AT508926B1 - Vorrichtung zur regelung des unterdrucks in kalibrierwerkzeugen - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung des Unterdrucks in Werkzeugen (2, 2', 2", 3) zur Kalibrierung von extrudierten Kunststoffprofilen (1) mit mindestens einer Vakuumpumpe (7), einem Vakuumbehälter und mit einem Steuerventil zur Einstellung des Unterdrucks im Werkzeug (2, 2', 2", 3). Eine Energieeinsparung und ein verbessertes Regelverhalten wird dadurch erreicht, dass das Steuerventil als Servoventil ausgebildet ist, das über eine Steuerleitung mit dem Werkzeug (2, 2', 2", 3) verbunden ist.

Description

österreichisches Patentamt AT508 926B1 2011-05-15
Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung des Unterdrucks in Werkzeugen zur Kalibrierung von extrudierten Kunststoffprofilen mit mindestens einer Vakuumpumpe, einem Vakuumbehälter und mit einem Steuerventil zur Einstellung des Unterdrucks im Werkzeug.
[0002] Die gegenständliche Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein verbessertes System zur automatisierten Regelung der Vakuumversorgung von Kalibrierwerkzeugen und automatisierten Anpassung der Wassermenge an den tatsächlichen Bedarf zur Erzielung der erforderlichen Kühlleistung bei der Herstellung von Profilen aus Kunststoff im Extrusionsverfahren. Kalibrierwerkzeuge für Kunststoffprofile dienen zum definierten Abkühlen und Formgeben des in einer Extrusionsdüse geformten Profilstranges und umfassen mindestens ein Trockenkalibrierwerkzeug und mindestens einen Kalibriertank, der ebenfalls unter Vakuum gesetzt werden kann. Zur Erzeugung des Vakuums ist mindestens eine Vakuumpumpe vorgesehen, die mit dem Kalibrierwerkzeug in Verbindung steht und das Vakuumniveau im Trockenkaliber bzw. im Kalibriertank wird mittels eines Regelventils auf den vorgewählten Sollwert geregelt.
[0003] Dem Stand der Technik entsprechen Systeme, bei denen ein oder mehrere Trockenkalibrierwerkzeuge mit einer oder mehreren Vakuumpumpen in Verbindung stehen; das Vakuumniveau wird mittels Zufuhr von Luft in das Vakuumsystem geregelt. Für jede Vakuumregelzone ist eine Vakuumpumpe und ein Luftzufuhrventil erforderlich. Nachteilig bei derartigen Systemen wirken sich der hohe Energieverbrauch (ein Großteil der zur Erzeugung des Vakuums benötigten Energie wird mittels der Luftzufuhr in das Vakuumsystem vernichtet) und die enorme Geräuschentwicklung aus. Zur Kühlung der Kalibrierwerkzeuge sind Systeme mit einer Zentralwasserversorgung bzw. mit je Kalibrieranlage eingebauter Versorgungspumpe bekannt, die unabhängig vom tatsächlichen Kühlungsbedarf auf Nennleistung eingestellt sind.
[0004] Zur Reduzierung der Energieverluste wurden Systeme mit regelbaren Ventilen und einem Zentralvakuum vorgeschlagen, beispielsweise in der AT 006 407 U. Bei diesen Systemen werden mehrere Vakuumpumpen an ein in die Anlage integriertes Zentralvakuumsystem angeschlossen und von dort aus mehrere Vakuumregelzonen mit Vakuum versorgt. Die Regelung des Vakuums erfolgt dabei in der Weise, dass für jede Vakuumregelzone ein regelbares Ventil vorgesehen ist, welches manuell oder automatisiert angesteuert werden kann, sodass über eine Querschnittsveränderung des wirksames Durchströmquerschnittes im Ventil eine Beeinflussung des Vakuumniveaus erfolgt. An den Zentralvakuumtank sind ein oder mehrere Vakuumpumpen angeschlossen. Ist mehr als eine Vakuumpumpe angeschlossen, dann kann bei derartigen Systemen der Energieverbrauch dadurch beeinflusst werden, dass im Zentralvakuumtank das Vakuumniveau durch Zu- bzw. Abschalten von einzelnen Vakuumpumpen sprungweise das Vakuumniveau an die tatsächliche Bedarfssituation angepasst werden kann. Nachteilig wirken sich bei derartigen Systemen aus: [0005] - die Tatsache, dass die Regelventile nach jedem Zu- bzw. Abschalten von Vakuum pumpen neu eingestellt werden müssen, was einen zusätzlichen permanenten Über-wachungs- und Manipulationsaufwand für das Bedienpersonal bedeutet; [0006] - die mangelnde Feinfühligkeit der Vakuumniveaueinstellung, da die Leistung zur Vaku umerzeugung nur durch Zu- / Abschalten von einzelnen Pumpen erfolgt; [0007] - der mangelnde Einsparungseffekt an Leistungsbedarf, da sämtliche aktiven Vakuum pumpen jeweils im Volllastbetrieb arbeiten.
