DE2054616B2 - Vorrichtung zur regelung der massetemperatur im formwerkzeug einer kunststoffschneckenpresse - Google Patents

Description

Regelkreise zur Regelung der Massetemperatur im das Heiz-Kühl-System der Kunststoffschneckenpresse

Formwerkzeug einer Kunststoffschneckenpresse sind 55 in die Regelung der Massetemperatur einbezogen wer-

in verschiedenen Ausführungsformen bekannt und be- den.

stehen in ihrem grundsätzlichen Aufbau aus Kunst- Es ist bei der vorstehend gekennzeichneten Vorrich-

stoffschneckenpresse mit Formwerkzeug, Istwert-Meß- tung zur Regelung der Massetemperatur zweckmäßig,

vorrichtung für die Massetemperatur, Sollwert-Ist- daß das Stellglied einen Moderator zur Veränderung

wert-Vergleicher mit einer Einrichtung zur Einstellung 60 der Stellgeschwindigkeit aufweist,

des Sollwertes der Massetemperatur und einem Stell- Um den Schleppströmungsdissipator mit einstell-

güed. barer Dissipationswirkung für den Regelkreis auszu-

Soweit im Betrieb von Kunststoffschneckenpressen legen, ist es zweckmäßig, daß der Schleppströmungs-

die Massetemperatur geregelt wird, erfolgt diese Rege- dissipator aus einer zylindrischen Schneckenverlängelung über die bei bekannten Ausführungen von 65 rung sowie einem der Schneckenverlängerung nach-

Kunststoffschneckenpressen vorhandenen Heiz-Kühl- geschalteten, zylindrischen Dorn und einer Dissipator-

Einrichtungen als Stellglieder, wobei neuerdings manschette besteht, wobei die Schneckenverlängerung

Kaskadenschaltungen Anwendung finden, in denen und der Dorn unter Bildung eines Schleppströmungs-

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ringspaltes von der Dissipatormanschette umgeben auf den Schleppströmungsdissipator 8. Der Moderator sind sowie die Dissipatormanschette gegenüber der Ta ermöglicht es, die Stellgeschwindigkeit des Stell-Schneckenverlängerung und dem Dorn axial verstell- gliedes 7 nach Maßgabe der Betriebsbedingungen zu bar ist. Dabei erfährt die Masse eine Scherdeformation verändern, insbesondere etwaige Regelpendelungen durch die Schleppströmung nur in dem Bereich, in dem 5 (d. h. Oszillationen des Istwertes der Regelgröße um die Dissipatormanschette die Schneckenvcrlängerung deren Sollwert) durch eine Reduktion der Stellgeumgibt. Die Dissipationswirkung wird klein, wenn bchwindigkeit zu unterdrücken. Wie ein Schleppströdieser Überdeckungsbereich kurz ist; sie wird groß, mungsdissipator 8 im einzelnen aufgebaut sein kann, wenn der Überdeckungsbereich lang ist. Man kann die ergibt sich aus den F i g. 2 und 3.
Verhältnisse ohne weiteres so einrichten, daß eine io Bei der Ausführungsfonn einer Kunststoff schneckenlineare Abhängigkeit von der Verstellbewegung be- presse nach F i g. 2 ist die Anordnung so getroffen, daß steht. der Schleppströmungsdissipator 8 aus einer zylindri-

