AT11399U1 - Heiz- und kühlvorrichtung für einen extruderzylinder und verfahren zu deren betrieb - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Heiz- und Kühleinrichtung (2) für einen Extruderzylinder (3) sowie ein Verfahren zum Betrieb einer solchen mit mehreren in Längsrichtung eines Zylindermantels (4) des Extruderzylinders (3) hintereinander angeordneten Heiz- und Kühlsektionen (1) mit je Heiz- und Kühlsektion (1) bevorzugt mehrere, in einem Gehäuse (7) angeordnete, den Extruderzylinder (3) als Halbschalenelemente umfassende, ein Heizelement (22) und ein Kühlelement (17) aufweisende obere und untere Heiz- Kühlvorrichtungen (24, 25). Eine Soll- Temperaturregeleinrichtung (47) für eine auszubringende Kunststoffmasse ist mit einem Temperatursensor (35) und mit zumindest einem Temperaturerfassungsmittel (33) für eine Temperaturerfassung des Zylindermantels (4) verbunden. Zumindest den Heizelementen (22) der oberen Heiz- Kühlvorrichtungen (24) ist eine Temperatur- Differenzregeleinrichtung (53) mit einem Leistungsregelmittel (46) und einem Temperatur- Differenzwertgeber (56) in einer Leitung (41) vorgeordnet die mit dem Temperaturerfassungsmittel (33) leitungsverbunden ist.

Description

österreichisches Patentamt AT 11 399 U1 2010-10-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Heiz- und Kühleinrichtung wie sie im Oberbegriff des Anspruches 1 beschrieben ist sowie Verfahren zum Betrieb der Heiz- und Kühleinrichtung wie sie in den Oberbegriffen der Ansprüche 13 und 14 beschrieben sind.

[0002] Aus dem Dokument AT 003 319 U1 ist ein Verfahren zur Regelung der Temperatur einer Kunststoffmasse in einem Extruderzylinder bekannt. Nach diesem Verfahren wird Wärme über Heizvorrichtungen dem Extruderzylinder zugeführt, die am äußeren Umfang angeordnet sind und wobei die Innentemperatur des Extruderzylinders durch einen ersten Temperatursensor gemessen wird und durch einen Regler auf einem vorbestimmten Sollwert gehalten wird. Zusätzlich erfolgt eine Temperaturmessung an einer Oberfläche des Extruderzylinders und wird diese gemessene Außentemperatur als Korrekturgröße bei der Regelung der Innentemperatur berücksichtigt, wobei der Regler einen selbst lernenden Regelalgorithmus aufweist, um ein Überschwingen der Innentemperatur möglichst zu verhindern und die Außentemperatur auf einen vorbestimmten Maximalwert zu begrenzen, wobei der zusätzliche Temperatursensor im unteren Bereich des Extruderzylinders vorgesehen ist, und die Heizleistung des an der unteren Seite angeordneten Abschnitts der Heizung größer ausgelegt ist als die auf der oberen Seite des Extruderzylinders wirkende.

[0003] Aus einem weiteren Dokument, EP 0 744 272 B1, ist ein Extruderzylinder, umfassend eine Vielzahl von aneinander gereihter Blockzylinder, die in einem oberen Block und einem unteren Block geteilt sind, wobei die Blockzylinder entlang einer horizontalen Achse angeordnet sind und einen Zylinder bilden. Der obere Block und der untere Block sind mit Heizeinheiten und Kühleinheiten und mit Temperaturerfassungsmittel zum Erfassen einer Temperatur des oberen Blocks und einer Temperatur des unteren Blockes ausgestattet. Die Temperatur des oberen Blocks und des unteren Blocks sind einzeln hinsichtlich der Temperatur regelbar, wobei unter normalen Betriebsbedingungen der obere und der untere Block hinsichtlich der Temperatur unter derselben Bedingung geregelt werden, wohingegen beim Auseinandernehmen des Zylinders eine Temperatur des oberen Blockes unter die Temperatur des unteren Blockes abgesenkt wird.

[0004] Aufgabe der Erfindung ist es, eine Heiz- und Kühleinrichtung zu schaffen, mit der geringe Temperaturunterschiede in einem Extruderzylinder, bei hoher Konstanz einer vorgegeben Soll-Temperatur eingehalten werden.

[0005] Diese Aufgabe der Erfindung wird durch im Kennzeichenteil des Anspruches 1 wiedergegebenen Merkmale erreicht. Der überraschende Vorteil dabei ist, dass mit einem geringen Anlagen- und Steuerungsaufwand eine ausgeglichene Zylindertemperatur erreicht wird und auch eine nachträgliche Aufrüstung einer bestehenden Anlage kostengünstig und damit wirtschaftlich durchführbar ist.

[0006] Vorteilhaft ist aber auch eine Weiterbildung wie sie im Anspruch 2 beschrieben ist, da durch eine der Soll- Temperaturregelung neben geordnete Temperatur- Differenzregelung mit der eine Aufsplittung der Leistungsansteuerung von oberen und unteren Heiz- und Kühlvorrichtungen gewährleistet wird ein sehr kleiner Temperaturdifferenzbereich auch bei sehr langen Extruderzylindern, sowohl in einer Heiz-, Kühl- und Temperaturhaltephase, erreicht wird.

