DE2359901B2 - Temperaturregeleinrichtung für einen Extruderzylinder - Google Patents

Temperaturregeleinrichtung für einen Extruderzylinder

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Description

Die Erfindung betrifft eine Temperaturregcleinrichtung für einen Extruderzylinder entsprechend dem Gattungsbegriff des Hauptanspruchs.
Um spritzgegossene oder stranggepreßte Gegenstände von hoher Qualität, insbesondere aus Kunststoffen, herstellen zu können, muß die gewünschte Zylindertemperatur im Extruder mit minimalen Änderungen eingehalten werden. Bis zu welchem Grad die Temperatur konstant gehalten werden muß, hängt von dem zu verpressenden Material ab, da eine Temperaturänderung zu Geschwindigkeitsänderungen, Qualitätsänderungen, Verschlechterung des Polymerisats, Vor schubverlust wie auch zu anderen Instabilitätserecheinungen im Dauerverfahren führt
Bei einer bekannten Temperatursteuereinrichtung der gattungsgemäßen Art (US-PS 25 08 988> werden
ίο durch äußere Temperaturfühler über Thermostate elektrische Heizwiderstände der Heizvorrichtung ein- bzw. ausgeschaltet In Abhängigkeit von dem Strom des mit einer Temperatursteuereinheit verbundenen inneren Temperaturfühlers wird bei Überschreiten einer vorbestimmten Temperatur am inneren Temperaturfühler die Kühlvorrichtung betätigt Infolge von Zeitverzögerungen zwischen dem Feststellen einer Temperaturabweichung und dem Wirksamwerden einer zugeführten Kühl- oder Wärmemenge schwankt jedoch die Zylindertemperatur um den gewünschten Wert.
Es ist auch eine Temperaturregeleinrichtung bekannt (GB-PS Ϊ0 56 593), bei der die Kühlvorrichtung nicht außerhalb, sondern innerhalb des Extruderzylinders angeordnet ist und bei der an der Zylinderwandinnen- und -außenseite angeordnete Temperaturfühler nur alternativ und nicht gleichzeitig zur Temperaturregelung herangezogen werden können.
Bei einer weiteren bekannten Temperaturregelung (FR-PS 20 42 731) ist keine Kühlvorrichtung vorhanden.
Außerdem wird die Zufuhr von Wärme durch Steuerung mittels von entlaug der Zylinderlängsachse im Abstand voneinander angeordneten miteinander gekoppelten Thermoelementen längs des Extruderzylinders nicht verzögerungsfrei wirksam.
j5 Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine für Extruderzylinder bestimmte Temperaturregeleinrichtung zu schaffen, mit der die Zylindertemperatur auf einem gewünschten Wert ohne wesentliche Abweichungen von diesem V/ert oder Schwankun-
•40 gen um diesen Wert gehalten wird.
Diese Aufgabe wird mit der im Hauptanspruch angegebenen Erfindung gelöst.
Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, daß die Betriebstemperatur des Extruderzylinders auf technisch einfache Weise praktisch verzögerungsfrc: auf ihrem gewünschten optimalen Wert gehalten werden kann.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Teiles eines Extruders;
Fig.2 ist ein Schnitt entlang der Achse des Extruderzylinders und zeigt die Lage der Temperaturfühler;
Fig. 3 ist ein Schema der Temperatursteuerschaltung.
Mit einem Extruderzylinder 12 und einem Futterrohr 13 ist eine Temperaturregelvorrichtung 10 verbunden. DdS zd extrudierende Material wird entlang d^s Extruderzylinders 12 bzw. des Futterrohres 13 durch eine Schnecke 14 vorwärtsbewegt.
b5 Die Temperaturregelvorrichtung 10 weist eine den Extruderzylinder 12 umschließende Manschette 16 auf, die eine Kühlvorrichtung 18 und eine elektrische Heizvorrichtung 20 enthält, die beide wendelförmig in
der Manschette 16 liegen.
Die Kühlflüssigkeit tritt in die Manschette 16 aus einer Einlaßleitung 22, die Ober ein Magnetventil 26 an eine Speiseleitung 24 angeschlossen ist, ein. Die die Speiseleitung 24 durchströmende Kühlflüssigkeit kann unter Stadtdruck stehendes Wasser oder irgendeine andere Flüssigkeit aus einem eigenen Vorratssystem, die durch Pumpen zugeführt wird, sein. Wenn das Magnetventil 26 die Einlaßleitung 22 mit der Speiseleitung 24 verbindet, so fließt die Kühlflüssigkeit unter Druck durch die Kühlvorrichtung 18 und verläßt die Manschette 16 über eine Auslaßleitung 27.
Die Manschette 16 besteht aus einem Werkstoff mit einem relativ hohen Wärmeleitwert, wie z. B. Aluminium, während der Extruderzylinder 12 und das Futterrohr 13 aus einem Werkstoff mit relativ niedrigem Wärmeleitwert,z. B. Stahl, gefertigt sind.
