Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen des Materialflusses über den Querschnitt eines Extruderausganges, wobei die Vorrichtung an einem Extruder montierbar ist, sowie ein diesbezügliches Verfahren.
Extruder zur Erzeugung von Kunststoffprofilen, wie sie beispielsweise für die Herstellung von Kunststoff-Fenstern benötigt werden, sind üblicherweise so aufgebaut, dass an den Extruderzylinder, in dem die Schnecken angeordnet sind, ein Adapterteil anschliesst, der den Übergang zur Extrusionsdüse bildet. In der Extrusionsdüse, dem so genannten Extrusionswerkzeug, wird der Querschnittsverlauf des betreffenden Profils bereits weitgehend ausgeformt, um in der anschliessenden Trockenund/oder Nasskalibrierung endgültig festgelegt zu werden. Um die Produktivität des Extrusionsvorganges zu steigern, wird zunehmend mit immer höheren Extrusionsgeschwindigkeiten gearbeitet.
Gleichzeitig steigen die Qualitäts- und Toleranzanforderungen an die hergestellten Profile. Eine hohe Qualität der Profile kann jedoch bei höheren Extrusionsgeschwindigkeiten nur bei extrem sorgfältiger Abstimmung der Extrusionswerkzeuge bei gleichzeitiger Einhaltung eines genau definierten Betriebszustandes im Extruder erreicht werden. Dazu ist eine sorgfältige rheologische Auslegung der Extrusionswerkzeuge bei gleichzeitiger Einhaltung eines definierten Betriebszustandes im Extruder mit daraus folgender homogener Kunststoffschmelze notwendig.
Eine optimale Abstimmung zwischen Extruder und Extrusionswerkzeug ist jedoch oft abhängig vom Rohmaterial.
Eine besondere Schwierigkeit besteht darin, ein Werkzeug auf unterschiedlichen Extrudern einzusetzen, da die Extruder den Kunststoff unterschiedlich und unterschiedlich homogen zur Verfügung stellen können und dann das Werkzeug jedes Mal neu auf den Extruder abgestimmt werden müsste, was in der Praxis nicht praktikabel ist.
Bekannte Ansätze zur Lösung wie beispielsweise aus der EP 1 108 464 beziehen sich entweder auf zusätzliche Einbauteile, welche eine Homogenisierung des Schmelzestromes gewährleisten sollen, oder auf die Auslegung und Abstimmung von Adaptern und/oder Extrusionswerkzeugen selbst.
Sie beschäftigen sich mit einer nachträglichen Korrektur von Inhomogenität der Kunststoffschmelze aus dem Extruder.
Einbauteile wie in EP 1 108 464 beschrieben haben jedoch den Nachteil, dass zusätzlicher Druck aufgebaut wird, so dass neben Kosten für das Einbauteil auch der Nachteil einer Temperaturerhöhung und höherer Leistungsbedarf in Kauf genommen werden muss.
Weitere Lösungsansätze beschäftigen sich mit der Überprüfung des Schmelzezustandes während des Betriebes. Die EP 1 105 278 beschreibt die Bestimmung der Viskosität mittels Dielektrizitätszahl und ein Verfahren dazu. Aus der EP 1 260 348 ist bekannt, mittels eines als Bypass geschalteten Rheometers die Viskosität zu messen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Messwerkzeug und ein Messverfahren zur Verfügung zu stellen, welches die Schnecken- bzw.
Extruderentwicklung sowie die Auslegung von Extrusionswerkzeugen dahingehend unterstützt, dass Messdaten ermittelbar sind, die die Fliesseigenschaften des Kunststoffs über dem Austrittsquerschnitt des Extruders repräsentieren.
Die Lösung der Aufgabe bezüglich der Vorrichtung ist in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Hauptkanal umfasst, der in mehrere Einzelkanäle ausläuft.
Es wird also eine Art Düse vorgeschlagen, mit welcher die vom Extruder bereitgestellte Masse in X Teilströme aufgeteilt wird. Die Düse besteht aus einem Einlaufstück mit einem Flansch, welcher mit Schrauben direkt am Extruder befestigt wird und dafür sorgt, dass der Massestrom in Einzelströme aufgeteilt wird. Zu diesem Zweck hat jeder Einzelkanal einen entsprechend ausgebildeten Einlauf.
