DE1778683B2 - Druckregelvorrichtung fuer die verbindungsleitung zwischen einer strangpresse und einer an diese angeschlossenen formvorrichtung fuer kunststoffprofile - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Druckregelvorrichtung für die Verbindungsleitung zwischen einer Strangpresse und einer an diese angeschlossenen Formvorrichtung für Kunststoffprofile, wobei in der Verbindungsleitung ein Drucksteuerventil und eine Druckmeßaufnahmevorrichtung vorgesehen sind und das Drucksteuerventil einen durch den Druck in der Verbindungsleitung betätigbaren Steuerkolben aufweist.

Aus der US-PS 25 66 854 ist eine Drucksteuervorrichtung bekannt, bei der die Steuerung des Extruder-Ausgangsdrucks von Kunststoffmaterial bei einer Strangpresse über eine axiale Verschiebung der Extrusionsschnecke im Gehäuse der Presse vorgenommen wird. Durch diese Verschiebung wird bei einer Extrusionsschnecke mit trichterförmig konvergierender Extrusionswandung der freie Randabstand zwischen Schnekkenaußenradius und umhüllender Wandung, bei einer zylinderförmigen Schneckenwandung der Austrittsquerschnitt für das Kunststoffmaterial am Schneckenende verstellt. Zur Veränderung des Druckpegels muß also die ganze Extrusionsschnecke innerhalb der Kunststoffschmelze hin- und herbewegt werden. Hierdurch ist allerdings weder eine besonders schnelle Reaktion auf Druckschwankungen in der Schmelze selbst, noch eine besonders feine Dosierbarkeit der Verstellung überhaupt möglich. Der bekannte mechanische Verstellmerhanismus ist überdies hinsichtlich der Vielzahl der verwendeten bewegten Teile, wie auch im Hinblick auf das gewählte Verstellprinzip (Hebelmechanismus mit Drehzapfenlagerung in Eingriff mit Verschiebespindel) bemerkenswert kompliziert. Die bekannte Drucksteuer-Vorrichtung ist weder in der Schnelligkeit des Ansprechens noch in der Feinheit der Dosiermöglichkeit sowie von der Bauart der Vorrichtung her gesehen zur Ausregelung der in der Kunststoffschmelze häufig und schnell auftretenden Druckschwankungen in zufriedenstellendem Maß geeignet. Überdies wird bei der bekannten Vorrichtung ein Fühlglied verwendet, das weder nach seinem Aufbau noch nach seiner Anordnung in der Lage ist (und hierfür auch nicht bestimmt ist), eine Druckschwankung innerhalb der Schmelze vor der Extrusion der Schmelze zum Extrusionsprodukt überhaupt festzustellen.