Um zu erreichen, daß zwischen dem Dorn einerseits sehen Schneckenverlängerung 10 sowie einem der und der Schneckenverlängerung andererseits störende Schneckenverlängerung 10 nachgeschalteten, im Form-Kunststoffablagerungen nicht entstehen können, wird 15 werkzeug 3 drehfest gehaltenen, zylindrischen Dorn 11 in weiterer Ausbildung der Vorrichtung zur Regelung und einer Dissipatormanschette 12 besteht, wobei der Massetemperatur im Formwerkzeug der vorbe- Schneckenverlängerung 10 und Dorn 11 unter Zwischriebenen Kunststoff schneckenpresse empfohlen, daß schenschaltung eines Schleppströmungsringspaltes 13 die Schneckenverlängerung einerseits, der Dorn ande- von der Dissipatormanschette 12 umgeben sind sowie rerseits einander zugekehrte Schrägflächen aufweisen. 20 die Dissipatormanschette 12 gegenüber der Schnecken-Bei dieser Kunststoffschneckenpresse wird die im Verlängerung 10 und dem Dorn 11 axial verstellbar ist. Schleppströmungsdissipator in Wärme umgewandelte Dabei besitzen der Dorn 11 einerseits, die Schnecken-Energie ausschließlich aus dem Antrieb der Schnecke Verlängerung 10 andererseits einander zugekehrte selbst aufgebracht. Schrägflächen.

Bei einer anderen zweckmäßigen Weiterbildung einer 25 Für die Ausführungsform nach F i g. 2 ist im De-Kunststoffschneckenpresse mit einem Regelkreis wird tail und in funktioneller Hinsicht beachtlich, daß der im allgemeinen nur ein Teil der im Schleppströmungs- aus der Kunststoffschneckenpresse 1 geförderte warmdissipator in Wärme umgesetzten Energie über die ro- plastische Werkstoff nacheinander zwei den Schlepptierende Schnecke eingeleitet. Diese Ausführungsform Strömungsringspalt 13 und einen weiteren Ringspalt 14 ist dadurch gekennzeichnet, daß die Dissipatorman- 30 mit gleicher radialer Spaltweite 15 und axialen Längen schette um die Schneckenverlängerung rotierbar und 17,18 durchläuft, deren äußere Begrenzungsflächen von mit einstellbarer Rotationsgeschwindigkeit antreibbar verschiedenen Abschnitten der Innenwandung der als ist. Hier gehört zur Einstellung der Rotationsge- Hohlzylinder ausgeführten und mittels eines Zapfens 19 schwindigkeit zwar auch die Drehzahl Null der Dissi- in einem Durchbruch 20 des Mantels 21 der Kunstpatormanschette; in der Regel erfolgt aber die Ein- 35 Stoffschneckenpresse 1 oder eines Zwischengehäuses stellung der Dissipationswirkung über eine Eigenrota- axial verschiebbaren Dissipatormanschette 12 gebildet tion der Dissipatormanschette. Ist eine Relativbe- werden, während die innere Begrenzungsfläche des wegung zwischen Schneckenverlängerung und Dissipa- Schleppströmungsringspaltes 13 die Außenfläche einer tormanschette nicht vorhanden, so ist die Dissipa- fest mit der rotierenden Schnecke 22 verbundenen tionswirkung null, mit zunehmender Relativge- 40 Schneckenverlängerung 10 ist und als innere Begrenschwindigkeit zwischen Rotation der Dissipatorman- zungsfläche des zweiten Ringspaltes 14 die Außenschette und Rotation der Schneckenverlängerung fläche eines mittels einer Halterung 23 koaxial im nimmt die Dissipationswirkung zu. Auch hier lassen Formwerkzeug 3 angeordneten zylindrischen Dornes sich die Verhältnisse so einrichten, daß im wesentlichen 11 dient, und daß die Werkstofftemperatur mit einer lineare Abhängigkeit besteht. 45 nahe dem Eingang 25 eines Mundstücks 24 in die

Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer Wand des Formwerkzeugs 3 eingebauten Sonde 26 gelediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeich- messen wird. Zur besseren Kontrolle des Systemvernung ausführlicher erläutert; es zeigt haltens, insbesondere im Hinblick auf dem Volumen-

F i g. 1 in schematischer Darstellung den Regelkreis, durchsatz, ist im Ausführungsbeispiel eine vor dem

F i g. 2 ausschnittsweise eine Kunststoffschnecken- 50 Eingang 25 des Mundstücks 24 angeordnete Druckpresse für den Regelkreis aus F i g. 1 mit einem meßsonde 27 vorgesehen. Zur Vermeidung unerwün-Schleppströmungsdissipator im Axialschnitt, schter längerer Verweilzeiten des Werkstoffes im Be-

