DE3423775A1 - Quetschwalzenpresse zur plastifizierung von kunststoffmaterial - Google Patents

Description

• Quetschwalzentresse zur Plastifizierun von Kunststoffmaterial.
• Die Erfindung betrifft eine Quetschwalzenpresse zur Plastifizierung von Kunststoffmaterial mit einer in einer Walzenkammer drehbar angeordneten Walze, wobei in der sich im Umlaufrichtung der Walze erstreckenden Wandung der Walzenkammer eine Einfüllöffnung für das zu plastifizierende Material und eine Austragdffnunz für das plastifizlerte WEterial vorgesehen sind und zwischen dieser Wandung der Walzenkammer und der Walze zwischen Einfüllöffnung und Austragöffnung mindestens ein sich in Umlaufrichtung verengender Quetschspalt ausgebildet ist und in Umlaufrichtung unmittelbar auf die Austragöffnung folgend ein gegen den Umfang der Walze gerichretes Rakel angeordnet ist, wobei cer Abstand der der Walze zugewandten Abstreifkante des Rakels vo Walzenumfang einstellbar ist.
• Eine Quetschwalze dieser Art ist z.B. aus der DE-OS 30 23 163 bekannt. Nach detn heutigen Stand der Technik ist es möglich, mittels einer solchen Quetschwalze Kunststoffabfälle beliebiger Zusammensetzung zu einem zur Weiterverarbeitung geeigneten Plastifikat zu verarbeiten.
• Um ein brauchbares Plastifikat zu erhalten, muß die Quetschwalzenpresse in einem bestimmten Temperaturbereich betrieben werden. Beim Unterschreiten des Temperaturbereichs findet keine ausreichend homogene Plastifizierung statt. Wird der Temperaturbereich überschritten, besteht die Gefahr, daß das Plastifikat verbrennt Wenn die Maschine in Betrieb gesetzt wird, muß zunächst dafür gesorgt werden, da sie möglichst rasch den zulässigen Bereich der Betriebstemperatur erreicht. Hierzu wird eine Heizvorrichtung eingesetzt; aber auch die Quetsch-und Walkarbeit, welcher der Kunststoff unterworfen ist, erzeugt Wärme, weshalb es erwünscht ist, in der Anlaufphase diese Art der Wärmeentwicklung möglichst zu fördern. Wenn die Betriebstemperatur erreicht ist, kann sich soviel Wärme entwickeln, daß die zulässige Temperatur überschritten wird und eine Kühlung notwendig wird.
• Die optimale Betriebsweise besteht darin, die günstigste Betriebstemperatur so weit wie möglich durch den Wärmeanfall aus cer Quetsch- und Walkarbeit zu halten unc die Zufuhr von Fremdenergie über die Heizvorrichtung möglichst gering zu halten. Es sollte aber auch vermieden werden, daß eine zu starke Erwärmung eintritt, welche durch Kühlung unterdrückt werden muß, weil eine zu starke, aus der Quetsch- und Walkarbeit resultierende und durch Kühlung abzubauenie Erwärmung einen unnötigen Aufwand an Antriebsenergie für die Drehung der Quetschwalze bedeutet.
• Um die Quetschwalzenpresse stets im optimalen Temperaturbereich zu betreiben, ist eine Temperaturregelung über eine entsprechende Steuerung der Heizung und Kühlung nicht sehr wirkungsvoll, weil wegen der sehr großen zu heizenden bzw. zu kühlenden Massen eine solche Regelung viel zu träge ist, so daß sich insbesondere be der Verarbeitung von Abfallkunststoff, dessen Zusammensetzung sich laufend verändern kann, die Betriebsbedingungen, welche einen Regelvorgang ausgelöst haben, bereits wieder verändert haben können, bevor die diesen Betriebsbedingungen entsprechende Temperaturänderung tatsächlich eingetreten ist.
