Extruder
Die Erfindung betrifft einen Extruder, insbesondere für thermoplastische Kunststoffe. Der Durchflussquerschnitt dieses Extruders ist mittels eines axial verschiebbaren Organs veränderbar.
Die beim Betrieb eines solchen Extruders von dem zu verarbeitenden Material auf das genannte Organ ausgeübte Kraft ist sehr gross, sie kann beispielsweise 20 Tonnen erreichen. Bei dieser grossen wirksamen Kraft ist es schwierig, das Organ zwecks Anderung des Durchflussquerschnittes axial zu verschieben, insbesondere während des Betriebes des Extruders.
Zur Überwindung dieser Schwierigkeiten hat der Extruder nach der Erfindung wenigstens einen Körper mit einer temperaturabhängigen Abmessung, welche die Stellung des genannten Organs beeinflusst. Ausserdem hat der erfindungsgemässe Extruder steuerbare Mittel zur Veränderung der Temperatur dieses Körpers.
Es sind Extruder bekannt, in deren Kanal ein Ventil eingebaut ist, dessen Verschlusskörper axial verschiebbar angeordnet ist, und unter der Wirkung einer Feder steht, welche den Verschlusskörper in die Schliesslage drückt. Beim Überschreiten eines vorbestimmten Mindestdruckes des zu extrudierenden Materials öffnet sich dieses Ventil. Dadurch ist der Mindestdruck beim Extrudieren sichergestellt. Ausserdem wird eine Druckregulierung erzielt.
Bei einem solchen Extruder mit einem Druckregulierventil mit Schliessfeder, dessen Verschlussteil das genannte Organ bildet, ist der genannte Körper zweckmässig zwischen der Schliessfeder und dem Verschlussteil oder dem Ventilsitz angeordnet. Er überträgt dabei die Kraft der Schliessfeder und beeinflusst deren Vorspannung und damit den während des Extrudierens herrschenden Druck.
Zur Veränderung der Temperatur des genannten Körpers können wenigstens ein elektrisches Heizelement und Mittel zur Steuerung des Heizstromes dienen. Auch kann der genannte Körper mindestens einen Kanal für ein Fluidum vorbestimmter Temperatur aufweisen und dieser Kanal kann mit Mitteln zur Steuerung der Strömungsmenge des ihn durchfliessenden Fluidums ausgerüstet sein. Dabei kann das Fluidum zur Erwärmung des Körpers dienen oder zur Abkühlung, z. B. zur schnellen oder zur geregelten Abkühlung des elektrisch geheizten Körpers. Die Mittel zur Veränderung der Temperatur des genannten Körpers können sowohl willkürlich steuerbar als auch z. B. in Abhängigkeit von der Lage des genannten Organs selbsttätig gesteuert sein.
Im letzteren Falle ist es bei einem Extruder mit einem Druckregulierventil mit Schliessfeder möglich, den Durchflussquerschnitt gemäss einer vorgegebenen Relation zum Druck des zu extrudierenden Materials selbsttätig zu regeln.
In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform des erfindungsgemässen Extruders in wesentlichen Teilen schematisch dargestellt.
Die einzige Figur zeigt einen teilweisen Längssclmitt durch einen Extruder zur Herstellung von Schläuchen aus thermoplastischem Kunststoff.
Der dargestellte Extruder hat eine Düse mit einem Gehäuse 1 mit einer durchgehenden Bohrung 2, deren (in der Zeichnung) oberer Längsabschnitt 2a konisch erweitert ist, und deren mittlerer Längsabschnitt 2b einen grösseren Durchmesser hat als der (in der Zeichnung) untere Längsabschnitt 2c. In den mittr leren Längsabschnitt 2b der Bohrung 2 mündet ein Materialzufuhrkanal 3, welchem die mittels einer (nicht dargestellten) Schneckenpresse aufgearbeitete Kunststoffmasse in der durch einen Pfeil 4 angege benen Richtung zugeführt wird. In der Bohrung 2 ist eine Pinole 5 axial verschiebbar. Ein Teil des Schaftes 5b dieser Pinole 5 ist in den unteren, engeren Längsabschnitt 2c der Bohrung 2 dicht eingepasst.
