DE3545747A1 - Extruderueberwachung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung von Schneckenextrudern insbesondere mit Stiftzylindern für die Verarbeitung von Kautschuk- und/oder Kunst­ stoffmischungen.

Beim Betrieb von Schneckenextrudern kommt es leider von Zeit zu Zeit vor, daß Fremdkörper, insbesondere Metallteile, zusammen mit der Mischung in den Extru­ der hineingefördert werden, die dann, je nach Form und Größe der Fremdkörper, Verformungen und Gewalt­ brüche der Schneckenstege verursachen. Die abgebroche­ nen Stegteile verursachen wiederum in der Regel schwere Folgeschäden, die eine weitere Fertigung mit dem Extru­ der häufig unmöglich machen, obwohl die Primärschäden meistens nicht so groß sind. Dies gilt insbesondere für Extruder mit Stiftzylindern, die mit einer Stift­ anordnung von radial vom Gehäuse in den Schneckenraum in Unterbrechungen der Schneckenstege hineinragenden Stiften versehen sind, die sog. Stiftextruder, die sich in den letzten Jahren auf dem Extrudermarkt immer stärker durchgesetzt haben. Die höhere Ausstoßlei­ stung dieser Extruder und niedrigere Extrudattempe­ ratur als bei den herkömmlichen Extruderanlagen sind hierfür die maßgebenden Gründe.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfah­ ren anzugeben, das es ermöglicht, in einfacher Weise derartige Schäden, und damit vor allem auch die Folge­ schäden, zu verhindern.

Ein Extruder mit Stiftbruchüberwachung ist aus der deutschen Patentschrift 32 21 472 bekannt. Der Nach­ teil der darin beschriebenen Vorgehensweise besteht in der Notwendigkeit, eine Vielzahl von Stiften mit einem einen Stiftbruch signalisierenden Mittel prä­ parieren zu müssen, um sorgfältig die Anlage über­ wachen zu können. Wenn man bedenkt, daß ein Stift­ extruder mehr als 100 Stifte besitzen kann, ist es einleuchtend, daß die Kosten für eine solche Stift­ bruchüberwachung ganz erheblich sein müssen. Auch die Vielzahl der Verbindungen zwischen den Stiften und der Antriebsabschalteinrichtung sind anfällig für Betriebsstörungen durch Beschädigung von außen.

Um diese Nachteile zu vermeiden, ist bei der Lösung der gestellten Aufgaben von der Erkenntnis ausgegan­ gen worden, die im Schaltschrank der Energieversorgung des Extruders vorhandenen Größen wie Strom, Spannung und Drehzahl für eine Überwachung verwenden und au­ ßerdem bewährte Meßtechnik einsetzen zu können.

Weiterhin ist von der Überlegung ausgegangen, daß Drehmomenterhöhungen am Schneckenschaft eines Extru­ ders folgende Ursachen haben können:

• a) Fremdkörper in der Mischung, insbesondere Metallteile, die sich im Stiftzylinderbe­ reich verklemmen,
• b) Drehzahlerhöhung der Extruderschnecke,
• c) Viskositätserhöhung der Mischung,
• d) Temperaturherabsetzung der Temperiermedien,
• e) Volumenanstieg der im Extrudereinlauf ein­ gezogenen Mischung.

Versuche haben gezeigt, daß die Ursachen b) bis e) gleichzeitig zu einer Drehmomenterhöhung auch eine Massedruckänderung im Extruder bewirken, so daß es möglich ist, Ursache a) aus einer Gesamtdrehmoment­ erhöhung auszufiltern.

Für die Lösung der gestellten Aufgabe werden dem­ entsprechend nach der vorliegenden Erfindung die in den Ansprüchen gekennzeichneten Maßnahmen vorgeschla­ gen.

Zur Erfassung des Gesamtdrehmoments kann eine Dreh­ momentmeßwelle verwendet werden. Einfacher ist es, eine dem Gesamtdrehmoment proportionale Meßgröße zu verwenden. Besonders geeignet hierfür ist der Gleich­ strom eines Gleichstromantriebs, wie er heute bei den Extruderanlagen üblich ist.

Die Zeitdifferenz zwischen der Erfassung des Gesamt­ drehmoments und der Druckänderung infolge der Ur­ sachen b) bis e) ist so klein, insbesondere wenn der Massedruckaufnehmer in der ersten Stiftreihe in För­ derrichtung untergebracht ist, daß die Anlage recht­ zeitig abgeschaltet werden kann, wenn Ursache a) vor­ liegt, d.h. um Folgeschäden zu vermeiden.

Bei der Beurteilung der Meßdaten, ob der Fall a) vor­ liegt, werden insbesondere deren Gradienten miteinan­ der verglichen. Aber auch Mittelwerte und Maximal­ werte der vorhergehenden Meßwerte können für die Be­ urteilung herangezogen werden.

Denkbar ist auch, daß alle Fahrwerte einer Mischung in einem Testlauf gespeichert werden und als Vergleichs­ muster für einen späteren automatischen Betrieb dienen.

Schwankungen der Meßdaten innerhalb einer bestimm­ ten Bandbreite bleiben in der Bewertung unberück­ sichtigt. Grundlage für diese Bandbreite sind die kontinuierlich gespeicherten Meßdaten.