F i g 3 entsprechend der F i g. 2 eine andere Aus- reich zwischen den freien Stirnflächen der Schneckenführungsform einer Kunststoff schneckenpresse. Verlängerung 10 und des Dornes 11 werden diese

Der in F i g. 1 dargestellte Regelkreis dient zur Rege- 55 Stirnflächen, wie in F i g. 2 angedeutet, zweckmäßig lung der Massetemperatur bei einer Kunststoff- abgeschrägt, es ergibt sich dann durch die Rotation der schneckenpresse 1 mit einem Antrieb 2 und einem Schneckenverlängerung 10 relativ zu dem ortsfesten Formwerkzeug 3. In F i g. 1 erkennt man ferner eine Dorn 11 eine Art Taumelscheibeneffekt, der den Istwert-Meßvorrichtung 4 für die Massetemperatur im Werkstoff fortlaufend aus dem Totraum zwischen den Formwerkzeug 3, Sollwert-Istwert-Vergleicher 5 mit 60 Stirnflächen verdrängt und der gleichzeitig eine für die Einrichtung 6 zur Einstellung des Sollwertes der Masse- Qualität des auszuformenden Erzeugnisses vorteilhafte temperatur und einem Stellglied 7. Vor dem Form- Nachhomogenisierung des Werkstoffes bewirkt,
werkzeug 3 der Kunststoff schneckenpresse 1 befindet Die Ausführungsform nach F i g. 3 unterscheidet

sich ein von der Masse durchströmter Schleppströ- sich von der nach F i g. 2 funktionell und im Detail im mungsdissipator 8 mit einstellbarer Dissipationswir- 65 wesentlichen dadurch, daß der aus der Kunststoffkung als Stellgröße. Das Stellglied 7, dem ein Modera- schneckenpresse 1 geförderte Werkstoff nur den tor Ta und ein Stellgrößenverstärker 9 zugeordnet sein Schleppströmungsringspalt 13 durchfließt, wobei die können, arbeitet in dem Ausführungsbeispiel direkt in diesem Falle nur die zylindrische Schneckenver-

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längerung 10 der Schnecke 22 umschließende hohl- in jedem Falle konstant, da der Strömungswiderstand

zylindrische Dissipatormanschette 12 in dem Zwischen- für die aus der Schnecke in das Formwerkzeug geför-

gehäuse 28 in fester Axiallage mittels mehrerer Lager 29 derte Masse durch die Stellmaßnahmen nicht geändert

angeordnet ist und gleich- oder gegensinnig zur Dreh- wird. Dies gilt entsprechend auch für den integrierten

richtung der Schnecke 22 über ein in dem Durchbruch 5 mechanisch-thermischen Energieumsatz im Druck-

20 des Zwischengehäuses 28 mit der Außenverzahnung Strömungsfeld.