Ein anschliessender Teil des Schaftes 5b wird von der Wand des mittleren Längsabschnitts 2b der Bohrung 2 in einem Abstand umgeben. Der Kopf 5a am (in der Zeichnung) oberen Ende der Pinole 5 ist dem konischen Verlauf des Längsabschnittes 2a der Bohrung 2 entsprechend konisch erweitert. Im Bereiche der Längsabschnitte 2a und 2b der Bohrung 2 ist zwischen der Pinole 5 und dem Gehäuse 1 ein Ringspalt 19 gebildet, wobei die Spaltweite im Bereiche des konischen Längs abschnittes 2a der Bohrung 2 durch Längsverschiebung der Pinole 5 relativ zum Gehäuse 1 veränderbar ist. Das dem konisch erweiterten Kopf 5a abgewandte Ende des Schaftes 5b der Pinole 5 ist mit einer Platte 6 verbunden. Zwischen der Platte 6 und dem Gehäuse 1 sind mehrere Stahlrohre 7 und Tellerfedern 8 mit je einer zentralen Öffnung, durch welche der Schaft 5b hindurchragt, angeordnet.
Dabei befindet sich zwischen den Rohren 7 und den Tellerfedern 8 ein Ring 9, auf welchem das eine Ende der untersten Tellerfeder aufliegt.
Die Pinole 5 hat einen zentrischen Kanal 16, welcher sich durch den Kopf 5a der Pinole und einen an diesen angrenzenden Teil des Schaftes 5b erstreckt. Beim Betrieb des Extruders wird durch diesen Kanal 16 Blasluft in den extrudierten Schlauch 17 geleitet. Im Bereich der Rohre 7 hat der Schaft 5b der Pinole 5 einen zweiten Kanal 18, durch welchen beim Betrieb des Extruders dauernd Kühlwasser geleitet wird.
Jedes der Rohre 7 trägt eine elektrische Heizwicklung 10. Die Heizwicklungen 10 sind an einem mit Wechselstrom gespeisten Reguliertransformator 11 angeschlossen. Jedes der Rohre 7 hat an einem Ende einen Kühlwassereinlass 12 und am anderen Ende einen Kühlwasserauslass 13. Das Kühlwasser wird in Richtung des Pfeiles 14 durch ein Regelventil 15 dem Einlass 12 der beiden Rohre 7 zugeführt.
Die Wirkungsweise des beschriebenen Extruders ist folgende:
Die zu extrudierende Kunststoffmasse wird unter der Wirkung der (nicht dargestellten) Schneckenpresse in Richtung des Pfeiles 4 durch den Kanal 3 in den Ringspalt 19 gepresst und aus dem (in der Zeichnung) oberen Ende desselben extrudiert, wodurch der Schlauch 17 gebildet wird. Der Schlauch 17 wird durch Blasluft, welche durch den Kanal 16 zugeführt wird, aufgeblasen. Je nach dem im Ringspalt 19 herrschenden Materialdruck stellt sich eine bestimmte Weite des konischen Teiles des Ringspaltes 19 ein, welche von der Federkonstante und der Vorspannung der Tellerfedern 8 (bzw. der Spaltweite im drucklosen Ruhezustand) abhängt. Zur willkürlichen Verstellung der Weite des konischen Teiles des Ringspaltes werden die Heizwicklungen
10 der Rohre 7 in einstellbarem Masse aus dem Reguliertransformator 11 gespeist.
Dadurch werden die Rohre 7 auf eine bestimmte Temperatur geheizt, sie dehnen sich dementsprechend aus, wodurch die Pinole 5 in der Bohrung 2 zurückgezogen und die Weite des konischen Teiles des Ringspaltes 19 verkleinert wird. Wenn die Rohrlänge beispielsweise 50 cm beträgt, dehnen sich die Rohre 7 bei einer Erwärmung von 20 auf 2000C um etwa 1,1 mm aus. Um dieselbe Strecke verschiebt sich dabei die Pinole 5, wodurch die Weite des konischen Teiles des Ringspaltes 19 um einen Betrag herabgesetzt wird, welcher durch diese Verschiebung und den Winkel gegeben ist, welchen die Mantellinien der konischen Ringspaltflächen mit der Konusachse einschliessen.
Das dauernd durch den Kanal 18 fliessende Kühlwasser verhindert, dass der Schaft 5b der Pinole 5 allmählich die Temperatur der Rohre 7 annimmt, wodurch die Wirkung der Temperatur der Rohre 7 auf die Weite des konischen Teiles des Ringspaltes 19 mehr oder weniger aufgehoben würde.
