DE2532071C2

DE2532071C2 - Vorrichtung zum Extrudieren und Formen eines elastromeren Materialstrangs

Info

Publication number: DE2532071C2
Application number: DE2532071A
Authority: DE
Inventors: Richard E. Orange Calif. Kazares; Jack Yorba Linda Calif. Wireman
Original assignee: Amf Inc White Plains NY; AMF Inc
Current assignee: TIRE EQUIPMENT Inc BUENA PARK CALIF US
Priority date: 1974-08-28
Filing date: 1975-07-17
Publication date: 1985-09-26
Also published as: CA1034312A; GB1471509A; FR2282993B1; JPS5125578A; JPS5848340B2; DE2532071A1; FR2282993A1; US3975126A

Description

geben wird, die letzlich ein mechanisches Verbindungsglied 12 antreibt, welches die Stellung einer Taumelscheibe 13 der hydraulischen Verdrängerpumpe verändert Die Stellung der Taumelscheibe 13, die die Pumpenverdrängung beeinflußt, bestimmt ihrerseits die Geschwindigkeit der Walze la. Die Dicke des extrudierten Strangs wird durch Verändern des Spalts zwischen den beiden Walzen la, 16 eingestellt und bleibt in vorgeschriebenen Grenzen.

Das SysteäS umfaßt somit einen Antriebsmotor 9 für den Extruder, der mit einer digital gesteuerten hydraulischen Pumpe 86 mit variabler Verdrängung gekoppelt ist Die Pumpe ist geeignet, den hydraulischen Motor 8a mit einem gesteuerten Fluidvolumen zu versorgen, und der Motor treibt seinerseits die beiden Walzen la, \b und die Abstreifwalze 7 an. Die Pumpe 86 ist außerdem mit dem Antriebsmotor 9 gekoppelt, um die Extruderschnecke 4 und die Walzen la, 16 auch während der Ein- und Ausschaltphasen synchron zu halten. Jm Betrieb wird bewirkt, daß das elastomere Material, während es in eine vorgegebene Abmessung geformt wird, an der unteren Walze 16 aufgrund eines gesteuerten Temperaturunterschiedes zwischen den beiden Walzen la und 16 haftet Die obere Walze la ist in diesem Fall eine Profilwalze, die auf einer Temperatur von wenigstens 30° oberhalb derjenigen der unteren Walze 16 gehalten wird. Dies geschieht durch Zirkulation eines Fluids (Wasser) durch das Innere der Walzen la, 16. Das Wasser hierfür kann von den Temperaturregeleinheiten des Extruders bezogen werden. Der oben erwähnte Vorgang findet statt, weil spezielle elastomere Materialien Λ/an der kälteren Walze 16 der beiden Walzen haften. Für umgekehrt wirkende Materialien können die Temperaturzonen vertauscht werden. Der extrudierte Strang M wird von der unteren Walze 16 mit Hilfe der Abstreifwalze 7 entfernt, die sich mit der gleichen oder mit einer nur geringfügig größeren Umfangsgeschwindigkeit als die Walze la dreht. Die hydraulische Antriebseinrichtung umfaßt eine herkömmliche Ausrüstung, etwa eine hydraulische Leitung 14, einen Tank 15, ein Sieb 17 und ein Filter 16.

Die gesamte Regelung ist speziell dafür konstruiert, die Breite des extrudierten Strangs M innerhalb eines vorgeschriebenen Wertes zu halten. Dies folgt aus der Tatsache, daß das Walzenpaar la, 16 bezüglich des Mengenflusses mit dem Extruder 2 synchronisiert ist und zu jedem Zeitpunkt mit exakt der Mengenfließgeschwindigkeit des Extruders arbeitet Daraus folgt, daß, wenn sich die momentane Mengenfließgeschwindigkeit des Extruders ändert, die Rotationsgeschwindigkeit des Walzenpaares sich in einer entsprechenden Weise ändern muß, damit die neue Fließgeschwindigkeit eingehalten wird. Dies wird dadurch sichergestellt, daß die Umdrehungszahl der beiden Walzen als eine Funktion der Breite des extrudierten Strangs M geregelt wird. Um diese Funktionsbeziehung herzustellen, wird ein Regelsystem verwendet das die Breite des extrudierten Strangs mit einem vorbestimmten Wert digital vergleicht Die digitale Differenz in der Form von Zählwerten wird dann in digitale Impulse umgewandelt die unmittelbar die Steuerung der Verdrängung der hydraulischen Pumpe beeinflussen, die ihrerseits den Antriebsmotor für das Walzenpaar steuert.

