JOPPE, Markus (Krummacherstrasse 19, Ibbenbüren, 49477, DE)
Patentansprüche
1 • Kühlvorrichtung (10) für einen aus einem Extruderblaskopf austretenden thermoplastischen Kunststofffolienschlauch mit einem ringartigen Luftkanalgehäuse mit wenigstens einem innen liegenden Luftleitungskanal (12), dessen innere Umfangsfläche sich in wenigstens einer Luftdüse mit einem Düsenspalt (15) fortsetzt und an das sich außen wenigstens ein Luftzuführstutzen (11) anschließt,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Luftleitungskanal (12) als Fortsatz des Luftzuführstutzens (11) um den Düsenspalt herum verläuft, wobei sich der Querschnitt des Luftleitungskanals (12) vom Luftzuführstutzen (11) aus bis zu einem Endbereich stetig und/oder sprunghaft verjüngt und wobei sich der Endbereich des Luftleitungskanals (12) in einem Spitzenbereich (13) verjüngt und über einen ü- bergangsspalt (14) bis in einen Anfangsbereich des das Luftkanalgehäuse am Luftzuführstutzen (11) hinein erstreckt.
2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass sich, in Draufsicht auf die Ebene des Düsenspalts gesehen, die Breite des Luftleitungskanals (12) entlang seiner Länge reduziert und der Luftleitungskanal (12) hörn- oder schneckenförmig um die Luftdüse (15) geführt ist.
3. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich die Höhe des Luftleitungskanals (12) entlang seiner Länge reduziert.
4. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich der Endbereich des Luftleitungskanals (12) in einem Spitzende (13) verjüngt und bis an die Außenseite des Luftkanalgehäuses am Luftzuführstutzen (11) erstreckt.
5. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Querschnittsfläche des Spitzendes (13) und/oder des übergangsspalts (14) das 0,1 bis 0,4-fache der ursprünglichen Querschnittsfläche des Luftleitungskanals (12) im Anfangsbereich (11) beträgt. |
Kühlvorrichtung für einen aus einem Extruderblaskopf austretenden thermoplastischen Kunststofffolienschlauch
Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für einen aus einem Extruderblaskopf austretenden thermoplastischen Kunststofffolienschlauch, mit einem ringartigen Luftkanalgehäuse mit wenigstens einem innen liegenden Luftleitungskanal, das an seiner inneren Umfangsfläche wenigstens eine Luftdüse mit einem Düsenspalt aufweist und an das sich außen wenigstens ein Luftzuführstutzen anschließt .
Eine solche Kühlvorrichtung ist beispielsweise aus der DE 33 36 181 A1 bekannt. Sie dient dazu, bei der Blasfolienherstellung den aus dem Extruderblaskopf austretenden Kunststofffolienschlauch von außen mit Luft anzublasen und dadurch abzukühlen. Dazu ist am inneren Umfang eines ringförmigen Luftkanalgehäuses ausgebildet bzw. angeordnet eine spaltförmige Luftdüse vorgesehen, die sich kreisringförmig um die aus dem Blaskopf austretende Folienblase erstreckt. Die Luft wird über mehrere Luftzuführstutzen von der Außenseite des Luftkanalgehäuses her eingespeist. Dadurch, dass mehrere Luftzuführstutzen vorgesehen sind, wird eine in etwa gleichmäßige Druckverteilung der Kühlluft innerhalb des Luftkanalgehäuses und damit eine entlang des Düsenspalts in etwa gleichmäßig verteilte Strömungsgeschwindigkeit der Kühlluft erreicht. Von den Luftzuführstutzen des Kühlrings aus sind jeweils Schlauchleitungen zu einer Luftverteilervorrichtung geführt, die neben der Extrusionsanlage aufgestellt ist und von einem Gebläse gespeist wird.
Durch die Speisung der einzelnen Luftleitungen aus einem gemeinsamen Verteiler wird eine in etwa gleiche Luftmenge pro Zeiteinheit durch jeden Schlauch in den Luftführungskanal geleitet. Der Nachteil eines separaten Luftverteilers besteht neben einem erhöhten Platzbedarf in einem erheblichen Druck- bzw. Leistungsverlust im Verteiler.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Kühlvorrichtung der eingangs genannten Art die Leistungsverluste bei der Luftzufuhr zu einer Luftdüse zu reduzieren.
Diese Aufgabe wird durch eine Kühlvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Der volle Querschnitt der vom Gebläse her kommenden Luftleitung kann gemäß der Erfindung auch am Luftzuführstutzen vorliegen, so dass bis zum übergang in den Luftleitungskanal kein wesentlicher Druckverlust eintritt. Eine einzelne Schlauchleitung, die zum Kühlring hin führt, benötigt nur wenig Platz, wobei der Luftzuführstutzen mit dem Luftschlauch noch in einen Bereich gelegt werden kann, in dem sich der Bediener während der Blasfolienfertigung nicht aufzuhalten braucht.