Zur Vergrösserung der Weite des konischen Teiles des Ringspaltes 19 wird der Heizstrom mittels des Reguliertransformators 11 verkleinert oder auch ganz ausgeschaltet und, um den Reguliervorgang zu beschleunigen, das Ventil 15 geöffnet, so dass die Rolle 7 von dem in Richtung des Pfeiles 14 zuströmenden Kühlwasser gekühlt werden.
Durch Betätigung des Reguliertransformators 11 und gegebenenfalls des Ventils 15 kann auf diese Weise auch der in der Düse herrschende Druck gesteuert werden; denn dieser Druck hängt vom Spannungszustand der Tellerfedern 8 ab, welcher durch änderung der Länge der Rohre 7 veränderbar ist.
Diese Steuerung der Spaltweite, bzw. des in der Düse herrschenden Druckes ist in einfacher Weise ohne Kraftaufwand während des Betriebes des Extruders möglich. Hierzu sei bemerkt, dass eine Dehnung oder Zusammendrückung der betriebsmässig einer sehr hohen Kraft von beispielsweise 20 Tonnen ausgesetzten Tellerfedern um den oben angegebenen Betrag von 1,1 mm bereits relativ grossen Änderungen der Federkraft und entsprechend grossen Änderungen des in der Düse herrschenden Druckes entspricht.
An Stelle des Reguliertransformators 11 können beispielsweise ein Potentiometer und ein magnetischer Verstärker Verwendung finden, wobei das Potentiometer den magnetischen Verstärker steuert, und dieser die Heizwicklungen 10 speist.
Der Heizstrom für die Heizwicklungen 10 kann auch automatisch gesteuert werden, beispielsweise in Abhängigkeit von der Weite des konischen Teiles des Ringspaltes. Diese Spaltweite ist durch den Abstand der Platte 6 vom Düsengehäuse 1 bestimmt.
Abhängig von diesem Abstand kann der Heizstrom beispielsweise dadurch gesteuert werden, dass am Düsengehäuse 1 der Reguliertrausformator oder ein diesem entsprechendes Potentiometer befestigt, und dessen Schleifkontakt über eine Hebelübersetzung
Extruder
The invention relates to an extruder, in particular for thermoplastics. The flow cross-section of this extruder can be changed by means of an axially displaceable member.
The force exerted by the material to be processed on the said element during the operation of such an extruder is very great; it can for example reach 20 tons. With this large effective force, it is difficult to move the member axially in order to change the flow cross-section, especially during operation of the extruder.
To overcome these difficulties, the extruder according to the invention has at least one body with a temperature-dependent dimension which influences the position of the said organ. In addition, the extruder according to the invention has controllable means for changing the temperature of this body.
Extruders are known in the channel of which a valve is installed, the closure body of which is arranged to be axially displaceable, and is under the action of a spring which presses the closure body into the closed position. This valve opens when the material to be extruded exceeds a predetermined minimum pressure. This ensures the minimum pressure during extrusion. In addition, pressure regulation is achieved.
In such an extruder with a pressure regulating valve with a closing spring, the closing part of which forms the said organ, the mentioned body is expediently arranged between the closing spring and the closing part or the valve seat. It transfers the force of the closing spring and influences its preload and thus the pressure that prevails during extrusion.
At least one electrical heating element and means for controlling the heating current can be used to change the temperature of said body. Said body can also have at least one channel for a fluid of a predetermined temperature and this channel can be equipped with means for controlling the flow rate of the fluid flowing through it. The fluid can be used to heat the body or to cool it down, e.g. B. for rapid or controlled cooling of the electrically heated body. The means for changing the temperature of said body can be both arbitrarily controllable and z. B. be automatically controlled depending on the location of the said organ.
In the latter case, in an extruder with a pressure regulating valve with a closing spring, it is possible to automatically regulate the flow cross section according to a predetermined relationship to the pressure of the material to be extruded.
In the drawing, an example embodiment of the extruder according to the invention is shown schematically in essential parts.
The single figure shows a partial longitudinal section through an extruder for the production of tubes made of thermoplastic material.
The extruder shown has a nozzle with a housing 1 with a through hole 2, the (in the drawing) upper longitudinal section 2a of which is flared and the middle longitudinal section 2b of which has a larger diameter than the (in the drawing) lower longitudinal section 2c. A material feed channel 3 opens into the central longitudinal section 2b of the bore 2, to which the plastic compound processed by means of a screw press (not shown) is fed in the direction indicated by an arrow 4. A quill 5 is axially displaceable in the bore 2. Part of the shaft 5b of this quill 5 is tightly fitted into the lower, narrower longitudinal section 2c of the bore 2.