Darauf folgt eine entsprechende Anzahl von Düsenplatten, welche die Düse dahingehend variabel gestaltet, dass ein bestimmter Druckverbrauch eingestellt werden kann. Weiterhin kann damit die benötigte Länge erreicht werden, um für eine Beruhigung der Schmelze zu sorgen, wie es auch in Extrusionswerkzeugen üblich ist.
Vorteilhafterweise sind diese Einzelkanäle geometrisch gleich und/oder symmetrisch ausgeführt, wobei weiterhin die Anordnung ringförmig um den Mittelpunkt der Vorrichtung vorgeschlagen wird. Mit dieser Art der Anordnung wird es möglich, eine Beurteilung über den gesamten Querschnitt zu erreichen.
Weiterbildungsgemäss ist vorgesehen, dass dieser ersten Vorrichtung eine weitere Vorrichtung nachgeschaltet ist, mittels der die aus den Einzelkanälen austretenden Teilstränge abgetrennt, fixiert und entnommen werden können.
Durch das Fixieren der Einzelstränge ist somit auch die Zuordnung der Stränge zu den einzelnen Austrittsöffnungen aus der ersten Vorrichtung möglich.
Die Lösung der Aufgabe bezüglich des Verfahrens ist in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 8 dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Extruder austretende Schmelze in mehrere Teilstränge aufgeteilt und die jeweils erzeugten Teilstränge miteinander verglichen werden. Das Verfahren zielt also darauf ab, dass das Treibverhalten (Masseflussverteilung über den Querschnitt) des extrudierten Stranges bei gegebenen Bedingungen (von Extruder, Schnecke, Material, Ausstoss etc.) zu charakterisieren ist. Dies geschieht durch Aufteilung in diese Einzelströme, wobei bevorzugt die hier vorgeschlagene Vorrichtung Verwendung findet.
Der Volumenstrom eines Einzelstranges repräsentiert das Treibverhalten des Hauptmassestromes an dieser Stelle. Über Vergleich der Einzelvolumenströme kann folglich eine Aussage über die Masseflussverteilung des Hauptstranges gemacht werden.
Idealer Weise wird das Extrusionswerkzeug mit Kunststoff versorgt, wenn ein stetiger Verlauf des Massestroms vom Mittelpunkt bis zum Rand des Extruderaustritts vorliegt und wenn auf konzentrischen Kreisen an jeder Stelle ein gleicher Teil des Massestromes fliesst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
Die mit der vorgeschlagenen Vorrichtung und dem vorgeschlagenen Verfahren erzeugten Teilstränge können nun miteinander verglichen werden und bieten so die Möglichkeit, dass Fliessverhalten und/oder die Schmelzequalität über dem Querschnitt eines Extruderausganges zu bestimmen.
Hierbei können die Teilstränge üblichen und bekannten Verfahren unterzogen werden. So kann z.B. eine Qualitätskontrolle mit Mikrotomschnitten zur Dispersionsmessung durchgeführt, der Geliergrad bestimmt oder der bekannte Methylentest durchgeführt werden. Weiterhin wird daran gedacht, den Durchmesser der Teilstränge zu bestimmen sowie das Gewicht zu ermitteln.
Aus diesen oder einem Teil der ermittelten Daten ist es möglich, beispielsweise über ein mathematisches Modell das Fliessverhalten der Schmelze über den Querschnitt auszuwerten und somit ein Extrusionswerkzeug entsprechend auszulegen, um die bestmögliche Qualität des zu extrudierenden Produktes zu erreichen.
Für den jeweiligen Anwender ist es von Bedeutung, nicht die genaue Messung einer von vielen Faktoren abhängigen physikalischen Grösse wie die Viskosität zu erhalten, sondern mittels einer einfachen Messung die davon abhängigen Auswirkungen auf die Verteilung des Massestromes über den Querschnitt am Extruderaustritt zu bekommen.
Mit der vorgeschlagenen Erfindung ist es somit möglich,
Extruder unterschiedlicher Bauarten miteinander zu vergleichen und Aussagen zu treffen, auf welchen Extrudern ein Werkzeug, ohne neu eingefahren zu werden verwendet werden kann,
für unterschiedliche Extruder Schnecken zu entwickeln, die vergleichbare Messergebnisse liefern,
die Verfahrensparameter eines Extruders so weit zu optimieren, bis vergleichbare Messergebnisse erreicht sind, die Kunststoffrezepturen soweit zu optimieren, bis vergleichbare Messergebnisse erreicht sind,
Messergebnisse bereitzustellen, die als Grundlage für die Auslegung von Extrusionswerkzeugen dienen.
