METHOD FOR COOLING PLASTICS HOLLOW PROFILES

Abstract: 1. Process for cooling of hollow synthetic material profiles during extrusion by means of direct heat exchange with liquid nitrogen, which is introduced via a boring in the mandrel (3) of the extrusion tool into the interior of the hollow synthetic material (6), characterised in that the nitrogen has a pressure of 2 to 8 bar and a temperature below its boiling point, what means that it is subcooled, and that the liquid in the extrusion tool moves through a capillary tube (4) with a maximum inside diameter of 1,2 mm, which capillary tube is enclosed by an insulation tube (5).

Description: Verfahren und Vorrichtung zur Kühlung von Kunststoff Hohlprofilen Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kühlung von Kunststoff-Hohlprofilen beim Extrudieren durch direkten Wärmeaustausch mit einem Kühlmedium. Bei Xunststoff-Hohlprofilen, z.B. Fensterprofilen aus Thermoplasten, ist wegen der kleinen Querschnitte eine konventionelle Innenkühlung nicht möglich. Bei einer Aussenkalibrierung und der Kühlung mit Wasser von aussen ist die Abkühlgeschwindigkeit und damit die Extrusionsgeschwindigkeit begrenzt. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches eine Innenkühlung der Kunststoff-Hohlprofile beim Extrudieren ermöglicht und durch eine gleichmässige Abkühlung eine höhere Extrusionsgeschwindigkeit zulässt. Ausgehend von dem im Oberbegriff des Anspruches 1 berücksichtigten Stand der Technik ist diese Aufgabe er findungsgernäss gelöst mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 ausgegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Flüssiger Stickstoff ist als intensiv wirkendes Kühlmedium bekannt. Wegen der geringen Querschnitte der Hohl- kammer-Werkzeuge erschien es jedoch nicht möglich, ihn für die Innenkühlung von Kunststoff-Hohlprofilen beim Extrudieren einzusetzen. Da diese Werkzeuge Temperaturen von 150 bis 180 OC haben und aus konstruktiven Gründen die Bohrung im Extrusionswerkzeug für die Zufuhr des flüssigen Stickstoffs 3 mm nicht überschreiten darf, bei Bohrungslängen von 100 bis 150 mm, war zu erwarten, dass der flüssige Stickstoff beim Durchströmen des Werkzeuges verdampfen würde, so dass das Hohlprofil nur noch mit mehr oder weniger kaltem gasförmigen Stickstoff beauf schlagt wurde. Durch den erfindungsgemässen Einsatz von unterkühltem flüssigen Stickstoff in Verbindung mit einem besonders isolierten Kapillarschlauch wurde jedoch überraschenderweise erreicht, dass der Stickstoff weitgehend in flüssiger Form in das extrudierte Kunststoff-Hohlprofil gelangt. Die Zeichnungen veranschaulichen ein Ausführungsbeispiel mit der Erfindung und eine Versuchseinrichtung, in der das erfindungsgemässe Verfahren unter verschiedenen Arbeitsbedingungen durchgeführt wurde. Es zeigen: Fig.1 den Austrittsbereich eines Extrusionswerk zeuges im Schnitt, Fig.2 eine Versuchsanlage zur Prüfung des Verfahrens unter verschiedenen Arbeitsbedingungen, Fig.3 ein Detail der Versuchsanlage von Fig.2, Fig.4 eine Draufsicht auf das Detail gemäss Fig.3. Die in Fig.1 dargestellte Vorrichtung zeigt den Austrittsbereich eines Extrusionswerkzeuges bestehend aus der Extrusionsdüse 1, dem Düsenhalter 2 und dem Dorn 3. Erfindungsgemäss befindet sich im Dorn 3 ein Kapillarschlauch 4 aus PTFE mit einem Innendurchmesser von 1 mm und einem Aussendurchmesser von 2 mm. Der Kapillarschlauch 4 ist von einem Isolierschlauch 5 aus PTFE umgeben, der einen Innendurchmesser von 2,2 mm und einen Aussendurchmesser von 2,8 mm besitzt. Die Bohrung zur Aufnahme des Kapillarschlauches 4 und Isolierschlauches 5 hat einen Durchmesser von 3 mm. Der als Kühlmittel verwendete unterkühlte flüssige Stickstoff 7 durchströmt den Kapillarschlauch 4 und gelangt weitgehend in flüssiger Form in das extrudierte Kunststoff-Hohlprofil 6. Am Austrittsende des Kapillarschlauches 4 kann eine dem Stickstoffdurchsatz angepasste Düse 18 angebracht sein. Durch sie wird der flüssige Stickstoff zerstäubt, wodurch die Verdampfungsgeschwindigkeit und Kühlwirkung erhöht wird. Die Fig. 2 bis 4 zeigen eine Versuchsanordnung mit der die Durchführbarkeit des erfindungsgemässen Verfahrens unter verschiedenen Arbeitsbedingungen geprüft wurde. Der flüssige Stickstoff wurde dem Standtank 8 entnommen. und durch eine 10 m lange normalisierte Leitung 9 dem Unterkühler 10 zugeführt. Der Speicherdruck lag zwischen 3,3 und 5,3 bar. Die Wärme, die dem flüssigen Stickstoff beim Durchfluss durch die Leitung 9 zugeführt wurde, wurde ihm im Unterkühler 10 durch Wärmeaustausch mit ver dampfendem flüssigen Stickstoff unter atmosphärischem Druck wieder entzogen. Für die Versuche stand somit unter kühlter flüssiger Stickstoff zur Verfügung, der über die isoliertbn- PA-Schläuche 11 und 13 sowie den Kugelhahn 12 in den Aluminiumzylinder 14 geleitet wurde. Der Aluminium zylinder 14 simulierte das Extrusionswerkzeug. Einzel heiten seiner Abmessungen sowie der Anordnung des Kapillar schlauches gemäss der Erfindung können den Fig.3 und 4 entnommen werden. Der Aluminiumzylinder 14 wurde mittels einer Heizplatte 15 auf die jeweils gewünschten Temperaturen erhitzt. Der flüssige Stickstoff wurde erfindungsgemäss mittels eines Kapillarschlauches 4, der in einem Isolierschlauch 5 eingezogen war, durch den Aluminiumzylinder 14 geführt und in das Dewar-Gefäss 16 geleitet. Der im Dewar-Gefäss 16 aufgefangene flüssige Stickstoff wurde mit der Tisch waage 17 gewogen. Der Kapillarschlauch 4 hatte 1 mm Innendurchmesser und 2 mm Aussendurchmesser. Es wurden Kapillarschläuche 4 aus PA-12, Polyimid und PTFE untersucht. Der Isolierschlauch 5 bestand aus PTFE und besass einen Innendurchmesser von 2,2 mm und einen Aussendurchmesser von 2,8 mm. Es wurden ausserdem Vergleichsversuche mit einem Kapillarschlauch der Nennweite 2 mm durchgeführt. Generell ergaben die Versuche folgendes: Ohne vorherige Unterkühlung gelangt nur gasförmiger Stick stoff durch den Kapillarschlauch 4. Ferner ist der Isolierschlauch 5 erforderlich, wenn ein ausreichender Durchsatz an flüssigem Stickstoff erreicht werden soll. PA ist als Material für den Kapillarschlauch 4 ungeeignet, da der Schlauch bei heissem Werkzeug und Unterbrechung der Stickstoff zufuhr schmilzt. Polyimid und PTFE werden daher als Materialien für den Kapillarschlauch 4 bevorzugt. Die Versuchsergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst: EMI5.1 <tb> Schlauch <SEP> Temperatur <SEP> Druck <SEP> Durchsatz <tb> (Innen <SEP> ¯) <SEP> <SEP> ( <SEP> oc <SEP> <SEP> ) <SEP> (bar) <SEP> <SEP> (kg/h <tb> 2 <SEP> mm <SEP> +20 <SEP> 5 <SEP> 131 <tb> 2 <SEP> mm <SEP> +20 <SEP> 3,5 <SEP> 111 <tb> 1 <SEP> I <tb> 1 <SEP> mm <SEP> +20 <SEP> 5,3 <SEP> 30,6 <tb> 1 <SEP> mm <SEP> +20 <SEP> 4,7 <SEP> 26,7 <tb> 1 <SEP> mm <SEP> +100 <SEP> 4,4 <SEP> 18,5 <tb> 1 <SEP> mm <SEP> +150 <SEP> 4,3 <SEP> 17,5 <tb> 1 <SEP> mm <SEP> +200 <SEP> 3,3 <SEP> 14,25 <tb> Aus der Tabelle ist zu erkennen, dass der Flüssig-Stickstoff-Durchsatz durch das warme Werkzeug gegenüber dem Durchsatz durch das kalte Werkzeug zwar geringer ist, aber der grösste Teil dennoch in flüssiger Form in das Dewar-Gefäss 16 (bzw. in das Kunststoff-Hohlprofil 6) gelangt. Die Werkzeugtemperatur hat überraschenderweise keinen grossen Einfluss auf die Durchsatzmenge. Durch einen Kapillarschlauch mit 1 mm Nennweite lassen sich je nach Vordruck (3-6 bar) 12 bis 23 Kg LN2/h durchsetzen. Die Mengenregelung kann demnach über den Druck oder ein Feinstregelventil erfolgen. Im praktischen Betrieb wurde bei einem Hohlprofil mit einem spez. Gewicht von 360g/m durch das erfindungsgemässe Verfahren die stündliche Extruderleistung um 20% gesteigert. Der spezifische Stickstoffverbrauch beträgt hierbei 0,2 kg/kg Produkt.