Im einzelnen ist die Regel- bzw. Steuereinrichtung darauf abgestellt, das Volumen des extrudierten Strangs innerhalb der Toleranzen von 1 % zu halten.

Die Strangdicke schwankt um nicht mehr als ± 0,00127 cm. Das Strangprofil kann also in den spezifisierten Toleranzgrenzen gehalten werden.

Die Steuerung erfolgt durch optisches Abtasten der Breite des extrudierten Strangs mit Hilfe einer Abtastkamera 10 mit DiodenzeilenanordDung. Die Kamera tastet die volle Breite der unteren Walze 16 elektronisch ab und die Diodenzeile liefert eine Auflösung von annähernd 0,063 cm. Dabei wird eine Abtastgeschwindigkeit von annähernd 1000 vollen Hinläufen ir; der Sekunde verwendet Die Regelfunktion wird nach jeweils zehn

ίο aufeinanderfolgenden vollen Abtastläufen aktiviert, d. h. die Regelung wird mit einem Mittel von zehn Abtastungen durchgeführt Dieser Faktor vermindert die Stärke des Einflusses eines etwaigen Rauschens des Systems, von Störwerten oder sehr geringen Hochfrequenz-Schwankungen auf die Strangbreite. Die Abtastkamera 10 arbeitet in der Weise, daß sie den Kontrast zwischen der reflektierenden Metallfläche der Walze la und der dunkleren, stumpfen Oberfläche des extrudierten Strangs Mausnützt Die Anzahl der einen dunklen Wert wahrnehmenden Dioden wird dann mit einem vorgegebenen Wert an einer Reihe von digitalen Zackenrad-Vorwählschaltern verglichen. Die elektronische Vergleichsschaltung (nicht dargestellt) übt dann verschiedene Funktionen aus. Dies sind:

1. Feststellen der Impulsstufe und Fühlen des Fehlers.

2. Feststellen des Fehlertrends durch Vergleich des vorliegenden Fehlersignals mit dem vorhergehenden.

3. Senden der vom Benutzer eingestellten Anzahl von Impulsen zu dem den Schrittmotor und die Verdrängerpumpe umfassenden Regelkreis.

Der Benutzer hat die Möglichkeit, wie erwähnt, die Anzahl von Regelschritten pro Diode für den Fehler zu wählen; außerdem kann er aber auch die Ansprechfrequenz des Schrittmotors wählen. Die Schritte pro Diode und die Ansprechfrequenz werden zu Beginn so eingestellt, daß man die »am besten« erscheinende Bandbreite erhält Die Faktoren, die die Regelfunktion beeinflussen, hängen vom Ausgangsmaterial, vom Extruder und von der Geschwindigkeit ab. Wenn sie zu Beginn eingestellt sind, bleiben sie konstant Die spezifische Genauigkeit des Rege'systems wird durch die besondere Form des Walzenspaltes (Siehe F i g. 3) und durch die Empfindlichkeit des Regelsystems erzielt

Wenn, um ein Beispiel zu nehmen, während des Extrusionsvorganges die Mengenfließgeschwindigkeit des Extruders 2 aufgrund der Zuführrate oder der Konsistenz des Rohmaterials geringfügig zunimmt, wird auch die Breite des extrudierten Strangs proportional größer, wenn die Rotationsgeschwindigkeit der Walzen la, 16 konstant gehalten wird. Wenn man ferner den Formwalzenspalt als volumenabhängig von der Umdrehungszahl des Walzenpaars ansieht, ergibt sich die Situation, daß die Umfangsgeschwindigkeit des Walzenpaars in einer vorgegebenen Zeit bei konstantem Querschnitt ein spezielles Volumen an Endprodukt erzeugt. Wenn ein größeres Volumen an die Walzen la, 16 angeliefert wird, wird es an den Seiten der beiden Walzen herausquellen, da die beiden Walzen an den Seiten nicht abgedichtet sind und dies auch gar nicht sein können. Wenn nun die Umdrehungszahl der Walzen erhöht wird, so daß das Volumen zunimmt und sich an die neue Fließgeschwindigkeit anpaßt, bleibt die Strangbreite konstant. Die Umdrehungszahl des Walzenpaars wird erhöht, indem die gesteuerte Verdrängung der hydraulischen Pumpe vergrößert wird.