In den Zeichnungen ist schematisch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergegeben.
Es zeigt: Fig. 1 eine Ansicht auf die Vorrichtung, Fig. 2 einen Schnitt durch die Vorrichtung gemäss Fig. 1, Fig. 3 die Vorrichtung mit einer angesetzten weiteren Vorrichtung und Fig. 4 die Vorrichtung gemäss Fig. 3 in einem weiteren Verfahrensschritt.
In Fig. 1 ist eine Draufsicht auf die erfindungsgemässe Vorrichtung dargestellt.
Der dargestellte Flansch wird am Extruder mittels Schrauben befestigt, über den die Schmelze über einen Hauptkanal in mehrere Einzelkanäle 2 gefördert wird. Die Vielzahl der Einzelkanäle 2 ist ringförmig um den Mittelpunkt angeordnet. Je mehr Einzelkanäle 2 die Vorrichtung aufweist desto günstiger kann das Fliessverhalten der Schmelze über den Querschnitt bestimmt werden.
Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch die Vorrichtung gemäss Fig. 1, wobei wiederum der Flansch zu erkennen ist, in dem der Hauptkanal 1 angeordnet ist. Am Flansch sind mehrere Düsenplatten angeordnet, die die einzelnen Einzelkanäle 2 bilden, wobei die erste Düsenplatte als Einlaufstück ausgebildet ist und die entsprechenden Einzelkanäle 2 einen besonders ausgebildeten Einlauf aufweisen.
Fig. 3 zeigt eine an die Vorrichtung gemäss Figur 2 angeordnete weitere Vorrichtung 3.
Diese weitere Vorrichtung 3 bildet ebenfalls die Einzelkanäle weiter, in die die erzeugten Teilstränge 4 gefördert werden. Diese weitere Vorrichtung 3 weist vor jeder Bohrung, die den Einzelkanal weiterbildet, eine Klinge auf, mittels der der Teilstrang abgeschnitten werden kann. In einem Schlitz ist ein Schiebeelement 5 angeordnet, was beispielsweise ein Blech sein kann, welches das gleiche Bohrbild zeigt, mittels dem die Teilstränge 4 festgelegt werden können.
In Fig. 4 ist das Schiebeelement 5 in einer verschobenen Darstellung wiedergegeben und die weitere Vorrichtung 3 quer verschoben. Hierdurch wird erreicht, dass die Teilstränge 4 in ihrer Position fixiert werden, wodurch eine Zuordnung der Stränge ermöglicht wird.
Durch das Verschieben der gesamten weiteren Vorrichtung 3 wird der Teilstrang 4 über die Klingen abgeschnitten, wodurch sichergestellt wird, dass alle Stränge zu einem definierten Zeitpunkt abgetrennt werden.
Die weitere Vorrichtung kann beispielsweise aus einer oder zwei miteinander verschraubten Platten bestehen, welche einen Schlitz aufweist, in den ein Blech eingeschoben wird, wobei die Bohrungen vorteilhafterweise grösser ausgelegt sind als die Einzelkanäle 2 der erfindungsgemässen Vorrichtung gemäss Anspruch 1. Dies hat den Vorteil, dass ein Durchlauf der Teilstränge 4 ohne Druckaufbau gewährleistet wird. Die weitere Vorrichtung ist mittels einer Fuhrung mit der ersten Vorrichtung verbunden und kann durch einen Anschlag so positioniert werden, dass die Bohrungen direkt unter den entsprechenden Bohrungen der ersten Vorrichtung zu liegen kommen.
Nach dem Abtrennen können die Teilstränge, die in der weiteren Vorrichtung festgelegt werden, mittels dieser komplett entnommen und der oben beschriebenen Untersuchung unterzogen werden. Da eine Zuordnung der Teilstränge über den Querschnitt des Extruderausganges gewährleistet ist, kann auch das Fliessverhalten über den Querschnitt sicher bestimmt werden.
