DE3037441A1 - Automatic thermoplastics extruder regulation - where return to raw material of recovered heat losses is regulated by throughput meter - Google Patents

Automatic thermoplastics extruder regulation - where return to raw material of recovered heat losses is regulated by throughput meter

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DE3037441A1 DE19803037441 DE3037441A DE3037441A1 DE 3037441 A1 DE3037441 A1 DE 3037441A1 DE 19803037441 DE19803037441 DE 19803037441 DE 3037441 A DE3037441 A DE 3037441A DE 3037441 A1 DE3037441 A1 DE 3037441A1
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Abstract

An extruder for plastics is regulated by measuring the wt. of material fed in with a throughput meter, comparing the value with the target figure calculated from the wt. of finished prod. and adjusted the screw speed according to the deviation. The feedback to the raw material of heat lost in the extruder + nozzle + end product is regulated by the measurements on the throughput. Optimal prodn. in utilisation of heat losses to preheat raw material is obtd. without requiring regulation by the operator.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Regeln Method and device for regulating

einer kunststoffverarbeitenden Schnekkenpresse Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Regeln einer kunststoffverarbeitenden Schneckenpresse, bei dem das Gewicht des der Schneckenpresse zugeführten, plastifizierbaren Rohstoffes mittels einer Durchsatzmeßvorrichtung gemessen, mit einem Gewichtssollwert, der sich aus dem rechnerisch ermittelten Gewicht des Fertigproduktes ergibt, verglichen und entsprechend der Abweichung das Aufnahmevermögen der Schneckenpresse durch Anderung der Drehzahl der Schnecke geregelt wird. a plastic processing screw press The invention relates on a method for controlling a plastic-processing screw press, where the weight of the plasticizable raw material fed to the screw press measured by means of a throughput measuring device, with a weight setpoint, the results from the calculated weight of the finished product, compared and according to the deviation, the capacity of the screw press by changing the speed of the screw is regulated.

Bei einem derartigen bekannten Verfahren sowie einer Vorrichtung zum Regeln einer kunststoffverarbeitenden Schnekkenpresse (DE-AS 25 31 966) wird die im Betrieb am Extruder und seinen Profilwerkzeugen sowie am Endprodukt entstehende Verlustwärme nicht ausgenutzt, sondern heizt den Betriebsraum auf.In such a known method and a device for Rules of a plastic-processing screw press (DE-AS 25 31 966) is the arising during operation on the extruder and its profile tools as well as on the end product Heat loss is not exploited, but heats up the operating room.

Es ist ferner eine Vorrichtung zum Vorwärmen pulverförmiger oder körniger thermoplastischer Kunststoffe m#it einem an einen Extruder anschließbaren Vorratsbehälter bekannt, der mit einer Leitung zum Zuführen eines Heizmediums versehen ist. Die Leitung ist mit einer Absaughaube verbunden, die den beim Betrieb Verlustwärme abgebenden Teil des Extruders und seiner Profilwerkzeuge überdeckt (DE-PS 2 235 023). Die Menge und die Temperaturhöhe der anfallenden Verlustwärme ist abhängig von der Art des zu plastifizierenden Kunststoffmaterials und chemisch/physikalischen Eigenschaften.It is also a device for preheating powdery or granular thermoplastic plastics with a storage container that can be connected to an extruder known, which is provided with a line for supplying a heating medium. the The line is connected to a suction hood that releases the heat lost during operation Part of the extruder and its profile tools covered (DE-PS 2 235 023). The amount and the temperature level of the resulting heat loss depends on the type of plastic material to be plasticized and chemical / physical properties.

Bedingt durch die Plastifizierung von Kunststoffen bei der Verarbeitung mittels Wärmeenergie kommen den Wärmeinhalten eines zu verarbeitenden Kunststoffmaterials - also auch der Ausgangstemperatur des Material - erhebliche Bedeutung zu. Im übrigen wird der Plastifizierungsgrad eines Rohstoffes durch Dichte, Schmelzindex, Schubmodul und Scherbeanspruchung bestimmt.Due to the plasticization of plastics during processing the heat content of a plastic material to be processed comes from thermal energy - including the starting temperature of the material - is of considerable importance. Furthermore the degree of plasticization of a raw material is determined by density, melt index, shear modulus and shear stress determined.