Erfindungswesentlich ist, dass sich der Querschnitt entlang des Luftleitungskanals zunehmend verjüngt, sei es in Form einer kontinuierlichen Verjüngung, durch die ein Luftleitungskanal in Form eines gebogenen Horns erreicht wird, sei es durch abgetreppte Querschnittssprünge und dass der Endbereich des Luftleitungskanals sich wieder an den Luftleitungskanal im Bereich des Luftzuführungsstutzens übergeht. An dem dortigen übergang liegt ein übergangsspalt vor, durch den Luft vom Spitzende aus wieder in den änfangsbereich des Luftleitungskanals strömen kann, so dass eine Kreisströmung ausgebildet wird. Durch die sich verjüngende Form zusammen mit dem übergangsspalt wird ein Gleichgewichtszustand erreicht, in dem entlang des gesamten Umfangs der Druck im Luftleitungskanal und damit die Strömungsgeschwindigkeit der radial zum innen liegenden Düsenspalt strömenden Kühlluft gleichmäßig verteilt sind, ohne dass dazu eine mehrfache Einspeisung erforderlich ist.
überraschenderweise kann also durch den vollständigen Verzicht auf die separate Luftverteilervorrichtung und die zwischen dem Luftverteiler und der Kühlvorrichtung nach dem Stand der Technik vorgesehenen Schläuche die bei herkömmlichen Kühlvorrichtungen erreichte Kühlleistung zumindest beibehalten werden, obschon am Luftleitungskanal nur endseitig Luft zugeführt wird. Durch Reduzierung der Druck- bzw. Leistungsverluste infolge der eingesparten Verteilervorrichtung kann entweder bei gegenüber dem Stand der Technik unverändert betriebenen Gebläsen für die Kühlluft eine höhere Strömungsgeschwindigkeit an der Luftdüse erreicht werden oder es kann die elektrische Leistung des Gebläses reduziert werden.
Die Bezeichnung „übergangsspalt" schließt im Sinne der Erfindung alle Ausbildungen ein, bei denen der Querschnitt der öffnung im übergangsbereich gegenüber dem Querschnitt des Luftleitungskanals im Bereich der Einmündung des Spitzendes reduziert ist.
Als „Luftzuführstutzen" ist unabhängig von der konstruktiven Gestaltung eine Eingangsöffnung bezeichnet, über die Luft in den Luftleitungskanal hinein strömt.
Die Querschnittsverjüngung kann durch eine Verjüngung der
Breite und/oder der Höhe bewirkt werden:
Wird nur die Breite verändert, kann ein konstant flacher Kühlring vorgesehen sein, was beispielsweise bei sehr hoch bauenden Extruderköpfen vorteilhaft ist. Um Platz im Bereich des Aufstellungsortes zu sparen, kann es wiederum vorteilhaft sein, die Breite möglichst schmal zu halten und nur die Höhe zu verändern.
Vorzugsweise besitzt der Luftleitungskanal im Spitzende und/oder der übergangsspalt eine Querschnittsfläche, die das 0,1 bis 0,4-fache der ursprünglichen Querschnittsfläche des Luftleitungskanal im Anfangsbereich kurz vor dem übergangsspalt beträgt.
Zur Nachjustierung kann der Gegendruck im Spitzende des Luftleitungskanals vorzugsweise durch eine Reduzierblende variiert werden, mit der der Querschnitt des übergangsspalts vom Spitzende in den Anfangsbereich des Luftleitungskanals veränderbar ist.
Diese kann sich beispielsweise nach dem Iris-Prinzip kontinuierlich zusammenziehen oder es kann aus einer Gruppe von Blendeneinsätzen mit Ausnehmung unterschiedlicher Größe eine Auswahl getroffen werden, um die Anpassung an den günstigsten Betriebspunkt vornehmen zu können.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Gezeigt ist in:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung in perspektivischer Ansicht
Fig. 2 in Draufsicht
Fig. 3 in seitlicher Ansicht.
In Fig. 1 ist eine Kühlvorrichtung 10 in einer perspektivischen Ansicht dargestellt. Ein Luftkanalgehäuse ist im Wesentlichen durch einen Luftleitungskanal 12 gebildet, der sich von einem Luftzufuhrstutzen 11 aus nach Art eines gebogenen Horns einmal um einen innen liegenden Düsenbereich 15, 16 windet und in einem spitz zulaufenden Endbereich 13 mündet.
