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Die
Erfindung betrifft eine Extrusionsvorrichtung mit zumindest einem
Heizeinsatz in einem Element der Extrusionsvorrichtung zum Temperieren des
Bereichs des Elements sowie einen entsprechenden Heizeinsatz eines
solchen. Elements einer entsprechenden Extrusionsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 bzw. dem Oberbegriffs des Anspruchs 9.
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Generell
weisen Extrusionsvorrichtungen, welche insbesondere Kunststoffmaterial-Schmelze, zugeführt
von beispielsweise einem Extruder aus einer Düsenplatte,
extrudieren, zur Steuerung des Schmelzestroms insbesondere beim
Anfahrvorgang vor dem eigentlichen Start der Extrusion aus der Düsenplatte
ein sog. Anfahrventil auf, welches den Schmelzestrom zu der Düsenplatte
hin gegebenenfalls umleiten kann. Dies ist erforderlich, da insbesondere
beim Anfahrvorgang häufig noch kein Schmelzematerial zur
Verfügung steht, welches eine ausreichende Materialqualität
der extrudierten Stränge bieten kann. Daher wird üblicher
Weise beim Anfahrvorgang dieser erste Teil der Schmelze über
das Anfahrventil abgelenkt und nicht durch die Düsenplatte
extrudiert.
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Bei
solchen Extrusionsvorrichtungen ist es aufgrund der verhältnismäßig
hohen Schmelzetemperaturen des zu extrudierendem Materials nötig, dass
auch die mit der Schmelze in Kontakt stehenden Elemente der Extrusionsvorrichtung
insbesondere im Betrieb eine entsprechend ausreichende Temperatur,
bevorzugt im Bereich der Schmelzetemperatur, aufweisen, um beispielsweise
ein Verklumpen der Schmelze durch erstarrte Schmelzepartikel in den
Elementen, welche mit der Schmelze in Berührung kommen,
möglichst zu verhindern. Dies gilt insbesondere auch für
den Bereich des Anfahrventils, aber auch generell für schmelzeführende
Teile der Extrusionsvorrichtung, wie z. B. Schmelzepumpe, Siebwechsler
und/oder Adapterflansche.
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Aus
dem Stand der Technik ist bereits bekannt, z. B. das Anfahrventil
mit Bohrungen zu versehen, in welche elektrisch betriebene Heizelemente/Heizpatronen
eingefügt sind, welche bei Bedarf zugeschaltet werden können,
um das Gehäuse, in welchem sich die Bohrungen und darin
die elektrisch beheizten Heizelemente/Heizpatronen befinden, auf geeignete
Temperaturen zu bringen. Diese bisherige Anordnung von elektrisch
beheizten Heizpatronen hat zwar den Vorteil, dass diese Heizpatronen
flexibel zu- bzw. abschaltbar und z. B. bei Störungen auch aus
den entsprechenden Bohrungen zum Austausch entfernbar sein können,
jedoch machen diese elektrisch beheizten Heizpatronen zusätzliche
elektrische Leitungsverlegungen an der Vorrichtung bzw. an dem Element
nötig, ferner muss extra eine elektrische Energieversorgung
mit ausreichender Dimensionierung bereitgestellt werden und in Bereichen,
welche hinsichtlich des zu verarbeitenden Materials kritisch sind,
besteht darüber hinaus aufgrund der elektrischen Stromführung
gegebenenfalls auch ein gewisses Explosionsrisiko.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Extrusionsvorrichtung
mit zumindest einem Heizeinsatz in einem Element einer solchen Extrusionsvorrichtung,
insbesondere einem Anfahrventil, bzw. einen entsprechenden Heizeinsatz
eines Elements einer solchen Extrusionsvorrichtung bereitzustellen,
welche(r) die Nachteile des Standes der Technik überwindet,
und insbesondere eine flexible, konstruktiv einfache und somit auch
kostengünstige Temperierbarkeit, insbesondere des Elements,
z. B. des Anfahrventils, der Extrusionsvorrichtung, bereitzustellen.
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Insbesondere
soll die erfindungsgemäße Konstruktion einen Ersatz
für die bestehenden elektrischen Heizeinsätze/Heizpatronen
vorsehen, so dass gegebenenfalls sogar ein Umrüsten bestehender
Anlagen möglich sein kann.
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Ferner
soll erfindungsgemäß die Sicherheit, insbesondere
im Hinblick auf mögliche Explosionsgefahren, weiter erhöht
werden.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung, erfindungsgemäß gelöst
durch eine Extrusionsvorrichtung mit zumindest einem Heizeinsatz
in einem Element der Extrusionsvorrichtung mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 bzw. durch einen entsprechenden Heizeinsatz eines solchen
Elements einer entsprechenden Extrusionsvorrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch
9.
