 von der Düse 12 aus eingesprüht Das Verdampferglied 13 ist von dem heißen extrudierten Rohr 1 umgeben. Die Wärme des Rohres 1 wird über Strahlung, Leitung und Konvektion auf dab zylindrischer Verdampferglied 13 übertragen, wodurch der Flüssigstickstoff in den Gaszustand überführt wird. Der gasförmige Stickstoff strömt durch öffnungen 15, welche in der Mantelfläche des Verdampfergliedes 13 benachbart dem Hitzeschild 14 zwischen Befestigungsmitteln 32 vorgesehen sind, aus dem Verdampferglied 13 heraus. Das kalte Stickstoffgas strömt von den öffnungen 15 zwischen der äußeren Oberfläche des Verdampfergliedes 13 und der inneren Oberfläche des Rohres 1 entlang und füllt dann das Rohr 1 von dem Verdampferglied 13 aus bis zu dem Pfropfen 17. Hierdurch werden die Kühleigenschaften des Stickstoffs weitestgehend für das Rohr 1 aus Kunststoff ausgenutzt Darüber hinaus ist es möglich, Luftüberreste, die bei Beginn des Extrusionsprozesses vorhanden sein können, von der heißeren Zone der Rohres 1 zu kälteren Abschnitten des Rohres 1 zu verschieben.

Es wurde festgestellt, daß eine außerordentlich starke Kühlung an dem Rohr 1 aus Kunststoff von innen in der Zone unmittelbar vor der Extruderdüse 2 erreicht wird, d. h. in der Zone, wo die Rohrwandung in ihrer Stärke von der Schlitzbreite der Extruderdüse 2 auf ihre endgültige Dicke übergeht. Um eine allmähliche Formung des Kunststoffrnaterials zu der richtigen Wandstärke zu gestatten, ist ein Führungsrohrabschnitt 25 vorgesehen, die aus einem Material nut schlecher Wärmeleitfähigkeit besteht, so daß das kalte Stickstoffgas an der kritischen Formungszone des Rchres 1 ohne dieses zu kühlen, vorbeigeführt wird.

Der Stickstoff wird in dem Rohr 1 aus Kunststoff bei einsm Kalibrierungtdruck von etwa 0,5 bar gehalten. Wie bereits erwähnt, verhindert der Überdruck, daß das weiche Rohr 1 einfällt, und der Überdruck bewirkt auch, daß das Rohr 1 nach außen in Richtung des äußeren Zylinders 4 zur Kalibrierung gedrückt wird. Da ständig Stickstoff zugeführt wird, muß auch Stickstoff abgegeben werden. Dies wird durch ein Überdruckventil 26, beispielsweise durch ein federvorgespanntes Ventil erreicht, welches in dem Pfropfen 17 vorgesehen ist. Das Überdruckventil 26 öffnet bei einem spezifischen Druck in dem Rohr 1 und gibt dadurch ständig die notwendige Menge an Stickstotfgas ab, so daß der Druck konstant gehalten wird.

