DE3316838C2 - Tandem-Extruderanlage zur Herstellung einer geschäumten Materialbahn aus thermoplastischem Material, insbesondere aus Polystyrol - Google Patents

Tandem-Extruderanlage zur Herstellung einer geschäumten Materialbahn aus thermoplastischem Material, insbesondere aus Polystyrol

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DE3316838C2
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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Herstellen einer geschäumten Materialbahn, z. B. Polystyrol, konstanter Dichte und Dicke aufgezeigt sowie eine für die Durchführung des Verfahrens geeignete Tandem-Extruderanlage mit einer entsprechenden Regelung. Erreicht wird dieses Ziel durch eine überwachte Beschickung des ersten Extruders mit einer konstanten Treibmittel- und Materialgewichtsmenge, durch eine Steuerung der Schneckendrehzahl des ersten Extruders in Abhängigkeit vom Füllstand seines Einfülltrichters und durch eine Überwachung und Konstanthalten der Schneckendrehzahl des zweiten Extruders.

Description

Die Erfindung betrifft eine Tandem-Extruderanlage nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.
Aus der DE-AS 12 61 660 (Fig. 3) ist eine solche Tandem-Extruderanlage für die Herstellung von Schaumkunststofferzeugnissen bekannt. Der aufzuschäumende Kunststoff wird in einen 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 bekannten Einrichtung ist es nicht möglich, gleichmäßige Material/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 Pulsation (Materialdruckschwankungen am Extruderaustritt) zu vermeiden. Wenn die Schneckengänge im Einzugsteil und in den nachfolgenden Druckaufbau- und Ausstoßzonen nicht ständig mit Material gefüllt sind, pulsiert der Extruder sofort, was zwangsläufig auch zu erheblichen Dickenschwankungen der aufgeschäumten Folie führen muß.
Auf der anderen Seite gibt aber auch ein ständig gefüllter Materialzufuhrtrichter keine Gewähr dafür, daß
Dickenschwankungen unterbleiben, weil bei unterschiedlichen Schüttgewichten zwar 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 Ausstoßschwankungen 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 aufgeschäumte Folie erreichbar ist.
Es wurde nun versucht, derartige Schwankungen durch ein Abtasten der Dicke und des Flächengewichtes der aufgeschäumten Materialbahn zu erfassen und entsprechend der Abtastwerte die Treibmittelzufuhr durch Steuerung der Einspritzpumpe zu erhöhen bei zu dünnen Folien, oder zu senken bei zu dicken Folien (US-PS 42 44 897).
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 aufzuschäumende Material und die Additive bei ihrer Einspeisung zu steuern. Eine gleichmäßige Zellstruktur der aufgeschäumten Materialbahn erfordert in erster Linie ein völlig gleichbleibendes Treibmittel/Materialverhällnis. 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 Materialdurchsatz, insbesondere bei Verwendung regenerierter Randabschnitte, zu gewährleisten, was wiederum Voraussetzung für das Einhalten des Treibmittel/Materialverhältnisses ist.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Tandem- Extruderanlage zum Herstellen einer aufgeschäumten Materialbahn aus Polystyrol oder dergleichen vorzuschlagen, mit der eine aufgeschäumte Materialbahn mit völlig gleichmäßigem Material/Treibmittelverhältnis herge-
stellt werden kann.
Die aufgeschäumte Materialbahn soll eine sehr gleichmäßige Zellstruktur aufweisen ohne Schwankungen hinsichtlich ihrer Schaumdichte (Zeilgröße) und folglich der Dichte bzw. des Gewichtes der Bahn.
Diese Aufgabe wird durch die Ausbildung der Tandem-Extruderanlage entsprechend den Merkmalen des Kennzeichens des Patentanspruchs gelöst.
Danach ist es ausschlaggebend, daß sowohl die Materialgewichtsmenge, beispielsweise bestehend aus 30% Regenerat aui Randbeschnitt und Polystyrol in Granulatform, als auch die Treibmittelgewichtsinenge gravimetrisch dosiert dem Aufschmelz- und Homogenisierextruder zugeführt werden.
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.
Es wird daher vorgeschlagen, zusätzlich zu der gravimeirischen Zudosierung des Treibmittels und des Materials noch die Schneckendrehzahl zu berücksichtigen, und zwar derart, daß die gravimetrische Eindüsung des Treibmittels in einem konstanten Verhältnis zum ebenfalls gravimetrisch eindosierten Material steht und daß zweiten die Schneckendrehzahl in Abhängigkeit des Füllstandsniveaus im Einfülltrichter geregelt wird, so daß z. B. bei einem abgetasteten steigenden Füllstand im Trichter des Aufschmelz- und Homogenisierungsextruders (weil die Schnecke das gleiche Volumen aber weniger Masse wegfördert) der Regler die Schneckendrehzahl dieses Extruders erhöht, um das Soll-Niveau im Fülltrichter zu halten.
