DE69714731T2

DE69714731T2 - Verfahren und vorrichtung zum kühlen von extrudierten hohlen gegenständen

Info

Publication number: DE69714731T2
Application number: DE69714731T
Authority: DE
Inventors: Jyri Jaervenkylae; Kari Kirjavainen
Original assignee: Uponor Innovation AB
Current assignee: Uponor Innovation AB
Priority date: 1996-04-17
Filing date: 1997-04-17
Publication date: 2003-04-30
Anticipated expiration: 2017-04-18
Also published as: JP2000508263A; AU2570797A; EP0904188A1; WO1997038844A1; EP0904188B1; IL126594A; ES2180037T3; FI961682A0; US6551534B1; FI108117B; DE69714731D1; ATE222170T1; FI961682A; KR20000005496A; IL126594A0; KR100453611B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen eines extrudierten hohlen Gegenstandes, bei dem der Gegenstand von innen gekühlt wird, indem Luft hindurchgesaugt wird, woraufhin die Luft in Kontakt mit der Innenfläche des Gegenstandes kommt und diese dabei kühlt.
Die Erfindung betrifft weiter eine Anordnung zum Kühlen eines extrudierten hohlen Gegenstandes, wobei die Anordnung einen Extruder aufweist, sowie eine Vorrichtung, die so angeordnet ist, dass sie Luft derart durch den Gegenstand saugt, dass die Luft den Gegenstand von innen kühlt.
Die US 3,613,162 offenbart einen Extruder, der einen in einem Formkern angebrachten Kanal aufweist. Durch den Kanal wird zur Kühlung des Formkerns und zur Kühlung des extrudierten Rohres von innen mit Hilfe des Formkerns eine Kühlflüssigkeit geleitet. Das Kühlen des Rohres ist jedoch nicht wirksam, da der Formkern zuerst gekühlt werden muss. Zudem ist der Aufbau der Anordnung aufwendig, teuer und verbraucht eine beträchtliche Menge an Energie.
Die DE 25 19 705 offenbart einen Extruder, bei dem eine Kalibriervorrichtung in dem Rohr hinter der Düse angeordnet ist, und ein Kühlmittel wird in die Kalibriervorrichtung eingebracht, woraufhin das Rohr von innen kalibriert werden kann und gleichzeitig gekühlt wird. Dem inneren Kalibrierer folgt ein äußerer Kalibrierer, der auch so angeordnet ist, dass er das Kunststoffrohr kalibriert und gleichzeitig kühlt. Auch in diesem Fall ist die Kühlung des Rohres nicht wirksam, da das Kühlmittel zuerst die Kalibriervorrichtung kühlt und erst dann das Rohr. Zudem ist der Aufbau dieser Anordnung aufwendig und daher teuer und kompliziert. Auch wird die gesamte für das Erwärmen und Kühlen aufgebrachten Energie verschwendet.
Die EP 0 079 104 offenbart ein Gerät, das eine Einrichtung zum Saugen von Gas durch ein zu extrudierendes Rohr aufweist, um das Rohr zu kühlen. Das Gerät ist so angeordnet, dass es die Luft über einen in der Mitte des Formkerns angeordneten Kanal saugt, und die Luft von dem Kanal über eine Leitung, die quer zu dem Kanal liegt, durch das Gehäuse des Extruders geleitet wird. Diese Anordnung erzeugt eine Extrusionsnaht in dem zu extrudierenden Gegenstand. Zudem wird die Wärmeenergie des Rohres und der Kühleinrichtung vollständig verschwendet.
Das US-Patent 5,028,376 offenbart ein Gerät, bei dem ein trichterförmiges Gebläse in der Mitte des Extruders angeordnet ist und einen Luftstrom erzeugt, wenn dem Gebläse Druckgas zugeführt wird. Der Luftstrom führt dazu, dass Kühlluft entlang der Innenfläche des Rohres strömt und es kühlt, und dass erwärmte Luft aus der Mitte des Rohres ausgestoßen wird. Das Gerät ist kompliziert und aufwendig, und das Verfahren kann nur in Rohren mit großem Durchmesser verwendet werden. Das Gerät kühlt den Extruder auch in gewissem Maße von innen, aber der kühlende Luftstrom zirkuliert in der Nähe des Endes des Extruders, weshalb der Extruder nicht wirksam gekühlt wird. Es ist auch schwierig, das Gebläse in der Mitte des Extruders anzuordnen. Zudem wird die gesamte Wärmeenergie des Rohres und der Kühlvorrichtung verschwendet.