Aus der DT-AS !0 37 119 (NL-PS 95 803) ist eine Druckregelvorrichtung für die Verbindungsleitung zwischen einer Strangpresse und einer an diese angeschlossenen Formvorrichtung für Kunststoffprofile bekannt, wobei in der Verbindungsleitung ein Drucksteuerventil und eine Druckmeßaufnahmevorrichtung vorgesehen sind und das Drucksteuerventil einen durch den Druck in der Verbindungsleitung betätigbaren Steuerkolben aufweist. Die Steuerung des in der Kunststoffschmelze vorherrschenden Drucks wird dabei über ein Drucksteuerventil bewirkt, das in der Formvorrichtung etwas vor deren Ausgang angebracht ist. Auch bei dieser bekannten Druckregelvorrichtung hat es sich gezeigt, daß noch ziemlich starke Druckschwankungen in der Kunststoffschmelze vorkommen können. Sie werden dadurch hervorgerufen, daß sich der Druck langsam ändert, woraufhin der Steuerkoiben des Drucksteuerventils unter Umständen dazu neigt, sich festzusetzen. Infolge der hohen Viskosität des zu verarbeitenden Kunststoffs wird auch ein schnelles Ansprechen des Steuerkolbens auf Druckschwankungen verhindert. Dies bedeutet, daß der Steuerkoiben des Drucksteuerventils Druckschwankungen in der Kunststoffschmelze nicht so zufriedenstellend einregelt, wie man dies erwarten möchte. Überdies ist es infolge der Reibung zwischen Steuerkolben und seiner Führung nötig, für einen höheren Gegendruck, beispielsweise durch Druckluft, Sorge zu tragen, als dies vom angewendeten Regelverfahren her tatsächlich erforderlich wäre. Es hat sich zudem gezeigt, daß nach Durchströmen der Schmelze durch das Drucksteuerventil erneut Druckschwankungen auftreten oder die verbliebenen Druckschwankungen im Zufuhrkanal zwischen dem Drucksteuerventil und der Formvorrichtung verstärkt werden können. Solche Druckschwankungen in dem geschmolzenen Kunststoff führen aber zu einem geringen Ausstoß, da die Produktion durch den maximal zulässigen Druck in der Vorrichtung hinter dem Drucksteuerventil begrenzt wird. Entsprechend stellt sich bei stärkeren Druckschwankungen und bei einem gegebenen maximal zulässigen Flüssigkeitsdruck ein niedrigerer, durchschnittlicher Flüssigkeitsdruck ein, wodurch dann der Gesamtausstoß der Vorrichtung geringer ist. Weiterhin ist bei der Herstellung nicht runder Profile die Produktionsgeschwindigkeit durch denjenigen Kunststoffdruck begrenzt, oberhalb dessen die stranggepreßten Kuriststoffprofile nicht mehr die Gestalt der Formvorrichtung beibehalten.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Druckregelvorrichtung der einleitend genannten Art derart zu verbessern, daß eine schnelle Ausgleichbarkeit von η der Kunststoffschmelze noch

vor deren Extrusion auftretenden Druckschwankungen möglich ist und eine erhebliche Verbesserung in der Gleichmäßigkeit des Schmelzendruckes erzielt wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung der gattungsgemäßen Art dadurch gelöst, daß der Steuerkolben mit einer Membran in Wirkverbindung steht, die mit einem Druckgas beaufschlagbar ist, wofür zwei Zuleitungen vorgesehen sind, die jeweils an eine Druckgasquelle angeschlossen sind, wobei uie Druckgasquellen voneinander verschiedene Gasdrücke aufweisen, ufid daß in jeder dieser Zuleitungen ein betätigbares Ventil vorgesehen ist, wobei die Ventile mit der Druckaufnahmevorrichtung verbunden sind und jeweils nur einen Strömungsdurchlaß von einer der Zuleitungen offenhalten. Hierdurch läßt sich gegenüber den bekannten Vorrichtungen eine schnelle, auch auf rasche Druckschwankungen präzise ansprechende Drucksteuerung im Kunststoffstrom erreichen, wobei gleichzeitig nur wenige mechanische Verstellglieder (nämlich ein Steuerkolben) benutzt werden. Die einleitend aufgezeigten Nachteile der bekannten Vorrichtungen werden bei der erfindungsgemäßen Druckregelvorrichtung weitestgehend vermieden, und es lassen sich mit ihr Kunststoffprofile außerordentlich glatter Oberfläche bei relativ hoher Extrusionsgeschwindigkeit herstellen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es, daß der Druck der Kunststoffschmelze vor deren Eintritt in die Formvorrichtung möglichst konstant und möglichst niedrig gehalten wird, wodurch sich auch der Vorteil ergibt, daß die geformten Kunststoffprofile eine besonders glatte Oberfläche aufweisen. Ferner lassen sich auch Stoffe mit sehr hoher Viskosität mit besseren Ergebnissen als bei den bekannten Vorrichtungen verarbeiten, da der Druck in der Kunststoffschmeize gleichmäßiger ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet nicht nur mit niedrigeren Drücken der Druckluft, sondern auch mit niedrigeren Temperaturen im Polymerisat. Sie läßt sich auch zur Verarbeitung von Kunststoffen verwenden, die eine relativ hohe Viskosität aufweisen. So konnte z. B. bei der Herstellung einer gegebenen Art von Polyamidsträngen durch Anwendung der Erfindung die Temperatur der Strangpresse von 270°C auf 240°C gesenkt werden. Der dabei aufgezeichnete Polymerisatdruck schwankte zwischen 2 und 3 Atmosphären, wogegen dieser Druck ohne Anwendung der Erfindung und bei befriedigender Presseneinstellung zwischen 5 und 20 Atmosphären schwankte.