Daraus ergibt sich, daß der Ausstoß nach der Erhöhung der Schneckendrehzahl wieder dem gravimetrischen Vorgabewert entspricht, d. h. der Auslaß bleibt konstant und somit bleibt auch das Verhältnis Treibmittelmenge/Ausstoßmenge bzw. die Dichte der aufgeschäumten Materialbahnen konstant.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels durch ein Blockschaltbild näher erläutert.
Mit 1 wird ein Aufschmelz- und Homogenisierextruder und mit 2 ein Kühlextruder bezeichnet, die mittels einer Verbindungsleitung 3 miteinander verbunden sind. Der Extruder 1 wird mittels der gravimetrisch arbeitenden Dosiereinrichtung 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 in den Zylinder des Extruders 1 eindüsl.
Am Materialeinfülltrichter 6 ist eine Füllstandsüberwachungseinrichtung mit zwei Meßstellen 7 und 8 angeordnet, die an einen Regler 9 angeschlossen sind.
Der Regler 9 ist mit dem Antrieb 10 des Extruders 1 verbunden.
Die gravimetrische Dosierung des Polystyrols und des Treibmittels durch die Einrichtungen 4 und 5, die jeweils an Regler 11 (für Polystyrol) und Regler 12 (für Treibmittel) angeschlossen sind, wird koordiniert durch den Mikroporzessor 13.
Der Mikroprozessor 13 gibt die Sollwerte für die Regler 11 und 12 entsprechend dem für eine bestimmte Qualität erforderlichen Treibmittel/Polystyrolverhältnis vor.
Der Extruder 2 weist einen Antrieb 14 auf, der an dem Mikroprozessor 13 angeschlossen ist und von diesem mit einer einmal eingestellten konstanten Drehzahl be-Bei der Verarbeitung von Material mit schwankenden Schüttgewichten auf einem Einschneckenextruder ergibt sich ein schwankender Massedurchsatz, weil Einschneckenextruder volumenkons'ant und nicht massekonstant arbeiten.
Um dies zu vermeiden wird die Anlage wie folgt gefahren:
Der Extruder 1 wird mittels der Dosiereinrichtung 4 mit einem gravimetrisch dosierten Polystyrolanteil beschickt, der vom Regler 11 überwacht und gehalten wird.
In den Zylinder des Extruders 1 wird gleichzeitig Treibmittel eingedüst durch die Dosiereinrichtung 5, und zwar ebenfalls gravimetrisch und konstant im einmal eingestellten und durch Mikroporzessor 13 und Regler 11 und 12 vorgesehenen Verhältnis.
Aufgrund der abgetasteten Werte an den Meßpunkten 7 und 8 des Einfülltrichters 6, wird dann durch den Regler 9 der Schneckenantrieb 10 derart gesteuert, daß bei Erreichen des oberen 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 der im Einfülltrichter 6 abgetasteten Werte geringfügig erhöht, so bleibt der Materialdurchsatz durch den Extruder 1 gleich, weil durch die Änderung der Schneckendrehzahl nur ein Volumensausgleich 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 1 und in einem konstanten Verhältnis zugeführt werden, bleibt auch der Ausstoß des Extruders 1 konstant.
Das mit den noch flüssigen Treibmittel im Extruder 1 homogenisierte Polystyrol wird dann in den Extruder 2 gefördert, wo es bis kurz vor dem Aufschäumpunkt des Treibmittels heruntergekühlt und zu einer schlauchförmigen Folie extrudiert wird, die aufgeschnitten, flachgelegt und aufgewickelt wird.
Der Extruder 2 wird mit einer konstanten Schneckendrehzahl gefahren, die von dem Mikroprozessor 13 geregelt wird.
Damit die Drehzahlen der Extruder 1 und 2 in einem festgelegten Verhältnis und konstant gehalten werden können, sind sowohl der Regler 9 für den Extruder 1 als auch der Antrieb 14 für den Extruder 2 an dem Mikroprozessor 13 angeschlossen, der das Drehzahlverhältnis und die Konstanz der Drehzahlen regelt.
Gegebenenfalls kann dem Extruder 2 noch eine Zahnradpumpe 15 nachgeschaltet sein, die ebenfalls hinsichtlich ihrer Drehzahl durch den Mikroprozessor 13 derart geregelt wird, daß ein konstanter Ausstoß sichergestellt wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Tandem-Extruderanlage zur Herstellung einer geschäumten Materialbahn aus thermoplastischem Material, insbesondere Polystyrol, bestehend aus einem Aufschmelz- und Homogenisierungsextruder mit hintereinander angeordneten Einspeiseeinrichtungen für das Material und das Treibmittel, ferner aus einem nachgeordneten Kühlextruder, aus einer Einrichtung zum Abtasten und Regeln der Schnekkendrehzahl des Aufschmelz- und Homogenisierungsextruders, des Kühlextruders und gegebenenfalls einer dem Kühlextruder nachgeschalteten Zahnradpumpe sowie aus einer Einrichtung zur Überwachung des Füllstandes im Einfülltrichter der Einspeiseeinrichtung des Aufschmelz- und Homogenisierextruders,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Einspeiseeinrichtungen (4; 5) für den Aufschmelz- und Homogenisierextruder (1) gravimetrisch arbeitende Dosiereinrichtungen sind, die an Regler (11; 12) angeschlossen sind, und daß die Füüstandsüberwachungseinrichtung (7, S) des Materialeinfülltrichters (6) des Aufschmelz- und Homogenisierextruders (1) an den Regler (9) für die Schneckendrehzahl des Aufschmelz- und Homogenisierextruders angeschlossen ist.
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