30 der Dissipatormanschette 12 kämmendes Zahnritzel Als eine Variante der Vorrichtung nach F i g. 2 16 des zugeordneten Antriebs angetrieben wird und kommt eine Ausführung mit abgestuften Durchmessern wobei zur Abdichtung Dichtringe 31 (beispielsweise in Betracht. Beispielsweise kann der Durchmesser des Graphitringe) mit Druckringen 32 dienen. Statt dieser io Domes 11 kleiner gewählt werden als der der Schnek-Ringe 31,32 kann in die äußere Mantelfläche der Dissi- kenverlängerung 10. In diesem Falle müssen jedoch patormanschette 12 oder die innere Mantelfläche des auch die radialen Abmessungen der Ringspalte 13 und Zwischengehäuses 28 auch ein Sperrgewinde einge- 14 verschieden groß bemessen werden, damit deren schnitten werden. Ein solches Sperrgewinde erfüllt Gesamtwiderstand durch die Axialverschiebungen der seine Abdichtfunktion um so besser, je höher die Dreh- 15 Dissipatormanschette 12 nicht verändert wird. Eine zahl des rotierenden Bauteils ist. Zum mindesten in Konstruktion dieser Art kommt praktisch aber nur für diesem Falle ist es vorteilhaft, die Dissipatormanschette Kunststoff Sorten mit einem im schmelzfiüssigen Zu-12 gleichsinnig mit der Schnecke 22 anzutreiben und stand quasi-Newtonschen Fließverhalten in Betracht, eine Relativgeschwindigkeit zwischen der Dissipator- Bei diesen kann mit einer festen Relation zwischen den manschette 12 und der Schneckenverlängerung 10 20 radialen Spaltabmessungen s und s' für die Ringdurch Erhöhung der Drehzahl der Dissipatorman- spalte 13, 14 zwischen der Dissipatormanschette 12 schette 12 einzustellen, also mit einer Voreilung der und der Schneckenverlängerung 10 bzw. dem Dorn 11 Dissipatormanschette 12 gegenüber der Schnecken- gerechnet werden. Bezeichnen d und d' die den Ringverlängerung 10 zu arbeiten. spalten 13 und 14 entsprechenden Durchmesser der Ein gemeinsames Merkmal der Ausführungsbei- 25 Schneckenverlängerung 10 bzw. des Dorns 11, so gilt spiele nach F i g. 2 und 3 ist, daß der Werkstoff in dem die Bemessungsvorschrift

Schleppströmungsringspalt 13, wo eine Überlagerung ₃

der axialen Druckströmung und der zirkulären Schlepp- s'/s = ]/dJd'.
strömung stattfindet, sich in Wendelbahnen bewegt. In

dem weiteren nachgeschalteten Ringspalt 14 der Vor- 30 Die zum Ausregeln des Einflusses von Störgrößen richtung nach F i g. 2 dagegen herrscht eine reine auf die Werkstofftemperatur notwendigen Stellgrößen-Axialströmung. Durch die Stellmaßnahmen, d. h. durch änderungen können durch Vorversuche (Aufnahme der die Axialverschiebung bzw. die Änderung der Dreh- Ansprechfunktionen) im Betrieb der entsprechend auszahl der Dissipatormanschette 12, wird der mecha- gelegten Maschine bestimmt, aber bei Kenntnis der nisch-thermische Energieumsatz jeweils nur imSchlepp- 35 einschlägigen Werkstoüdaten und vorgegebenem VoIuströmungsfeld beeinflußt. Die Druckströmung, welche mendurchsatz auch aus den Ringspaltabmessungen den Volumendurchsatz der Maschine bestimmt, bleibt und Drehzahlen berechnet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Zonentemperaturen bzw. Zonenheizleistungen der Patentansprüche: Heiz-Kühl-Einrichtungen der Kunststoff schnecken presse als HilfsregeJgrößen dienen. Diese Art derMasse-

1. Vorrichtung zur Regelung der Massetempera- temperaturregelung arbeitet wegen des schlechten tür im Formwerkzeug einer Kunststoffschnecken- 5 Wirkungsgrades der Wärmeübertragung (Leitung und presse mit einer Istwert-Meßvorrichtung für die Konvektion) in langsam fließenden Kunststoffen sehr Massetemperatur, einem SoUwert-Istwert-Verglei- träge. Sie ist dahernicht geeignet, um schnell wechselnde eher mit einer Einrichtung zur Einstellung ües Soll- Störeinflüsse, wie Netzspannungsschwankungen, auswertes der Massetemperatur und einem Stellglied, zuregeln oder Dauerstörungen, wie Ausfall einer Heizdadurch gekennzeichnet, daß zwischen io zone, in bezug auf die Temperatur der Masse schnell der Schnecke (22) und dem Mundstück (24) des auszugleichen. In systematischen Versuchen mit Kaska-Formwerkzeugs (3) ein einstellbarer Schlepp- denscbaltungen wurden Regelzeiten von 20 bis 50 Minuströmungsdissipator (8) angeordnet und das Stell- ten gemessen.