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Bevorzugte
Ausführungsformen der Erfindung sind in den jeweiligen
Unteransprüchen definiert.
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Die
erfindungsgemäße Extrusionsvorrichtung weist zumindest
eine(n) Heizeinsatz/Heizpatrone in einem Element der Extrusionsvorrichtung,
z. B. einem Anfahrventil, auf. Der Heizeinsatz der erfindungsgemäßen
Extrusionsvorrichtung weist einen länglichen Grundkörper
aus, welcher einen Innenhohlraum aufweist, der über einen
Zuflussanschluss und einen Abflussanschluss mit einer Heizfluidverrohrung
der Extrusionsvorrichtung, insbesondere bevorzugt mit der Heizfluidverrohrung,
welche auch gegebenenfalls in einer flüssig temperierten
Düsenplatte der Extrusionsvorrichtung vorgesehen ist, verbindbar
ist. Dabei weist der Grundkörper des zumindest einen Heizeinsatzes
solche Außenabmessungen auf, dass er formschlüssig
in eine entsprechende Öffnung des Elements einsetzbar ist.
Insbesondere kann die erfindungsgemäße Extrusionsvorrichtung mit
dem entsprechenden Heizeinsatz so gestaltet sein, dass die Öffnung
des Elements dabei eine Öffnung von herkömmlichen
Abmessungen ist, welche in herkömmlicher Weise eine herkömmliche
elektrisch beheizte Heizpatrone des Standes der Technik aufnehmen
könnte, erfindungsgemäß dann aber durch
den entsprechend gestalteten Heizeinsatz ersetzbar ist.
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Somit
kann erfindungsgemäß eine besonders flexible,
konstruktiv einfache und kostengünstige Gestaltung des
Elements, speziell gerade z. B. des Anfahrventils, der erfindungsgemäßen
Extrusionsvorrichtung vorgenommen werden, da insbesondere auch durch
die spezielle Gestaltung des erfindungsgemäßen
Heizeinsatzes ein Ersatzelement als Austauschteil für bestehende
elektrische Heizpatronen zur Verfügung gestellt wird, wobei
der bereits bestehende (Heiz-)Fluidkreislauf, insbesondere der Fluidkreislauf,
welcher auch die Temperierung der entsprechenden Düsenplatte übernimmt,
zur Temperierung des Elements mit verwendet werden kann, da er über
entsprechende Anschlüsse mit dem entsprechenden Heizeinsatz
erfindungsgemäß verbindbar ist.
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Um
eine besonders flexible und einfach austauschbare Gestaltung der
erfindungsgemäßen Extrusionsvorrichtung zu gewährleisten,
kann der Heizeinsatz so gestaltet sein, dass er in der Öffnung
des Elements lösbar verklemmbar ist. Dadurch wird auch eine
besonders zuverlässige Wärmeankoppelung zwischen
dem erfindungsgemäß gestalteten Heizeinsatz und
dem Element bzw. dem Gehäuse des Elements ermöglicht
und die Flexibilität weiter erhöht.
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Erfindungsgemäß kann
bei der Extrusionsvorrichtung die Heizfluidverrohrung mit Heizfluidkanälen
der Düsenplatte der Extrusionsvorrichtung in Verbindung
stehen. Hier ist insbesondere eine Gestaltung von Heizfluidkanälen
denkbar, wie sie auch aus dem Gebrauchsmuster
DE 20 2005 020 467.6 der
Anmelderin bekannt ist. Dadurch kann eine besonders effiziente und
einfache Verbindung bestehender Fluidverrohrungen mit dem Fluid
durchströmten Heizeinsatz erfindungsgemäß vorgenommen sein.
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Um
eine besonders effektive Temperierung der Extrusionsvorrichtung
mit dem Element der Extrusionsvorrichtung zu ermöglichen,
können mehrere entsprechende Heizeinsätze vorgesehen
sein. Insbesondere können diese Heizeinsätze jeweils
mit der Heizfluidverrohrung verbindbar sein.
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Die
Heizeinsätze können entweder in Reihe nacheinander
miteinander verbunden sein oder sie können parallel zueinander
mit der Heizfluidverrohrung verbindbar sein.