Der Plastifizierungsgrad und der Leistungsausstoß eines Kunststoffproduktes stehen im Verarbeitungsprozeß in einem kausalen Verhältnis.The degree of plasticization and the output of a plastic product are in a causal relationship in the processing process.

Da die Rohstofftemperatur auf den Plastifizierungsgrad Einfluß hat, ergeben sich bei der Nutzung von Verlustwärme zum Zwecke der Rohstoffvorwärmung notwendige Grenzen dann, wenn der Leistungsausstoß infolge des zu stark vorgewärmten Materials unwirtschaftlich eingeschränkt wird.Since the raw material temperature has an influence on the degree of plasticization, result from the use of waste heat for the purpose of preheating raw materials necessary limits when the power output as a result of the excessively preheated Material is restricted uneconomically.

Für eine einwandfreie Regelung der Verlustwärmerückführung genügt nicht nur eine Temperaturüberwachung des Prozesses bzw. die Erfassung der aufgewandten Energie.Sufficient for a perfect regulation of the heat loss recovery not only a temperature monitoring of the process or the recording of the expended Energy.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung der Verlustwärmerückführung zum Zwecke der Vorwärmung des Rohstoffes so zu gestalten, daß bei unterschiedlichen Rohstoffarten Vorrichtungsanpassungen durch das Bedienungspersonal entfallen und unter wirtschaftlicher Energieeinsparung durch Verlustwärmenutzung eine optimale Produktion erreicht wird.The invention is based on the object of a method and a device to regulate the heat loss recovery for the purpose of preheating the raw material to be designed in such a way that device adjustments are made for different types of raw materials by the operating personnel and with economical energy saving optimal production is achieved through the use of waste heat.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß mittels der Durchsatzmessung dem Rohstoff zugeführte, am Extruder und seinen Profilwerkzeugen sowie am Endprodukt entstehende Verlustwärme geregelt wird.This task is performed in a method of the type mentioned at the beginning solved in that the raw material fed by means of the throughput measurement, at the extruder and its profile tools as well as the heat losses generated on the end product will.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird mittels der Durchsatzmessung sowohl die dem Rohstoff zugeführte, am Extruder und seinen Profilwerkzeugen sowie am Endprodukt entstehende Verlustwärme als auch die der Schnecke und den Profilwerkzeugen zur Plastifizierung des Rohstoffes zugeführte Grundwärmeenergie geregelt.In an advantageous embodiment of the invention is means the throughput measurement of both the raw material fed to the extruder and its Profile tools as well as the heat loss arising on the end product as well as that of the screw and the basic heat energy supplied to the profile tools for plasticizing the raw material regulated.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die in den Unteransprüchen herausgestellt ist, steht ein Meß- und Regelsystem zur Verfügung, mit dem erkannt werdenkann, wieviel Verlustwärme zur Energieeinsparung in den Rohstoff zurückgeführt werden kann, bis der Temperaturpunkt sich einstellt, bei dem eine Einbuße an Produktionsleistung durch zu stark erwärmtes Material eintritt.With the method according to the invention and the device according to the invention, which is emphasized in the subclaims, a measurement and control system is available With which it can be recognized how much heat loss can be used to save energy can be returned to the raw material until the temperature point is reached, in which there is a loss of production output due to excessively heated material.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden beschrieben.Embodiments of the invention are shown in the drawing and are described below.

Es zeigen: Fig. 1 eine Kunststoffverarbeitungsmaschine, die mit einem Meß- und Regelsystem ausgerüstet ist, in schematischer Darstellung, Fig. 2 eine Dursatzmeßvorrichtung mit zugeordnetem Auswertgerät.The figures show: FIG. 1 a plastics processing machine which is equipped with a Measuring and control system is equipped, in a schematic representation, Fig. 2 a Throughput measuring device with associated evaluation device.