Durch die Erfindung wird ein viel einfacherer und wirtschaftlicherer Betrieb ermöglicht. Als Folge der Anwendung der Erfindung hat sich auch die Qualität des Erzeugnisses als viel gleichmäßiger herausgestellt. Es zeigt sich sogar als möglich, mit Hilfe einer einzigen Vorrichtung der beanspruchten Art, die mit nur einer Steuerungsanlage versehen war, gleichzeitig mehrere Profile, beispielsweise Folien, Platten, Stränge usw. zu extrudieren. Bislang war dies mit Hilfe der bekannten Vorrichtungen nicht möglich, insbesondere nicht bei schwierigeren Profilen, wie Folien oder Platten.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß in beiden Zuleitungen Druckminderventile vorgesehen sind, die auf voneinander verschiedene Gasdrücke einstellbar sind, und daß die Zuleitungen an ein und dieselbe Druckgasquelle angeschlossen sind. Hierdurch läßt sich eine besonders einfache Ausführungsform für die erfindungsgemäße Druckregelvorrichtung erstellen.

Eine weitere, vorteilhafte Ausgestaltung der Erfin-

dung besteht darin, daß zur Erregung einer zusätzlichen periodischen Bewegung des Steuerkolbcns mit kleinem Hub ein Nebenleitungshaarröhrchen vorgesehen ist, das oberhalb der Membran abzweigt und in dem ein Ventil mit einer Antriebsvorrichtung zur periodischen Bewegung dieses Ventils angeordnet ist. Hierdurch wird erreicht, daß der Steuerkolben zusätzlich einer periodischen Bewegung unterworfen wird, die einen kürzeren Hub hat und vorzugsweise schnellei ist als die Bewegung, die während des Betriebes durch das von der Druckmeßaufnahmevorrichtung empfangene Signal ausgelöst wird. Denn es hat sich gezeigt, daß eine zusätzliche Bewegung des Steuerkolbens in der an ihr vorbeifüeßenden Kunststoff-Flüssigkeit Druckschwankungen hervorruft, die nur so geringfügig sind, daß sie von der Masse der in der Verbindungsleitung zur Formvorrichtung vorhandenen Kunststoffschmelze gedämpft werden. Die Mittel zur Erteilung einer zusätzlichen Bewegung des Steuerkolbens können dabei verschiedenster Art sein, wobei sich die zusätzliche Bewegung vorzugsweise durch mechanische oder elektromagnetische Einrichtungen erzeugen läßt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels noch näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung zum Herstellen von Kunststoffprofilen,

Fig.2 im einzelnen die Steuerung für die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung.

In Fig. 1 ist eine Strangpresse mit einer Zylinderbüchse 1 und einer Schnecke 2 dargestellt. Die Zylinderbüchse 1 kann erhitzt werden, indem man eine Flüssigkeit oder ein Gas durch einen Mantel 3 leitet. Von der Strangpresse aus wird die Kunststoffschmelze zunächst durch ein Druckminderventil 4 und dann zu einer Formvorrichtung geleitet. Das Druckminderventil 4 weist eine zylindrische Bohrung auf, in deren Wand eine Kammer 6 eingedreht ist. In diese Kammer 6 mündet eine Zufuhrleitung 7, durch die die Kunststoffschmelze von der Strangpresse zugeführt wird. In die zylindrische Bohrung 5 ist ein Steuerkolben 8 eingepaßt, dessen Stellung die Durchströmfläche von der Kammer 6 zur Bohrung 5 bestimmt. Am oberen Ende ist die Bohrung 5 durch einen Nippel 9 verschlossen, in dem eine Druckleitung 10 befestigt ist, die mit ihrem anderen Ende an einen Zylinder 17 angeschlossen ist, in dem ein Kolben 18 beweglich angeordnet ist. Mit Hilfe einer Verbindungsstange 19 ist der Kolben 18 mit der Mitte einer Membran 20 verbunden, die zwischen die Flansche eines zweiteiligen Gehäuses 21 eingeklemmt ist. Mit dem Deckel dieses Gehäuses 21 ist ein Manometer 22, eine Zufuhrleitung 23 für Druckgas sowie ein Gerät verbunden, das aus einem in einem Haarröhrchen angeordneten, periodisch sehr schnell geöffneten und geschlossenen Ventil 24 besteht. Auf diese Weise wird oberhalb der Membran 20 ein Gasdruck gebildet, der sich sehr rasch ändert. In der Leitung 10 befindet sich ein Silikonschmiermittel, das die Bewegung des Steuerkolbens 8 auf den Kolben 18 überträgt. Die Leitung 10 kann mit Hilfe einer Schmierpumpe 26, die über eine Leitung 25 an den Zylinder 17 angeschlossen ist, gefüllt werden oder gefüllt gehalten werden.

