DE1236178B

DE1236178B - Vorrichtung zur zonenweisen Steuerung der Arbeitstemperatur von thermoplastische Kunststoffe verarbeitenden Maschinen

Info

Publication number: DE1236178B
Application number: DEA38473A
Authority: DE
Inventors: Alfred Hohn Ainley; Ellis Heap; John Albert Wright
Original assignee: Associated Electrical Industries Ltd
Current assignee: Associated Electrical Industries Ltd
Priority date: 1960-10-05
Filing date: 1961-10-04
Publication date: 1967-03-09
Also published as: US3200878A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

B29f

Deutsche Kl.: 39 a4 - 3/08

Nummer: 1236178

Aktenzeichen: A 38473 X/39 a4

Anmeldetag: 4. Oktober 1961

Auslegetag: 9. März 1967

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur zonenweisen Steuerung der Arbeitstemperatur von thermoplastische Kunststoffe verarbeitenden Maschinen, beispielsweise Schneckenstrangpressen und Spritzgießmaschinen, bei denen der zu verarbeitende Werkstoff durch einen mittels mehrerer und getrennt voneinander angeordneter Induktionswicklungen auf induktivem Wege elektrisch beheizten Zylinder gedrückt wird und die Mittel aufweisen, den Zylinder mittels eines flüssigen Mediums zu kühlen.

Bei den bekannten Schneckenstrangpressen und Spritzgießmaschinen wird das beheizte Kunststoffmaterial mittels eines als Förderschnecke ausgebildeten rotierenden Kerns bzw. bei einigen Spritzgießmaschinen mittels eines Kolbens durch einen Zylinder oder ein Rohr gedrückt.

Um zu gewährleisten, daß das Kunststoffmaterial während seiner Bewegung durch den Zylinder warm bleibt, ist es erforderlich, den Zylinder zu beheizen, was vorzugsweise elektrisch erfolgt. Bei einer bekannten Schneckenstrangpresse sind zu diesem Zweck mehrere Induktionsheizspulen im Abstand voneinander um den Zylinder der Presse über dessen Gesamtlänge angeordnet. Die Spulen werden durch Wechselstrom mit Netzfrequenz erregt, und bei erregten Spulen wird der Zylinder über seine Längsausdehnung halbwegs gleichmäßig aufgeheizt. Bei der Bearbeitung und Förderung des Kunststoffmaterials in dem Zylinder wird zusätzlich Wärme erzeugt. Wenn daher der Zylinder durch die Induktionsspulen einmal auf eine vorbestimmte Arbeitstemperatur aufgeheizt ist, kann er leicht überhitzt werden, auch wenn der elektrische Strom zu den Spulen abgeschaltet wird. Um diese Gefahr einzudämmen, ist bei der bekannten Strangpresse eine Anordnung vorgesehen, durch die über ringförmige Kanäle ein Kühlmedium in Berührung mit der Oberfläche des Zylinders gebracht werden kann. Die Kanäle sind jeweils zwischen der Oberfläche des Zylinders und einem ringförmigen Gehäuse mit U-förmigem Querschnitt ausgebildet, das konzentrisch zu dem Zylinder angeordnet und auf diesem abgedichtet befestigt ist.

Die ringförmigen Gehäuse dienen auch gleichzeitig zur Unterbringung der Induktionsspulen. Da jedoch bei dieser bekannten Anordnung nur eine begrenzte Zahl von Gehäusen entlang dem Zylinder vorgesehen ist, ist die Kühlmittelmenge, die in Berührung mit der Oberfläche des Zylinders gelangt, begrenzt. Die bekannte Anordnung erfordert ferner Sicherheitsvorkehrungen, damit das Kühlmittel die Isolation auf den Leitern der Induktionsspulen nicht beschädigt. Weiterhin besteht bei dieser bekannten Anordnung Vorrichtung zur zonenweisen Steuerung der
Arbeitstemperatur von thermoplastische
Kunststoffe verarbeitenden Maschinen

Anmelder:

Associated Electrical Industries Limited,

London;

