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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Temperatur einer Kunst- stoffmasse in einem Extruder, bei dem Wärme über Heizvorrichtungen zugeführt wird, die am äusseren Umfang eines Extruderzylinders angeordnet sind und wobei die Innentemperatur im Inneren des Extruderzylmders durch einen ersten Temperatursensor gemessen wird und durch einen Regler auf einem vorbestimmten Sollwert gehalten wird.
Bei der Herstellung von Kunststoffprofilen und -rohren wird ein Kunststoffmaterial in einem Extruder plastifiziert und durch eine oder mehrere Extruderschnecken zu einer Extrusionsdüse gefördert, die dem Profil die gewünschte Querschnittsform gibt, worauf das Profil ausge- stossen wird. Die Extruderschnecke ist in einem Extruderzylinder angeordnet, der einen we- sentlichen Bauteil eines solchen Extruders darstellt. Die Temperatur des Kunststoffmaterials im Inneren des Extruderzylinders ist für das Extrusionsverfahren kritisch. Einerseits muss für einen ordnungsgemässen Extrusionsvorgang eine gewisse Mindesttemperatur vorliegen, an- dererseits jedoch darf das Kunststoffmaterial nicht zu hoch erhitzt werden, um nicht zu ver- brennen.
Bei einer zu starken Erhitzung des Kunststoffmaterials, das im allgemeinen PVC ist, wird Salzsäure freigesetzt, die den Extruderzylinder und die Schnecke zerstört. Während des Extrusionsprozesses ist für die gleichmässige Extrusionsqualität das Aufrechterhalten einer konstanten Temperaturführung von enormer Wichtigkeit Weiters ist es erforderlich, beim Hochfahren des Extruders möglichst rasch eine Temperatur im Inneren des Extruderzylinders zu erreichen, die in dem zulässigen Bereich zwischen der Minimaltemperatur und der Maximaltemperatur liegt.
Bei bekannten Verfahren zur Regelung der Innentemperatur ist ein Temperatursensor vorge- sehen, der möglichst tief im Inneren des Extruderzylinders im Bereich der Öffnung für die Extruderschnecke die Innentemperatur misst. Die zur Erreichung der gewünschten Innentem- peratur erforderliche Wärmemenge wird über Heizvorrichtungen zugeführt, die an der Aussen- seite des Extruderzylinders angebracht sind. Damit ist im stationären Zustand eine einiger- massen genaue und zuverlässige Regelung der Innentemperatur möglich. Wenn dabei der Sollwert der Innentemperatur unterschritten wird, werden die Heizvorrichtungen so lange auf volle Leistung geschaltet, bis der Sollwert erreicht ist. Wird der Sollwert überschritten, wer- den die Heizvorrichtungen abgeschaltet, wobei gegebenenfalls durch Kühlung eine Überhit- zung der Kunststoffmasse verhindert wird.
Diese bekannte Lösung besitzt jedoch eine Reihe von Nachteilen. So kommt es auch bei einer sorgfältig abgestimmten Regelung der Innentem- peratur zu Schwingungen der Innentemperatur um den Sollwert, so dass ein Teil der zuge- führten Heizleistung periodisch durch Kühlung an der Aussenseite des Zylinders wieder abge- führt werden muss, um eine Überhitzung des Materials zu vermeiden. Das bedeutet eine Ver- schwendung von Energie.
Besonders kritisch bei bekannten Vorrichtungen ist jedoch der Anfahrvorgang des Extruders.
Aus Gründen der Produktivität ist es erforderlich, den Extruder beim Anfahren möglichst rasch auf die Solltemperatur zu bringen. Dies bedeutet, dass die Heizvorrichtungen eine ent-
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sprechende Leistung aufweisen müssen, um die erforderliche Wärmemenge m möglichst kur- zer Zeit zuzuführen. Dies bewirkt einen relativ steilen Anstieg der Innentemperatur des Ex- truderzylinders, wie dies an sich auch erwünscht ist Durch die relativ grosse Wärmemenge, die in das System emgebracht wird, steigt jedoch in einem solchen Fall die Innentemperatur auch nach dem Abschalten der Heizvorrichtung weiter an, so dass die Gefahr einer Überhit- zung der Kunststoffmasse besteht.