glied (7) dem Schleppströmungsdissipator (8) zu- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,

geordnet ist. 15 einen Regelkreis zur Regelung einer Kunststoff-

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- schneckenpresse anzugeben, der es erlaubt, schnell kennzeichnet, daß das Stellglied (7) einen Mode- wechselnde Störeinflüsse und Dauerstörungen schnell, rator (7a) zur Veränderung der Stellgeschwindig- insbesondere mit sehr geringer Totzeit, sicher auszukeit aufweist. regeln.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge- ao Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei der eingangs kennzeichnet, daß der Schleppströmungsdissipator geschilderten Vorrichtung gemäß der Erfindung vorge-(8) aus einer zylindrischen Schneckenverlängerung schlagen, daß zwischen der Schnecke und dem Mund-(10) sowie einem der Schneckenverlängerung (10) stück des Formwerkzeugs ein einstellbarer Schleppnachgeschalteten, im Formwerkzeug (3) drehfest strömungsdissipator angeordnet und das Stellglied dem gehaltenen, zylindrischen Dorn (11) und einer as Schleppströmungsdissipator zugeordnet ist.
Dissipatormanschette (12) besteht, wobei die Schleppströmung, im Gegensatz zur Druckströ-Schneckenverlängerung (10) und der Dorn (11) mung, ist bekanntlich ein definierter Begriff der unter Bildung eines Schleppströmungsringspaltes Rheologie. Eine Druckströmung entsteht durch Druck-(13) von der Dissipatormanschette (12) umgeben gefälle; Beispiele sind die axiale Strömung durch sind sowie die Dissipatormanschette (12) gegen- 30 Rohrleitungen sowie Rundstrang- und Profildüsen der über der Schneckenverlängerung (10) und dem Kunststoffverarbeitung. Eine Schleppströmung wird Dorn (11) axial verstellbar ist. demgegenüber durch die gegenseitige Verschiebung von

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge· zwei zumeist in konstantem Abstand voneinander gekennzeichnet, daß die Schneckenverlängerung (10) haltenen Wandflächen erzeugt, zwischen denen sich einerseits, der Dorn (11) andererseits einander zu·· 35 ein fließfähiger Stoff befindet, der an den Wandflächen gekehrte Schrägflächen aufweisen. haftet. Beispiele für diese Strömungsart sind zwei ge-

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge·· geneinander verschiebliche Platten in festem Abstand kennzeichnet, daß die Dissipatormanschette (12) mit einer fließfähigen Zwischenschicht, ferner die um die Schneckenverlängerung (10) rotierbar und Stoffbewegung in Zylindermischern mit einem rotierenmit einstellbarer Rotationsgeschwindigkeit an- 40 den Zylinder und einem nicht rotierenden Zylinder, treibbar ist. Schleppströmungsdissipator bezeichnet im Rahmen

der Erfindung eine Einrichtung, in der die unter der

Wirkung des Druck gef alles zwischen der Schnecke und

dem Formwerkzeug in axialer Richtung strömende

45 Masse in eine quer zur Förderrichtung verlaufende

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Schleppströmung gezwungen wird, wobei die Energie

Regelung der Massetemperatur im Formwerkzeug die zur Erzeugung der Schleppströmung aufgewandt

einer Kunststoffschneckenpresse sowie auf Kunst- werden muß, in Wärme umgewandelt und in der Masse

Stoffschneckenpressen mit einer Istwert-Meßvorrich- dissipiert (zerstreut) wird. Letzteres geschieht in äußerst

tung für die Massetemperatur, einem Sollwert-Ist- 5° kurzen Zeiten und praktisch verlustlos, da bei der

wert-Vergleicher mit einer Einrichtung zur Einstellung »autogenen« Erwärmung ein Wärmeaustausch mit der

des Sollwertes der Massetemperatur und einem Umgebung nicht beteiligt ist. Zusätzlich kann jedoch,

Stellglied. z. B. in bekannter Weise mittels Kaskadenschaltung,