DE102009034565B4 - Heating and cooling device for an extruder cylinder and method for its operation - Google Patents
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Abstract
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 mehreren, in einem Gehäuse (7) angeordneten, den Extruderzylinder (3) als Halbschalenelemente umfassende, ein Heizelement (22) und ein Kühlelement (17) aufweisende, oberen und unteren Heiz- Kühlvorrichtungen (24, 25) und mit einem mit einer Soll- Temperaturregeleinrichtung (47) einer Anlagen- Steuer- und Regeleinrichtung (40) verbundenen Temperatursensor (35) und mit Temperaturerfassungsmitteln (33) für eine Temperaturerfassung des Zylindermantels (4) und mit einem mit der Anlagen- Steuer- und Regeleinrichtung (40) verbundenen Kühlluftgebläse (10), dadurch gekennzeichnet, dass 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.Heating and cooling device (2) for an extruder cylinder (3) for discharging a plastic compound with several heating and cooling sections (1) arranged one behind the other in the longitudinal direction of a cylinder jacket (4) of the extruder cylinder (3), each with heating and cooling section (1) several, arranged in a housing (7), the extruder cylinder (3) as half-shell elements, a heating element (22) and a cooling element (17) having, upper and lower heating and cooling devices (24, 25) and with a with a target Temperature control device (47) of a system control and regulating device (40) connected to a temperature sensor (35) and with temperature detection means (33) for detecting the temperature of the cylinder jacket (4) and with a cooling air fan connected to the system control and regulating device (40) ( 10), characterized in that at least the heating elements (22) of the upper heating and cooling devices (24) have a temperature difference control device in a line (41) (53) is arranged upstream with a power control means (46) and a temperature difference value transmitter (56) of the temperature difference control device (53) is wired to the target temperature control device (47) and the temperature detection means (33).
Description
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.The invention relates to a heating and cooling device as described in the preamble of
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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.The object of the invention is to create a heating and cooling device with which small temperature differences in an extruder cylinder can be maintained with a high degree of constancy of a predetermined target temperature.
Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst 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.This object is achieved with a device with the features of
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. Durch die im Anspruch 3 beschriebene vorteilhafte Weiterbildung wir eine verzögerungsfreie Ein- Ausschaltung der Leistungszufuhr erreicht.However, a further development as described in
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 einsetzbar ist.Advantageous further developments are also given in
Weiters wird aber auch die Implementierung geänderter Steuerungsparameter durch den Einsatz eines Prozessors erreicht wodurch Programmumstellungen vereinfacht werden und damit derartige Anlagen flexibler im Einsatz sind und Verfahrens- und Investitionskosten vielfach eingespart werden.Furthermore, the implementation of changed control parameters is achieved through the use of a processor, whereby program changes are simplified and such systems can be used more flexibly and process and investment costs are often saved.
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 dem durch einen Extruderzylinder geförderten Massestrom erreicht wird.The object of the invention is also to provide a method for operating a heating and cooling device for an extruder cylinder with which the lowest possible heat difference and minimal deviation from a predetermined target temperature is achieved in the mass flow conveyed through an extruder cylinder.
Diese Aufgabe der Erfindung wird durch die im Anspruch 13 wiedergegebenen Maßnahmen gelöst. Der überraschende Vorteil dabei ist, dass damit ein Verfahren zur Vermeidung einer Zylinderverformung durch einfache Maßnahmen auch für bestehende Anlagen nachrüstbar ist.This object of the invention is achieved by the measures given in
Die Aufgabe der Erfindung wird aber auch durch die im Anspruch 14 wieder gegebenen Maßnahmen gelöst 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.The object of the invention is also achieved by the measures given in
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.For a better understanding of the invention, it is explained in more detail with reference to the following figures.
Es zeigen jeweils in stark schematisch vereinfachter Darstellung:
-
1 einen Teilbereich eines Extruderzylinders mit der erfindungsgemäßen Heiz- und Kühleinrichtung, teilweise geschnitten; -
2 die Heiz- und Kühleinrichtung an einem Extruderzylinder geschnitten gemäß den Linien II-II in1 ; -
3 ein Funktionsschaltbild der erfindungsgemäßen Heiz- und Kühleinrichtung in vereinfachter Darstellung; -
4 ein Temperaturverlaufsdiagramm bei einer beispielsweisen Regelungscharakteristik der erfindungsgemäßen Heiz- und Kühleinrichtung; -
5 eine andere Ausbildung der erfindungsgemäßen Heiz- und Kühleinrichtung in vereinfachter Darstellung.
-
1 a partial area of an extruder cylinder with the heating and cooling device according to the invention, partially in section; -
2 the heating and cooling device on an extruder cylinder cut according to lines II-II in1 ; -
3 a functional diagram of the heating and cooling device according to the invention in a simplified representation; -
4th a temperature profile diagram with an exemplary control characteristic of the heating and cooling device according to the invention; -
5 another embodiment of the heating and cooling device according to the invention in a simplified representation.
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.By way of introduction, it should be noted that in the differently described embodiments, the same parts are provided with the same reference symbols or the same component names, whereby the disclosures contained in the entire description can be transferred accordingly to the same parts with the same reference symbols or the same component names. The location details chosen in the description, such as Top, bottom, side, etc. refer to the figure immediately described and shown and are to be transferred accordingly to the new position in the event of a change in position. Furthermore, individual features or combinations of features from the different exemplary embodiments shown and described can also represent independent, inventive or inventive solutions.