[0007] Durch die im Anspruch 3 beschriebene vorteilhafte Weiterbildung wir eine verzögerungsfreie Ein- Ausschaltung der Leistungszufuhr erreicht.

[0008] Vorteilhafte Weiterbildungen sind aber auch in den Ansprüchen 2 bis 12 wieder gegeben, wodurch die erfindungsgemäße Heiz- und Kühleinrichtung an die sehr vielfältig geforderten Leistungsbereiche ausgelegt werden kann und weiters diese auch für eine Nachrüstung ohne wesentlicher Eingriffe in bestehende Anlagensteuer- und Regeleinrichtungen und damit ohne hohen Rüst- und Montageaufwand ersetzbar ist.

[0009] Weiters wird aber auch die Implementierung geänderter Steuerungsparameter durch den Einsatz eines Prozessors erreicht wodurch Programmumstellungen vereinfacht werden und 1/14 österreichisches Patentamt AT 11 399 U1 2010-10-15 damit derartige Anlagen flexibler im Einsatz sind und Verfahrens- und Investitionskosten vielfach eingespart werden.

[0010] Die Aufgabe der Erfindung ist es aber auch, ein Verfahren zum Betrieb einer Heiz- und Kühleinrichtung für einen Extruderzylinder anzugeben mit dem eine möglichst geringe Wärmedifferenz und geringe Abweichung von einer vorgegeben Soll-Temperatur in der durch einen Extruderzylinder geförderten Massestrom erreicht wird.

[0011] Diese Aufgabe der Erfindung wird durch die im Anspruch 13 wiedergegebenen Maßnahmen erreicht. Der überraschende Vorteil dabei ist, dass damit ein Verfahren zur Vermeidung einer Zylinderverformung durch einfache Maßnahmen auch für bestehende Anlagen nachrüstbar ist.

[0012] Die Aufgabe der Erfindung wird aber auch durch die im Anspruch 14 wieder gegebenen Maßnahmen erreicht mit der eine Aufsplittung der Leistungsansteuerung von oberen und unteren Heiz- und Kühlvorrichtungen gewährleistet wird, wodurch ein sehr kleiner Temperaturdifferenzbereich im Extruderzylinder sowohl in einer Heiz-, Kühl- und Temperatur-Haltephase erreicht wird. Damit ist es möglich eine schädliche Zylinderverformung auch bei sehr langen Exdruderzylinder wirkungsvoll zu vermeiden.

[0013] Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.

[0014] Es zeigen jeweils in stark schematisch vereinfachter Darstellung: [0015] Fig. 1 einen Teilbereich eines Extruderzylinders mit der erfindungsgemäßen Heiz-und Kühleinrichtung, teilweise geschnitten; [0016] Fig. 2 die Heiz- und Kühleinrichtung an einem Extruderzylinder geschnitten gemäß den

Linien ll-ll in Fig. 1; [0017] Fig. 3 ein Funktionsschaltbild der erfindungsgemäßen Heiz- und Kühleinrichtung in vereinfachter Darstellung; [0018] Fig. 4 ein Temperaturverlaufsdiagramm bei einer beispielsweisen Regelungscharakte ristik der erfindungsgemäßen Heiz- und Kühleinrichtung; [0019] Fig. 5 eine andere Ausbildung der erfindungsgemäßen Heiz- und Kühleinrichtung in vereinfachter Darstellung.

[0020] Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen. Weiters können auch Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemäße Lösungen darstellen.

[0021] Sämtliche Angaben zu Wertebereichen in gegenständlicher Beschreibung sind so zu verstehen, dass diese beliebige und alle Teilbereiche daraus mit umfassen, z.B. ist die Angabe 1 bis 10 so zu verstehen, dass sämtliche Teilbereiche, ausgehend von der unteren Grenze 1 und der oberen Grenze 10 mitumfasst sind, d.h. sämtliche Teilbereich beginnen mit einer unteren Grenze von 1 oder größer und enden bei einer oberen Grenze von 10 oder weniger, z.B. 1 bis 1,7, oder 3,2 bis 8,1 oder 5,5 bis 10.

[0022] In den Fig. 1 und 2 ist im Detail eine von mehreren Heiz- und Kühlsektionen 1 einer Heiz-und Kühleinrichtung 2, einen Extruderzylinder 3 umfassend, gezeigt. Entsprechend der Leistung eines Extruders sind unterschiedliche Abmessungen im Durchmesser und einer Länge des Exruderzylinders 3 im Einsatz. Entsprechend den Leistungsanforderungen und Größenord- 2/14 österreichisches Patentamt AT 11 399 U1 2010-10-15 nungen sind auch in den Abmessungen und Leistungen angepasste Heiz- und Kühlvorrichtungen 2 erforderlich. Entsprechend diesen technischen Vorgaben sind die Heiz- und Kühleinrichtungen 2 in Heiz- und Kühlsektionen 1 unterteilt, wodurch wirtschaftlich zu fertigende Baugrößen erreicht werden.