• Aufgabe der Erfindung ist es, eine Quetschwalzenpresse der eingangs erwähnten Art so auszugestalten, daß sie sich selbsttätig auf diese optimale Betriebsweise einstellt, d.h. den Wärmebedarf so weit wie möglich aus der Quetsch- und Walkarbeit deckt und diese Quetsch- und Walkarbeit zugleich so weit wie möglich auf das zur Deckung des Wärmebedarfs nötige Maß beschränkt. Dabei soll eine möglichst trägheitsfreie Reaktion auf eine Änderung des Betriebsbedingungen erfolgen, um eine Phasenverschiebung zwischen der Verarbeitung eines Materials bestimmter Zusammensetzung einerseits und den diesem Material angepaßten Arbeitsbedingungen andererseits zu vermeiden.
• Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß im Bereich der Austragöffnung ein Sensor zur Ermittlung des Plastifikationszustands des Plastifikats angeordnet ist und daß zur Einstellung des Rakels ein Regelantrieb vorbesehen ist, der in Abhängigkeit von dem durch den Sensor ermittelten Meßwert steuerbar ist.
• Der Sensor kann den Staudruck oder die Temperatur des Plastifikats ermitteln. Sinkt der Staudruck unter einen gegebenen Grenzwert oder überschreitet die Temperatur einen oberen Grenzwert, wird der Spalt zwischen Rakel und Walzenoberfläche verengt, so daß der Staudruck ansteigt und zugleich mehr Plastifikat ausgetragen wird, so daß andererseits mehr zu verarbeitendes Material aufgenommen wird und dadurch die Temperatur im Material absinkt. Überschreitet der Staudruck einen oberen Grenzwert oder sInkt die Temperatur unter einen unteren Grenzwert, wird der Spalt erweitert, so daß der Staudruck am Rakel absinkt und außerdem das Material länger in der Quetschwalzenpresse verweilt, so daß es seine Temperatur erhöht. Insbesondere bei der Verarbeitung von in ihrer Zusammensetzung ständig wechselnden Kunststoffabfällen erweist sich die Erfindung als sehr vorteilhaft, weil trotz der auch verändernden Materialeigenschaften die Maschine stets im Bereich der optimalen Betriebsbedinn gungen gefahren werden kann wozu vor allem auch die automatische Verstallung des Rakels beiträgt, well ein manuelle, mit ständiger Beobachtung verbundene Rege lung nicht nur zu kostspielig, sondern auch zu träge sein würde.
• Ein weiterer Vorteil ist es daß bereits non der Anlaufphase der größtmögliche Wärmeanteil aus der Quetsch- und Walkarbeit nutzbar gemacht wird, um möglichst rasch die optimale BetrieXDstemperatuw zu erreichen, und daß außerdem zunächst automatisch die Heizvorrichtung abgeschaltet werden kann, wenn die optimale Betriebstemperatur erreicht worden ist, bevor dle weitere Regelung über die Verstellung des Rakels erfolgt. Ebenso wird zunächst beim Absinken des Meßwerts unter den unteren Grenzwert eine Anhabung des Meßwerts durch Verstellung des Rakels veranlaßt und erst wenn diese Maßnahme nicht ausreicht, wird die Heizvorrichtung eingeschaltet, so daß sich eine Betriebsweise mit größtmöglicher Energieeinsparung und zugleich bestmöglicher Qualität des Plastifikats ergigt.
• Zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erflndung ergeben sich aus den Unteransprüchen in Verbindung mit der Beschreibung.
• Anhand der nun folgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung wird diese näher erläutert.