Der Unterschied im. Werkstoff zwischen der Manschette 16 und dem Extruderzylinder 12 kann auch als »thermisches Diffusionsvermögen«, das eine Funktion der Wärmeleitfähigkeit ist und durch die Formel
-pQ- bestimmt ist,ausgedrückt werden; hierbei ist
K = Wärmeleitfähigkeit des Werkstoffs in -^- ,
Ktn
P = Dichte des Werkstoffs in -^i
Cp = spezifische Wärme des Werkstoffs in
kJ
kg/i'
Nach Zerlegung wird das »thermische Diffusionsvermögen« als -!2- ausgedrückt
π
Für eine maximale Wirksamkeit ist vorzugsweise das thermische Diffusionsvermögen des Manschettenwerkstoffs wenigstens doppelt so groß wie das des Zylinderwerkstoffs. Beispielsweise ist das berechnete thermische Diffusionsvermögen für Aluminium 0,4026 cmJ/s und das für Stahl 0,1610 cmVs.
Der Unterschied in der Gesamtwärmekapazität zwischen der Manschette 16 und dem Extruderzylinder 12 ist ebenfalls wesentlich. Die »Gesamtwärmekapazität« ist ein Produkt der spezifischen Wärn.e und des Gewichts des Werkstoffs und wird mit J/K bezeichnet. Vorzugsweise soll die Gesamtwärmekapazität der Manschette 16 nicht geringer als das 0,5fache oder nicht mehr als das l^fache derjenigen des Extruderzylinders 12 sein. Wenn die Gesamtwärmekapazität der Manschette 16 geringer ist als das O^fache derjenigen des Extruderzylinders 12, so wird der Wärmeaustauschvorgang nicht befriedigend wirtschaftlich sein, da das Ansprechen auf den Wärmefluß zum Extruderzylinder 12 und von diesem hinweg gering ist. Wenn die Gesamtwärmekapazität der Manschette 16 größer als das l,5fache derjenigen des Extruderzylinders 12 ist, dann wird das Temperatursteuersystem nicht stab'l genug sein. Es wird das Bestreben vorhanden sein, die Manschettentemperatur stabil zu halten und die Zylindertemperatur zu ändern, was genau das Gegenteil von dem ist, das erreicht werden soll.
Die Temperaturregelvorrichtung 10 weist einen inneren Temperaturfühler 28 auf, der sich durch die Manschette 16 erstreckt und einen im Extruderzylinder 12 eingebetteten Temperaturfühlkopf 30 hat, um die Zylindertemperatur abzufohlen. Ein äußerer Temperaturfühler 32 reicht in die Manschette 16 zum Abfühlen von deren Temperatur hinein.
Die Temperaturfühler 28, 32 liefern elektrische Ströme, die zur Temperatur des Fühlers in einem Verhältnis stehen. Die Temperaturfühler 28, 32 sind elektrisch mit einer Temperatursteuereinheit 34 verbunden, die in der Lage ist, den elektrischen Strom, der von den Temperaturfühlern 28, 32 geliefert wird, zu verarbeiten, um die Heizvorrichtung 20 oder das Magnetventil 26 zu steuern. Beispielsweise können als Temperaturfühler 28, 32 Thermoelemente verwendet
ίο werden. Die Temperatursteuereinheit 34 muß in der Lage sein, den Strom von beiden Temperaturfühlern 28, 32 auf einen Mittelwert zu bringen und wahlweise entweder die Heizvorrichtung 20 oder das Magnetventil 26 zu betätigen. Die Temperatursteuereinheit 34 hat einen einregelbaren »Einstellpunkt«, mit dem als vorgegebenem Wert die auf einen Mittelwert gebrachten Ströme der Temperaturfühler 28, 32 verglichen werden. Wenn der Mittelwertstrom über dem Einstellpunkt liegt, so wird das Magnetventil 26 betätigt; wenn der Mittelwertstrom unter dem Einstellpunkt liegt, so wird die Heizvorrichtung 20 eingeschaltet.