Die Kunststoffverarbeitungsmaschine 1 weist eine Plasti-FizicrunrJt.3cl)necke auf,die iiber die Funk# ionslini o 2 mit elektromotorischer Antriebsenergie gespeist wird.The plastics processing machine 1 has a Plasti-FizicrunrJt.3cl) necke which are fed via the functional line 2 with electromotive drive energy will.

Gleichfalls wird über die Funktionslinie 3 Grundwärmeenergie zur Plastifizierung des Rohstoffes 4, eines thermoplastischen Kunststoffes, der Schnecke zugeführt.Likewise, via function line 3, basic heat energy is used for plasticizing of the raw material 4, a thermoplastic synthetic material, fed to the screw.

Der Rohstoff wird nach der Plastifizierung in der Schnecke im Profilwerkzeug 5 zu dem Endprodukt 6 geformt.After plasticization in the screw, the raw material is used in the profile tool 5 formed into the end product 6.

Bei der Verarbeitung wird der Rohstoff 4 zunächst in den Behälter 7, der als Wärmetauscher ausgebildet ist, transportiert und gelangt von dort in eine Durchsatzmeßvorrichtung 8.During processing, the raw material 4 is first placed in the container 7, which is designed as a heat exchanger, is transported and from there enters a throughput measuring device 8.

Während der Verarbeitung entsteht, bedingt durch die Anwendung von Wärmeenergie, ein stofflicher Aggregatszustandswechsel "hart-weich-hart". Dabei fällt Verlustwärme an der Kunststoffverarbeitungsmaschine 1, an dem Profilwerkzeug 5 und am Endprodukt 6 an. Diese Verlustwärme wird in der Vorrichtung 9 gesammelt und über die Funktionslinie 10 in den unteren Teil des Behälters 7 geführt. Beim Durchfluß des Rohstoffes 4 durch den Behälter 7 wird einTeil der Verlustwärme an den Rohstoff 4 abgegeben, bevor die Restverlustwärme über die Funktionslinie 12 an die Umgebung abgegeben wird.During processing, arises due to the application of Thermal energy, a change in the physical state of matter "hard-soft-hard". Included heat loss falls on the plastics processing machine 1, on the profile tool 5 and on the end product 6. This heat loss is collected in the device 9 and guided via the functional line 10 into the lower part of the container 7. At the Flow of the raw material 4 through the container 7 becomes part of the heat loss the raw material 4 is released before the residual heat loss via the functional line 12 is released into the environment.

Der so erwärmte Rohstoff gelangt über die Durchsatzmeßvorrichtung 8 in die Schnecke der Verarbeitungsmaschine 1, die infolge vorgegebener Soll-Werte ein definiertes Aufnahmevermögen bei einer bestimmten Rohstofftemperatur besitzt und auch eine definierbare Antriebsleistung benötigt, um den Rohstoff 4 zu dem gewünschten Endprodukt 6 umzuwandeln.The raw material heated in this way passes through the throughput measuring device 8 into the screw of the processing machine 1, which as a result of predetermined target values has a defined absorption capacity at a certain raw material temperature and also a definable drive power is required to get the raw material 4 to the desired one Convert end product 6.

Durch diesen Prozeß ergibt sich ein in der Durchsatzmeßvorrichtung 8 meßbarer Rohstoffdurchsatz in kg/Zeit.This process results in a flow rate measuring device 8 measurable raw material throughput in kg / time.

Im Falle einer zu hohen Verlustwärmenutzung könnte der Zustand eintreten, daß infolge nun veränderter Schubmodulbedingungen des Rohstoffes zwar die gewünschte Energieeinsparung eintritt, jedoch auch die Produktionsleistung zurückfällt.In the event of excessive heat loss, the situation could arise that as a result of the changed shear modulus conditions of the raw material, the desired Energy savings occur, but production output also falls back.