• Die Figur zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgestattete Quetschwalzenpresse Die ingesamt mit 10 bezeichnete Quetschwalzenpresse besteht aus einem Gehäuse 12, in welchem eine Walzenkammer 14 mit horizontaler Achse ausgebildet ist, in der mit radialem Abstand von der Wandung 16 der Walzenkammer 14 eine zylindrische, beheizbare Quetschwalze 18 drehbar gelagert ist. In den in der Zeichnung unmaßstäblich groß dargestellten Ringraum 20 zwischen der Quetschwalze 18 und der Wandung 16 der Walzenkammer 14 mündet von oben ein Füllschacht 22 zur Eingabe des zu verarbeitenden Kunststoffmaterials. I Ringraum 20 sind anschließend an die Einmündung des Füllschachts 22 z.B. drei Quetschsegmente 2, 2'b und 2@@ angeordnet, die den Ringraum 20 jeweils bis auf einen engen Spalt einengen, wodurch da eingefüllte Kunststoffmaterial einer starken Quetschwung unterworfen wird, die eine gewisse Erwärmung des zu plastifizier@nden Materials zur Folge hat. Im Anschluß an Gas letzte Quetschsegment 24c öffnet sich der Ringraum 20 durch einen Austrittskanal 26, in welchen di durch Hitze und Druck plastifizierte Kunststoffmasse durch ein Rakel 28 abgedrängt wird.
• Das Rakel muß derart eingestellt werden, daß zumindest ein dünner Film aus plastifiziertem Kunststoff auf der Oberflache der Quetschwalze 18 verbleibt, an dem das durch den Füllschacht 22 eingebrachte Material festhaftet und dadurch in den Ringraum 20 gezogen wird.
• Das Rakel ist in einer Führung 30 verstellbar angeordnet, so daß der calt zwischen der Oberfläche der Quetschwalze 18 und der ihr zugewandten Kante des Rakels 28 eingestellt werden kann. Zur Bewegung des Rakels ist ein Hydraulikzylinder 32 am Gehäuse 12 gelagert, der über ein Steuerventil 34 durch Beaufschlagung aus einer Druckquelle 35 in beiden Richtungen verstellt werden kann. Das Steuerventil 34 wird durch Steuerbefehle aus einer Steuereinheit 36 betätigt, die unter Berücksichti eingegebener oberer und untere Grenzwerte in Abhängigkeit von laufend über einen Sensor 38 im Bereich des Austrittskanals 26 ermittelten Meßwerten bei Bedarf abgegeben werden, um die Regelgröße, d.h. die Temperatur des Plastifikats im Meßbereich oder den dort gemessenen Staudruck durch Veränderung des Spalts am Rakel 28 in den vo nen Grenzen zu halten Wenn der Stellweg des Rekels 28 erschöpt ist, wird durch die Steuereinheit 34 automatisch entweder eine Heizvorrichtung oder eine Kühleinrichtung in Betrieb gesetzt, wobei diese Einrichtungen an sich bekannter Art lediglich symbolisch angedeutet und in Bereich der Quetschwalze 18 mit H gekennzeichnet sind.
• Die Steuereinheit 36 besitzt Bedienungselemente 40 und 42 zur Eingabe des oberen und unteren Grenzwertes und z.B. drei Anzeigeeinheiten 44, 46 und 48 zur Anzeige der eingestellten Grenzwerte und des augenblicklich vom Sensor Je ermittelten Ist-Wertes, so daß jederzeit der Betriebszustand überwacht werden kann. Der Sensor 38, das Steuerventil 34 und die Heiz- und Kühleinrichtung H sind über schematisch angedeutete Leitungen 50, 52, 54 und 56 mit der Steuereinheit 36 verbunden.
• Die Quetschwalzenpresse erfordert für einen ordnungsgemäßen Betrieb einen die Walze 18 einhüllenden Film aus plastifiziertem Kunststoffmaterial, so daß also das Rakel 28 stets einen zur Aufrechterhaltung dieses Films notwendigen Spalt zwischen sich und der Oberfläche der Quetschwalze 18 bestehen lassen muß. Der Verstellbereich des Rakels 28 ist somit unter Berücksichtigung betrieblicher Erfordernisse begrenzt.
• Zwar ist durch die vorgeschlagene automatische Seuerun des Raels 28 eine rasche Rückführung von Drucks und Temperatur auf die optimalen Betriebswerte bei einer auftretenden Abweichung möglich, eine gewisse zeitliche Verzögerung der Anpassung gegenüber der WIeldung der Abweichung durch den Sensor ist aber nicht zu vermeiden.