In Fig.3 ist schematisch dargestellt, wie die Temperatursteuereinheit 34 zur Betätigung des Magnetventils 26 bzw. der Heizvorrichtung 20 arbeitet- Die Temperatursteuereinheit 34 ist mit einer Schwachstromqi,2lle 40 verbunden. Die Heizvorrichtung 20 und das Magnetventil 26 liegen in Leitungen 42 bzw. 44, die über eine Starkstromleitung 46 an eine Starkstromquelle 48 angeschlossen sind. Die Temperatursteuereinheit 34 enthäl· zwei Relais R1 und R 2 mit Kontakten CR 1 und CR 2, die jeweils in den Leitungen 42 und 44 liegen. Wenn der Mittelwertstrom von den Temperaturfühlern 28,32 unter dem Einstellpunkt in der Temperatursteuereinheit 34 liegt, so wird das Relais R1 erregt, so daß der Kontakt CR 1 geschlossen wird, um die Leitung 42 mit einer anderen Starkstromleitung 50 von der Starkstromquelie 48 zu verbinden und die Heizvorrichtung 20 mit Strom zu versorgen, so daß der Manschette 16 Wärme zugeführt wird. Liegt der Mittelwertstroi« von
ίο den Temperaturfühlern 28, 32 über dem Einstellpunkt der Temperatursteuereinheit 34, so wird das Relais R 2 erregt und der geschlossene Kontakt CR 2 verbindet die Leitung 44 mit der Starkstromleitung 50. wodurch der Stromkreis für das Magnetventil 26 geschlosren wird.
Bei seiner Betätigung verbindet das Magnetventil 26 die Einlaßleitung 22 mit der Speiseleitung 24, so daß der Manschette 16 Kühlflüssigkeit zugeführt wird.
Vorzugsweise wird Veränderungen in der Zylindertemperatur mehr Gewicht gegeben als vergleichbaren
so Veränderungen in der Temperatur der Manschette 16. Das kann elektrisch dadurch geschehen, daß man die Verstärkung des vom inneren Temperaturfühler 28 zuguführten Stroms in einem größeren Ausmaß als für den ν ira äußeren Temperaturfühler 32 gelieferten Strom ändert; man kann auch unterschiedliche Temperaturfühler 28, 32 verwenden, wobei der innere Temperaturfühler 28 im Extruderzylindei 12 einen größeren Strom pro Grad liefert air; der äußere Temperaturfühler 32 in der Manschette 16: ferner kann die Anzahl der inneren Temperaturfühler 28 im Extruder^yünder 12 erhöht werden, Die Verstärkung des Stroms vom inneren Temperaturfühler 28 kann auch durch einen Schaltkreis in der Tempcriitursteuereinheit 34 oder durch Anordnung eines Verstärkers 52
h> zwischen dem inneren Temperaturfühler 28 und der Temperatursuuercinheit 34, wie in Fig. 3 mit gestrichelten Linien angegeben ist, erreicht werden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Temperaturregeleinrichtung für einen Extruderzylinder, mit einer wenigstens einen Teil des Extruderzylinders umgebenden Manschette aus einem Werkstoff mit wesentlich größerer Wärmeleitfähigkeit als der Zylinderwerkstoff, mit einer Kühl- und einer Heizvorrichtung für die Manschette sowie mit einem in den Extruderzylinder eingesetzten inneren Temperaturfühler und einem in die Manschette eingesetzten äußeren Temperaturfühler, wobei die Kühlvorrichtung durch eine mit dem inneren Temperaturfühler verbundene elektrische Temperatursteuereinheit in Abhängigkeit von dem von dem inneren Temperaturfühler gelieferter Strom betätigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß beide Temperaturfühler (28, 32) je einen der gemessenen Temperatur proportionalen Strom abgeben, daß auch der äußere Temperaturfühler (32) mit der Tp.aperatursteuereinheit (34) verbunden ist, daß in der Temperatursteuereinheit (34) die von den beiden Temperaturfühlern (28, 32) gelieferten Ströme kombiniert werden, um einen für die von den Temperaturfühlern (28, 32) gemessene Durchschnittstemperatur kennzeichnenden Strom zu erzeugen, und daß in der Temperatursteuereinheit (34) diese Durchschnittstemperatur mit einer vorgewählten gewünschten Temperatur verglichen wird und die Betätigung der Kühlvorrichtung (18) erfolgt, wenn die Durchschnittstemperatur die vorgewählte gewünschte Temperatur überschreitet, sowie die Heizvorrichtung (20) betäiigt wird, wenn die Durchschnittstemperatur die vorgewählte gewünschte Temperatur untsrschr-itet.
2. Temperaturregeleinrichtufig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ströme von dem inneren Temperaturfühler (28) eine größere, ausschlaggebendere Bedeutung erhalten als die Ströme des äußeren Temperaturfühlers (32).
3. Temperaturregeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Extruderzylinder (12) zusätzlich ein oder mehrere Temperaturfühler angeordnet sind, die einen mit dem Strom vom inneren Temperaturfühler (28) zu kombinierenden Strom liefern.
4. Temperaturregeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom vom inneren Temperaturfühler (28) mit Bezug zum Strom vom äußeren Temperaturfühler (32) elektrisch verstärkt wird.
5. Temperaturregeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß verschiedene Arten von Temperaturfühlern zur Anwendung kommen, wobei für die gleiche Temperatur der innere Temperaturfühler (28) einen stärkeren Strom liefert als der äußere Temperaturfühler (32).
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