The General Engineering Company Limited,

Radcliffe, Manchester, Lancashire

(Großbritannien)

Vertreter:

Dr.-Ing. W. Reichel, Patentanwalt,

Frankfurt/M., Parkstr. 13

Als Erfinder benannt:

Alfred Hohn Ainley,

Strefford, Manchester, Lancashire;

John Albert Wright, Timperley, Cheshire;

Ellis Heap,

Crest, Rochdale, Lancashire (Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 5. Oktober 1960 (34 155)

die Gefahr von Undichtigkeiten gegenüber den Induktionsspulen, und eine leicht regelbare Wärmeabfuhr sowie eine einfache Reinigungsmöglichkeit der Kühlmittelkanäle ist nicht gewährleistet.

Zur Beheizung der Zylinder von Strangpressen und ähnlichen Einrichtungen ist es ferner bekannt, elektrische Widerstandsheizspulen um den Zylinder anzuordnen. Die Kühlung der Zylinder erfolgt hier durch Kühlwasser oder sonstige fließende Kühlmedien, die durch Kanäle geleitet werden, die unmittelbar in dem Zylinder oder das umgebende Gehäuse eingearbeitet sind. Die Einarbeitung der Kühlmittelkanäle in die Teile des Zylinders ist jedoch aufwendig und entsprechend teuer. Darüber hinaus ist die Reinigung dieser Kühlmittelkanäle schwierig.

Bei der Verwendung von Widerstandsheizelementen zur Beheizung der Strangpressenzylinder ist es ferner bekannt, Kühlrohre in entsprechende Nuten am Umfang des Zylinderkörpers einzubetten und die Widerstandsheizelemente darüber anzuordnen. Hier-

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bei ist es auch üblich, die den Heizelementen gegenüberliegende Seite der Kühlrohre abzuflachen. Durch die Einbettung der Kühlrohre in die Nuten am Zylinderkörper ist jedoch auch diese Anordnung verhältnismäßig aufwendig. Sämtlichen oben angeführten bekannten Einrichtungen haftet ferner der Nachteil an, daß sie keinen örtlich begrenzten Durchfluß des Kühlmediums zur lokalisierten Wärmeabfuhr ermöglichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben angeführten Nachteile zu vermeiden und an Schneckenstrangpressen und Spritzgießmaschinen mit Induktionsheizspulen eine wirtschaftlich herstellbare Kühlanordnung für den Arbeitszylinder vorzusehen, die eine besonders schnelle und regional leicht steuerbare Abfuhr der Wärme und eine leichte Reinigung der Kühlmittelkanäle ermöglicht sowie die Gefahr von Undichtigkeiten stark verringert.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung gelöst, die durch die Vereinigung folgender Merkmale gekennzeichnet ist:

1. Wendelförmig um den Zylinder gewickelte und auf diesem fest aufliegende Kühlmittelrohre,

2. Abflachung der Kühlmittelrohre auf der dem Zylinder zugekehrten Seite,

3. eine die Kühlmittelrohre umgebende und an diesen anliegende zylindrische Hülse und

4. Befestigung der die Induktionswicklungen einschließenden Gehäuse auf der zylindrischen Hülse. ,, ,

Dadurch ist ein relativ einfacher Zusammenbau der Vorrichtung, ein guter Wärmeübergang zwischen dem Zylinder und den Kühlmittelrohren und eine bequeme Steuerung der Wärmeabfuhr an dem jeweils gewünschten Bereich des Arbeitszylinders gewährleistet. Der Durchmesser der Abflachung der Kühlmittelrohre ist in bezug auf den Außendurchmesser des Zylinders geringfügig kleiner, so daß unter Ausnutzung der Dehnung der Kühlmittelrohre ein enger Sitz auf dem Zylinder erreicht wird. Die Ausführung bietet eine große Wärmeübertragungsfläche, und gleichzeitig können die Kühlmittelrohre bei Bedarf leicht demontiert werden.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sind auf dem Bereich des Zylinders, dessen Temperatur gesteuert werden soll, oder auf einer Anzahl von in Axialrichtüng unter Abständen liegenden Bereichen mehrere voneinander getrennte Kühlmittelrohre angeordnet, die eine mehrgängige Schraubenwicklung bilden, wobei jede der einzelnen Wicklungen über einen besonderen Einlaß mit einer gemeinsamen Kühlmittelzuführung in Verbindung steht. Dadurch ist eine sehr flexible Steuerung der Wärmeabfuhr möglich.