Ausserdem kann in einem solchen Fall auch die vom Mate- rial her zulässige Maximaltemperatur an der Aussenfläche des Extruderzylinders überschntten werden, so dass es zu einer Schädigung des Extruderzylinders kommt. Weiters hat sich her- ausgestellt, dass bei einer massiven Wärmeeinleitung in den Extruderzylinder Ungleichmässig- keiten in der Wärmeverteilung auftreten, die zu einer unterschiedlichen Verformung und hier insbesonders zu einer unterschiedlichen Dehnung des Extruderzylinders m Axialrichtung füh- ren. Dies bedeutet, dass sich die Achse des Extruderzylinders krümmt, was wiederum zu einer Beschädigung der dann angeordneten Extruderschnecken führen kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren zur Regelung der Temperatur anzugeben, das einerseits eine präzise Einhaltung der ge- wünschten Solltemperatur im Inneren des Extruderzylinders ermöglicht und das andererseits ein schnelles Erreichen dieser Solltemperatur beim Anfahrvorgang gewährleistet.
Erfindungsgemäss ist vorgesehen, dass zusätzlich eine Temperaturmessung an der Aussenseite des Zylinders vorgenommen wird und dass diese Aussentemperatur als Korrekturgrösse bei der Regelung der Innentemperatur berücksichtigt wird. Es hat sich herausgestellt, dass eine ver- besserte Regelung der Innentemperatur möglich ist, wenn die jeweilige Aussentemperatur be- rücksichtigt wird. Die Berücksichtigung wird dabei in der Weise erfolgen, dass unter sonst gleichen Umständen bei einer gegenüber der Innentemperatur wesentlich erhöhten Aussen- temperatur eine geringere Heizleistung aufgebracht wird und umgekehrt bei einer niedrigen Aussentemperatur eine höhere Heizleistung aufgebracht wird, als dies der Fall wäre, wenn nur die Innentemperatur berücksichtigt wird.
Wenn also beispielsweise die Innentemperatur um ein gewisses Ausmass unterhalb des Sollwertes liegt, wird bei einem herkömmlichen Regler auf volle Heizleistung geschaltet. Bei dem erfindungsgemässen Verfahren ist dies zwar grund- sätzlich auch der Fall, es wird jedoch zusätzlich die Aussentemperatur berücksichtigt. Liegt diese bereits deutlich über der Innentemperatur, dann wird die Heizleistung um ein vorbe- stimmtes Ausmass gedrosselt, oder gegebenenfalls gänzlich auf null gestellt. Die Regelung erfolgt dabei in der Weise, dass die Solltemperatur zwar möglichst schnell erreicht wird, je- doch nach Möglichkeit kein Überschwingen auftritt. Die entsprechenden Regelungsparameter lassen sich am günstigsten durch eine adaptive Regelung optimieren, die nach einem selbst- lernenden Regelalgorithmus abläuft.
Eine zusätzliche Absicherung gegenüber unerwünschten Materialbeanspruchungen kann da- durch verwirklicht werden, dass der Regler die Aussentemperatur auf einen vorbestimmten Maximalwert begrenzt.
Die Innentemperatur kann am zuverlässigsten durch einen Sensor gemessen werden, der von oben her in den Extruderzylinder eingeführt wird. Ausserdem ist eine solche Lösung prak- tikabel, da der Sensor für Wartungszwecke leicht zugänglich ist. Die Aussentemperatur sollte
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jedoch im unteren Bereich gemessen werden, da dieser für die Beanspruchung des Extruder- zylinders kritisch ist.
Eine besonders einfache Regelung ergibt sich. wenn die Differenz zwischen dem Messwert der Innentemperatur und dem Messwert der Aussentemperatur als Korrekturglied bei der Regelung der Innentemperatur berücksichtigt wird.