[0023] Die gezeigte und nachfolgend im Detail beschriebene Heiz- und Kühleinrichtung 2, am Beispiel der Heiz- und Kühlsektion 1, stellt eine mögliche Ausführungsform dar.

[0024] Der Extruderzylinder 3 ist bevorzugt aus einem, einen Zylindermantel 4 ausbildenden dickwandigen Rohr 5 und einem in dieses eingezogenen, aus hochfesten Stahl bestehenden dünnwandigen Rohr 6 gebildet. Dies bedeutet eine wirtschaftliche Lösung für den Extruderzylinder 3 bei hoher Dauerstandsfestigkeit ist aber natürlich keine zwingende Lösung, da es selbstverständlich auch möglich ist, den Extruderzylinder 3 einstückig aus einem hochwertigen Stahlrohr auszubilden.

[0025] Im Detail wird nun eine der Heiz- und Kühlsektionen 1, wie sie im Schnitt dargestellt ist, beschrieben. Den Extruderzylinder 3 umgibt ein aus Blech gefertigtes, geteiltes Gehäuse 7 mit Öffnungen 8 in einer Basisplatte 9. Die Öffnungen 8 bilden Einströmkanäle für einen Kühlluftstrom von einem Kühlluftgebläse 10, welches über ein Luftleitgehäuse 11 an der Basisplatte 9 befestigt ist. Die Öffnungen 8 sind über schwerkraftbetätigte und durch den Luftstrom - gemäß Pfeile 12 - in Öffnungsstellung aktivierbare, gelenkig gelagerte Klappen 13 in Richtung eines Innenraumes 14 des Gehäuses 7 überdeckt. Im Falle des Betriebes des Kühlluftgebläses 10 geben die Klappen 13 die Öffnungen 8 frei bzw. werden diese bei Stillstand des Kühlluftgebläses 10 verschlossen. Der Basisplatte 9 gegenüberliegend sind im Gehäuse 7 mehrere Bereiche mit Ausströmöffnungen, z.B. Gitterbereiche 15, für den Austritt des Kühlluftstromes - gemäß Pfeile 12 - vorgesehen.

[0026] In dem vom Gehäuse 7 umgrenzten Innenraum 14 sind, wie aus den Stand der Technik bekannt, mit etwa U-förmigen Querschnitt ausgebildete Kühlelemente 17, bevorzugt aus gut wärmeleitfähigem Material, z.B. Kupferblech, AI- Blech o.ä., angeordnet, die mit einem Basisschenkel 18 auf einer Oberfläche 19 des Extruderzylinders 3 dicht anliegen und rechtwinkelig abstehende Seitenschenkel 20 als Kühlfahnen 21 ausgebildet sind. Durch die Ausbildung der Seitenschenkel 20 als durch Einschnitte voneinander getrennte Kühlfahnen 21, die bspw. in ihrer ausragenden Länge geringfügig verdreht sind, wird eine hohe Wärmeabfuhr, sobald der Kühlluftstrom zur Wirkung kommt, aus dem Zylindermantel 4 für eine rasche Temperaturregelung bedarfsgerecht erreicht.

[0027] Zwischen den Kühlfahnen 21 des Kühlelements 17 sind am Basisschenkel 18 anliegende Heizelemente 22 angeordnet, wie sie ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt sind. Diese bestehen aus keramischen Gliederbändern 23 die in Umfangsrichtung verlaufende Bohrungen oder Nuten aufweisen in denen Heizwendeln aus elektrischem Widerstandsdraht angeordnet sind.

[0028] Jeweils ein Kühlelement 17 mit dem Heizelement 22 bildet am Extruderzylinder 3 als Halbschalenabschnitt eine obere und untere Heiz- und Kühlvorrichtung 24,25 aus.

[0029] Bevorzugt werden die Halbschalenabschnitte, die in einer horizontalen, sich durch eine Längsmittelachse 26 des Extruderzylinders 3 erstreckenden Ebene 27 geteilt sind, mittels die Heizelemente 22 umfassende Spannbänder 28 am Extruderzylinder 3 befestigt.

[0030] Wie den Figuren zu entnehmen, sind in der Heiz- und Kühlsektion 1, z.B. vier Paare der aus dem Kühlelement 17 und Heizelement 22 gebildete Halbschalenabschnitte in Längsrichtung des Extruderzylinders 3 auf dessen Oberfläche 19 befestigt, wobei jeweils zwei der paarweisen Anordnung mit einem geringen Seitenabstand 29 angeordnet sind und im Mittel ein Zwischenraum 30 durch einen größeren Seitenabstand 31 zwischen einander gegenüberliegender Kühlfahnen 21 gebildet ist.

[0031] In diesem Zwischenraum 30 sind am Außenumfang des Extruderzylinders 3, mit Fühlerelemente 32 an der Oberfläche 19 des Zylindermantels 4 anliegend, in Stellungen Zwölf-und Sechsuhr, Temperaturerfassungsmittel 33 angeordnet, d.h., dass diese jeweils etwa Scheitel- 3/14 österreichisches Patentamt AT 11 399 U1 2010-10-15 punkten 34 der Heiz- und Kühlvorrichtungen 24, 25 zugeordnet sind. Diese Ausbildung mit den Temperaturerfassungsmitteln 33 ist identisch in jeder Heiz- und Kühlsektionen 1 vorgesehen.