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
In den
Die gezeigte und nachfolgend im Detail beschriebene Heiz- und Kühleinrichtung
Der Extruderzylinder
Im Detail wird nun eine der Heiz- und Kühlsektionen
In dem vom Gehäuse
Zwischen den Kühlfahnen
Jeweils ein Kühlelement
Bevorzugt werden die Halbschalenabschnitte, die in einer horizontalen, sich durch eine Längsmittelachse
Wie den Figuren zu entnehmen, sind in der Heiz- und Kühlsektion
In diesem Zwischenraum
Zur Überwachung und Regelung der Temperatur im inneren des Extruderzylinders
Diese Temperatursensoren
Bevorzugt sind zwei dieser standardmäßig für die Temperaturerfassung und Temperaturregelung
Wie weiter der
In der
Die Energiezufuhr für eine Heiz- und Kühlphase zu den Heizelementen
Der Temperatursensor
Um ein Überschreiten einer Toleranzgrenze der Soll- Temperatur zu verhindern, und ein rasches Reagieren der Heiz- und Kühleinrichtung
Die Anlagen- Steuer- und Regeleinrichtung
Wie bereits an Hand der vorhergehenden Fig. beschrieben, sind je Heiz- und Kühlsektion
Damit wird eine exakte Regelung der Soll- Temperatur T(s) und damit schädliche Temperaturschwankungen im Massestrom
Es wird noch darauf verwiesen, dass die Temperatur- Differenzregeleinrichtung
An Hand der in
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. DiesDue to the physically determined heat flow, T (o) is higher than T (u) and thus a temperature range is established, whereby in the ideal case a target temperature T (s) is set approximately between T (o) and T (u) and the material must be specified for the processing of a plastic compound. This
Wie der
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 für T(o) und T(u) vermitteln.In the cooling phase, the direct action of the cooling air flow from the cooling air fan in the lower cylinder area causes a rapid decrease in temperature T (u), while a delayed decrease in temperature T (o) in the upper cylinder area also results in a temperature difference DT that is temporarily greater than intended a - as also conveyed by the curves shown for T (o) and T (u).
Durch die Ausbildung der Heiz- und Kühleinrichtung
In der Kühlphase tritt durch die unmittelbare Beaufschlagung der unteren Heiz- und Kühlvorrichtungen
Der Extruderzylinder
Nach diesem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen für die Temperatur- Differenzregelung vorgesehen, die Temperaturdifferenz im Extruderzylinder
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
Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten der Heiz- und Kühleinrichtung
Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus der Heiz- und Kühleinrichtung diese bzw. deren Bestandteile teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt wurden.For the sake of clarity, it should finally be pointed out that, for a better understanding of the structure of the heating and cooling device, these or their components have been shown partially not to scale and / or enlarged and / or reduced.
Die den eigenständigen erfinderischen Lösungen zugrundeliegende Aufgabe kann der Beschreibung entnommen werden.The task on which the independent inventive solutions are based can be found in the description.
Vor allem können die einzelnen in den
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- Heiz- und KühlsektionHeating and cooling section
- 22
- Heiz- und KühleinrichtungHeating and cooling equipment
- 33
- ExtruderzylinderExtruder barrel
- 44th
- ZylindermantelCylinder jacket
- 55
- Rohr pipe
- 66th
- Rohrpipe
- 77th
- Gehäusecasing
- 88th
- Öffnungopening
- 99
- BasisplatteBase plate
- 1010
- Kühlluftgehäuse Cooling air housing
- 1111
- LuftleitgehäuseAir guide housing
- 1212
- Pfeilarrow
- 1313
- Klappeflap
- 1414th
- Innenrauminner space
- 1515th
- Gitterbereich Grid area
- 16 1716 17
- KühlelementCooling element
- 1818th
- BasischenkelBase leg
- 1919th
- Oberflächesurface
- 2020th
- Seitenschenkel Side thighs
- 2121st
- KühlfahneCooling vane
- 2222nd
- HeizelementHeating element
- 2323
- GliederbandLink belt
- 2424
- Heiz- und KühlvorrichtungHeating and cooling device
- 2525th
- Heiz- und Kühlvorrichtung Heating and cooling device
- 2626th
- LängsmittelachseLongitudinal central axis
- 2727
- Ebenelevel
- 2828
- SpannbandTension band
- 2929
- SeitenabstandSide spacing
- 3030th
- Zwischenraum Space
- 3131
- SeitenabstandSide spacing
- 3232
- FühlerelementSensing element
- 3333
- TemperaturerfassungsmittelTemperature sensing means
- 3434
- ScheitelpunktVertex
- 3535
- Temperatursensor Temperature sensor
- 3636
- FühlerelementSensing element
- 3737
- InnenoberflächeInner surface
- 3838
- ZentrumswinkelCenter angle
- 3939
- EnergienetzEnergy network
- 4040
- Anlagen- Steuer- und Regeleinrichtung Plant control and regulation device
- 4141
- Leitungmanagement
- 4242
- Leitungmanagement
- 4343
- Leitungmanagement
- 4444
- Leitungmanagement
- 4545
- Massestrom Mass flow
- 4646
- LeistungsregelmittelPower control means
- 4747
- Soll- TemperaturregeleinrichtungTarget temperature control device
- 4848
- Leitungmanagement
- 4949
- Leitungmanagement
- 5050
- Vergleicherschaltweiche Comparator switch
- 5151
- LeistungsregelmittelPower control means
- 5252
- Leitungmanagement
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- Temperatur- DifferenzregeleinrichtungTemperature differential control device
- 5454
- Prozessorprocessor
- 5555
- Soll- Temperaturregelglied Target temperature control element
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- Temperatur- DifferenzwertgeberTemperature differential value transmitter
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- AusnehmungRecess
- 5858
- Leitungmanagement
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- VergleicherschaltungComparator circuit
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