Um eine Blockierung der Kühlmittelrohre durch Ablagerungen zu vermeiden, sind gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung selbsttätig arbeitende Einrichtungen zum Entfernen von verbleibendem Kühlmittel in der oder den Kühlmittelrohren vorgesehen.

Ein Ausführungsbeispiel einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Temperatursteuervorrichtung wird im folgenden an Hand von vereinfachten schematischen Zeichnungen beschrieben, in denen

F i g. 1 eine Vorrichtung einer aus drei Zonen bestehenden Temperatursteuerung für einen Strangpreßzylinder darstellt, die teilweise in einer durch die Zylinderachse verlaufenden Ebene geschnitten ist;

Fig. 2 ist eine Endansicht der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung;

F i g. 3 ist eine Vergrößerung eines Abschnittes der mittleren Temperatursteuerungszone;

Fig. 4 ist ein Schaltbild einer Ventilsteuerungsschaltung.

Entsprechend den Zeichnungen enthält eine Temperatursteuerungsvorrichtung für einen Zylinder 1 eine geeignete Anzahl Steuerzonen, wobei die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung aus drei ähnlichen Zonen zusammengesetzt ist und gruppenweise oder einzeln gesteuert werden kann.

Die mittlere Zone enthält zwei Induktionswicklungen 2, 3 und einen Satz vorgeformter Kühlmittelrohre 4, die um den Zylinder 1 herumgewickelt sind. Es sind Einlasse 4 α und entsprechende Auslässe 4 b der Kühlwicklungen vorgesehen. Die Kühlmittelrohre werden von einer geteilten Hülse 5 abgedeckt, und jede Induktionsspule ist in einem oberen und unteren Gehäuse 6 und 7 eingeschlossen, die auf der Hülse 5 durch Schrauben 8 befestigt sind, welche Flansche 9 gegeneinanderziehen. Der gesamte Aufbau kann aus rostfreiem Stahl bestehen, mit Ausnahme der Kühlmittelrohre 4, deren Material eine Nickelverbindung sein kann. Die Steuerzonen auf beiden Seiten der mittleren Zone besitzen einen identischen Aufbau. Beim Betrieb werden die drei Einlasse 4 α der Kühlmittelrohre 4 von einer gemeinsamen Wasserzufuhr über einzelne Ventile versorgt, und die Kühlung wird durch Verwendung eines, zweier oder, falls nötig, sämtlicher drei Kühlmittelrohre gesteuert. Die gleiche Steuerung ist für die Zonen auf beiden Seiten der mittleren Zone möglich.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf den vorstehend im einzelnen beschriebenen Aufbau. Bei bestimmten Extrudern hat es sich als günstig herausgestellt, eine größere Zahl nebeneinanderliegender Kühlmittelrohre pro Zone anstatt nur drei zu verwenden. Für die Kühlmittelrohre läßt sich jedes beliebige nicht magnetische rostfreie Material hoher Widerstandsfähigkeit benutzen.

Die geteilte Hülse 5 und die Gehäuse 6, 7 können magnetisierbar sein und aus Weicheisen bestehen. Andererseits kann eins der Gehäuse 6 oder 7 aus Weicheisen und die Hülse 5 aus rostfreiem Stahl bestehen. Wenn ein Kühlmittelrohr nicht benutzt wird, würde das sich in ihm befindliche Wasser wegkochen und abgelagerte Verunreinigungen zurücklassen, welche die Wirksamkeit der Kühlung beeinträchtigen und eventuell zu einer Verstopfung führen. Um diesem vorzubeugen, ist eine Druckluftanlage über besondere Ventile vorgesehen, die vorzugsweise· elekirisch mit den Wassersteuerventilen so gekoppelt sind, daß, wenn ein Wasserventil geschlossen ist, das entsprechende Luftventil öffnet, damit der Luftdruck das Wasser ausbläst, bevor eine Ablagerung stattfindet. Eine Zeitsteuervorrichtung schließt das Luftventil nach einem vorbestimmten Zeitablauf.