[0032] Zur Überwachung und Regelung der Temperatur im inneren des Extruderzylinders 3 und damit der zu fördernden Kunststoffmasse ist standardmäßig bei derartigen Anlagen am Extruderzylinder 3, in einem Bereich außerhalb der Heiz- und Kühlsektionen 1 zumindest ein, bevorzugt mehrere Temperatursensoren 35 an beliebiger Umfangsstelle vorgesehen.

[0033] Diese Temperatursensoren 35 reichen mit einem Fühlerelement 36 bis nahe an eine innere Oberfläche 37 des Extruderzylinders 3 heran um möglichst exakt die Innentemperatur des Extruderzylinders 3 und damit die Temperatur in einem Massestrom, z.B. der Kunststoffmasse, zu messen.

[0034] Bevorzugt sind zwei dieser standardmäßig für die Temperaturerfassung und Temperaturregelung 2 derartige Temperatursensoren 35 verteilt auf eine Länge des Extruderzylinders 3 vorgesehen.

[0035] Wie weiter der Fig. 2 zu entnehmen hat es sich auf Grund des physikalisch bedingten Wärmeflusses im Extrudermantel 4 aus einem unteren Bereich in einen oberen Bereich als vorteilhaft herausgestellt, das Kühlelement 17 der unteren Heiz- und Kühlvorrichtung 25 in einem Bereich des Scheitelpunktes 34 ohne Kühlfahnen 21 auszubilden. Vorteilhaft beträgt ein Zentrumswinkel 38, in dem keine Kühlfahnen 21 vorgesehen sind, etwa 60° bis 90°.

[0036] In der Fig. 3 ist in vereinfachter Darstellung ein Funktionsschaltbild der Heiz- und Kühleinrichtung 2 am Beispiel einer Heiz- und Kühlsektion 1 mit der oberen Heiz- und Kühlvorrichtung 24 und der unteren Heiz- und Kühlvorrichtung 25 und dem Kühlgebläse an dem Extruderzylinder 3 gezeigt.

[0037] Die Energiezufuhr für eine Heiz- und Kühlphase zu den Heizelementen 22 der Heiz- und Kühlvorrichtungen 24,25 und dem einer jeder Heiz- und Kühlsektion 1 zugeordnetem Kühlluftgebläse 10 erfolgt über eine mit einem Energienetz 39 leitungsverbundene Anlagen- Steuer-und Regeleinrichtung 40, wie diese standardmäßig für den Betrieb einer Extrusionsanlage vorgesehen ist. Über Leitungen 41, 42 werden getrennt die Heizelemente 22 der oberen und unteren Heiz- und Kühlvorrichtung 24 angespeist. Über eine Leitung 43 ist das Kühlluftgebläse 10 mit der Anlagen- Steuer- und Regeleinrichtung 40 verbunden.

[0038] Der Temperatursensor 35 ist mit dem Fühlerelement 36, bis nahe an die Innenoberfläche 37 des Extruderzylinders 3 heranreichend, außerhalb der Heiz- und Kühlsektion 1 am Zylindermantel 4 angeordnet und über eine Leitung 44 mit der Anlagen- Steuer- und Regeleinrichtung 40 verbunden. Dieser Temperatursensor 35 dient der Erfassung der Temperatur eines Massestromes 45 im Extruderzylinder 3 und damit der Regelung der Soll-Temperatur mittels eines Leistungsregelmittels 46 einer Soll- Temperaturregeleinrichtung 47. Vielfach sind mehrere derartige Temperatursensoren 35, über eine Länge des Extruderzylinders 3 verteilt, vorgesehen.

[0039] Um ein Überschreiten einer Toleranzgrenze der Soll- Temperatur zu verhindern, und ein rasches Reagieren der Heiz- und Kühleinrichtung 2 zu erreichen ist, wie ebenfalls bereits beschrieben, jeder Heiz- und Kühlsektionen 1 zugeordnet, das über die Leitung 43 mit der Anlagen- Steuer- und Regeleinrichtung 40 verbundene Kühlluftgebläse 10 vorgesehen.

[0040] Die Anlagen- Steuer- und Regeleinrichtung 40 regelt über das Leistungsregelmittel 46, in Abhängigkeit der vorgegebenen Soll- Temperatur und mittels der Soll- Temperaturregeleinrichtung 47, auf Grund der vom Temperatursensor 35 erfassten Temperaturwerte, die Heiz- und Kühleinrichtung 2, d.h. in einer Heizphase die Energiebeaufschlagung der Heizelemente 22 der Heiz- und Kühlvorrichtungen 24, 25 bzw. in einer Kühlphase zusätzlich die Energiebeaufschlagung des Kühlluftgebläses 10.