In einer besonders begünstigten Ausführungsvariante des erfindungsgemässen Verfahrens ist die Leistung der Heizvorrichtungen in der unteren Hälfte des Extruderzylinders grösser als an der oberen Hälfte des Extruderzylinders. In überraschender Weise hat sich nämlich herausge- stellt, dass eine in Umfangsnchtung gleichmässige Heizleistungsverteilung nicht zu einer gleichmässigen Temperaturverteilung im Extruderzylinder führt. Daher sind die thermisch bedingten Dehnungen des Extruderzylinders in Axialrichtung unterschiedlich, so dass es zu einer Krümmung der Extruderachse kommt, was extrem unerwünscht ist und zu einer Zerstö- rung der Extruderschnecken führen kann. Es hat sich herausgestellt, dass es vorteilhaft ist, im unteren Bereich des Extruderzylinders pro Flächeneinheit eine grössere Wärmemenge aufzu- bringen, als im oberen Bereich.
Auf diese Weise kann eine gleichmässige Temperaturvertei- lung erreicht werden, wodurch eine unzulässige thermische Verformung des Extruderzylin- ders verhindert wird.
Weiters betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Regelung der Temperatur einer Kunststoffmasse in einem Extruder mit einer Heizvorrichtung, um Wärme an der Au- #enseite des Extruderzylinders zuzuführen und mit einem ersten Sensor zur Messung der Temperatur im Inneren des Extruderzylinders sowie mit einem Regler, um die Innentem- peratur auf einem vorbestimmten Sollwert zu halten. Erfindungsgemäss ist dabei ein weiterer
Sensor zur Messung der Temperatur an der Aussenseite des Extruderzylinders vorgesehen.
Wie oben beschrieben, ermöglicht dieser weitere Sensor eine Verbesserung des Regelverhal- tens.
Eine Verbesserung der Regelungsdynamik kann dadurch erreicht werden, dass weiters eine
Kühleinrichtung zur Kühlung des Extruderzylinders vorgesehen ist, die vorzugsweise als Ge- bläse ausgebildet ist, das auf den Extruderzylinder gerichtet ist. Besonders günstig ist es da- bei, wenn die Heizeinrichtung mehrere Heizbänder aufweist, die jeweils in einem Kühlkörper angeordnet sind, und die sich an der Aussenseite des Extruderzylinders in Umfangsrichtung erstrecken, und dass der weitere Sensor an einem Kühlkörper angeordnet ist. Dies ermöglicht einerseits eine einfache Anbringung des weiteren Sensors und andererseits eine genaue Mes- sung, da sich herausgestellt hat, dass die so gemessene Aussentemperatur sehr gut den tatsäch- lich auftretenden Temperaturspitzen entspricht.
Weiters betrifft die Erfindung einen Extruder, zur Herstellung von Kunsttoffprofilen mit ei- nem Extruderzylinder, in dem mindestens eine Schnecke zur Plastifizierung und Förderung von plastifiziertem Kunststoffmaterial vorgesehen ist, der eine Vorrichtung zur Regelung der
Temperatur, wie sie oben beschrieben worden ist, aufweist.
In der Folge wird die vorliegende Erfindung anhand des in den Figuren dargestellten Ausfüh- rungsbeispielen näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 schematisch einen Schnitt durch einen erfindungsgemässen Extruder, Fig. 2 und 3 Diagramme, die den Temperaturverlauf in der Wand des Extruderzylinders darstellen, Fig. 4 ein Detail der Heizvorrichtung und Fig. 5 em Blockdiagramm der Temperaturregelung..
Der Extruder von Fig. 1 weist einen Extruderzylinder 1 auf, in dem eine Ausnehmung 2 ange- ordnet ist, die zur Aufnahme von zwei nicht dargestellten Extruderschnecken bestimmt ist.
Der Extruderzylinder 1 ist von einer Heizvorrichtung 3 umgeben, die aus einer oberen Hälfte 3a und einer unteren Hälfte 3b besteht. Die Heizvomchtung 3 besitzt dabei im Bereich der unteren Hälfte 3b eine Leistung, die etwa um 10% grösser ist als im Bereich der oberen Hälfte 3a.