Das zuvor beschriebene zylindrische Verdampferglied 13 stellt somit nicht nur einen Verdampfer dar, in welchem der eingeführte flüssige Stickstoff verdampft wird, sondern auch ein Gasführungselement welches das Gas zwischen dem Verdampferglied 13 und dem durch Extrusion geformten Rohr 1 entlangführt.
F i g. 3 veranschaulicht eine andere Ausführungsform, nämlich hier des zylindrischen Verdampfergliedes 19. Auch hier wird von einem Hitzeschild 14 Gebrauch gemacht, welches mit Befcstigungsiniiteln 16 benachbart der Extruderdüse 2 gehalten ist Bei dieser Ausführungsform ist ein rohrförmiges Glied 20 konzentrisch in dem Verdampferglied 19 gehalten. Der Ringbereich zwischen Verdampferglied 19 und rohrförmigem Glied 20 ist auf der der Extruderdüse 2 zugewandten Seite mit einer Endplatte verschlossen. Das Verdampferglied 19 ist außerdem auf der gegenüberliegenden Seite mit einer Endplatte 24 versehen, die jedoch eine stirnseitige Öffnung in dem rohrförmigen Glied 20 offenläßt Die Endplatte 24, welche am weitesten weg von der Extruderdüse 2 lieyt ist nach außen hin mit einer Abdichtung gegen das geformte Rohr 1 versehe;-. In diesem Abschnitt des Verdampfergliedes 19 befinder sich Löcher 23 in dessen Mantelbereich für den Durchlaß von verdampftem Stickstoff. Der Stickstoff wird in flüsriger Form über die Versorgungsleitung 10 durch die Extruderdüse Γ hindurch zugeführt und über Zweigleitungen 22 zu Düsenöffnungen 21 geleitet, welche in der Kammer zwischen der Wand des Verdampfergliedes 19 und der Wand des rohrförmigen Gliedes 20 liegen. Der Flüssigstickstoff wird tangential durch die Düsen 21 nach außen gesprüht und unter Verdampfung durch das Verdampferglied 19 bis zu den öffnungen 23 geführt. Der gasförmige Stickstoff wird in die Kammer zwischen dem Verdampferglied 19 und dem geformten Rohr 1 in Richtung der Extruderdüse 2 geführt und gelangt auf einfache Weise in das zentrisch angeordnete rohrförmige Glied 20 und danach durch die Endplatte 24 hindurch nach außen in das Rohr 1. Durch diese Anordnung wird eine Strömung des Stickstoffgases in entgegengesei?.ter Richtung der Bewegung des Rohres 1 erreicht Die Kühlung des Rohres 1 wird auf diese Weise gegenüber der Kühlvorrichtung gemäß F i g. 2 etwas abgemildert.

Bei der Zuführung des Flüssigstickstoffes ist es von Wichtigkeit, daß die Temperatur in dem Verdampfer nicht auf den Verdampfungspunkt des Stickstoffs ab-

fällt Auf diese Weise würde ein Überschuß von Flüssigstickstoff am Boden des Verdampfers erhalten. Dieser Überschluß an Flüssigstickstoff könnte durch den offenen Teil des Verdampfers in das Kunststoffrohr 1 ablaufen und die innere Oberfläche des Kunststoffrohres 1 ernstlich verformen. Die Zufuhr von Flüssigslickstoff wird deswegen in solcher Weise geregelt, daß die Temperatur in dem Verdampfe·· in der Nachbarschaft seines offenen Endes immer höher als die Verdampfungstemperatur des Stickstoffs bei dem in dem Rohr 1 herrsehenden Druck ist. Auf diese Weise wird der gesamte Flüssigstickstoff verdampft und demzufolge eine maximale Kühlwirkung in dem Rohr 1 erreicht, während verhindert ist, daß hf-abtropfender Stickstoff in Berührung mit der Innenwandung des Rohres 1 kommt.

Die Regulieranordnung weist entsprechend F i g. 1 einen Temperaturregulator 28 auf, welcher seine Signale von einem Temperaturfühlerglied 27 erhält. Letzteres ist auf der Innenseite des Verdampfers in seinen untersten Teilen und in der Nachbarschaft des offenen Endes

6S des Verdampfers angeordnet. Der Temperaturregulator 28 steuert seinerseits einen Antriebsmotor 29, welcher ein Regelventil 30 betätigt, mittels dessen die Menge an Flüssigstickstoff in der Versorgungsleitung 10 von ei-

nein Tank 31 geregelt wird. Die gewünschte Temperatur in der Vorrichtung 3 wird auf einer Skala des Temperaturregulators 28 eingestellt. Abhängig von diesem eingestellten Temperaturwert — der Einstellpunktwert — und der tatsächlichen Temperatur in der Vorrichtung 3, sendet der Temperaturregulator 28 ein Signal an den Antriebsmotor 29, welcher seinerseits das Regelventil 30 betätigt, welches auf diese Weise entweder den Flüssigstickstoffstrom in der Versorgungsleitung 10 erhöht oder erniedrigt, bis ein Gleichgewichtszustand zwischen »tatsächlichem« und »eingestelltem« Temperaturwert herrscht.