[0041] Wie bereits an Hand der vorhergehenden Fig. beschrieben, sind je Heiz- und Kühlsektion 1, den Scheitelpunkten 34 zugeordnet, die Temperaturerfassungsmittel 33 mit an der Oberfläche 19 des Zylindermantels 4 anliegenden Fühlerelementen 32, zur Erfassung derTempera- 4/14 österreichisches Patentamt AT 11 399 U1 2010-10-15 turen in einem oberen und einem unteren Bereich des Zylindermantels 4 angeordnet und über Leitungen 48,49 mit einer zur Anlagen- Steuer- und Regeleinrichtung 40 über Vergleicherschaltweichen 50 und einem weiteren Leistungsregelmittel 51 und Leitung 52 parallel geschal-tene, bevorzugt externe Temperatur- Differenzregeleinrichtung 52 verbunden. Durch die Leistungsregelmittel 46, 51 wird eine differenzierte Leistungsregelung für die oberen und unteren Heizelemente 22 unter Vorgabe einer Temperaturdifferenz, beispielsweise ein Temperatur-Differenzbereich zwischen 3° und 5°, erreicht, wobei durch die Vergleicherschaltweiche 50 die Priorität zwischen der Soll- Temperaturregeleinrichtung 47 und der Temperatur- Differenzregeleinrichtung 52 festgelegt wird. Dies erfolgt beispielsweise durch einen Prozessor 54 in der Soll- Temperaturregeleinrichtung 47 und einem Soll- Temperaturregelglied 55 und einem Temperatur- Differenzwertgeber 56 der Temperatur- Differenzregeleinrichtung 47.

[0042] Damit wird eine exakte Regelung der Soll- Temperatur T(s) und damit schädliche Temperaturschwankungen im Massestrom 45, die zu Qualitätseinbußen führen können, vermieden, wie auch eine exakte Temperatur- Differenzregelung innerhalb geringer Toleranzgrenzen zwischen dem oberen und unterem Bereich des Extruderzylinders 3 erreicht wird, wodurch Verwerfungen des Extruderzylinders 3 durch unterschiedliche Wärmedehnungen im oberen und unteren Zylinderbereich und eine dadurch bedingte höhere Abnützung des Zylinders und einer Schnecke wirkungsvoll vermieden werden.

[0043] Es wird noch darauf verwiesen, dass die Temperatur- Differenzregeleinrichtung 52 auch in der Anlagen- Steuer- und Regeleinrichtung 40 oder in der Soll- Temperaturregeleinrichtung 55 integriert angeordnet sein kann.

[0044] An Hand der in Fig. 4 gezeigten Temperaturverläufe für einen oberen Bereich T(o) und einen unteren Bereich T(u) des Extruderzylinders wird die Regelcharakteristik der Heiz-und Kühleinrichtung 2 für eine Heiz-, Halte- und Kühlphase nachfolgend erläutert.

[0045] Durch den physikalisch bedingten Wärmefluss ist T(o) höher als T(u) und stellt sich somit eine Temperaturbandbreite ein wobei sich im Idealfall eine Soll- Temperatur T(s) etwa im Mittel zwischen T(o) und T(u) einstellt und die Materialbedingt für den Verarbeitungsprozess einer Kunststoffmasse vorzugeben ist. Dies [0046] Wie der Fig. 4 weiter zu entnehmen kommt es bei steigender T(s), z.B. einer Heizphase, zu einer Verschiebung des Temperaturbandes in Richtung des oberen Bereiches des Extruderzylinders und würde damit einerseits eine vorübergehende Überhöhung der Soll- Temperatur T(s), sowie andererseits eine Temperaturdifferenz DT = T(o) - T(s) größer als aus Gründen wie bereits oben ausgeführt angestrebt, eintreten - wie dies den in vollen Linien und den in strichpunktierten Linien gezeigten Kurvenverläufen zu entnehmen ist.

[0047] In der Kühlphase tritt durch das unmittelbaren Einwirken des Kühlluftstromes des Kühlluftgebläses im unteren Zylinderbereich ein rasches Absenken der Temperatur T(u) ein, während durch ein verzögertes Absenken der Temperatur T(o) im oberen Zylinderbereich stellt sich ebenfalls eine Temperaturdifferenz DT vorüber gehend größer als vorgesehen ein - wie dies ebenfalls die gezeigten Kurvenverläufe fürT(o) und T(u) vermitteln.