Die DE 24 55 779 offenbart ein Verfahren und eine Anordnung zum Kühlen eines extrudierten hohlen Gegenstandes, bei dem die Luft durch den Gegenstand gesaugt wird und bei dem die Luft durch den Extruder geleitet wird.
Der Zweck der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Verfahren und eine Anordnung zu schaffen, die keines der vorstehend genannten Probleme aufweisen und mit denen eine Kühlung auf einfache Art und Weise und mit geringen Gesamtkosten verwirklicht werden kann.
In dem Verfahren gemäß Anspruch 1 wird die durch den Gegenstand gesaugte Luft weiter durch den Extruder geleitet, ohne durch den Werkstoff, der die Wandung des Gegenstandes bildet, geleitet zu werden, so dass der Extruder gleichzeitig gekühlt wird.
Zudem ist die Anordnung gemäß Anspruch 9, bei der die durch den Gegenstand gesaugte Luft so angeordnet ist, dass sie durch den Extruder strömt, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft nicht durch den Werkstoff, der die Wandung des Gegenstandes bildet, geleitet wird.
Der grundlegende Gedanke der Erfindung ist, dass der Extruder ein Gebläse aufweist, mit Hilfe dessen Luft durch den zu extrudierenden Gegenstand gesaugt werden kann, woraufhin die Luft in Kontakt mit der Innenfläche des Gegenstandes ist und gleichzeitig das Rohr von innen kühlt. Die Luft wird durch den Extruder gesaugt. Ein weiterer Gedanke ist, dass die Wärme der mit dem Gebläse angesaugten Luft beispielsweise genutzt wird, indem die Luft in das Füllgut geleitet wird, woraufhin die erwärmte Luft, die durch den Gegenstand gesaugt wurde, Wärme zur Erwärmung des Extruderfüllguts abgibt. Der Gedanke einer bevorzugten Ausführungsform ist, dass auch außerhalb des Rohres ein Kühlelement angeordnet ist, woraufhin das Rohr gleichzeitig sowohl von außen als auch von innen gekühlt wird.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass das mit dem Extruder extrudierte Rohr auf eine wirksame und einfache Art und Weise gekühlt werden kann. Wenn die Luft durch den Extruder gesaugt wird, enthält der Gegenstand keine Extrusionsnähte, und der Extruder kann ebenfalls von innen wirksam gekühlt werden. Indem die Luft, die durch das Rohr gesaugt wurde, beispielweise in den zuzuführenden Werkstoff eingeleitet wird, kann die Wärmeenergie, die sonst vollständig verschwendet würde, für einen nützlichen Zweck zurückgewonnen werden. Das Erwärmen des Füllguts erhöht auch die Produktivität des Extruders, da erwärmtes Füllgut verwendet werden kann. Durch die gleichzeitige Kühlung des extrudierten Rohres von außen und innen kann der Abschnitt, in dem die Kühlung stattfindet, verkürzt werden, da die Kühlung wirksam ist. Dank des gleichzeitigen Kühlens von außen und innen bleiben die inneren Spannungen gering. Auch die Sägeabfälle beim Ablängen des Rohres können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wiederverwertet werden und in die verwendete Füllmasse zurückgeführt werden.
Die Erfindung wird detaillierter in den anliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch eine erfindungsgemäße Anordnung;
Fig. 2 eine schematische Seitenansicht im Querschnitt, eines Details einer weiteren erfindungsgemäßen Anordnung; und
Fig. 3 eine schematische Seitenansicht im Querschnitt, eines Details einer dritten erfindungsgemäßen Anordnung.
Fig. 1 zeigt einen Extruder 1. Der Extruder erzeugt ein Rohr 2, eine dünne Folie oder einen anderen hohlen Gegenstand. Wenn das Rohr 2 aus dem Extruder 1 austritt ist es ziemlich heiß, weshalb ein Kühlbecken 3 angeordnet ist, um es von außen zu kühlen. Das Kühlbecken 3 kühlt somit das Rohr 2 von außen, beispielsweise mit Hilfe von Wasser. Die Verwendung eines anderen Kühlmittels ist ebenfalls möglich. Der Aufbau des Extruders 1 und des Kühlbeckens 3 ist einem Fachmann vollständig bekannt, weshalb sie in diesem Zusammenhang nicht näher beschrieben werden.
Die Kunststoffmasse 4, die für die Herstellung des Rohres 2 erforderlich ist, wird dem Extruder 1 beispielweise mit einem Fülltrichter 8 zugeführt. Bei der Kunststoffmasse 4 kann es sich beispielsweise um Kunststoffgranulat oder eine Kunststoffmasse handeln, die auf eine an sich bekannte Weise in einer anderen geeigneten Form vorliegt. Zudem kann die Kunststoffmasse dem Extruder anstatt mit dem Fülltrichter 8 mit Förderschnecken oder auf eine andere an sich bekannte Weise zugeführt werden.
Die Anordnung weist weiter ein Gebläse 6 auf. Das Gebläse 6 ist so mit einem Verbindungsrohr 5 verbunden, dass Luft mit dem Gebläse 6 entlang des Verbindungsrohres 5 gesaugt wird. Das Verbindungsrohr 5 ist weiter mit dem Rohr 2 verbunden, woraufhin Luft mit dem Gebläse 6 durch das Rohr 2 gesaugt werden kann. Die Luft entweicht von dem Rohr 2 zu dem Verbindungsrohr 5 und schließlich zu einem Auslassrohr 7. Das Auslassrohr 7 ist wiederum in dem Fülltrichter 8 und der Kunststoffmasse 4 angeordnet, woraufhin Luft in die Kunststoffmasse 4 eingeleitet werden kann. Die Luft, die in das Kunststoffrohr 2 eingesaugt werden soll, kann Raumtemperatur haben, womit sie jedoch beträchtlich kühler wäre als die Oberfläche des Kunststoffrohres. Während sie durch das Kunststoffrohr strömt, erwärmt sich die Luft, und diese erwärmte Luft wird entlang dem Verbindungsrohr 5 zum Auslassrohr 7 und durch die Kunststoffmasse 4 geführt, woraufhin die erwärmte Luft die Kunststoffmasse 4 erwärmt. Die Wandungen des Auslassrohres 7 sind vorzugsweise perforiert, woraufhin erwärmte Luft durch diese Öffnungen zum Fülltrichter 8 strömen kann, d. h. die erwärmte Luft gleichmäßig mit der Füllmasse 4 vermischt wird. Die Pfeile in der anliegenden Zeichnung stellen die Luftströme dar.
Beim Kühlbecken 3 wird das Rohr 2 der gleichzeitigen Kühlung von außen und innen ausgesetzt. Das Rohr kühlt sich somit wirksam ab und enthält keine großen inneren Spannungen.
Mit der Anordnung ist es möglich, warme Luft in die Kunststoffmasse 4 einzubringen, woraufhin die Kunststoffmasse sich erwärmt und die Produktivität des Extruders verbessert werden kann. Der beim Ablängen des Rohres erzeugte Sägeabfall kann ebenfalls wiedergewonnen und zur weiteren Verwendung in die Kunststoffmasse 4 zurückgeführt werden. Mit der Anordnung ist es auch möglich, Wärme wiederzugewinnen, die im Extruder 1 während der Herstellung des Rohres 2 erzeugt wird. Um eine Wärmeenergie von etwa 10 kW wiederzugewinnen, so haben die durchgeführten Prüfungen gezeigt, muss die Leistung des Gebläses 6 typischerweise bei etwa 1 kW liegen. Die Prüfungen haben auch gezeigt, dass typischerweise etwa 25% der Wärmeenergie wiedergewonnen werden können.
Fig. 2 ist eine schematische Seitenansicht, im Querschnitt, eines Details einer zweiten erfindungsgemäßen Anordnung. Die Bezugszeichen in Fig. 2 entsprechen den Bezugszeichen in Fig. 1. Der Extruder 1 weist einen äußeren Stator 10 und einen inneren Stator 11 sowie einen konischen Rotor 12 auf, der drehbar zwischen den Statoren angeordnet ist. Bei dem konischen Rotor 12 sind mindestens die Innenfläche des äußeren Stators 10 und die Außenfläche des inneren Stators 11 konisch. Der Rotor 12 weist schraubenförmige Nuten auf, die der Klarheit wegen in Fig. 2 nicht gezeigt sind, woraufhin der Rotor 12, während er sich dreht, mit Hilfe seiner Nuten Kunststoffmasse aus dem Extruder 1 herausbefördert. In der Mitte der oben beschriebenen Zuführeinrichtung befindet sich ein hohler, feststehender Formkern 9, der eine Kühleinrichtung, wie z. B. eine Wasserzirkulation, zum Kühlen der Innenfläche des Rohres 2 