Zusammenfassend kann ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wie folgt dargestellt werden:
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen des Materialflusses über den Querschnitt eines Extruderausganges, wobei die Vorrichtung an einem Extruder montierbar ist. Erfindungsgemäss ist dabei vorgesehen, dass die Vorrichtung einen Hauptkanal umfasst, der in mehrere Einzelkanäle ausläuft.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Ermitteln der Schmelzequalität und/oder des Fliessverhaltens der Schmelze über dem Querschnitt eines Extruderausganges. Hierbei ist erfindungsgemäss vorgesehen, dass die aus dem Extruder austretende Schmelze in mehrere Teilstränge aufgeteilt wird und die jeweiligen erzeugten Teilstränge miteinander verglichen werden.
Bezuqszeichenliste:
1 Hauptkanal
2 Einzelkanal
3 weitere Vorrichtung
4 Teilstrang
5 Schiebeelement
The invention relates to a device for determining the flow of material over the cross section of an extruder outlet, wherein the device can be mounted on an extruder, and a related method.
Extruders for producing plastic profiles, as required, for example, for the production of plastic windows, are usually constructed such that the adapter cylinder, in which the screws are arranged, is adjoined by an adapter part, which forms the transition to the extrusion die. In the extrusion die, the so-called extrusion die, the cross-sectional profile of the relevant profile is already largely formed, in order to be finally determined in the subsequent dry and / or wet calibration. In order to increase the productivity of the extrusion process, increasingly higher extrusion speeds are being used.
At the same time, the quality and tolerance requirements for the profiles produced increase. However, a high quality of the profiles can be achieved at higher extrusion speeds only with extremely careful coordination of the extrusion tools while maintaining a precisely defined operating state in the extruder. For this purpose, a careful rheological design of the extrusion tools while maintaining a defined operating condition in the extruder with consequent homogeneous plastic melt is necessary.
However, an optimal match between extruder and extrusion tool is often dependent on the raw material.
A particular difficulty is to use a tool on different extruders, as the extruder can provide the plastic differently and differently homogeneous and then the tool would have to be re-adjusted to the extruder each time, which is not practical in practice.
Known approaches to the solution, for example from EP 1 108 464, relate either to additional built-in parts which are intended to ensure homogenization of the melt stream, or to the design and matching of adapters and / or extrusion tools themselves.
They deal with a subsequent correction of inhomogeneity of the plastic melt from the extruder.
However, built-in parts as described in EP 1 108 464 have the disadvantage that additional pressure is built up, so that in addition to costs for the built-in part, the disadvantage of a temperature increase and higher power requirements must be taken into account.
Further approaches are concerned with checking the state of the melt during operation. EP 1 105 278 describes the determination of the viscosity by means of the dielectric constant and a method for this purpose. From EP 1 260 348 it is known to measure the viscosity by means of a rheometer connected as a bypass.
The object of the invention is to provide a measuring tool and a measuring method, which the screw or
Extruder development and the design of extrusion tools to the effect that measurement data can be determined, which represent the flow properties of the plastic over the outlet section of the extruder.
The solution of the object with respect to the device is characterized in connection with the preamble of claim 1, characterized in that the device comprises a main channel which terminates in a plurality of individual channels.
Thus, a type of nozzle is proposed with which the mass provided by the extruder is divided into X partial streams. The nozzle consists of an inlet piece with a flange which is fastened with screws directly to the extruder and ensures that the mass flow is divided into individual streams. For this purpose, each individual channel has an appropriately trained enema.
This is followed by a corresponding number of nozzle plates, which makes the nozzle variable so that a certain pressure consumption can be adjusted. Furthermore, so that the required length can be achieved in order to provide a calming of the melt, as is common in extrusion tools.
Advantageously, these individual channels are designed geometrically equal and / or symmetrical, wherein further the arrangement is proposed annularly around the center of the device. With this type of arrangement, it becomes possible to achieve an evaluation over the entire cross section.
According to the invention, provision is made for this first device to be followed by a further device by means of which the partial strands emerging from the individual channels can be separated, fixed and removed.
By fixing the individual strands, the assignment of the strands to the individual outlet openings from the first device is thus also possible.
The solution of the problem with respect to the method is characterized in connection with the preamble of claim 8, characterized in that the melt emerging from the extruder is divided into several sub-strands and the sub-strands generated in each case are compared. The method therefore aims at characterizing the blowing behavior (mass flow distribution over the cross section) of the extruded strand under given conditions (extruder, screw, material, ejection, etc.). This is done by dividing into these individual streams, wherein preferably the device proposed here is used.
The volume flow of a single strand represents the driving behavior of the main mass flow at this point. By comparison of the individual volume flows, it is thus possible to make a statement about the mass flow distribution of the main strand.