[0048] Durch die Ausbildung der Heiz- und Kühleinrichtung 2, wie sie in den vorhergehenden Fig. 1 bis 3 im Detail beschrieben ist, wird durch die Erfassung der Temperaturverläufe T(o) und T(u) mittels der Temperaturerfassungsmittel 33 und der mit dem Leistungsregler 46 verbundenen Temperatur- Differenzregeleinrichtung 53, für eine vorgegebene Soll-Temperatur T(s) die Leistungsansteuerung, zumindest je Heiz- und Kühlsektion 1, der Heizelemente 22 der oberen Heiz- und Kühlvorrichtung 24 und der unteren Heiz- und Kühlvorrichtung 25, für die Temperaturverläufe T(o) und T(u) differenziert geregelt. Der Regelalgorithmus der Temperatur- Differenzregeleinrichtung 53 ist darauf ausgelegt in der Heizphase und in der Haltephase in Abhängigkeit des vorgegebenen Soll- Temperaturniveaus die Leistung über das Leistungsregelmittel 46 für die Heizelement 22 der oberen Heiz- und Kühlvorrichtungen 24 gegen über der Leistung für die Heizelement 22 der unteren Heiz- und Kühlvorrichtungen 25 zurück zu regeln wodurch die vorgegebene Temperaturdifferenz DT eingehalten wird. 5/14 österreichisches Patentamt AT 11 399 U1 2010-10-15 [0049] In der Kühlphase tritt durch die unmittelbare Beaufschlagung der unteren Heiz- und Kühlvorrichtungen 24 mit dem Kühlluftstrom im unteren Bereich des Extruderzylinders 3 ein gegen über dem oberen Bereich des Extruderzylinders 3 rascherer Wärmeentzug ein wodurch auch in diesem Fall die Temperaturdifferenz DT vorübergehend einen vorgegebenen Wert übersteigen würde, wie dies auch bereits erwähnt wurde. Dies wird ebenfalls durch die differenzierte Leistungsansteuerung der oberen und unteren Heiz- und Kühlvorrichtungen 24,25 ausgeglichen in dem auch in der Kühlphase die Heizelemente 22 der unteren Heiz- und Kühlvorrichtungen 25 entsprechen dem festgelegten Regelalgorithmus vorüber gehend mit Leistung beaufschlagt werden und damit die vorgegebene Temperaturdifferenz DT eingehalten wird.

[0050] In der Fig. 5 ist eine andere Ausführung der erfindungsgemäßen Heiz- und Kühleinrichtung 2 mit den Extruderzylinder 3, in Form der Halbschalen umfassenden oberen und unteren Heiz- und Kühlvorrichtung 24,25, in vereinfachter Darstellung mit den Heizelementen 22, gezeigt. Die Leistungsansteuerung der Heizelementen 22 erfolgt von der Anlagen-Steuer- und Regeleinrichtung 40 über die Leitung 42 zum unteren Heizelement 22 und die Leitung 41 zum oberen Heizelement 22.

[0051] Der Extruderzylinder 3 ist mit dem bis nahe an die Innenoberfläche 37 heranreichenden Temperatursensor 35 versehen, der über die Leitung 44 mit der Soll- Temperaturregeleinrichtung 47 der Anlagen- Steuer- und Regeleinrichtung 40 leitungsverbunden ist. Bevorzugt im Bereich des oberen Scheitelpunktes 34 ist das, in den Zylindermantel 4 mit dem Fühlerelement 32 in eine Ausnehmung 57 gering einragende, Temperaturerfassungsmittel 33 angeordnet, das über die Leitung 48 direkt mit dem Temperatur- Differenzwertgeber 56 der Temperatur- Differenzregeleinrichtung 53 verbunden ist. Über eine Leitung 58 wir dem Temperatur- Differenzwertgeber 56 der Temperaturmesswert des Temperatursensors 35 aus der aus der Soll- Temperaturregeleinrichtung 47 zugeleitet. Im Temperatur- Differenzwertgeber 56 wird aus den in Echtzeit eingehenden Temperaturmesswerten des Temperatursensors 35 und des Temperaturerfassungsmittels 33 die Temperaturdifferenz ermittelt und in einer Vergleicherschaltung 59 des Temperatur- Differenzwertgebers 56 mit einem vorgegebenen, einstellbaren Temperaturdifferenzwert verglichen.

[0052] Nach diesem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen für die Temperatur- Differenzregelung vorgesehen, die Temperaturdifferenz im Extruderzylinder 3 durch Zu- und Abschaltung des oberen Heizelementes zu regeln da auf Grund der physikalisch bedingten Wärmeleitung im Extrudermantel 4 der obere Bereich immer die höhere Temperatur aufweist. Dazu ist vorgesehen die Leitung 41 zur Energieansteuerung des oberen Heizelementes 22 über das dem Heizelement 22 vorgeordnete Leistungsregelmittel 46, beispielsweise ein Ein-Ausschaltmittel 60 zu führen, das für die entsprechenden Schaltzustände „Ein" bzw. „Aus", in Abhängigkeit des Temperaturdifferenzwertes durch ein Stellmittel 61 der Temperatur- Differenzregeleinrichtung 53 beaufschlagt wird.

[0053] Damit wird bei einer Überschreitung des vorgegebenen Temperaturdifferenzwertes, z.B. hat sich ein Bereich zwischen 5° und 15° als vorteilhaft erwiesen, die Leistungszufuhr zum Heizelement 22 der oberen Heiz- und Kühlvorrichtung 24 so lange unterbrochen bis der als Maximal vorgegebene Temperaturdifferenzwert erreicht bzw. unterschritten wird.