[0008] Kühlungssysteme auf der Basis ungeregelter Förderpumpen (Kreiselpumpen) fördern unabhängig vom tatsächlichen Bedarf an Kühlleistung mit konstanter Leistung, wobei der nicht-benötigte Anteil als Blindförderleistung verloren geht.
[0009] Eine Lösung, die die oben beschriebenen Nachteile teilweise vermeidet, ist in der US 5,340,295 A beschrieben. Dieses System ist jedoch sehr aufwändig und komplex. Darüber hinaus ist das Regelverhalten unbefriedigend. 1/7
österreichisches Patentamt AT508 926B1 2011-05-15 [0010] Aufgabe der gegenständlichen Erfindung ist es, diese Nachteile zuverlässig zu vermeiden und ein System zu beschreiben, mit dem ein wesentlich höherer Einsparungseffekt an Energie erreichbar ist bei gleichzeitig verbessertem Regelverhalten.
[0011] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das Steuerventil als Servo-ventil ausgebildet ist, das über eine Steuerleitung mit dem Werkzeug verbunden ist.
[0012] Wesentlich an der vorliegenden Erfindung ist, dass die Vakuumregelung schnell, effizient und weitgehend verlustlos erfolgt. So bewirken beispielsweise herkömmliche Nadelventile einen relativ großen Druckabfall, der zu großen Energieverlusten führt. Auch das Regelverhalten bekannter Ventile und Steuerungseinrichtungen ist unbefriedigend und führt zu unerwünschten Druckschwankungen im System, die einen negativen Einfluss auf die Qualität der extrudierten Profile haben. Aufgrund der Tatsache, dass das Steuerventil als Servoventil ausgebildet ist, können Druckverluste minimiert werden. Das Regelverhalten wird insbesondere dadurch besonders günstig beeinflusst, dass das Druckniveau im Werkzeug über die Steuerleitung direkt an das Servoventil mitgeteilt wird und dort eine entsprechende Reaktion hervorruft. In einer bestimmten Einstellung arbeitet das Servoventil daher völlig autonom ohne elektronische Steuerung oder Regelung.
[0013] Insbesondere ist vorgesehen, dass das Vakuum mit einer Vakuumpumpe, angeschlossen an einen zentralen Vakuumbehälter, der jeweiligen Anforderung entsprechend erzeugt wird, wobei die Vakuumpumpe über einen weiten Bereich leistungsgeregelt werden kann und regelbare Steuerventile zwischen dem zentralen Vakuumbehälter und dem Vakuumverbraucher vorgesehen sind. Diese regelbaren Ventile sind bevorzugt als Servoventile ausgeführt, die elektronisch eine Vakuumniveauvorgabe erhalten und einen permanenten Druckabgleich mittels einer Sensorleitung ausführen. Damit ist ein konstantes Vakuumniveau beim Verbraucher gewährleistet, unabhängig von Druckschwankungen im System. Auf diese Weise ist es möglich, für jeden einzelnen Verbraucher im System (Kalibrierzone) ein definiertes Vakuumniveau zu garantieren, ohne dass Luft in das System zugeführt wird und die Leistung zur Erzeugung des Vakuum erfolgt über eine leistungsgeregelte Vakuumpumpe, deren Drehzahl automatisch an die jeweils aktuelle Situation angepasst wird. Auf diese Weise entsteht ein geschlossenes System mit einem sehr geringen Energieverbrauch, der um ca. 50% - 75% gegenüber herkömmlichen Systemen geringer ist.