Claims: Patentansprüche 1. Verfahren zur Kühlung von Kunststoff-Hohlprofilen beim Extrudieren durch direkten Wärmeaustausch mit einem Kühlmedium, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) als Kühlmedium dient unterkühlter flüssiger Stickstoff unter einem Druck von 2 bis 8 bar; b) das Kühlmittel wird in das Innere des Kunststoff Hohlprofiles (6) eingeführt; c) die Kühlmittelzufuhr erfolgt durch eine Bohrung im Dorn (3) des Extrusionswerkzeuges; d) für die Kühlmittelleitung zum und im Extrusions werkzeug dient ein Kapillarschlauch (4); e) der Kapillarschlauch ist von einem Isolierschlauch (5) umgeben. 2. Kapillar- und Isolierschlauch zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kapillarschlauch aus Polyimid oder PTFE und der Isolierschlauch aus PTFE besteht. 3. Kapillar- und Isolierschlauch nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei kleinen Werkzeugen der Innendurchmesser des Kapillarschlauches maxi mal 1,2 mm und der Aussendurchmesser des Isolier schlauches maximal 3 mm beträgt. 4. Extrusionswerkzeug zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Extrusionsdüse (1) und einem Dorn (3), gekennzeichnet durch einen im Dorn befindlichen Kapillar- und Isolierschlauch gemäss den Ansprüchen 2 oder 3. 5. Extrusionswerkzeug nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine vom Austrittsende des Kapillarschlauches angeordnete Düse (18)zur Zer stäubung des flüssigen Stickstoffs.

Inventors: HESSE, JURGEN, V. HOESSLIN, GERHARD, Hesse, Jürgen
Applicants: MESSER GRIESHEIM GMBH
Application year: 1981
Main classification: B29C47
IPC codes: F25D3, B29C47, B23Q11