[0054] Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten der Heiz- und Kühleinrichtung 2, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass die Erfindung nicht auf die speziell dargestellten Ausführungsvarianten derselben eingeschränkt ist, sondern vielmehr auch diverse Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind und diese Variationsmöglichkeit aufgrund der Lehre zum technischen Handeln durch gegenständliche Erfindung im Können des auf diesem technischen Gebiet tätigen Fachmannes liegt. Es sind also auch sämtliche denkbaren Ausführungsvarianten, die durch Kombinationen einzelner Details der dargestellten und beschriebenen Ausführungsvariante möglich sind, vom Schutzumfang mit umfasst.

[0055] Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus der Heiz- und Kühleinrichtung diese bzw. deren Bestandteile teilweise 6/14

Claims (13)

1. österreichisches Patentamt AT 11 399 U1 2010-10-15 unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt wurden. [0056] Die den eigenständigen erfinderischen Lösungen zugrundeliegende Aufgabe kann der Beschreibung entnommen werden. [0057] Vor allem können die einzelnen in den Fig. 1, 2; 3 und 5 gezeigten Ausführungen den Gegenstand von eigenständigen, erfindungsgemäßen Lösungen bilden. Die diesbezüglichen, erfindungsgemäßen Aufgaben und Lösungen sind den Detailbeschreibungen dieser Figuren zu entnehmen. Ansprüche 1. Heiz- und Kühleinrichtung (2) für einen Extruderzylinder (3) zum Ausbringen einer Kunststoffmasse mit mehreren in Längsrichtung eines Zylindermantels (4) des Extruderzylinders (3) hintereinander angeordneten Heiz- und Kühlsektionen (1) mit je Heiz- und Kühlsektion (1) bevorzugt mehrere, in einem Gehäuse (7) angeordnete, den Extruderzylinder (3) als Halbschalenelemente umfassende, ein Heizelement (22) und ein Kühlelement (17) aufweisende, obere und untere Heiz- Kühlvorrichtungen (24, 25) und mit einem mit einer Soll-Temperaturregeleinrichtung (47) einer Anlagen- Steuer- und Regeleinrichtung (40) verbundenen Temperatursensor (35) und mit zumindest einem Temperaturerfassungsmittel (33) für eine Temperaturerfassung des Zylindermantels (4) und mit einem mit der Anlagen-Steuer- und Regeleinrichtung (40) verbundenen Kühlluftgebläse (10) und zumindest den Heizelementen (22) der oberen Heiz- Kühlvorrichtungen (24) in einer Leitung (41) eine Temperatur- Differenzregeleinrichtung (53) mit einem Leistungsregelmittel (46) vorgeordnet ist und ein Temperatur- Differenzwertgeber (56) der Temperatur- Differenzregeleinrichtung (53) mit der Soll- Temperaturregeleinrichtung (47) und dem Temperaturerfassungsmittel (33) leitungsverbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Heiz- und Kühlsektion 1, z.B. vier Paare der aus dem Kühlelement 17 und Heizelement 22 gebildete Halbschalenabschnitte in Längsrichtung des Extruderzylinders 3 auf dessen Oberfläche (19) befestigt, wobei jeweils zwei der paarweisen Anordnung mit einem geringen Seitenabstand (29) angeordnet sind und im Mittel ein Zwischenraum (30) durch einen größeren Seitenabstand (31) zwischen einander gegenüberliegender Kühlfahnen (21) gebildet ist und die Temperaturerfassungsmittel (33) in dem Zwischenraum (30) einander benachbarter Heiz- und Kühlvorrichtungen (24, 25) angeordnet sind und diese jeweils etwa Scheitelpunkten 34 der Heiz- und Kühlvorrichtungen 24,25 zugeordnet sind.
2. 2. Heiz- und Kühleinrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Heiz- und Kühlsektion (1) zwei mit der Temperatur- Differenzregeleinrichtung (53) verbundene Temperaturerfassungsmittel (33) angeordnet sind und die Temperatur-Differenzregeleinrichtung (53) und die Soll- Temperaturregeleinrichtung (47) über Vergleicherschaltweichen (50) mit dem Leistungsregelmittel (46) für die Heizelemente (22) der oberen Heiz- und Kühlvorrichtungen (24) und einem weiteren Leistungsregelmittel (51) für die Heizelemente (22) der unteren Heiz- Kühlvorrichtungen (25) leitungsverbunden sind.
3. 3. Heiz- und Kühleinrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungsregelmittel (46, 51) durch ein Ein- Aus- Schaltmittel gebildet ist.
4. 4. Heiz- und Kühleinrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsregelmittel (46, 51) in der Temperatur- Differenzregeleinrichtung (53) angeordnet sind.
5. 5. Heiz- und Kühleinrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsregelmittel (46, 51) in der Soll- Temperaturregeleinrichtung (47) angeordnet sind.
6. 6. Heiz- und Kühleinrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Soll- Temperaturregeleinrichtung (47) ein Prozessor (54) mit einem Soll- Temperaturregelglied (55) und dem Temperatur- Differenzwertgeber (56) angeordnet ist. 7/14 österreichisches Patentamt AT 11 399 U1 2010-10-15