Ein erster Temperatursensor 4 misst die Temperatur im Inneren des Extruderzylinders 1 mög- lichst nahe der Ausnehmung 2. Der Temperatursensor 4 ist dabei senkrecht von oben einge- führt. Gegenüberliegend dem ersten Temperatursensor 4 ist ein weiterer Temperatursensor 5 an der Unterseite des Extruderzylinders 1 angeordnet. Der Temperatursensor 5 ist vorzugs- weise an einem Kühlkörper eines Heizbandes angeordnet.
Zur gleichmässigen Kühlung wird ein geteiltes Gebläse verwendet, mit einer getrennten Luft- führung in einer äusseren Mantelkammer 6. Über eine obere Öffnung 7 strömt die Kühlluft entlang der Pfeile 8 um den Zylinder 1 und an der Unterseite über weitere Öffnungen 9 nach aussen. Mit dieser Ausführung wird eine besonders symmetrische Kühlwirkung erreicht, weil der Kühlluftstrom geteilt und gleichmässig an beiden Aussenseiten geführt wird.
In der Fig. 4 ist der Aufbau der Heizvorrichtung 3 im Detail gezeigt. Auf dem nur ange- deuteten Zylinder 1 sind Kühlringe 10 mit einem U-förmigen Querschnitt in Umfangsrichtung aufgebracht. Zwischen den abstehenden Schenkeln 10a sind Heizbänder 11angeordnet. Der Temperatursensor 5 ist an dem am Zylinder 1 anliegenden Schenkel 10b eines Kühlrings 10 angebracht.
Bei herkömmlichen Regelungsvorrichtungen wird die Innentemperatur Ti durch einen PID- Regler auf einen bestimmten Sollwert geregelt, der für den Extrusionsprozess optimal ist. Üb- licherweise ist dabei der PID-Regler softwaremässig in einer entsprechenden Steuerschaltung implementiert. Bei der vorliegenden Erfindung wird grundsätzlich der gleiche PID-Regelalgo- rithmus verwendet, wobei jedoch anstelle der gemessenen Innentemperatur Ti ein fikitiver Wert Ti* als Regelgrösse verwendet wird, der sich beispielsweise nach folgender Formel (1) berechnet : Ti* = Ti + k(#T - A) mit #T = Ta - Ti (1) Die Faktoren k und A werden von vorbestimmten Ausgangswerten ausgehend solange verän- dert, bis ein optimales Regelverhalten gegeben ist. Dies kann besonders bevorzugt durch einen selbstlernenden Regelalgorithmus optimiert werden.
Wie aus der Formel ersichtlich, geht in den Korrekturterm die Temperaturdifferenz AT zwischen der Aussentemperatur Ta und der Innentemperatur Ti ein. Diese Temperaturdifferenz wird mit einem Faktor A korrigiert, der einer normalen Temperaturdifferenz zwischen Aussentemperatur und Innentemperatur im Gleichgewichtszustand entspricht. Damit wird erreicht, dass die fiktive Temperatur Ti* im
Gleichgewichtszustand der tatsächlichen Innentemperatur Ti gleich ist. Der Faktor A wird im
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allgemeinen positiv sein, da ein Teil der aufgebrachten Heizleistung nach aussen abgestrahlt wird. In bestimmten Fällen, bei denen durch die mechanische Reibung des extrudierten Mate- rials und der Extruderschnecken im Inneren des Extruderzylinders eine relativ grosse Wärme- menge erzeugt wird, kann der Faktor A auch emen negativen Wert annehmen.
In Abhängig- keit vom Extruder, vom erzeugten Profil, vom Material und von den Betriebsbedingungen kann der Wert von A zwischen -20 und 80 schwanken.
Der Proportionalitätskoeffizient k steuert das Ausmass der Korrektur und wird innerhalb eines zulässigen Bereichs von 0,1 bis 0,8 optimiert.
In den Fig. 2 und 3 sind typische Temperaturverläufe über die Wandstärke des Extruderzylin- ders 1 dargestellt. Auf der senkrechten Achse ist dabei die radiale Abmessung r aufgetragen, wobei mit I die innere Oberfläche und mit A die äussere Oberfläche des Extruderzylinders 1 bezeichnet ist. Auf der waagrechten Achse ist die Temperatur aufgetragen. Wie bereits oben erwähnt, wird die Innentemperatur Ti nicht direkt an der inneren Oberfläche gemessen, son- dern in einem Abstand davon. Der durch diesen Abstand verursachte Fehler ist jedoch im all- gemeinen vemachlässigbar. In der Fig. 2 ist ein typischer instationärer Vorgang während des Aufheizens dargestellt. Die Innentemperatur Ti ist noch relativ gering, während die Aussen- temperatur Ta durch die von aussen aufgebrachte Heizleistung relativ gross ist.