Um die notwendige Regelgenauigkeit zu erhalten, sind die Querschnittsflächen der beiden Walzen la, Xb so geformt (siehe F i g. 3), daß die Kontrolle der Strangbreite an einem verhältnismäßig schmalen Randteile des Strangs vorgenommen werden kann. Die obere oder die untere Walze ist an jedem Rand mit einem Randabschnitt 18 versehen, an den sich ein eingesenkter mittlerer Abschnitt 19 anschließt, wodurch ein Breitenkontrollpunkt bei 20 gebildet ist. Die Gestaltung des Walzenpaars, wie sie in F i g. 3 gezeigt ist, erlaubt, daß alles zugeführte überschüssige Material durch die schmalen Randabschnitte 18 herausgepreßt wird. Die Vorrichtung ist so ausgelegt, daß im Betrieb die beiden Walzen la, \b ihre Geschwindigkeit ändern, um ein Sollprofil des Strangs zu erzielen. Wenn das Gegenteil wie beim ,5 obigen Beispiel, d. h. eine geringere Fließgeschwindigkeit beim Extruder eintritt, verlangsamen die beiden Walzen ihre Drehung und halten weiter die gewünschte Form und die Abmessungen des Strangs ein. Wegen des Strangprofils liegt der Hauptbereich, in dem sich die Masse konzentriert, im mittleren Strangabschnitt. Die verhältnismäßig langsam vor sich gehende Änderung des Flusses des extrudierlen Materials und die hohe Empfindlichkeit des Regelsystems machen es möglich, die Schwankungen des Mengenflusses und der Bandabmessungen auf einem Minimum zu haitiin.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

1 2 .: Durch die Erfindung ist es ermöglicht worden, das Patentansprüche: Profil des Matertalstrangs auch bei großem Durchsatz zu steuern. Ein solcher Materialsstrang mit in wesentli-

1. Vorrichtung zum Extrudieren und Formen eines chen konstanten Abmessungen kann ausreichend elastomeren Materialstrangs, umfassend einen Es- 5 schnell und somit wirtschaftlich auf eine Oberfläche auftruder mit Formdüsen zum Formen eines Material- gebracht werden. Insbesondere können mit der erfinstranges, ein nachgeordnetes Walzenpaar, eine die dungsgemäßen Vorrichtung auch schmale Material-Materialbreite in Richtung parallel zu den Walzen- stränge mit guter Qualität hergestellt werden, z. B. achsen abtastende Fühleinrichtung und eine an die Gummistreifen, wie sie zur Reifenfertigung benötigt Fühleinrichtung angeschlossene Steuereinrichtung, io werden. Auch tritt das Problem unterschiedlicher Queldie mit einer Antriebseinrichtung für den Extruder lung als Funktion der Strangdicke im wesentlichen nicht und das Walzenpaar verbunden ist, dadurch ge- mehr auf.

kennzeichnet, daß der zwischen den beiden Zweckmäßig wird zum Abtasten der Materialbreite

Walzen (la, 16,1 gebildete, den Querschnitt des Mate- ein optoelektronischer Fühler verwendet, der bevor-

rialstrangs (M) bestimmende Spalt einen mittleren, 15 zugt eine Abtastkamera mit einer Photodiodenzeile auf-

dem gewünschten Materialstrangquerschnitt ent- weist

sprechenden Abschnitt (19) sowie beidseits dieses Die Erfindung wird nachfolgend durch ein Ausfüh-

Abschnitts Randabschnitte (18) verringerter Spalt- rungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert In

höhe zur Aufnahme überschüssigen Materials auf- dieser zeigt

weist, und daß die Fühleinrichtung(10) zur Messung 20 Fig. 1 eine Seitenansciht einer Extruderanordnung der Breite des aus dem Walzenspalt austretenden mit nachgeordnetem Walzenpaar;
Materialstrang (M) an dessen Randabschnitten (18) Fi g. 2 eine perspektivische Teilansicht die die Walausgebildet ist zenanordnung, die Düse und die Abtastkamera zeigt;

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- und

zeichnet daß die Fühleinrichtung als opto-elektroni- 25 F i g. 3 ein Walzenprofil in einer Teilschnittansicht

scher Fühler ausgebildet ist Die F i g. 1 zeigt einen Extruder 2 herkömmlicher

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn- Bauart der einen Einlaß 3 zur Aufnahme eines durchgezeichnet daß eine Abtastkamera (10) mit einer Pho- henden Stückes eines elastomeren Materials besitzt das todiodenzeile vorgesehen ist durch eine Schnecke 4 bearbeitet und durch einen Aus-