F i g. 4 ist ein vereinfachtes Schaltbild einer elektrischen Steuerschaltung für die Ventile zur Steuerung des Kühlwassers in Kühlwicklungen und zum Zwecke der Reinigung.

Die Steuerschaltung wird von einer Wechselstromversorgung über die Klemmen a, b gespeist und enthält einen Schalter C, dessen Spule c über einen Kippschalter S gesteuert wird. Verschiedene Kontakt-

sätze C_w und C_u in dem Schalter C sind mit dem Solenoid S_w des Wasserventils W bzw. über eine Zeitsteuerungseinheit T mit dem Solenoid S_a zur Steuerung des normalerweise geschlossenen Luftventils A verbunden. A _e ist die Luftzuführungsleitung, W₁₁ die Wasserzuführungsleitung und 0 die Ausgangsleistung zu den um den Zylinder herumliegenden Kühlmittelrohren, beispielsweise zu den Kühlmittelrohren 4 in den Fig. 1 und 3.

Wenn der Kippschalter S betätigt wird, schließt der Schalter C den Kreis zu dem Solenoid S_w des normalerweise geschlossenen Wasserventils W, wodurch Wasser durch die Wicklungen 4 fließen kann. Zu gleicher Zeit wird der Stromkreis zu dem Zeitsteuergerät T geöffnet, wodurch ein Zeitsteuerrelais in diesem Gerät in seine Ausgangslage zurückgeführt wird, ohne daß das normalerweise geschlossene Luftventil A öffnet. Nach Beendigung der Kühlung wird der Kippschalter S abgeschaltet, wodurch der Kreis zum Ventil W geöffnet und die Wasserzufuhr abgestellt ist. Zur selben Zeit ist der Kreis über den Schalter C zum Zeitsteuergerät T geschlossen, wodurch das Zeiteinstellrelais betätigt wird und seinerseits das Ventil A öffnet, so daß Luft durch die Kühlmittelrohre 4 strömen kann. Nach einer Zeitdauer von beispielsweise 10 bis 15 Sekunden schaltet das Zeitsteuerrelais ab und schließt das Ventil A, worauf das System für den nächsten Kühlarbeitskreislauf in Bereitschaft steht.

Die Primärinduktionswicklungen werden getrennt gewickelt und später auf die Hülse 5 montiert. Jede Primärwicklung 2, 3 wird in Lagen auf einen nicht dargestellten Spulenkörper aufgewickelt, wobei geeignetes biegsames Isoliermaterial zwischen jeder Schicht angeordnet wird. Nachdem die Wicklung fertig ist, wird sie von dem Spulenkörper entfernt und mit einer äußeren Isolation umgeben, indem geeignetes Isolierband ringförmig um die Wicklung gewickelt wird, um diese vollständig abzudichten. Falls das verwendete Isoliermaterial vulkanisierbare Harze enthält, wird die selbsttragende Wicklung anschließend in bekannter Weise einer endgültigen Wärmebehandlung unterzogen, wobei die Temperatur und andere Bedingungen der Wärmebehandlung von der Art des benutzten Isoliermaterials abhängen. Wenn die Kühlmittelrohre 4 auf den Zylinder 1 aufgepaßt worden sind und die Hülse 5 sich in ihrer richtigen Stellung befindet, wird die vollständige Heizwicklung an den für sie vorgesehenen Platz gebracht, indem man sie über die Hülse schiebt. Die Gehäuse 6 und 7 der Heizeinheit werden darauf in der ihnen zukommenden Stellung festgeklemmt. Die Abschnitte Aa und Ab der Kühlmittelrohre 4, die als Einlasse und Auslässe dienen sollen, werden von dem Zylinder 1 abgewickelt, nachdem der Einbau der Induktionsspulen beendet ist. Wenn andererseits die Induktionswicklungen abgezogen werden sollen, werden zu gleicher Zeit die Kühlmittelrohre entfernt.