In der Fig. 3 ist im Gegensatz ein Zustand dargestellt, der nach massivem Einsatz der Kühlung gegeben ist.
Die Aussentemperatur Ta ist dabei deutlich geringer als die Innentemperatur Ti.
In der Fig. 5 ist eine Regelvorrichtung schematisch in einem Blockdiagramm dargestellt. In einem Funktionsblock B wird die obige Formel (1) ausgewertet und T* berechnet. In einem eigentlichen Regler PID wird T* mit TSOLL verglichen und eine Regelgrösse berechnet. In ei- nem anschliessenden Glied MAX wird die Regelgrösse korrigiert, um zu verhindern, dass eine höchstzulässige Aussentemperatur überschritten wird. Die korrigierte Regelgrösse P ist ein Mass für die zuzuführende Heizenergie, bzw. die erforderliche Kühlung im negativen Fall.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, die Innentemperatur in einem Extruderzylinder prä- ziser auf einen bestimmten Sollwert zu regeln und gleichzeitig eine schnellere Aufheizung im Anfahrbetrieb zu erreichen.
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The present invention relates to a method for regulating the temperature of a plastic mass in an extruder, in which heat is supplied via heating devices which are arranged on the outer circumference of an extruder cylinder and the internal temperature inside the extruder cylinder is measured by a first temperature sensor and by a controller is held at a predetermined setpoint.
In the manufacture of plastic profiles and pipes, a plastic material is plasticized in an extruder and conveyed through one or more extruder screws to an extrusion die, which gives the profile the desired cross-sectional shape, after which the profile is ejected. The extruder screw is arranged in an extruder barrel, which is an essential component of such an extruder. The temperature of the plastic material inside the extruder barrel is critical to the extrusion process. On the one hand, a certain minimum temperature must be present for a proper extrusion process, on the other hand, however, the plastic material must not be heated too high in order not to burn.
If the plastic material, which is generally PVC, is heated too much, hydrochloric acid is released, which destroys the extruder barrel and the screw. Maintaining constant temperature control is extremely important for the uniform extrusion quality during the extrusion process.Furthermore, when the extruder is started up, it is necessary to reach a temperature inside the extruder barrel as quickly as possible, which is within the permissible range between the minimum temperature and the maximum temperature.
In known methods for regulating the internal temperature, a temperature sensor is provided which measures the internal temperature as deep as possible inside the extruder barrel in the area of the opening for the extruder screw. The amount of heat required to achieve the desired internal temperature is supplied via heating devices which are attached to the outside of the extruder barrel. This enables a somewhat precise and reliable control of the internal temperature in the stationary state. If the temperature falls below the setpoint, the heating devices are switched to full power until the setpoint is reached. If the setpoint is exceeded, the heating devices are switched off, cooling of the plastic mass possibly preventing it from overheating.
However, this known solution has a number of disadvantages. Even with carefully coordinated regulation of the internal temperature, the internal temperature fluctuates around the setpoint, so that part of the heating power supplied has to be removed periodically by cooling on the outside of the cylinder to prevent the material from overheating to avoid. That means a waste of energy.
However, the starting process of the extruder is particularly critical in known devices.
For reasons of productivity, it is necessary to bring the extruder to the set temperature as quickly as possible when starting up. This means that the heating devices
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have to be able to deliver the required amount of heat in the shortest possible time. This causes a relatively steep rise in the internal temperature of the extruder barrel, as is also desirable per se. In such a case, however, the relatively large amount of heat that is introduced into the system causes the internal temperature to continue to rise even after the heating device has been switched off, so that there is a risk of the plastic mass overheating.