• Es ist deshalb die Steuereinheit vorzugsweise mit einem Zeitglied versehen, welches den Vergleich der Soll- und Ist-Werte, wie auch die schrittweise Verstellung des Rakels 28 bei Abweichungen nach einem gegebenenfalls einstellbaren Takt vornimmt, so daß das Nachs-tellen des Rakels 28 um einen weIteren Schritt erst erfolgt, wenn innerhalb einer vorgesehenen Zeitspanne eine Rückführung des Ist-Wertes in den Bereich der Soll-Werte nicht festzustellen ist.
• Wenn die Verstellmöglichkeit des Rakels 28 erschöpft ist, ohne daß sich der Ist-Wert in den Bereich der Soll-Werte zurückbewegt hat, wird je nach Richtung der Abweichung die Heiz- oder Kühleinrichtung zugeschaltet. - Leerseite -

Claims (7)

1. Quetschwalzenpresse zur Plastifizierung von Kunststoffmaterial.

   Ansprüche: Quetschwalzenpresse zur Plastifizierung von Kunststoffmaterial mit einer in einer Walzenkammer drehbar angeordneten Walze, wobei in der sich in Umlaufrlchtung der Walze erstreckenden Wandung der Walzenkammer eine Einfüllöffnung für das zu plastifizierende Material und eine Austragöffnung für das plastifizierte material vorgesehen sind und zwischen dieser Wandung der Walzenkammer und der Walze zwischen winfüllöffnung und Austragöffnung mindestens ein sich in Umlaufrichtung verengender Quetschspalt ausgebildet ist und in Umlaufrichtung unmittelbar auf die Austragöffnung folgend ein gegen den Umfang der Walze gerichtetes Rakel angeordnet ist, wobei der Abstand der der Walze zugewandten Abstreifkante des Rakels vom Walzenumfang einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Aust-ragöffnung (26) ein Sensor (38) zur Ermittlung des Plastifikations zus tands des Plastifikats angeordnet ist und daß zur Einstellung des Rakels (28) ein Regelantrieb (32, 34) vorgesehen ist, der in Abhängigkeit von dem durch den Sensor ermittelten Meßwert steuerbar ist.
2. 2. Quetschwalzenpresse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (38) geeignet ist, die Temperatur des Plastifikats zu ermitteln.
3. 3. Quetschwalzenpresse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (38) geeignet ist, den Staudruck im Plastifikat zu ermitteln.
4. Quetschwalzenpresse nach einem der Ansprüche 2 oder. 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuer einheit (36) vorgesehen ist, an der ein oberer und ein unterer Grenzwert des vom Sensor (38) ermittelten Meßwertes einstellbar ist, daß die Steuereinheit (36) eine Vergleichsschaltung enthält, die beim Überschreiten des oberen Grenzwertes und beim Unterschreiten des unteren Grenzwertes jeweils Steuersignale an einen zur Einstellung des Rakels (28) dienenden Stellmotor (32) abgibt, um diesen in der einen bzw. der anderen Stellr.chtung zu betätigen.
5. 5. Quetschwalzenpresse nach den Ansprüchen 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daP die Steuereinheit (36) den Stellmotor (32v in Richtung einer Verengung des Spalts am Rakel (28) betätigt, wenn die Temperatur am Sensor (38) den oberen Grenzwert überschreitet, und in der Gegenrichtung, wenn diese Temperatur den unteren Grenzwert unterschreitet.
6. 6. Quetschwalzenpresse nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (36) den Stellmotor (32) in Richtung einer Verengung des Spalts am Rakel (28) betätigt, wenn der Staudruck am Sensor (38) den unteren Grenzwert unterschreitet, und in der Gegenrichtung, wenn der Staudruck den oberen Grenzwert überschreitet.
7. 7. Quetschwalzenpresse nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellmotor ein Hydraulikzylinder (32) ist, der über ein von der Steuereinheit (36d gesteuertes Steuerventil (34) aus einer Druckquelle (35) mit unter Druck stehendem Strömungsmittel beaufschlagbar ist.