Wie durch die gestrichelten Linien angedeutet, ist im Inneren des Endbereichs 13 mit einem übergangsspalt 14 eine Durchgangsöffnung geschaffen, an der der Endbereich der Luftleitungskanals wieder in den Anfangsbereich nahe beim Luftzufuhrstutzen 11 mündet.
Im Zentrum ist in an sich bekannter Weise ein Strömungslenkungsbereich 16 ausgebildet, der mit seinen inneren radialen Profilierungen bewirkt, dass an seinem Außenumfang die aus dem Luftleitungskanal 12 eintretende Kühlluft zu einer gerichteten radialen Strömung bis zum Düsenspalt 15 hin gezwungen wird, so dass eine durch eine im Zentrum liegende Ausnehmung 17 geführte Folienblase eines thermoplastischen Kunststoffschlauchs von außen laminar angeströmt wird.
Die Luftströmungen in der Kühlvorrichtung sind in der Draufsicht in Fig. 2 am Beispie! des Endbereichs durch Pfeile 18, 19 angedeutet. Dabei strömt ein Großteil der eingeblasenen Kühlluft 19 über den Umfang verteilt radial nach innen zur Düse 15 ab. Eine Restströmung 18 tritt durch den übergangsspalt 14 wieder in den Anfangsbereich des Luftleitungskanals 12 ein.
In dem dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel reduziert sich nicht nur die Breite des Luftleitungskanals über die Kanallänge, sondern auch dessen Höhe. In der seitlichen Ansicht in Fig. 3 ist die reduzierte Höhe im Endbereich 13 gegenüber der Höhe im Anfangsbereich am Luftzuführstutzen 11 deutlich erkennbar.
Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung sei nachfolgend noch einmal erläutert:
Am Luftzuführstutzen 11 wird Kühlluft eingeblasen. Da der Querschnitt am übergang zum Strömungslenkungsbereich 16 sehr stark reduziert ist, verteilt sich der Druck zunächst in dem relativ dazu sehr weiten Luftleitungskanal über dessen Länge. Der Druck wird zunächst über das mit dem übergangsspalt 14 am Ende des Luftleitungskanals 12 geschaffene Strömungshindernis bestimmt. Durch Veränderung der dortigen Querschnittsfläche als eine erste Einflussgröße lässt sich der Gegendruck einstellen und damit der Druck im Luftleitungskanal 12 beeinflussen.
Durch radial nach innen abströmende Kühlluft 19 erfolgt zudem ein stetiger Druckabfall entlang des Umfangs des Luftleitungskanals 12. Eine zweite Einflussgröße ist damit durch die den Strömungswiderstand des Strömungslenkungsbereichs 16 und der Luftdüse 15 gegeben.
über die konstruktiv vorgegebene Querschnittsreduzierung des Luftleitungskanals 12 zwischen seinem Anfang 11 und seinem Ende 13 besteht eine dritte Einflussgröße auf die Strömungsverhältnisse in der Kühlvorrichtung 10, über die die zunehmenden Druckverluste infolge abströmender Kühlluft 19 mit dem Ziel kompensiert werden, die Strömungsgeschwindigkeit der Kühlluft 19 am Austritt an der Düse 15 konstant zu halten.
Ausgehend von einem zur Kühlung einer Folienblase an der Düse 15 erforderlichen Luftdurchsatz sind die genannten Einflussgrößen erfindungsgemäß so aufeinander abgestimmt, dass die Kühlluft 19 über den gesamten Umfang der Kühlvorrichtung 10 in etwa mit gleicher Geschwindigkeit ausströmt .
Dies gilt insbesondere auch für den Endbereich 13. Wäre beispielsweise der Druck im Luftleitungskanal 12 hinter dem Luftzuführstutzen 11 größer als der Druck im Endbereich 13 am übergangsspalt, würde Luft von hinten einströmen und die Kühlluftströmung 19 würde in diesem Bereich abreißen.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird Kühlluft mit einem Druck von maximal 80 mbar am Luftzufuhrstutzen 11 mit dem Innendurchmesser 270 mm eingeblasen. Der Innendurchmesser des Luftleitungskanals 12 beträgt am Eingang, analog zu dem Luftzuführstutzen, 270 mm. Die abgewickelte Länge des Luftleitungskanals beträgt 3.300 mm. Im Endbereich 13 am übergangsspalt beträgt die Querschnittsfläche nach einer kontinuierlichen Querschnittsreduzierung über der Gesamtlänge noch 15 % des Eingangsquerschnittes. An der ringförmigen Luftdüse 15 tritt maximal 1 m 3 /s Kühlluft aus.
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