In such a case, the maximum permissible temperature of the material on the outer surface of the extruder barrel can also be exceeded, so that the extruder barrel is damaged. Furthermore, it has been found that, when massive heat is introduced into the extruder barrel, there are non-uniformities in the heat distribution, which lead to a different deformation and in particular to a different expansion of the extruder barrel in the axial direction. This means that the axis moves of the extruder barrel bends, which in turn can damage the then arranged extruder screws.
The object of the present invention is to avoid these disadvantages and to provide a method for regulating the temperature which, on the one hand, enables precise maintenance of the desired target temperature inside the extruder barrel and, on the other hand, ensures that this target temperature is reached quickly during the start-up process.
According to the invention, it is provided that a temperature measurement is also carried out on the outside of the cylinder and that this outside temperature is taken into account as a correction variable when regulating the inside temperature. It has been found that an improved regulation of the inside temperature is possible if the respective outside temperature is taken into account. This will be taken into account in such a way that, under otherwise identical circumstances, a lower heating output is applied when the outside temperature is significantly higher than the inside temperature and, conversely, a higher heating output is applied at a low outside temperature than would be the case if only the Indoor temperature is taken into account.
If, for example, the internal temperature is a certain amount below the setpoint, a conventional controller switches to full heating output. In principle, this is also the case with the method according to the invention, but the outside temperature is also taken into account. If this is already well above the internal temperature, the heating output is reduced by a certain amount or, if necessary, completely set to zero. The control takes place in such a way that the target temperature is reached as quickly as possible, but if possible no overshoot occurs. The corresponding control parameters can best be optimized by means of adaptive control, which runs according to a self-learning control algorithm.
Additional protection against undesirable material stresses can be achieved by the controller limiting the outside temperature to a predetermined maximum value.
The internal temperature can be measured most reliably by a sensor that is inserted into the extruder barrel from above. In addition, such a solution is practical because the sensor is easily accessible for maintenance purposes. The outside temperature should
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however, be measured in the lower area as this is critical for the stress on the extruder barrel.
A particularly simple regulation results. if the difference between the measured value of the inside temperature and the measured value of the outside temperature is taken into account as a correction element when regulating the inside temperature.
In a particularly advantageous embodiment variant of the method according to the invention, the output of the heating devices in the lower half of the extruder cylinder is greater than on the upper half of the extruder cylinder. Surprisingly, it has been found that a uniform heating power distribution in the circumferential direction does not lead to a uniform temperature distribution in the extruder barrel. Therefore, the thermally induced expansions of the extruder barrel differ in the axial direction, so that the extruder axis is curved, which is extremely undesirable and can lead to destruction of the extruder screws. It has been found that it is advantageous to apply a larger amount of heat per unit area in the lower area of the extruder barrel than in the upper area.
In this way, a uniform temperature distribution can be achieved, which prevents inadmissible thermal deformation of the extruder barrel.
Furthermore, the present invention relates to a device for regulating the temperature of a plastic mass in an extruder with a heating device for supplying heat to the outside of the extruder barrel and with a first sensor for measuring the temperature inside the extruder barrel and with a controller, to keep the internal temperature at a predetermined setpoint. Another is according to the invention
Sensor for measuring the temperature provided on the outside of the extruder barrel.
As described above, this additional sensor enables an improvement in the control behavior.
An improvement in the control dynamics can be achieved by the fact that a
Cooling device is provided for cooling the extruder barrel, which is preferably designed as a fan, which is directed towards the extruder barrel. It is particularly advantageous if the heating device has a plurality of heating tapes, which are each arranged in a heat sink and which extend in the circumferential direction on the outside of the extruder cylinder, and in that the further sensor is arranged on a heat sink. On the one hand, this enables a simple attachment of the further sensor and, on the other hand, an exact measurement, since it has been found that the outside temperature measured in this way corresponds very well to the actual temperature peaks.
Furthermore, the invention relates to an extruder for the production of plastic profiles with an extruder cylinder in which at least one screw for plasticizing and conveying plasticized plastic material is provided, which has a device for controlling the
Temperature as described above.
The present invention is explained in more detail below on the basis of the exemplary embodiments illustrated in the figures.