Dieses nicht anstrebbare Verhalten kann durch die Durchsatzmeßvorrichtung meßtechnisch erfaßt werden. über die Funktionslinie 13 wird ein Regelsignal an die Vorrichtung 9 gegeben, so daß über die Funktionslinie 14 ein Kühlmedium, z.B. LUft, zur Temperaturregelung der Verlustwärme 11 zugeführt werdewkann.This behavior, which cannot be striven for, can be caused by the throughput measuring device can be detected by measurement. Via the function line 13, a control signal is sent to the Device 9 given so that a cooling medium, e.g. air, for temperature control of the heat loss 11 can be supplied.

Auf diese Weise wird sichergestellt, daß ein optimaler Produktionsprozeß mit hohem Wirkungsgrad in Hinsicht auf den Energiebedarf und auf die Produktionsleistung entsteht.In this way it is ensured that an optimal production process with high efficiency in terms of energy consumption and production output arises.

Von der Schnecke, dem Profilwerkzeug 5 und von dem Endprodukt 6 wird die Verlustwärme über Funktionslinien 15,16,17 der Vorrichtung 9 zugeführt.From the screw, the profile tool 5 and from the end product 6 the heat loss is fed to the device 9 via function lines 15, 16, 17.

In der Fig. 2 ist die Durchsatzmeßvorrichtung 8 schematisch aufgezeigt, durch die die Regelung der Verlustwärmenutzung bei den verschiedenen Rohstoffarten ermöglicht wird.In Fig. 2, the throughput measuring device 8 is shown schematically, by regulating the use of waste heat at the various Types of raw materials is made possible.

Die Durchsatzmeßvorrichtung 8 besteht aus einem Meßbehälter 18, der im allgemeinen als Trichter ausgebildet ist und an einer Kraftmeßdose 19 hängt. Die Kraftmeßdose 19 erfaßt das Gewicht des Meßbehälters 18 und des darin befindlichen Rohstoffes 4. Das Gesamtgewicht bzw.The throughput measuring device 8 consists of a measuring container 18, the is generally designed as a funnel and is attached to a load cell 19. The load cell 19 detects the weight of the measuring container 18 and that located therein Raw material 4. The total weight or

dessen Veränderung über die Zelt wird beginnend mit einem Startsignal vom Meßpunkt M1 bis zum Meßpunkt M2 in wählbaren Zeitabschnitten als Ist-Wert erfaßt und über die Funktionslinie 20 als elektrisches Signal an eine elektronische Waage 21 weitergegeben. Dieser Ist-Wert wird über die Funktionslinie 22 an ein Auswertgerät 23, das einen Prozeßrechner besitzt, zum Vergleich mit einem Soll-Wert weitergeleitet. Der Soll-Wert wird als Ergebnis einer ausserhalb des Prozesses stehenden Rechenoperation in kg/Zeit in das Auswertgerät 23 eingegeben.its change over the tent will begin with a start signal from measuring point M1 to measuring point M2 recorded as actual value in selectable time segments and via function line 20 as an electrical signal to an electronic scale 21 passed. This actual value is sent to an evaluation device via function line 22 23, which has a process computer, forwarded for comparison with a target value. The target value is the result of an arithmetic operation outside the process entered into the evaluation device 23 in kg / time.

Im Auswertgerät wird nun der über die Funktionslinie 22 eingegebene Ist-Wert mit dem über eine Funktionslinie 24 eingegebenen Soll-Wert verglichen und-sofern eine Differenz vorliegt, wird ein für Regelzwecke gebildetes el#ektrisches Signal über die Funktionslinie 25 z.B. an die Vorrichtung 9 abgegeben.The value entered via function line 22 is now entered in the evaluation device The actual value is compared with the nominal value entered via a function line 24 and if so If there is a difference, an electrical signal is generated for control purposes Delivered to the device 9 via the function line 25, for example.

Um die Regelung optimal zu gestalten, d.h. sie in etwa kontinuierlich durchzuführen, ist es erforderlich, daß die Gewichtsveränderung möglichst oft als partielle Einheit zwischen den Meßpunkten M1 und M2 erfaßt wird. Dies geschieht dadurch, daß in einzelnen wählbaren Zeitabschnit ten mit entspreciic#ndc"r Frtlquonz beginnend mit tdem Startsignal des Meßpunktes M1 innerhalb der elektronischen Waage 21 bzw. der Kraftmeßdose 19 die partiellen Veränderungsgewichte erfaßt werden. Der Prozeßrechner innerhalb des Auswertgerätes 23 ist so ausgelegt, daß die gewählten Zeitabschnitte für den Ist-Wert gleichzeitig ein Signal sind, um die gleiche Zeit für die Teilgewichte des Soll-Wertes zu bilden.In order to design the regulation optimally, i.e. it approximately continuously carry out, it is necessary that the weight change as often as possible partial unit between the measuring points M1 and M2 is detected. this happens in that in individually selectable time segments with corresponding frequency beginning with the start signal of the measuring point M1 within the electronic balance 21 or the load cell 19, the partial change weights are detected. Of the Process computer within the evaluation device 23 is designed in such a way that that the selected time segments for the actual value are simultaneously a signal, to form the same time for the partial weights of the target value.

Das Ausgangssignal 25 zum Regeln kann je nach Veränderungsdifferenz zwischen dem Soll- und dem Ist-Wert positiv oder negativ sein. Darüber hinaus ist dieses Signal je nach quantität der Veränderungsdifferenz aus dem Soll-Ist-Wertvergleich auch in seiner Kapazität quantitativ groß oder klein.The output signal 25 for regulating can depending on the change difference be positive or negative between the target and the actual value. In addition, is this signal depends on the quantity of the change difference from the target / actual value comparison also quantitatively large or small in its capacity.

Am Meßbehälter 18 sind Schaltpunkt S1 und S2 vorgesehen.Switching points S1 and S2 are provided on the measuring container 18.

Diese Schaltpunkte können über die Funktionslinien 26,27 auf das Auswertgerät 23 einwirken, und zwar mit der Aufgabe, daß der Meßbehälter 18 nicht überfüllt oder völlig entleert werden kann.These switching points can be accessed via the function lines 26, 27 on the signal conditioning instrument 23 act, with the task that the measuring container 18 is not overfilled or can be completely emptied.

Dem Meßbehälter 18 wird im allgemeinen der mittels der Verlustwärme vorgewärmte Rohstoff zugeführt. Es ist jedoch auch denkbar, den Meßbehälter 18 als Wärmetauscher auszubilden und die Verlustwärme zur Vorwärmung des Rohstoffes in den Meßbehälter einzuführen.The measuring container 18 is generally the means of the heat loss Preheated raw material is supplied. However, it is also conceivable to use the measuring container 18 as To train heat exchangers and the heat loss to preheat the raw material in insert the measuring container.

Bezugszeichen 1 Kunststoffverarbeitungsmaschine 2 Funktionslinie 3 Funktionslinie 4 Rohstoff 5 Profilwerkzeug 6 Endprodukt 7 Behälter 8 Durchsatzmeßvorrichtung 9 Vorrichtung 10 Funktionslinie 11 Verlustwärme 12 Funktionslinie 13 Funktionslinie 14 Funktionslinie 15 Funktionslinie 16 Funktionslinie 17 Funktionslinie 18 Meßbehälter 19 Kraftmeßdose 20 Funktionslinie 21 Waage 22 Funktionslinie 23 Auswertgerät 24 Funktionslinie 25 Funktionslinie 26 Funktionslinie 27 Funktionslinie M1 Meßpunkt M2 Meßpunkt 51 Schaltpunkt 52 SchaltpunktReference number 1 plastics processing machine 2 function line 3 Functional line 4 Raw material 5 Profile tool 6 End product 7 Container 8 Throughput measuring device 9 Device 10 Function line 11 Heat loss 12 Function line 13 Function line 14 Function line 15 Function line 16 Function line 17 Function line 18 Measuring container 19 Load cell 20 Function line 21 Scales 22 Function line 23 Evaluation device 24 Function line 25 Function line 26 Function line 27 Function line M1 measuring point M2 measuring point 51 switching point 52 switching point

Claims (5)

Patentansprüche Verfahren zum Regeln einer kunststoffverarbeitenden Schneckenpresse, bei dem das Gewicht des der Schneckenpresse zugeführten, plastifizierba-ren Rohstoffes mittels einer Durchsatzmeßvorrichtung gemessen, mit einem Gewichtssollwert, der sich aus dem rechnerisch ermittelten Gewicht des Fertigproduktes ergibt, verglichen und entsprechend der Abweichung das Aufnahmevermögen der Schneckenpresse durch Änderung der Drehzahl der Schnecke geregelt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß mittels der Durchsatzmessung dem Rohstoff (4) zugeführte, am Extruder und seinen Profilwerkzeugen (5) sowie am Endprodukt (6) entstehende Verlustwärme geregelt wird. Method for regulating a plastics processing plant Screw press in which the weight of the screw press can be plasticized Raw material measured by means of a throughput measuring device, with a weight setpoint, which results from the calculated weight of the finished product, compared and according to the deviation, the capacity of the screw press by changing the speed of the screw is regulated, that is to say e t that by means of the throughput measurement the raw material (4) fed to the extruder and its profile tools (5) as well as the heat loss resulting from the end product (6) is regulated. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Durchsatzmessung sowohl die dem Rohstoff zugeführte, am Extruder und seinen Profilwerkzeugen sowie am Endprodukt entstehende Verlustwärme als auch die der Schnecke und den Profilwerkzeugen zur Plastifizierung des Rohstoffes zugeführte Grundwärmeenergie geregelt werden.2. The method according to claim 1, characterized in that means the throughput measurement of both the raw material fed to the extruder and its Profile tools as well as the heat loss arising on the end product as well as that of the screw and the basic heat energy supplied to the profile tools for plasticizing the raw material be managed. 3. Vorrichtung zur Durchführung der Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchsatzmeßvorrichtung (8) und der als Wärmetauscher ausgebildete Rohstoffbehälter (7) unmittelbar in Baueinheit am Schneckeneinlauf bzw. am Zylinder der Verarbeitungsmaschine installiert sind.3. Apparatus for performing the method according to claim 1 or 2, characterized in that the throughput measuring device (8) and the heat exchanger trained raw material container (7) directly in a structural unit at the screw inlet or are installed on the cylinder of the processing machine. 4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßbehälter (18) der Durchsatzmeßvorrichtung (8) als Wårmetauscher ausgebildet ist, dem die Verlustwärme zuführbar ist.4. Apparatus for performing the method according to claim 1 or 2, characterized in that the measuring container (18) the throughput measuring device (8) is designed as a heat exchanger to which the heat loss can be fed. 5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein Auswertgerät (23) mit einem Prozeßrechner, in dem Gewichte aus einer elektronischen Waage (21) beginnend mit einem Startsignal nach vorgegebenen, wählbaren Zeitabschnitten als Ist-Werte abgefragt werden und mit synchronen gleichen Zeitabschnitten des Soll-Wertes, die sich aus dem Gewichtsaufnahmevermögengder Schnecke über einen Zeitraum ergeben, verglichen werden, wobei die Differenz ein nach Vorzeichen und quantität entsprechendes Regelsignal (25) bestimmt.5. Device for performing the method according to the claims 1 or 2, characterized by an evaluation device (23) with a process computer, in the weights from an electronic balance (21) beginning with a start signal are queried as actual values after specified, selectable time periods and with synchronous equal time segments of the target value, which result from the weight-bearing capacity Snail can be compared over a period of time, the difference being a according to the sign and quantity of the corresponding control signal (25) is determined.
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