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Besonders
flexibel ist die erfindungsgemäße Vorrichtung
dann, wenn die Heizfluidverrohrung außerhalb der Extrusionsvorrichtung
geführt ist. Es ist jedoch auch möglich, dass
die Heizfluidverrohrung ganz oder zumindest teilweise innerhalb
der Extrusionsvorrichtung geführt ist, d. h. ganz oder
teilweise innerhalb der Gehäuse der einzelnen Elemente
der Extrusionsvorrichtung, z. B. innerhalb der Düsenplatte,
von der Düsenplatte zum Anfahrventil, im Anfahrventil und/oder
im Extruder.
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Um
eine besonders gute Wärmeübertragung des von Flüssigkeit
durchströmten zumindest eines Heizelements von der Flüssigkeit
auf das Heizelement und dann weiter an das Element bzw. das Gehäuse
des Elements zu ermöglichen, können im Innenhohlraum
zusätzliche Wärmeübertragungselemente,
bevorzugt rippenförmige Wärmeübertragungselemente,
mit einer Verbindung zum Grundkörper des jeweiligen Heizeinsatzes
vorgesehen sein.
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Erfindungsgemäß kann
der Heizeinsatz der Extrusionsvorrichtung, bevorzugt der Grundkörper des
Heizeinsatzes, eine solche Länge aufweisen, dass er vollständig
durch die Öffnung durchtritt. Dadurch ist eine besonders
einfache Montierbarkeit und eine besonders gute Wärmeübertragung
gegeben.
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Das
Element der Extrusionsvorrichtung kann im Hinblick auf die besondere
Flexibilität erfindungsgemäß bevorzugt
ein schmelzeführendes Teil der Extrusionsvorrichtung sein,
bevorzugter ein Anfahrventil und/oder weiter bevorzugt eine Schmelzepumpe, ein
Siebwechsler und/oder ein Adapterflansch. Gemäß der
Erfindung ist dabei als Element besonders an ein Anfahrventil bzw.
an ein Gehäuse eines Anfahrventils gedacht, da dort somit
eine insbesondere beim Anfahrvorgang besonders sinnvolle und gleichzeitig
flexibel austauschbare Temperiereinrichtung zur Vermeidung der oben
erwähnten Verklumpungen erfindungsgemäß bevorzugt
bereitgestellt werden kann.
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Erfindungsgemäß vorgesehen
ist ein Heizeinsatz eines Elements einer Extrusionsvorrichtung, welcher
einen länglichen Grundkörper aufweist, der einen
Innenhohlraum aufweist, der über einen Zuflussanschluss
und einen Abflussanschluss mit einer Heizfluidverrohrung einer Extrusionsvorrichtung
verbindbar ist. Der Zuflussanschluss und der Abflussanschluss können
dabei jeweils an einem entsprechenden Ende des Heizeinsatzes vorgesehen
sein, sie können jedoch auch gemeinsam an einem Ende des Heizeinsatzes
vorgesehen sein, wobei sie besonders bevorzugt auch koaxial vorgesehen
sein können. Der Heizeinsatz weist erfindungsgemäß einen
Grundkörper mit solchen Außenabmessungen auf,
dass er formschlüssig in eine Öffnung des Elements
der Extrusionsvorrichtung einsetzbar ist.
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Im übrigen
gilt für die Gestaltung des erfindungsgemäßen
Heizeinsatzes bereits das oben im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen
Gestaltung einer Extrusionsvorrichtung mit einem solchen Heizeinsatz
Gesagte entsprechend und umgekehrt.
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Insbesondere
können im Innenhohlraum des erfindungsgemäßen
Heizeinsatzes zusätzliche Wärmeübertragungselemente,
bevorzugt in Rippenform, mit einer Verbindung zum Grundkörper
vorgesehen sein.
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Um
eine besonders gute Wärmeübertragung von Fluid
zu Heizeinsatz und zum entsprechenden Element der Extrusionsvorrichtung,
z. B. dem Anfahrventil bzw. zum Gehäuse des Anfahrventils,
zu gewährleisten, kann der Heizeinsatz erfindungsgemäß bevorzugt
einen Grundkörper aus einem Metall oder einer Metalllegierung
aufweisen. Insbesondere bevorzugt sind dabei Metalle oder Metalllegierungen, welche
einen besonders hohen Wärmeübergangskoeffizienten
zum Gehäusematerial des Elements bieten.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Heizeinsatz kann zumindest
der Grundkörper aus einem Material mit einem solchen Wärmeausdehnungskoeffizienten bestehen,
dass im Zustand eines Betrieb bei Betriebstemperatur, bevorzugt
bei einer Betriebstemperatur im Bereich der Temperatur des Heizfluids,
eine stärkere Verklemmung in der Öffnung vorliegt
als im Zustand ohne Betrieb bei einer Temperatur unter der Betriebstemperatur,
bevorzugt bei Umgebungstemperatur. Dadurch ist ein besonders flexibler
Einsatz und eine rasche Austauschbarkeit bei gleichzeitig optimierter
Temperierbarkeit erzielbar.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren,
welche bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zeigen,
beispielhaft näher erläutert werden. Es zeigen:
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1 einen
Teil einer Extrusionsvorrichtung mit einem Anfahrventil und zumindest
einem Heizeinsatz gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
teilweise frei geschnittene Ansicht eines Anfahrventils und einer
Düsenplatte mit Heizeinsätzen in dem Anfahrventil
gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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3 eine
Schnittansicht gemäß dem Schnitt A-A in 2;
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4 einen
Heizeinsatz gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung in einer Schnittansicht; und
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5 einen
Schnitt entlang der Linie B-B der 4.