Ideally, the extrusion tool is supplied with plastic, if there is a steady course of the mass flow from the center to the edge of the extruder outlet and if flows on concentric circles at each point an equal part of the mass flow.
Advantageous developments are given in the dependent claims.
The partial strands generated with the proposed device and the proposed method can now be compared with one another and thus offer the possibility of determining the flow behavior and / or the melt quality over the cross section of an extruder outlet.
In this case, the partial strands can be subjected to customary and known processes. Thus, e.g. a quality control carried out with microtome sections for dispersion measurement, determines the degree of gelation or the known methylene test are performed. Furthermore, it is thought to determine the diameter of the sub strands and to determine the weight.
From these or part of the determined data, it is possible, for example, to evaluate the flow behavior of the melt over the cross section via a mathematical model and thus to design an extrusion tool accordingly in order to achieve the best possible quality of the product to be extruded.
It is important for the particular user not to obtain the exact measurement of a physical variable dependent on many factors, such as the viscosity, but to obtain the dependent effects on the distribution of the mass flow across the cross section at the exit of the extruder by means of a simple measurement.
With the proposed invention, it is thus possible
Comparing extruders of different types and making statements on which extruders a tool can be used without being retracted,
to develop screws for different extruders that provide comparable measurement results
to optimize the process parameters of an extruder until comparable measurement results are achieved, to optimize the plastic formulations until comparable measurement results are achieved,
To provide measurement results that serve as the basis for the design of extrusion tools.
In the drawings, an embodiment of the invention is shown schematically.
1 shows a view of the device, FIG. 2 shows a section through the device according to FIG. 1, FIG. 3 shows the device with an attached further device, and FIG. 4 shows the device according to FIG. 3 in a further method step.
In Fig. 1 is a plan view of the inventive device is shown.
The flange shown is attached to the extruder by means of screws, via which the melt is conveyed via a main channel into a plurality of individual channels 2. The plurality of individual channels 2 is arranged in a ring around the center. The more individual channels 2 the device has, the more favorable the flow behavior of the melt over the cross section can be determined.
Fig. 2 shows a section through the device according to FIG. 1, in turn, the flange can be seen, in which the main channel 1 is arranged. At the flange a plurality of nozzle plates are arranged, which form the individual individual channels 2, wherein the first nozzle plate is formed as an inlet piece and the respective individual channels 2 have a specially formed inlet.
FIG. 3 shows a further device 3 arranged on the device according to FIG. 2.
This further device 3 also forms the individual channels, in which the partial strands 4 produced are conveyed. This further device 3 has before each bore, which further develops the single channel, a blade, by means of which the sub-strand can be cut off. In a slot, a sliding element 5 is arranged, which may for example be a sheet, which shows the same hole pattern, by means of which the partial strands 4 can be fixed.
In Fig. 4, the sliding element 5 is shown in a displaced view and the other device 3 is moved transversely. This ensures that the partial strands 4 are fixed in position, whereby an assignment of the strands is made possible.
By shifting the entire further device 3, the sub-strand 4 is cut off via the blades, which ensures that all strands are separated at a defined time.
The further device can for example consist of one or two plates screwed together, which has a slot into which a metal sheet is inserted, wherein the holes are advantageously designed larger than the individual channels 2 of the inventive device according to claim 1. This has the advantage that a passage of the sub strands 4 is ensured without pressure build-up. The further device is connected by means of a guide with the first device and can be positioned by a stop so that the holes come to lie directly below the corresponding holes of the first device.
After separation, the sub-strands that are defined in the other device can be completely removed by means of this and subjected to the examination described above. Since an assignment of the partial strands over the cross-section of the extruder outlet is ensured, the flow behavior over the cross-section can be reliably determined.
In summary, an embodiment of the invention can be represented as follows:
The invention relates to a device for determining the flow of material across the cross section of an extruder outlet, wherein the device is mountable on an extruder. According to the invention, it is provided that the device comprises a main channel which terminates in a plurality of individual channels.
Furthermore, the invention relates to a method for determining the melt quality and / or the flow behavior of the melt over the cross section of an extruder outlet. According to the invention, it is provided that the melt emerging from the extruder is divided into several sub-strands and the respective sub-strands produced are compared with one another.
LIST OF REFERENCES:
1 main channel
2 single channel
3 more device
4 substrand
5 sliding element