Eine Leitung 11 mündet in eine Formvorrichtung 12, deren Ausgangsgestalt der Querschnittsform des zu erzeugenden Kunststoffprofil entspricht. Die Formvorrichtung 12 ist durch eine ringförmige Scheibe 13 aus wärmeisolierendem Werkstoff von einer Kühlvorrichtung 14 getrennt, die einen Kühlmantel 15 aufweist. Der

Kunststoff wird im Bereich der Kühlvorrichtung 14 fest und schließlich als erstarrtes Kunststoffprofil 16 ausgepreßt.

Möglichst nahe am Ausgang der Formvorrichtung Ί2 befindet sich eine Druckaufnahmevorrichtung 27 einer Bauart, bei der der Flüssigkeitsdruck der Kunststoffschmelze aufgenommen und in ein elektrisches Signal umgewandelt wird, das über die Leitungen 28 übertragen werden kann.

In Fig. 2 ist schematisch die Steuerung des Gasdrucks oberhalb der Membran 20 mit Hilfe des von der Druckaufnahmevorrichtung 27 erzeugten elektrischen Signals dargestellt, wobei in den Fig. 1 und 2 gleiche Bezugszeichen für einander entsprechende Teile verwendet werden. Von der Druckaufnahmevorrichtung 27 aus wird das elektrische Signal durch die Leitungen 28 elektromagnetischen Schaltern 30 zugeführt, die ein Ventil bzw. einen Dreiwegehahn 32 betätigen, der in Gaszuleitungen 33 und 34 eingeschaltet ist. Das Abgabeende des Dreiwegehahns 32 ist mit der Zufuhrleitung 23 verbunden. Die nur schematisch dargestellte elektrische Leitung 28, welche die Druckaufnahmevorrichtung 27 mit dem elektromagnetischen Schalter 30 verbindet, ist so ausgelegt, daß immer nur eine der Zuleitungen 33 und 34 mit der Zufuhrleitung 23 und folglich mit dem Raum oberhalb der Membran 20 verbunden ist. Über Druckminderventile 35 und 36 sind die Zuleitungen 33 und 34 an ein und dieselbe Druckgasquelle 37 angeschlossen. Mit Hilfe eines Manometers 38 kann der Druck dieses Gases auf einen zweckmäßigen positiven Wert eingestellt werden. Die Druckminderventile 35 und 36 sind auf unterschiedliche reduzierte Gasdrücke eingestellt, so daß beim Umschalten des Dreiwegehahnes 32 auf dem Weg über die Zufuhrleitung 23 ein anderer Gasdruck im Raum oberhalb der Membran hergestellt wird. Der Strömungsdurchlaß a durch den Dreiwegehahn 32, der mit dem Druckminderventil 35 verbunden ist, das den Gasdruck vermindert, ist bei normalem Betrieb immer offen, während der andere Strömungsdurchlaß b durch den Dreiwegehahn 32 normalerweise geschlossen ist.