7. 7. Heiz- und Kühleinrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Temperatur- Differenzregeleinrichtung (53) der Prozessor (54) mit dem Temperatur- Differenzwertgeber (56) angeordnet ist.
8. 8. Heiz- und Kühleinrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Temperaturregeleinrichtung (47) mit der Vergleicherschaltweiche (50) und den Leistungsregelmitteln (46, 51) in der Anlagen- Steuer- und Regeleinrichtung (40) angeordnet ist.
9. 9. Heiz- und Kühleinrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur- Differenzregeleinrichtung (53) in der Anlagen- Steuer- und Regeleinrichtung (40) angeordnet ist.
10. 10. Heiz- und Kühleinrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturerfassungsmittel (33) Scheitelpunkten (34) der Heiz-und Kühlvorrichtungen (24,25) zugeordnet am Extruderzylinder (3) angeordnet und mit an einer Oberfläche (19) des Zylindermantels (4) anliegend angeordnet sind.
11. 11. Heiz- und Kühleinrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fühlerelemente (32) der Temperaturerfassungsmittel (33) in Ausnehmungen des Zylindermantels (4) einragen.
12. 12. Verfahren zum Betrieb einer Heiz- und Kühleinrichtung (2) für einen Extruderzylinder (3) zum Ausbringen einer Kunststoffmasse mit mehreren in Längsrichtung eines Zylindermantels (4) des Extruderzylinders (3) hintereinander angeordnete Heiz- und Kühlsektionen (1) mit je Heiz- und Kühlsektion (1) bevorzugt mehrere, in einem Gehäuse (7) angeordnete, den Extruderzylinder (3) als Halbschalenelemente umfassende, ein Heizelement (22) und ein Kühlelement (17) aufweisende obere und untere Heiz- Kühlvorrichtungen (24, 25) und mit einem mit einer Soll- Temperaturregeleinrichtung (47) einer Anlagen- Steuer- und Regeleinrichtung (40) verbundenen Temperatursensor (35) für eine Temperaturerfassung des Zylindermantels (4) und mit zumindest einem Temperaturerfassungsmittel (33) und einem mit der Anlagen- Steuer- und Regeleinrichtung (40) verbundenen Kühlluftgebläse (10), dadurch gekennzeichnet, dass aus einer Echtzeit- Temperaturerfassung des Temperatursensors (35) für die Soll- Temperaturregeleinrichtung (47) und einer Echtzeit- Temperaturerfassung des Temperatursensor (35) für die Temperatur- Differenzregeleinrichtung (53) in einem Temperatur- Differenzwertgeber (56) bei Überschreiten eines vorgegebenen Temperaturdifferenzwertes ein Steuersignal für ein Leistungsregelmittel (46) für eine Leistungsregelung bzw. Leistungsabschaltung für zumindest den Heizelementen (22) der oberen Heiz- und Kühlvorrichtungen (24) generiert wird und eine Leistungszuschaltung durch das Leistungsregelmittel (46) erfolgt sobald der vorgegebene Temperaturdifferenzwert erreicht bzw. unterschritten wird.
13. 13. Verfahren zum Betrieb einer Heiz- und Kühleinrichtung (2) für einen Extruderzylinder (3) zum Ausbringen einer Kunststoffmasse mit mehreren in Längsrichtung eines Zylindermantels (4) des Extruderzylinders (3) hintereinander angeordnete Heiz- und Kühlsektionen (1) mit je Heiz- und Kühlsektion (1) bevorzugt mehrere, in einem Gehäuse (7) angeordnete, den Extruderzylinder (3) als Halbschalenelemente umfassende, ein Heizelement (22) und ein Kühlelement (17) aufweisende obere und untere Heiz- Kühlvorrichtungen (24, 25) und mit einem mit einer Soll- Temperaturregeleinrichtung (47) einer Anlagen- Steuer- und Regeleinrichtung (40) verbundenen Temperatursensor (35) und mit zumindest einem Temperaturerfassungsmittel (33) für eine Temperaturerfassung des Zylindermantels (4) und einem mit der Anlagen- Steuer- und Regeleinrichtung (40) verbundenen Kühlluftgebläse (10), dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest zwei Oberflächenbereichen des Extrudermantels (4) Temperaturerfassungsmittel (33) angeordnet sind und eine permanente Temperaturerfassung erfolgt und Temperaturmesswerte an eine Temperatur-Differenzregeleinrichtung (53) übermittelt und in einem Prozessor (54) ein Temperaturdifferenzwert gebildet und mit einem vorgegebenen Differenzwert verglichen wird und bei einem Temperaturdifferenzwert größer als der vorgegebene Differenzwert in Abhängigkeit von einem Regelzustand der Soll- Temperaturregeleinrichtung (47) über einen Temperatur- 8/14 österreichisches Patentamt AT 11 399 U1 2010-10-15 Differenzwergeber (56) der Temperatur- Differenzregeleinrichtung (53) und über Vergleicherschaltweichen (50) entweder über ein Leistungsregelmittel (46) die Heizelemente (22) der oberen Heiz- und Kühlvorrichtungen (24) und/oder über ein Leistungsregelmittel (51) die Heizelemente (22) der unteren Heiz- und Kühlvorrichtungen (25) geregelt werden. Hierzu 5 Blatt Zeichnungen 9/14