A subsequent part of the shaft 5b is surrounded by the wall of the central longitudinal section 2b of the bore 2 at a distance. The head 5a at the (in the drawing) upper end of the quill 5 is widened conically in accordance with the conical shape of the longitudinal section 2a of the bore 2. In the areas of the longitudinal sections 2a and 2b of the bore 2, an annular gap 19 is formed between the quill 5 and the housing 1, the gap width in the area of the conical longitudinal section 2a of the bore 2 being variable by longitudinally shifting the quill 5 relative to the housing 1. The end of the shaft 5b of the quill 5 facing away from the conically enlarged head 5a is connected to a plate 6. A plurality of steel tubes 7 and disc springs 8, each with a central opening through which the shaft 5b protrudes, are arranged between the plate 6 and the housing 1.
There is a ring 9 between the tubes 7 and the disc springs 8, on which one end of the lowest disc spring rests.
The quill 5 has a central channel 16 which extends through the head 5a of the quill and a part of the shaft 5b adjoining this. When the extruder is in operation, blown air is passed through this channel 16 into the extruded tube 17. In the area of the tubes 7, the shaft 5b of the quill 5 has a second channel 18 through which cooling water is continuously passed when the extruder is in operation.
Each of the tubes 7 carries an electrical heating coil 10. The heating coils 10 are connected to a regulating transformer 11 fed with alternating current. Each of the tubes 7 has a cooling water inlet 12 at one end and a cooling water outlet 13 at the other end. The cooling water is fed in the direction of the arrow 14 through a control valve 15 to the inlet 12 of the two tubes 7.
The described extruder works as follows:
The plastic mass to be extruded is pressed under the action of the screw press (not shown) in the direction of the arrow 4 through the channel 3 into the annular gap 19 and is extruded from the upper end thereof (in the drawing), whereby the tube 17 is formed. The hose 17 is inflated by blowing air which is supplied through the channel 16. Depending on the material pressure prevailing in the annular gap 19, a certain width of the conical part of the annular gap 19 is established, which depends on the spring constant and the preload of the disc springs 8 (or the gap width in the unpressurized idle state). The heating windings are used to arbitrarily adjust the width of the conical part of the annular gap
10 of the tubes 7 are fed from the regulating transformer 11 to an adjustable extent.
As a result, the tubes 7 are heated to a certain temperature, they expand accordingly, whereby the quill 5 is withdrawn in the bore 2 and the width of the conical part of the annular gap 19 is reduced. If the tube length is 50 cm, for example, the tubes 7 expand by about 1.1 mm when heated from 20 to 2000C. The quill 5 shifts by the same distance, whereby the width of the conical part of the annular gap 19 is reduced by an amount which is given by this shift and the angle which the surface lines of the conical annular gap surfaces enclose with the cone axis.
The cooling water flowing continuously through the channel 18 prevents the shaft 5b of the quill 5 gradually assuming the temperature of the tubes 7, whereby the effect of the temperature of the tubes 7 on the width of the conical part of the annular gap 19 would be more or less canceled.
To increase the width of the conical part of the annular gap 19, the heating current is reduced or switched off entirely by means of the regulating transformer 11 and, to accelerate the regulating process, the valve 15 is opened so that the roller 7 is cooled by the cooling water flowing in in the direction of the arrow 14 will.
By actuating the regulating transformer 11 and, if necessary, the valve 15, the pressure prevailing in the nozzle can also be controlled in this way; because this pressure depends on the tension state of the disc springs 8, which can be changed by changing the length of the tubes 7.
This control of the gap width or of the pressure prevailing in the nozzle is possible in a simple manner without expenditure of force during the operation of the extruder. It should be noted that an expansion or compression of the plate springs, which are subjected to a very high force of 20 tons, for example, by the amount of 1.1 mm specified above corresponds to relatively large changes in the spring force and correspondingly large changes in the pressure prevailing in the nozzle.
Instead of the regulating transformer 11, a potentiometer and a magnetic amplifier can be used, for example, the potentiometer controlling the magnetic amplifier and this feeding the heating windings 10.
The heating current for the heating windings 10 can also be controlled automatically, for example as a function of the width of the conical part of the annular gap. This gap width is determined by the distance between the plate 6 and the nozzle housing 1.
Depending on this distance, the heating current can be controlled, for example, by attaching the regulating transformer or a corresponding potentiometer to the nozzle housing 1 and its sliding contact via a lever transmission