30 laß 5 ausgepreßt wird, um mit einer Walzenanordnung

in Kontakt zu kommen. Sobald das Material aus dem

Extruder 2 austritt wird es von einem Walzenformsystem erfaßt das aus zwei motorisch angetriebenen, ge-

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum gensinnig rotierenden Walzen la, \b besteht die vor

Extrudieren und Formen eines elastomeren Material- 35 einer Formdüse 6 mit weiter öffnung angeordnet sind.

Strangs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Formdüse 6 ist unmittelbar an dem Auslaß des Ex-

In der DE-PS 971 776 ist eine solche Vorrichtung truders 2 angebracht Die Profilierung der Walzen la, \b

beschrieben, bei der ein zwischen dem Extruder und bestimmt das Profil des extrudierten Materials. Eine

dem Walzenpaar angeordneter Fühler den Material- dritte, motorisch angetriebene Walze 7, die einer der

strangrand in diesem Bereich abtastet Der gemessene 40 beiden Walzen la, \b zugeordnet ist wirkt als Bandab-

Abtastwert wird zur Steuerung der Drehgeschwindig- streifen Diese dritte Walze 7 ist derart angeordnet daß

keit der Extruderschnecke und/oder des Walzenpaares durch ihr Drehen gegensinnig zu der zugeordneten

verwendet Bei der bekannten Vorrichtung ist jedoch Walze der Materialstrang M von der letzteren abge-

die Dicke des Materialstrangs zwischen Extruder und schält wird. Dadurch, daß außerdem die Temperatur der

Walzenpaar häufig zeitlich nicht konstant was durch die 45 beiden Walzen \a,\b unabhängig voneinander gesteu-

Messung der Materialstrangbreite nicht erfaßt werden ert wird, ist es möglich, den extrudierten Strang an der

kann. gewünschten Walze haften zu lassen. Die Walzen wer-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer den annähernd synchron zueinander gedreht Eine geVorrichtung der eingangs genannten Art die Schwan- steuerte Antriebseinrichtung 8, die elektrisch, mechakungen der Querschnittsabmessungen des vom Walzen- 50 nisch oder hydraulisch sein kann, ist unmittelbar mit paar abgegebenen Materialstrangs wesentlich zu ver- einem Antriebsmotor 9 gekoppelt 9 gekoppelt der den ringern. Extruder 2 steuert.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung mit den Als Teil eines geschlossenen Regelkreises zur Rege-

Merkmalen im Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst. lung der Beziehung zwischen der Materialzufuhr und

Die Dicke des aus dem Walzenspalt austretenden 55 der Ablage des extrudierten Materials auf einer Ober-Materialstrangs ist durch den Abstand der beiden Wal- fläche verwendet die Erfindung z. B. einen elektrooptizen eindeutig festgelegt. Der Regelung der Antriebsein- sehen Fühler 10, etwa eine Abtastkamera mit einer Phorichtung wird die gemessene Breite des aus dem Wal- todiodenzeile und zugehöriger Hardware, um die Breite zenspalt austretenden Materialstrangs zugrunde gelegt. des extrudierten Strangs zu überwachen. In diesem Zu-Aufgrund der verringerten Spalthöhe der beiden Rand- 60 sammenhang sei darauf verwiesen, daß die Breite des abschnitte ergibt sich bereits bei geringfügigen VoIu- Strangs von der Geschwindigkeit der Walze la abhängt men-Durchsatzschwankungen eine deutliche Änderung und diese ihrerseits durch Steuerung der hydraulischen der Breite des aus dem mittleren Abschnitt sowie zu- Strömungsgeschwindigkeit in der hydraulischen Anmindest geringfügig aus den beiden Randabschnitten triebseinrichtung verändert oder geregelt wird. Diese des Walzenspalts austretenden Materialstrangs. Das 65 Einrichtung besteht aus einer direkt gekoppelten Pum-Volumen des extrudierten Materialstrangs kann inner- pe Sb, einem Strömungsregler 9a und einem Motor 8a. halb von Toleranzgrenzen im Bereich von 1 % gehalten Sie funktioniert in der Weise, daß das Ausgangssignal werden. des Zeilenabtasters in eine Steuereinrichtung 11 einge-