Mit der zuvor beschriebenen Vorrichtung wird erreicht, daß eine Oxidation der inneren Oberfläche des Rohres 1 infolge der Inertgaseigenschaften des Stick-Stoffs vermieden und Bruchmarkierungen aufgrund von Oxidation an der inneren Oberfläche ausgeschlossen eri ferner dsß tsnge"t!2!e

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Rohr 1 infolge von unterschiedlicher Kühlung auf den Außenflächen und den Innenflächen verringert werden. Die neue Vorrichtung ermöglicht die Erhöhung der Fördergeschwindigkeit des Rohres 1 und damit eine Erhöhung der Produktionskapazität. Für einige Rohrquerschnitte beträgt die Zunahme bis zu einem Faktor 5 im Vergleich zu bekannten Vorrichtungen. Darüber hinaus haben die Rohre eine bessere Qualität.

Die Vorrichtung, wie sie hier beschrieben wurde, sind nicht auf die Extrusion von Kunststoffrohren beschränkt, sondern können ersichtlich auch für alle anderen Arten von extrudierten rohrförmigen Erzeugnissen Anwendung finden, wo eine wirksame innere Kühlung für eine möglichst hohe Produktqualität und eine möglichst hohe Produktionsrate wesentlich ist. Ferner sind Verdampfer- und Gasführungsanordnung, die zuvor zur Verdampfung von Flüssigstickstoff und zur Führung des verdampften Stickstoffes beschrieben worden sind, nicht auf die speziellen Ausführungsbeispiele beschränkt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum inneren Kühlen extrudierter rohrförmigen Erzeugnisse, wie beispielsweise Kunststoffrohre, wobei flüssiger Stickstoff mittels eines seine Zufuhr regulierenden Regelsystems über wenigstens eine Düse in das rohrförmige Erzeugnis eingeführt und verdampft wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (12,21) in ein geschlossenes Ende eines eine Verdampferkammer bildenden zylindrischen Verdampfergliedes (13,19) mit guten Wärmeleiteigenschaften münden, welches in dem rohrförmigen Erzeugnis (1) nahe der Extruderdüse (2) angeordnet ist, daß in dem entgegengesetzten Ende des Verdampfergliedes (13,19) Öffnungen (15, 23) für den Durchlaß von verdampftem Stickstoff so angeordnet sind, daß dieser zwischen der äußersten Oberfläche des Verdampfergliedes (13, 19) und der inneren Oberfläche des rohrförmigen Erzeugnisses (1) längs des Verdampfergliedes (13, 19) strömt, und daß ein Temperaturfühlglied (27) mit einem Reguliersystem (28, 29, 30) für die Regulierung der Zufuhr von flüssigem Stickstoff in den unteren Abschnitt des Verdampfcrgliedes (13, 19) in Nachbarschaft der öffnungen (15, 23) vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Extruderdüse (2) und dem Verdampferglied (13, 19) ein Hitzeschild (14) beispielsweise in Form .~iner Scheibe mit schlechten Wärmeleiteigenschaften rorgesehen ist

3. Vorrichtung nach Anspruc!" i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Öffnungen (15) für den Stickstoffgasauslaß in der Mantelfläche des Verdampfergliedes (13) in der Nähe des der Extruderdüse (2) benachbarten Endes vorgesehen sind und daß die Düsen (t2) an der entgegengesetzten geschlossenen Endplatte des Verdampfergliedes (13) liegen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein zylindrischer Führungsrohrabschnitt (25) das Verdampferglied (13) im Bereich der öffnungen (15) für den Stickstoffdurchlaß umgibt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß konzentrisch in dem Verdampferglied (19) ein rohrförmiges Glied (20) angeordnet ist, welches an beiden Enden offen ist, daß das Verdampferglied seine es einseitig verschließende Endplatte der Extruderdüse (2) zugewandt hat, daß die Düse (21) nahe dieser Endplatte in die Verdampferkammer zwischen dem Verdampferglied (19) und dem rohrförmigen Glied (20) mündet, und daß das Verdampferglied (19) mit seinem gegenüberliegenden Ende dicht gegen das rohrförmige Erzeugnis (1) anliegt, und daß die öffnungen (23) für den Stick-Stoffdurchlaß nahe dieses Endes in der Mantelfläche des Verdampfergliedes (19) angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (12, 21) so angeordnet sind, daß sie den Flüssigstickstoff tan- e>o gential zum Erzeugen einer wendeiförmigen Strömungabgeben.