aufweist, woraufhin die Innenfläche des Rohres 2 dünn mit dem Formkern 9 gekühlt werden kann, so dass die Innenfläche des Rohres 2 geglättet werden kann. Das Ende des Formkerns 9 ist von innen rund hergestellt, so dass sich im Wesentlichen keine Turbulenzen in der einzusaugenden Luft bilden, die den Strom verlangsamen. Im Fall von Fig. 2 kann die Luft durch den Formkern 9 und das Rohr 2 aus der Mitte des Extruders 1, der mit der konischen Zuführeinrichtung versehen ist, gesaugt werden. Es werden dann keine Extrusionsnähte in dem zu extrudierenden Gegenstand gebildet, und der Extruder kann gleichzeitig wirksam von innen gekühlt werden. Die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung kann auch bei der Anpassung der Überschusswärme des Extruders zusammen mit den Wärmewiderständen der Statoren genutzt werden. Besonders wenn Werkstoffe mit hohem Molekulargewicht verarbeitet werden, beispielweise wenn Rohre aus vernetztem Polyethylen hergestellt werden, stellen die Extrusionsnaht und die Überhitzung des Extruders auf Grund der starken Reibung besonders große Probleme dar. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung kann die Temperatur des Extruders ausreichend gesenkt und mit Hilfe der Wärmewiderstände genau an das korrekte Niveau angepasst werden, wenn der Extruder ständig von innen gekühlt wird. Es kann natürlich mehr als einen konischen Rotor 12 und nur einen oder mehr als zwei Statoren 10 und 11 geben. Zudem kann der Stator entweder innen oder außen am Rotor oder zwischen zwei Rotoren vorgesehen sein.
Fig. 3 ist eine schematische Seitenansicht im Querschnitt eines Details einer dritten erfindungsgemäßen Anordnung. Die Bezugszeichen in Fig. 3 entsprechen denen in Fig. 1 und 2. Im Extruder 1 befindet sich zusätzlich zu dem Luftkanal auch eine Wasserleitung 13. Die Wasserleitung 13 wird zur Leitung von Wasser verwendet, um die Innenfläche des Rohres 2 zu kühlen. Mit den Düsen 14 wird Wasser auf die Innenfläche des Rohres 2 gesprüht. Die Düsen 14 sind am besten so ausgebildet, dass sie Wassernebel auf die Innenflächen des Rohres 2 sprühen können, der das Rohr 2 sehr wirksam kühlt. Die Düsen zur Erzeugung des Wassernebels können beispielweise von der in der WO 92/20453 beschriebenen Art sein. In einem solchen Fall ist die Menge des zu verwendenden Wassers ebenfalls nicht so groß. Luft kann entweder mit einem separaten Gebläse oder durch das diagonale Ausrichten der Wassertröpfchen auf den Extruder 1, so dass die Wassertröpfchen einen Luftstrom erzeugen, durch das Rohr 2 und den Extruder 1 gesaugt werden. Die Wasserleitung 13 kann auch, wenn nötig, mit zugehörigen optionalen Einrichtungen zum Leiten von Luft oder Druckluft zu den Düsen 14 oder ähnlichen Einrichtungen versehen sein. Die Wasserleitung 13 und die Düsen 14 können in axialer Richtung bewegbar sein, um den optimalen Punkt der Kühlung auszuwählen. Zudem können sich auch an mehreren verschiedenen Punkten der Wasserleitung 13 in axialer Richtung Düsen 14 befinden.
Die Zeichnungen und die Beschreibung, die sich hierauf beziehen, sollen nur den erfinderischen Gedanken veranschaulichen. Die Details der Erfindung sind innerhalb des Schutzumfangs der Ansprüche veränderbar. Daher kann Wärme auch mit Hilfe von beispielweise einer Wärmepumpe von der kühlenden Luft zu dem Fülltrichter 8 geleitet werden. In einem solchen Fall könnte auch die Wärmeenergie der Pumpe selbst vorteilhaft zu dem Fülltrichter 8 geleitet werden, um mit der Kunststoffmasse 4 vermischt zu werden. Weiter kann das Festhängen des Kunststoffs in dem Fülltrichter 8 auf eine einfache und wirksame Weise vermieden werden, indem das Gebläse 6, das eine hohe Vibrationsenergie erzeugt, mechanisch an dem Fülltrichter 8 befestigt ist.