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1 zeigt
in einer schematischen, perspektivischen Ansicht einen Teil einer
Extrusionsvorrichtung gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem Anfahrventil 1 als Element
der Extrusionsvorrichtung und einer Düsenplatte 11.
In das Gehäuse des Anfahrventils 1 sind vier Heizeinsätze 2 eingesetzt
gezeigt, welche gemäß der hier gezeigten Ausführungsform
der Erfindung vollständig durch die entsprechenden Öffnungen 8 des
Anfahrventils 1 durchtreten, und wobei diese Heizeinsätze
auch aus den entsprechenden Öffnungen 8 des Anfahrventils 1 entfernbar
sind. Zwischen den Öffnungen 8, welche durch das
Gehäuse des Anfahrventils 1 hindurchgehen und
den übrigen Öffnungen, insbesondere den Schmelzekanälen,
in dem Anfahrventil 1 der erfindungsgemäßen
Extrusionsvorrichtung bestehen keine Fluidverbindungen im Gehäuse.
Die Heizeinsätze 2 weisen jeweils einen länglichen
Grundkörper 3 auf, wobei der jeweilige Innenhohlraum
dieses Grundkörpers über einen Zuflussanschluss 5 und
einen Abflussanschluss 6 mit einer Heizfluidverrohrung 7 verbindbar
ist. Der Grundkörper 3 weist erfindungsgemäß solche
Außenabmessungen auf, dass er formschlüssig in
die jeweilige Öffnung 8 des Anfahrventils 1 einsetzbar
ist. Die Heizfluidverrohrung 7 steht mit den Heizfluidkanälen
der Düsenplatte 11 der erfindungsgemäßen Extrusionsvorrichtung
in Verbindung. Die vier in 1 gezeigten
Heizeinsätze können anstelle von herkömmlichen
elektrisch beheizten Heizpatronen in die jeweiligen Öffnungen 8 des
Anfahrventils einsetzbar sein, wobei sie zur Temperierung erfindungsgemäß die
Fluidversorgung zur Temperierung der sonstigen Extrusionsvorrichtung,
insbesondere der flüssig temperierten Düsenplatte 11,
mit verwenden, so dass keine zusätzlichen elektrischen
Verbindungen und Energieversorgungen mit den oben bereits beschriebenen
Nachteilen gemäß dem Stand der Technik nötig
sind.
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2 zeigt
eine teilweise frei geschnittene Seitenansicht eines Anfahrventils 1 und
einer daran angesetzten Düsenplatte 11 gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Extrusionsvorrichtung mit zwei in die entsprechenden Öffnungen 8 des
Anfahrventils 1 formschlüssig eingesetzten erfindungsgemäßen
Heizeinsätzen 2. Der Zufluss von Heizfluid zu
den Heizeinsätzen 2 er folgt durch unmittelbare
Verbindung des Zuflussanschlusses 5 dieses Heizeinsatzes
mit der Heizfluidverrohrung 7, welche wiederum mit Heizfluidkanälen 10 der Düsenplatte 11 in
Verbindung steht. Die Heizeinsätze 2 weisen je
einen Abflussanschluss 6 auf, welcher im unteren Bereich
der Düsenplatte wiederum mit der dortigen Heizfluidverrohrung 7 verbindbar
ist. Die Heizeinsätze 2 sind lösbar über
den jeweiligen Zuflussanschluss 5 und den Abflussanschluss 6 mit
der Heizfluidverrohrung 7 verbindbar, so dass sie jeweils in
die jeweilige Öffnung 8 des Anfahrventils einsetzbar
sind, bevorzugt über deren gesamte Länge einsetzbar
sind, bzw. aus dieser Öffnung 8 wieder entfernbar
sind. Die Richtung des eigentlichen Schmelzestroms läuft
in 2 durch das Anfahrventil von links nach rechts,
wobei durch Betätigung des im oberen Teil der Figur schematisch
dargestellten Aktuators das Anfahrventil 1 so verstellt
werden kann, dass der Schmelzestrom beim Anfahren der erfindungsgemäßen
Extrusionsvorrichtung nach unten in 2 dargestellt
abgeleitet werden kann.