Die Erfassung und Auswertung der Meßwerte erfolgt durch einen elektronischen Rechner.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Extrusionsanlage in schematischer Darstellung wiedergegeben.

Ein Schneckenextruder 1 besitzt ein dreiteiliges zylin­ drisches Gehäuse 2, in dem sich eine Extruderschnecke dreht. Die Extruderschnecke mit verlängertem Schnecken­ schaft 3 wird von einem Extruderantriebsmotor 4 über eine elektrische Drehmomentmeßwelle 5 angetrieben. Der Extruderantriebsmotor 4 wird über eine Verbindung 7 von einem Schaltschrank 8 mit Strom versorgt. Am Ex­ truderantriebsmotor 4 ist ein Tachogenerator 6 zur Ermittlung der Motordrehzahl angeflanscht. Das Meß­ signal des Tachogenerators 6 wird über eine Verbin­ dung 7 a dem Schaltschrank 8 zugeführt und von dort einer elektronischen Rechenanlage 9 eingegeben. Diese erhält auch das Meßsignal der Drehmomentmeßwelle 5 über eine Leitung 10. Der Einlaufteil 11 des Gehäuses 2 ist mit einem Einlauftrichter 12 zur Einspeisung der zu verarbeitenden Mischung 13 versehen. Im mittle­ ren Teil 14 des Gehäuses 2, der als Stiftzylinder aus­ gebildet ist, sind Zylinderstifte 15 angeordnet. In einen der Zylinderstifte 15 ist ein Massedruckauf­ nehmer 15 a eingesetzt. Das Meßsignal des Massedruck­ aufnehmers 15 a wird über eine Leitung 16 ebenfalls der Rechenanlage 9 eingegeben, die bei Drehmoment­ erhöhung durch Fremdkörper in der Mischung den Ex­ truder abschaltet.

Claims (9)

1. Verfahren zur Überwachung von Schneckenextrudern insbesondere mit Stiftzylindern für die Verarbei­ tung von Kautschuk und/oder Kunststoffmischungen dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Massedruck der Mischung im Extruder als Vergleichswert für die Drehmomentübertragung zwischen der mit Mischung gefüllten Extruder­ schnecke (3) und der Zylinderwandung (2) ver­ wendet wird, und zwar in der Weise,
• - daß der am Schneckenschaft gemessene Drehmoment­ verlauf oder eine dem Drehmomentverlauf propor­ tional verlaufende Meßgröße mit dem Verlauf der aus dem Massedruck ermittelten Vergleichswerte verglichen wird,
• - daß, wenn der Drehmomentverlauf am Schnecken­ schaft und der aus dem Massedruck ermittelte Verlauf nicht übereinstimmen, dies als ein Maß für eine Drehmomentänderung durch Fremdkörper o. dgl. in der Mischung verwendet wird und
• - daß eine so bedingte Drehmomenterhöhung am Schnec­ kenschaft (3) der Extruderschnecke eine Betriebs­ störungsmeldung und/oder die Abschaltung der Ex­ truderanlage (1) auslöst.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Massedruck mit einem elektrischen Masse­ druckaufnehmer (15 a) gemessen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß für die Beurteilung, ob eine Dreh­ momenterhöhung infolge von Fremdkörpern in der Mischung vorliegt, der Gleichstromverlauf des Extruderantriebsmotors (4) mit dem Massedruck­ verlauf im Extruder (1) verglichen wird, und daß die notwendige Voraussetzung für ein Abschalten der Extruderanlage (1) aufgrund von Fremdkörpern in der Mischung das Auftreten eines Gleichstrom­ anstiegs ohne einen entsprechenden Massedruckanstieg ist und für die Beurteilung, ob eine ausreichende Bedingung für ein Abschalten der Extruderanlage (1) vorliegt, die zeitliche Änderung der Meßwerte (dI/dt bzw. dp/dt), Niveauänderung der Meßwerte sowie Ex­ truderdrehzahländerung berücksichtigt werden.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Massedruckaufnehmer (15 a) in einem Zylinderstift eines Stiftzylinders (14) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß der Massedruckaufnehmer (15 a) in der ersten Zylinderstiftreihe nach dem Einlauftrichter (12) des Extruders (1) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Extruderantrieb ein Gleichstrommotor (4) mit einem Tachogenerator (6) an der Motorwelle vorgesehen ist, und daß der Gleich­ stromverlauf des Extruderantriebsmotors (4) als die dem Drehmomentverlauf proportional verlaufende Meßgröße dient.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drehmomentmeßwelle (5) am Extruderantriebsmotor (4) vorgesehen ist, die dem Drehmomentverlauf am Schneckenschaft (3) entspre­ chende Meßgrößen liefert.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung und Speiche­ rung der Meßwerte Massedruck, Gleichstrom, Drehzahl eine auf elektronischer Datenverarbeitung basierende Rechenanlage (9) vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherung der Meß­ daten in der Rechenanlage (9) in der Art einer end­ losen Schleife erfolgt, so daß immer die letzten Meßdaten innerhalb einer je nach Speicherkapazität und Abtastzeit frei wählbaren Zeitspanne für eine Auswertung zur Verfügung stehen.