[0014] Für die Kühlwasserversorgung ist eine drehzahlgeregelte Förderpumpe vorgesehen, deren Regelsignale von der tatsächlich benötigten Fördermenge und dem erforderlichen Kühlwasserdruck vorgegeben werden.
[0015] Besonders begünstigt ist es, wenn das Steuerventil ein Mittel zur Einstellung des Unterdrücke aufweist, das vorzugsweise als Magnetspule ausgebildet ist. Über die Magnetspule wird der gewünschte Unterdrück von einer Maschinensteuerung vorgegeben. Es wird damit ein bestimmter Sollwert des Vakuums eingestellt. Die eigentliche schnelle Regelung erfolgt aber auch hier ausschließlich über die Servoleitung, die direkt mit dem Werkzeug verbunden ist und allfällige Abweichungen vom Sollwert unmittelbar an das Steuerventil weitergibt.
[0016] In der Folge wird die vorliegende Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
[0017] Es zeigen [0018] Fig. 1 schematisch eine Extrusionsanlage mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, [0019] Fig. 2 eine Ansicht der Extrusionsanlage von vorne, [0020] Fig. 3 eine axonometrische Darstellung von oben und [0021] Fig. 4 eine weitere axonometrische Darstellung von unten.
[0022] In Fig. 1 ist ersichtlich, dass ein Kunststoffprofil 1 zunächst wie üblich durch Trockenkalibrierwerkzeuge 2, 2', 2" und danach durch einen oder mehrere Kalibriertanks 3 geführt wird. Vakuumpumpen 7, die mit einem Vakuumbehälter 8 verbunden sind, erzeugen den erforderli- 2/7

Claims (4)

  1. österreichisches Patentamt AT508 926B1 2011-05-15 chen Unterdrück. Steuerventile 4, 4' sind über Saugleitungen 6, 6' mit den Trockenkalibrierwerkzeugen 2, 2', 2" bzw. mit dem Kalibriertank 3 verbunden, um den erforderlichen Unterdrück im Inneren dieser Bauteile herzustellen. Zu jedem Steuerventil 4, 4' gehört eine Steuerleitung 5, 5', die das Werkzeug 2, 2', 2"; 3 mit dem jeweiligen Steuerventil 4, 4' verbindet. Die Steuerleitung 5, 5' dient dazu, das Servoventil, das als Membranventil ausgebildet ist, anzusteuern, um die Funktionalität als Steuerventil 4, 4' zu gewährleisten. Neben dem Vakuumsystem ist in an sich bekannter Weise ein Kühlwassersystem 9, 10, 11 im Schrank 12 unterhalb der Extrusionslinie vorgesehen. [0023] In Fig. 2 ist ersichtlich, dass das Werkzeug 2 und die übrigen hier nicht sichtbaren Werkzeuge auf einem Kalibriertisch 13 angeordnet sind. Patentansprüche 1. Vorrichtung zur Regelung des Unterdrucks in Werkzeugen (2,2', 2", 3) zur Kalibrierung von extrudierten Kunststoffprofilen (1) mit mindestens einer Vakuumpumpe (7), einem Vakuumbehälter (8) und mit einem Steuerventil (4, 4') zur Einstellung des Unterdrucks im Werkzeug (2, 2', 2", 3), dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (4, 4') als Servoventil ausgebildet ist, das über eine Steuerleitung (5, 5') mit dem Werkzeug (2, 2', 2", 3) verbunden ist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Servoventil (4, 4') als Membranventil ausgebildet ist.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (4, 4') ein Mittel zur Einstellung des Unterdrucks aufweist, das vorzugsweise als Magnetspule ausgebildet ist.
  4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumpumpe (7) drehzahlgeregelt ist. Hierzu 4 Blatt Zeichnungen 3/7
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