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3 zeigt
einen Schnitt A-A aus 2. Dabei ist insbesondere zu
sehen, dass die jeweiligen Heizfluidkanäle 10 der
Düsenplatte 11 und auch die hohlen Heizeinsätze 2,
welche Fluid durchströmt sein können, mit dem
Innenhohlraum 4 ihres länglichen Hohlkörpers 3,
eingefügt in die jeweilige Öffnung 8 des
Anfahrventils 1, keine Fluidverbindung zum Pfad der zu
extrudierenden Schmelze aufweisen. Zu erkennen ist auch, dass der
Grundkörper 3 des jeweiligen Heizeinsatzes formschlüssig
in die jeweilige Öffnung 8 des Anfahrventils 1 eingesetzt
ist, so dass eine gute Wärmeübertragung erfindungsgemäß gewährleistet
ist.
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4 zeigt
einen Heizeinsatz 2 gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung in einer Schnittansicht.
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Der
Heizeinsatz 2 gemäß 4 weist
einen Zuflussanschluss 5 und einen Abflussanschluss 6 auf,
wobei diese Anschlüsse mit dem Innenhohlraum 4 des
Heizeinsatzes 2 in Verbindung stehen, so dass der Heizeinsatz
mit seinem Innenhohlraum 4 von einem Heizfluid durchströmt
werden kann. Die Außenabmessungen des länglichen
Grundkörpers 3 des in 4 gezeigten
Heizeinsatzes 2 sind dabei so gewählt, dass dieser
formschlüssig in eine Öffnung 8 des Anfahrventils 1 einer
Extrusionsvorrichtung (nicht gezeigt) einsetzbar ist.
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Zur
Verbesserung des Wärmeübertrags von dem Heizfluid
auf den Grundkörper 4 des Heizeinsatzes 2 sind
zumindest abschnittsweise (so in 4 gezeigt,
es ist jedoch auch eine durchgehende Gestaltung möglich,
welche sich entlang der gesamten Länge oder entlang von
im Wesentlichen der gesamten Länge des Innenhohlraums 4 des
Heizeinsatzes 2 erstreckt) zusätzliche Wärmeübertragungselemente 9 vorgesehen,
welche rippenartig ins Innere des Innenhohlraums 4 ragen
und mit dem Grundkörper 3 in Verbindung stehen.
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5 zeigt
einen Schnitt B-B gemäß der 4.
Dabei ist besonders gut die rippenartige Struktur der zusätzlichen
Wärmeübertragungselemente 9, verbunden
mit dem Grundkörper 3 des Heizeinsatzes, zu sehen.
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Als
Grundkörper
3 des erfindungsgemäßen Heizeinsatzes
2 kann
beispielsweise ein Wärmeübertragungsrohr mit gedrallten
Innenrippen Verwendung finden, wie es aus die Patentschrift
DE 100 38 624 C2 zeigt.
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Als
Material eines erfindungsgemäßen Heizeinsatzes
ist für den Grundkörper ein Metall oder eine Metalllegierung
besonders bevorzugt, wobei insbesondere bevorzugt ein solches Metall
oder eine solche Metalllegierung gewählt wird, welche einen möglichst
guten Wärmeübertrag vom Heizfluid zum Heizeinsatz
und/oder vom Heizeinsatz zum Anfahrventil bzw. zum Gehäuse
des Anfahrventils der erfindungsgemäßen Extrusionsvorrichtung
gestattet.
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Durch
die erfindungsgemäße Extrusionsvorrichtung bzw.
den erfindungsgemäßen Heizeinsatz kann ein besonders
flexibler, konstruktiver einfacher, kostengünstiger und
im Betrieb sicherer Ersatz für bestehende elektrische Heizpatronen,
insbeson dere in den bereits bestehenden Öffnungen mit den
bestehenden Abmessungen ohne deren Veränderung, bereitgestellt
werden.
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Auch
wenn in den Figuren beispielhaft nur Ausführungsformen
der Erfindung im Zusammenhang mit einem Anfahrventil 1 als
entsprechendem Element der Extrusionsvorrichtung gezeigt sind, so können
auch die weiter oben aufgeführten Elemente einer Extrusionsvorrichtung
entsprechend mit der erfindungsgemäßen Gestaltung
versehen sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 202005020467
U [0013]
- - DE 10038624 C2 [0038]