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur zonenweisen Steuerung der Arbeitstemperatur von thermoplastische Kunststoffe verarbeitenden Maschinen, beispielsweise Schneckenstrangpressen und Spritzgießmaschinen, bei denen der zu verarbeitende Werkstoff durch einen mittels mehrerer und getrennt voneinander angeordneter Induktionswicklungen auf induktivem Wege elektrisch beheizten Zylinder gedrückt wird und die Mittel aufweisen, den Zylinder mittels eines flüssigen Mediums zu kühlen, gekennzeichnet durch die Vereinigung folgender Merkmale:

1. Wendelförmig um den Zylinder (1) gewickelte und auf diesem fest aufliegende Kühlmittelrohre (4),

2. Abflachung der Kühlmittelrohre (4) auf der dem Zylinder (1) zugekehrten Seite,

3. eine die Kühlmittelrohre (4) umgebende und an diesen anliegende zylindrische Hülse (5) und

4. Befestigung der die Induktionswicklungen (2, 3) einschließenden Gehäuse (6, 7) auf der zylindrischen Hülse (5).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelrohre (4) aus nichtmagnetischem Werkstoff hoher Widerstandsfähigkeit bestehen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuse (6, 7) für die Induktionswicklungen (2,3) und die die Kühlmittelrohre (4) umgebende Hülse (5) aus nichtmagnetischem Material hoher Widerstandsfähigkeit, beispielsweise rostfreiem Stahl, bestehen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuse (6, 7) für die Induktionswicklungen (2, 3) aus Weicheisen und die die Kühlmittelrohre (4) umgebende Hülse (5) aus nichtmagnetischem Material hoher Widerstandsfähigkeit, beispielsweise rostfreiem Stahl, bestehen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß längs des Zylinders (1) in unter Abständen liegenden Bereichen eine Anzahl gleicher Heiz- und Kühleinheiten vorgesehen sind, die wenigstens eine Induktionswicklung (2, 3) sowie eine Gruppe von Kühlmittelrohren (4) mit einem Einlaß (4 d) und einem Auslaß (4 b) umfassen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Zylinder wenigstens drei gleiche Heiz- und Kühleinheiten vorgesehen sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Bereich des Zylinders, dessen Temperatur gesteuert werden soll, oder auf einer Anzahl von in Axialrichtung unter Abständen liegenden Bereicheri mehrere voneinander getrennte Kühlmittelrohre (4) angeordnet sind, die eine mehrgängige Schraubenwicklung bilden, wobei jede der einzelnen Wicklungen über einen besonderen Einlaß (4 a) mit einer gemeinsamen Kühlmittelzuführung in Verbindung steht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch selbsttätig arbeitende Einrichtungen zum Entfernen von verbleibendem Kühlmittel in der oder den Kühlmittelrohren, die nicht für Kühlzwecke herangezogen sind, wenn die Kühlmittelzufuhr zu dem oder den Kühlmittelrohren abgesperrt ist (Fig. 4).

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur selbsttätigen Reinigung oder Entleerung der Kühlmittelrohre eine Druckluftanlage (A _e) und Steuer-

ventile für die Wasserzufuhr enthalten, die mit besonderen, die Druckluftanlage steuernden Ventilen (A) derart gekoppelt sind, daß beim Schließen eines wassergesteuerten Ventils das entsprechende Druckluftventil geöffnet ist und die Druckluft das verbliebene Wasser ausblasen kann.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch ein Zeitsteuergerät (Γ) zum

Schließen des Luftventils nach einer vorbestimmten Zeitdauer.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Schweizerische Patentschrift Nr. 297 508; britische Patentschriften Nr. 826 008, 828 083; USA.-Patentschriften Nr. 2 460 831, 2 522 365, 541 201.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen