DE3316838A1

DE3316838A1 - Verfahren und tandem-extruderanlage zur herstellung einer aufgeschaeumten materialbahn aus polystyrol oder dergleichen

Info

Publication number: DE3316838A1
Application number: DE19833316838
Authority: DE
Inventors: Dietmar Ing.(Grad.) 3000 Hannover Anders
Original assignee: Hermann Berstorff Maschinenbau GmbH
Current assignee: KraussMaffei Extrusion GmbH
Priority date: 1983-05-07
Filing date: 1983-05-07
Publication date: 1984-11-08
Also published as: DE3316838C2

Description

Verfahren und Tandem-Extruderanlage zur
Herstellung einer aufgeschäumten Materialbahn aus Polystyrol oder dergleichen ================================== Die Erfindung betrifft ein Verfahren wie näher erläutert im Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Tandem-Extruderanlage gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 2.
Aus der DE-AS 12 61 660 (Fig. 3) ist eine Tandem-Extruderanlage für die Herstellung von Schaumkunststofferzeugnissen bekannt. Der aufzuschäumende Kunststoff wird in einem Homogenisierextruder, beispielsweise in Granulatform eingegeben und aufgeschmolzen. In den aufgeschmolzenen Kunststoff wird dann ein Treibmittel eingedüst und einhomogenisiert, Danach wird der mit dem Treibmittel vermischte Kunststoff, der unter einem hohen Druck stehen muß, um ein vorzeitiges Aufschäumen in der Maschine zu vermeiden, in den Kühlextruder gefördert und von diesem durch eine Ringdüse zu einem schlauchförmigen Gebilde ausgeformt. Die schlauchförmige, aufgeschäumte Kunststoffbahn wird aufgeschnitten und flachgelegt, so daß man eine aufwickelbare Materialbahn erhält.
Mittels der gezeigten Einrichtung ist es nicht möglich, gleichmäßige Mater ial/Treibmittelverhältnisse zu schaffen, was wiederum Voraussetzung für eine gleichmäßige Dicke einer aufgeschäumten Materialbahn ist. Selbst geringste Schwankungen hinsichtlich des Material/Treibmittelanteiles, führen sofort zu beträchtlichen Dickenabweichungen einer aufgeschäumten Polystyrolfolie.
Auf der einen Seite muß bei Einschneckenextrudern ständig mit einem gefüllten Trichter gefahren werden, um eine Pulsa tion (Materialdruckschwankungen am Extruderaustritt) zu ver meiden. Wenn die Schneckengänge im Einzugsteil und in den nachfolgenden Druckaufbau- und Ausstoß zonen nicht ständig mit Material gefüllt sind, pulsiert der Extruder sofort, was zwangsläufig auch sofort zu erheblichen Dickenschwan# kungen der aufgeschäumten Folie führen muß.
Auf der anderen Seite gibt aber auch ein ständig gefüllter Materialzufuhrtrichter keine Gewähr dafür, daß Dickenschasan kungen unterbleiben, weil bei unterschiedlichen Schüttgewichten zwar auch der Trichter gefüllt ist, aber trotzdem keine gleichbleibende Materialmenge von der Schnecke eingezogen wird.
Unterschiedliche Schüttgewichte werden verursacht durch unterschiedliche Teilchengrößen des Materials, insbesondere des Regeneratanteils. Da beim Extrudieren von Schaumstoffbahnen erhebliche Mengen von abgeschnittenen Randstreifen anfallen, die als geschnitzelte und gemahlene Teilchen dem Homogenisierextruder sofort wieder zugeführt werden (etwa bis zu 30 %), entstehen durch unterschiedlich dicke Randstreifen nach ihrer Zerkleinerung auch ständig unterschiedliche Schüttgewichte.
Hervorgehoben werden muß, daß bei unveränderter Schneckendrehzahl und gefülltem Trichter, d.h.#gefüllten Schneckengängen, trotzdem. kein gleichbleibender Massedurchsatz erreichbar ist.
Ausstoßschwankungen werden verursacht durch die oben erwähnten Schüttgewichtsänderungen, aber auch durch unterschiedliche Schmelzindexe, durch das unterschiedliche Gleitverhalten der erforderlichen Additive, durch geringe Temperaturschwankungen usw. Aufgrund der Ausstoßschwankunger ist natürlich auch das Treibmittel/Materialverhältnis schwankend und somit auch der Aufschäumungsgrad.
Aufgrund dieses Sachverhaltes ist offensichtlich, daß mittels des in der DE-AS 12 61 660 (Fig. 3) gezeigten Tandem-Extruders keine gleichmäßig auf geschäumte Folie erreichbar ist.
Es wurde nun versucht, derartige Schwankungen durch ein Abtasten der Dicke und des Flächengewichtes der aufgeschäumte Materialbahn zu erfassen und entsprechend der Abtastwerte die Treibmittelzufuhr durch Steuerung der Einspritzpumpe zu erhöhen bei zu dünnen Folien, oder zu senken bei zu dikken Folien (US-PS 4,244,897).
Eine derartige Dickenregelung ist ebenfalls unbefriedigend, weil sie zu langsam arbeitet (es entstehen Totzeiten von 4 - 7 Minuten), so daß bereits teilweise zu dicke bzw. zu dünne Folien hergestellt wurden, die beispielsweise bei einem nachfolgenden Tiefziehvorgang zu erheblichen Störungen führen.
Außerdem reicht es nicht aus, nur das auf zuschäumende Material und die Additive bei ihrer Einspeisung zu steuern.
Eine gleichmäßige Zellstruktur der aufgeschäumten Materialbahn erfordert in erster Linie ein völlig gleichbleibendes Treibmittel/Mater ialverhältnis. Ein nachträgliches Einwirken auf die Treibmittel-.und Materialzufuhr, entsprechend der abgetasteten Werte der bereits extrudierten Materialbahn, kann nicht zu gleichmäßiger Zellstruktur führen, weil keine gleichmäßigen Verhältnisse aufgrund der langen Totzeiten der Regelstrecke eingehalten werden können. Bei einer verstärkten Zufuhr von Treibmittel, wird die Anzahl und Größe der Zellen vermehrt und das Flächengewicht herabgesetzt bei einer Zunahme der Bahndicke.
Aus den oben erwähnten Gründen ist es sehr schwierig, einen völlig gleichmäßigen Naterialdurchsatz, insbesondere bei Verwendung regenerierter Randabschnitte, zu gewährleisten, was wiederum Voraussetzung für das Einhalten des Treibmittel/Materialverhältnisses ist.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Ilerstel len einer aufgeschäumten Materialbahn aus Polystyrol oder dergleichen auf einer Tandem-Extruderanlage aufzuzeigen, wodurch eine aufgeschäumte Materialbahn mit völlig gleichmäßigem Material/Treibmittelverhältnis hergestellt werden kann.
Es soll eine aufgeschäumte Bahn erhalten werden mit einer sehr gleichmäßigen Zellstruktur und ohne Schwankungen hinsichtlich der Schaumdichte (Zeilgröße) und folglich der Dichte bzw. des Gewichts der Bahn.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Herstellungsverfahren mit den Merkmalen, wie erwähnt in Anspruch 1 und durch eine Tan dem-Extruderanlage, die geregelt wird aufgrund der Verknüpfungen bestimmter Einzelaggregate, wie gekennzeichnet im Anspruch 2.
Nur wenn sowohl die Materialmenge, beispielsweise bestehend aus 30 % Regenerat aus Randbeschnitt und Polystyrol in Granulatform, als auch die Treibmittelmenge völlig konstant den Aufschmelz- und Homogenisierextruder zugeführt werden, sind überhaupt die Voraussetzungen für eine gleichmäßig aufgeschäumte Materialbahn geschaffen worden.
Aber eine derartige Maßnahme allein genügt keineswegs für die gleichmäßig aufgeschäumte Bahn.
Ein Material mit einem geringen Schüttgewicht, welches sehr voluminös ist, wird sehr viel langsamer von der Schnecke in den Extruder eingezogen als ein Material mit einem hohen Schüttgewicht. Schwierigkeiten treten insbesondere auf, wenn ein Material mit hohem Schüttgewicht (gemahlene Randstreifen) und niedrigem Schüttgewicht (Granulat) gleichzeitig in den Extruder gegeben werden muß.
Folglich muß zusätzlich zu der gravimetrischen Zudosierung des Treibmittels und des Materials noch die Schneckendreh- zahl (die entsprechend des Füllstandsniveaus im Einfülltrict- ter geregelt wird) berücksichtigt werden, und zwar derart, daß die gravimetrische Eindüsung des Treibmittels als erste Konstante zum ebenfalls gravimetrisch eindosierten Material steht und zweitens in Abhängigkeit zur Schneckendrehzahl ge regelt wird, und zwar derart, daß bei einem abgetasteten steigenden Füllstand im Trichter des Aufschmelz- und Homogenisierextruders (weil die Schnecke das gleiche Volumen aber weniger Masse wegfördert)der Regler die Schneckendreh-Zahl dieses Extruders erhöht, um das Niveau im Fülltrichter zu halten.
Daraus ergibt sich, daß der Ausstoß nach der Erhöhung der Schneckendrehzahl wieder dem gravimetrischen Vorgabewert entspricht, d.h. der Ausstoß bleibt konstant und somit bleibt auch das Verhältnis Treibmittelmenge/Ausstoßmenge bzw. die Dichte der aufgeschäumten Materialbahnen konstant.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels eines Blockschaltbildes näher erläutert.
Mit 1 wird ein Aufschmelz- und -Homogenis ierextruder und mit 2 ein Kühlextruder gekennzeichnet, die mittels einer Verbindungsleitung 3 miteinander verbunden sind.
Extruder 1 wird mittels der gravimetrisch arbeitenden Do- - siereinrichtung 4 mit Polystyrol beschickt. Die ebenfalls gravimetrisch oder volumetrisch mit konstanter Temperatur und konstantem Gegendruck arbeitende Dosiereinrichtung 5 ist an eine Düse angeschlossen,. die ein Treibmittel, beispielsweise Friegen (WZ der Fa. Hoechst) in den Zylinder des Extruders 1 eingedüst.
Am Materialeinfülltrichter 6 ist eine Füllstandsüberwachungb einrichtung mit zwei Meßstellen 7 und 8 angeordnet, die an einen Regler 9 angeschlossen sind.
Regler 9 ist ebenfalls mit dem Antrieb 10 des Extruders 1 verbunden.
Die gravimetrische Dosierung des Polystyrols und des Treib- mittels durch die Einrichtungen 4 und 5, die jeweils an Regler 11 (für Polystyrol) und Regler 12 (für Treibmittel) angeschlossen sind, wird koordiniert durch den Mikroprozessor 13.
Mikroprozessor 13 gibt die Sollwerte für Regler 11 und 12 entsprechend dem für eine bestimmte Qualität erforderlichen Treibmittel/Polystyrolverhältnis vor.
Extruder 2 weist einen Antrieb 14 auf, der an den Mikroprozessor 13 angeschlossen ist und von diesem mit einer einmal eingestellten konstanten Drehzahl betrieben wird.
Bei der Verarbeitung von Material mit schwankenden Schüttgewichten auf einem Einschneckenextruder ergibt sich ein schwankender Massedurchsatz, weil Einschneckenextruder volumenkonstant und nicht massekonstant arbeiten.
Die Anlage wird wie folgt gefahren; Extruder 1 wird mittels Dosiereinrichtung 4 mit einem konstanten Polystyrolanteil beschickt, der vom Regler 11 überwacht und gehalten wird.
In den Zylinder des Extruders 1 wird gleichzeitig Triebmittel eingedüst durch Einrichtung 5, und zwar ebenfalls gravi metrisch und konstant im einmal eingestellten und durch Mikroprozessor 13 und Regler 11 und 12 vorgesehenen Verhält nis Aufgrund der abgetasteten Werte an den Meßpunkten 7 und 8 des Einfülltrichters 6, wird dann durch Regler 9 der Schnek kenantrieb 10 derart gesteuert, daß bei Erreichen des obere Meßpunktes 7 die Drehzahl der Schnecke geringfügig erhöht (beispielsweise 0,5 Umdrehungen) wird, wodurch geringfügig mehr Material weggefördert wird und das Niveau im Trichter 6 wieder leicht sinkt.
Wird beispielsweise die Schneckendrehzahl des Extruders 1 mittels des Reglers 9, aufgrund im Einfülltrichter 6 abgetasteter Werte, geringfügig erhöht, so bleibt der Materialdurchsatz durch Extruder 1 gleich, weil durch die Änderung der Schneckendrehzahl nur ein Volumens ausgle ich durchgeführt wird, ohne daß das Gewicht der Masse (Polystyrol) sich ändert. Trotz einer Veränderung der Schneckendrehzahl des Extruders 1 bleibt der Ausstoß und somit das Treibmittel/Masseverhältnis gleichmäßig.
Da jedoch das Treibmittel und auch das Polystyrol gravimetrisch, d.h. unabhängig vom Volumen, dosiert dem Extruder i und in einem konstanten Verhältnis zugeführt werden, bleibt auch der Ausstoß des Extruders 1 konstant.
Das mit dem noch flüssigen Treibmittel im Extruder 1 homogenisierte Polystyrol wird dann im Extruder 2 gefördert, wo es bis kurz vor dem Auf schäumpunkt des Treibmittels heruntergekühlt und zu einer schlauchförmigen Folie extrudiert wird, die aufgeschnitten, flachgelegt und aufgewickelt wird.
Extruder 2 wird mit einer konstanten Schneckendrehzahl gefahren, bis vom Regler 14 geregelt wird.
Damit die Drehzahlen der Extruder 1 und 2 in einem festgelegten Verhältnis und konstant gehalten werden können, sind sowohl Regler 9 für Extruder 1 als auch Regler 14 für Extruder 2 am Regler 13 angeschlossen, der das Drehzahlverhältnis und die Konstanz der Drehzahlen regelt.
Ggfv kann dem Extruder 2 noch eine Zahnradpumpe 15 nachgeschaltet sein, die ebenfalls hinsichtlich ihrer Drehzahl durch Regler 14 derart geregelt wird, daß ein konstanter Ausstoß sichergestellt wird.
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Claims

P A T E N T A N 5 P R Ü c H E =============================== Verfahren zum Herstellen einer geschäumten Materialbahn konstanter Dichte aus thermoplastischem Kunststoff, z.B. Polystyrol oder dergleichen, auf einer Tandem-Extruderanlage, bestehend aus einem Aufschmelz- und Homogenisierextruder und einem nachgeschalteten Kühlextruder, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufschmelz- und Homogenisierextruder mit einer konstanten Material- und Treibmittelgewichtsmenge beschickt wird, daß die Drehzahl der Schnecke des Aufschmelz-und Homogenisierextruders in Abhängigkeit vom Füllstand seines Materialeinfülltrichters gesteuert wird, und daß die Drehzahl der Schnecke des Kühlextruders und ggf, einer, dem Austragsextruder nachgeschalteten Zahnradpumpe konstant gehalten wird.
2. Tandem-Extruderanlage zur Herstellung einer geschäumten Materialbahn aus thermoplastischem Material, z.B. Polystyrol oder dergleichen, bestehend aus einem Aufschmelz- und Homogenisierextruder, mit einer Einspeiseeinrichtung für das Material, mit einer Einrichtung zum Abtasten und Regeln der Schneckendrehzahl des Aufschmelz- und Homogenisierextruders und des Kühlextruders und ggf. einer dem Kühlextruder nachgeschalteten Zahnradpumpe und mit einer Einrichtung zur Überwachung des Füllniveaus des Einfülltrichters für den Materialstrom an dem Aufschmelz- und Homogenisierextruder, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufschmelz- und Homogenisierextruder (1) mit einer gravimetrisch arbeitenden Materialeinspeiseeinrichtung (4) und einer gravimetrisch arbe itenden Tre ibmittele inspe isee inr ichtung beschickt wird, die an Reglern (11, 12) angeschlossen sind, daß die Füllstandsüberwachungseinrichtung (7, 8) des Materialeinfülltrichters (6) des Aufschmelz-und Homogenisierextruders (1) an einem Regler (9) angeschlossen ist, und daß die Abtasteinrichtung für die Schneckendrehzahlen des Aufschmelz- und Homogenisierextruders (1) und Kühlextruders (2) und ggf. der Zahnradpumpe (15) an Regler (9, 13, 14) angeschlossen sind.
3. Tandem-Extruderanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibmitteleinspeiseeinrichtung gebildet wird durch eine volumetrisch mit konstanter Temperatur und konstantem Gegendruck arbeitende Einrichtung.