Nur wenn der Druck in der Kunststoffschmelze ansteigt, schließt das von der Druckaufnahmevorrichtung 27 ausgesandte stärkere elektrische Signal den Strömungsdurchlaß a und öffnet den Strömungsdurchlaß b. Hierdurch sinkt der Gasdruck oberhalb der Membran 20, und der Kolben 18 wird durch das Silikonschmiermittel nach oben gedrückt, welches seinerseits von dem Steuerkolben 8 durch die Leitung 10 nach oben gedrängt wird. Die Aufwärtsbewegung des Steuerkolbens 8 führt dazu, daß die Durchströmfläche von der Kammer 6 zur Bohrung 5 verringert wird.

Es versteht sich, daß der Ausgang der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Formvorrichtung tatsächlich alle möglichen Formen aufweisen kann, so daß die Herstellung verschiedener Profile, ja selbst breiter Folien möglich ist. In letzterem Falle ist die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung allerdings vorzugsweise mit mehreren Steuerkolben versehen, wobei alle Zufuhrkanäle in ein und dieselbe Formvorrichtung einmünden.

Die raschen Druckänderungen der Druckluft oberhalb der Membran 20 können auch ohne weiteres durch die Wahl der Anzahl der vom Ventil 24 erzeugten Änderungen und der Größe der Durchströmöffnung durch dasselbe gesteuert werden. Es hat sich gezeigt, daß günstige Bedingungen bei 30 bis 60 Druckänderungen der Druckluft pro Minute erzielt wurden, wobei die Druckschwankungen von 0,1 bis 0,2 Atmosphären reichten. Unter diesen Umständen wird der Steuerkolben 8 in Bewegung gehalten, und die Reibung zwischen ihm und der Bohrung bleibt sehr gering. Es hat sich weiterhin gezeigt, daß mit Hilfe der oben beschriebenen Druckregelvorrichtung die am Ausgang der Formvorrichtung herrschenden Druckschwankungen um den Faktor 10 verringert werden können und daß bei der Herstellung ebener Folien der Ausstoß um 20% gesteigert werden konnte, da der maximale Polymerisatdruck im Düsenkopf niedriger ausfiel. Bei der Herstellung runder Stangen war die Oberfläche der Stangen erheblich glatter als bei Stangen, die mit der gattungsgemäßen Vorrichtung hergestellt wurden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Druckregel vorrichtung für die Verbindungsleitung zwischen einer Strangpresse und einer an diese angeschlossenen Formvorrichtung für Kunststoffprofile, wobei in der Verbindungsleitung ein Drucksteuerventil und eine Druckmeßaufnahmevorrichtung vorgesehen sind und das Drucksteuerventil einen durch den Druck in der Verbindungsleitung betätigbaren Steuerkolben aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben mit einer Membran (20) in Wirkverbindung steht, die mit einem Di uckgas beaufschlagbar ist, wofür zwei Zuleitungen (33, 34) vorgesehen sind, die jeweils an eine Druckgasquelle angeschlossen sind, wobei die Druckgasquellen voneinander verschiedene Gasdrücke aufweisen, und daß in jeder dieser Zuleitungen (33, 34) ein betätigbares Ventil (32) vorgesehen ist, wobei die Ventile (32) mit der Druckaufnahmevorrichtung (27) verbunden sind und jeweils nur einen Strömungsdurchlaß (a oder b) von einer der Zuleitungen (33,34) offenhalten.

2. Druckregel Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in beiden Zuleitungen (33,34) Druckminderventile (35,36) vorgesehen sind, die auf voneinander verschiedene Gasdrücke einstellbar sind, und daß die Zuleitungen (33,34) an ein und dieselbe Druckgasquelle (37) angeschlossen sind.

3. Druckregelvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erregung einer zusätzlichen periodischen Bewegung des Steuerkolbens (8) mit kleinem Hub ein Nebenleitungshaarröhrchen vorgesehen ist, das oberhalb der Membran abzweigt und in dem ein Ventil (24) mit einer Antriebsvorrichtung zur periodischen Bewegung dieses Ventils angeordnet ist.