Claims

1. Verfahren zum Kühlen eines extrudierten hohlen Gegenstands (2), bei dem Luft durch den Gegenstand (2) gesäugt wird, woraufhin die Luft in Kontakt mit der Innenfläche des Gegenstands (2) ist, und bei dem die durch den Gegenstand gesaugte Luft weiter durch den Extruder (1) geführt wird, ohne dass die Luft durch den Werkstoff, der die Wandung des Gegenstands (2) bildet, geführt wird, so dass der Extruder (1) auch gleichzeitig gekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeenergie der durch den Gegenstand (2) gesaugten Warmluft wiedergewonnen und für den weiteren Gebrauch weitergeleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Extruder (1) zuzuführende Werkstoff (4) mit Hilfe der Wärmeenergie der Luft, die durch den Gegenstand gesaugt wurde, erwärmt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Warmluft, die durch den Gegenstand gesaugt wurde, in den dem Extruder (1) zuzuführenden Werkstoff (4) eingeleitet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenstände (2) weiter von innen gekühlt werden, indem Wassernebel auf die Innenfläche des Gegenstands gesprüht wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Extruder (1) mindestens einen Stator (10, 11) und mindestens einen drehbaren, konischen Rotor (12) aufweist, woraufhin der Stator (10, 11) mindestens am Rotor (12) konisch ist, woraufhin der Stator (10, 11) und der Rotor (12) die Zuführeinrichtung des Extruders darstellen, und dass die den Gegenstand kühlende Luft im Wesentlichen von der Mitte der Zuführeinrichtung durch den Extruder (1) gesaugt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu der inneren Kühlung der Gegenstand (2) auch von außen gekühlt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich im Inneren des Gegenstands (2) ein Formkern (9) befindet, der eine Kühlvorrichtung aufweist, so dass die Innenfläche des Gegenstands dünn mit dem Formkern (9) gekühlt wird.

9. Anordnung zum Kühlen eines extrudierten, hohlen Gegenstands (2), welche einen Extruder (1) und eine Vorrichtung aufweist, die so angeordnet ist, dass sie Luft so durch Gegenstand saugt, dass die Luft den Gegenstand von innen kühlt, wobei die durch den Gegenstand gesaugte Luft durch den Extruder (1) strömt, und dadurch gekennzeichnet, dass die Luft nicht durch den Werkstoff geführt wird, der die Wandung des Gegenstands(2) bildet.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Extruder (1) mindestens einen Stator (10, 11) und mindestens einen drehbaren, konischen Rotor (12) aufweist, woraufhin der Stator (10, 11) mindestens am Rotor (12) konisch ist, woraufhin der Stator (10, 11) und der Rotor (12) die Zuführeinrichtung des Extruders (1) darstellen, und dass die Anordnung eine Vorrichtung zum Ansaugen von Luft durch den Extruder (1) im Wesentlichen von der Mitte der Zuführeinrichtung aufweist.

11. Anordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung eine Vorrichtung zur Wiedergewinnung der Wärmeenergie der Luft, die durch den Gegenstand gesaugt wurde, aufweist.

12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung eine Vorrichtung zum Weiterleiten der Wärmeenergie der Luft, die durch den Gegenstand gesaugt wurde, in den dem Extruder (1) zuzuführenden Werkstoff (4) aufweist.

13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung eine Vorrichtung zum Weiterleiten der Luft, die durch den Gegenstand gesaugt wurde, in den dem Extruder (1) zuzuführenden Werkstoff (4) aufweist.

14. Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung ein Wasserrohr (13) und darin befindliche Düsen (14) zum Sprühen von Wassernebel in das Innere des Gegenstands aufweist, um den Gegenstand zu kühlen.

15. Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung eine Vorrichtung zum Kühlendes Rohrs von außen aufweist.

16. Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Extruder (1) einen hohlen Formkern (9) aufweist, der eine Vorrichtung zum Kühlen des Gegenstands von innen aufweist.