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1 schematically shows a section through an extruder according to the invention, FIGS. 2 and 3 show diagrams showing the temperature profile in the wall of the extruder barrel, FIG. 4 shows a detail of the heating device and FIG. 5 shows a block diagram of the temperature control.
The extruder of FIG. 1 has an extruder cylinder 1 in which a recess 2 is arranged, which is intended to receive two extruder screws, not shown.
The extruder cylinder 1 is surrounded by a heating device 3, which consists of an upper half 3a and a lower half 3b. The heating device 3 has an output in the region of the lower half 3b which is approximately 10% greater than in the region of the upper half 3a.
A first temperature sensor 4 measures the temperature in the interior of the extruder barrel 1 as close as possible to the recess 2. The temperature sensor 4 is introduced vertically from above. A further temperature sensor 5 is arranged on the underside of the extruder barrel 1 opposite the first temperature sensor 4. The temperature sensor 5 is preferably arranged on a heat sink of a heating tape.
For uniform cooling, a divided fan is used, with a separate air duct in an outer jacket chamber 6. The cooling air flows outward via an upper opening 7 along arrows 8 around cylinder 1 and on the underside via further openings 9. This design achieves a particularly symmetrical cooling effect because the cooling air flow is divided and routed evenly on both outer sides.
4, the structure of the heating device 3 is shown in detail. Cooling rings 10 with a U-shaped cross section in the circumferential direction are applied to the cylinder 1, which is only indicated. Heating tapes 11 are arranged between the protruding legs 10a. The temperature sensor 5 is attached to the leg 10b of a cooling ring 10 which bears against the cylinder 1.
In conventional control devices, the internal temperature Ti is controlled by a PID controller to a specific setpoint that is optimal for the extrusion process. The PID controller is usually implemented in software in a corresponding control circuit. In the present invention, the same PID control algorithm is used in principle, but instead of the measured internal temperature Ti, a fictitious value Ti * is used as the control variable, which is calculated, for example, according to the following formula (1): Ti * = Ti + k ( #T - A) with #T = Ta - Ti (1) The factors k and A are changed based on predetermined output values until an optimal control behavior is given. This can be optimized particularly preferably by means of a self-learning control algorithm.
As can be seen from the formula, the temperature difference AT between the outside temperature Ta and the inside temperature Ti is included in the correction term. This temperature difference is corrected by a factor A, which corresponds to a normal temperature difference between outside temperature and inside temperature in the state of equilibrium. This ensures that the fictitious temperature Ti * im
Equilibrium state of the actual internal temperature Ti is the same. The factor A is in the
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be generally positive, since part of the heating power applied is radiated outwards. In certain cases, in which the mechanical friction of the extruded material and the extruder screws in the interior of the extruder barrel generates a relatively large amount of heat, the factor A can also assume a negative value.
Depending on the extruder, the profile produced, the material and the operating conditions, the value of A can fluctuate between -20 and 80.
The proportionality coefficient k controls the extent of the correction and is optimized within a permissible range of 0.1 to 0.8.
2 and 3 show typical temperature profiles over the wall thickness of the extruder cylinder 1. The radial dimension r is plotted on the vertical axis, I denoting the inner surface and A denoting the outer surface of the extruder barrel 1. The temperature is plotted on the horizontal axis. As already mentioned above, the internal temperature Ti is not measured directly on the inner surface, but at a distance from it. However, the error caused by this distance is generally negligible. 2 shows a typical transient process during heating. The inside temperature Ti is still relatively low, while the outside temperature Ta is relatively high due to the heating power applied from the outside.
In contrast, a state is shown in FIG. 3 which is present after massive use of the cooling.
The outside temperature Ta is significantly lower than the inside temperature Ti.
5, a control device is shown schematically in a block diagram. The above formula (1) is evaluated in function block B and T * is calculated. In an actual controller PID, T * is compared with TSOLL and a controlled variable is calculated. The control variable is corrected in a subsequent MAX element to prevent a maximum permissible outside temperature from being exceeded. The corrected controlled variable P is a measure of the heating energy to be supplied or the cooling required in the negative case.
The present invention makes it possible to regulate the internal temperature in an extruder cylinder more precisely to a specific target value and at the same time to achieve faster heating during start-up.