DE3730991A1 - Verfahren und vorrichtung zur regelung von waermestroemen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur regelung von waermestroemen

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor­ richtung zur Regelung von Wärmeströmen, die bei einem in einer Kunststoff- und/oder Kautschukverarbeitungs­ maschine ausgeführten Prozeß zwischen Maschinenteil­ wandungen und einem Temperiermedium verlaufen.
Bei Kunststoff- und/oder Kautschukverarbeitungsma­ schinen, wie Extrudern und Kalandern, müssen Teile der Maschine, die mit dem zu verarbeitenden Kunststoff und/oder Kautschuk in Berührung kommen, temperiert werden, sie müssen je nach den Erfordernissen des Prozesses oder des Prozeßabschnittes beheizt und/oder gekühlt werden. Als Temperiermedium wird hier in erster Linie Wasser verwendet, welches meist in einem Kreis­ lauf durch die Verarbeitungsmaschine, eine Kühlvor­ richtung und/oder eine Heizvorrichtung, von einer Pumpe in Umlauf gesetzt, strömt. Geregelt wird hier­ bei die Eintrittstemperatur des Temperiermediums in die Verarbeitungsmaschine. Von der Regelung her ge­ sehen ist dieses einfach, jedoch erfordert die Regelung immer eine gewisse Zeit, bis das Temperiermedium auf den gewünschten Temperaturwert beheizt ist, bei Küh­ lungen des Temperaturmediums dauert diese Zeit im allgemeinen noch länger. Dieses Regelsystem weist so­ mit eine erhebliche Trägheit auf.
Bei einer Reihe von Prozessen, in denen hoch qualita­ tive Erzeugnisse gleichbleibender Qualität erzeugt wer­ den sollen, ist diese Regelung nicht ausreichend. Man hat daher nach anderen Möglichkeiten gesucht und ist dabei auf den Gedanken gekommen, daß man eine zweite Stellgröße zur Regelung des Wärmestromes durch Ände­ rung der Wärmeübergangsverhältnisse erhalten kann, wenn je nach Bedarf mit einer laminaren oder einer turbulenten Strömung bei der Prozeßregelung gearbeitet wird. Hiermit kommt man dem Ziel, schneller und wirkungs­ voller Wärmeströme zu verändern, näher, befindet sich aber auch in der Gefahr, leichter zu übersteuern und dadurch nicht genau genug zu arbeiten.
Durch die DE-OS 32 34 612 ist es bekanntgeworden, bei einem Extruder die zu temperierenden Teile in mehrere Abschnitte zu unterteilen. Alle Temperiermittelkreis­ läufe sind hier hintereinander geschaltet.
Die Erfindung vermeidet die Nachteile des Standes der Technik. Es ist die Aufgabe der Erfindung, mit einem ungesteuerten Temperaturschwankungen unterwor­ fenen Temperiermedium hochgenau und mit sehr kurzen Ansprechzeiten warme Ströme zu regeln.
Die Erfindung besteht darin, daß der Volumenstrom und die Eintrittstemperatur eines Temperiermediums zur Regelung einer Prozeßtemperatur benutzt werden.
Zu einer Veränderung des Volumenstromes werden über­ gehende Wärmeströme hochgenau und sehr schnell verändert. Die Änderungen sind mit größerer Geschwindigkeit als durch Aufheizen oder Kühlen des Temperiermediums mög­ lich. Da bei der vorliegenden Erfindung sowohl der Volumenstrom als auch die Eintrittstemperatur des Temperiermediums zur Regelung herangezogen werden, er­ folgt nicht nur eine sehr schnelle, sondern auch eine hoch genaue Regelung. Die Ansprechzeiten sind sehr kurz. Die Einwirkungen auf das Temperiermedium durch Kühlen oder Heizen können dabei langsam erfolgen.
Bei den verschiedenen Verarbeitungsmaschinen von Kunststoff und/oder Kautschuk sind nicht alle Teile der Maschine, die mit dem zu verarbeitenden Material in Berührung kommen, auf gleiche Temperatur zu halten, oftmals ist sogar ein Maschinenteil, wie z. B. die Schnecke und/oder der Zylinder eines Extruders in den verschiedenen Verarbeitungszonen auf verschie­ denen Temperaturen zu halten. Hier ist es zweck­ mäßig, wenn die Regelung mehrerer Prozeßtemperaturen durch Regelung des Volumenstromes in verschiedenen Temperierzonen erfolgt. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die einzelnen Temperierzonen durch einen übergeord­ neten Kreislauf, in welchem eine bestimmte Medientem­ peratur geregelt wird, versorgt werden.
Vorteilhaft und baulich einfach ist es, wenn die Volu­ menstromregelung in den einzelnen Temperierzonen durch Stellventile erfolgt und wenn Stellventile für einzelne Temperierzonen im System mit einem Ven­ til in einem Bypass gekoppelt verstellt werden.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Pumpenleistung im Gesamtsystem durch eine Pumpe in einem übergeordne­ ten Kreislauf erbracht wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Regelung der Wärmeströme, die bei einem in einer Kunststoff- und/oder Kautschukverarbeitungsmaschine ausgeführten Prozeß zwischen Maschinenteilwandungen und einem Temperier­ medium verlaufen, zeichnet sich dadurch aus, daß Ar­ beitsmittel zur Veränderung der Volumenströme des Tempe­ riermittels vorgesehen sind, die von einer Prozeß­ steuerung bzw. einem Regler in Abhängigkeit der Tempe­ ratur von Maschinenteilen und/oder der Eingangstempe­ ratur des Temperiermittels gesteuert sind.
Mit einer üblichen Prozeßsteuerung, die z. B. über einen Mikroprozessor betrieben wird, ist der Aufwand für diese Regelung sehr gering. Mit einfachen Mitteln ist somit eine kürzere Ansprechzeit, eine kürzere Regel­ zeit und ein geringerer Aufwand bei der Temperierung des Temperiermediums durch Kühlen oder Heizen erreicht.
Dabei ist es zweckmäßig, die Arbeitsmittel zur Ver­ änderung der Volumenströme als Ventile, Schieber und/oder Arbeitsmittel zur Einstellung des Förder­ volumens von Pumpen auszubilden. Ventile und Schie­ ber sind schnell und einfach zu stellen. Auch die Arbeitsmittel zur Einstellung des Fördervolumens von Pumpen sind einfach, bestehen sie doch lediglich in drehzahlregelbaren Elektromotoren.
Vorteilhaft ist es, wenn eine Kunststoff- und/oder Kautschukverarbeitungsmaschine verschiedenen Tempe­ rierzonen zugeordnet sind, wenn jeder Temperierzone ein Ventil bzw. Schieber zugeordnet ist und wenn mehre­ ren Zonen gemeinsam eine Pumpe zugeordnet ist. Hierdurch wird der bauliche Aufwand einfach.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn mindestens parallel zu einem die Prozeßtemperatur regelnden Volumenstrom ein Bypass angeordnet ist, wenn dem Bypass ein Ventil oder ein Schieber zugeordnet ist und wenn dieses Ven­ til in dem Bypass mit dem Stellventil für die Volumen­ ströme gekoppelt ist, vorzugsweise derart, daß ein Schließen des Volumenstromventiles mit einem Öffnen des Bypassventiles und umgekehrt gekoppelt ist. Mit die­ sen Arbeitsmitteln läßt sich die gewünschte Regelung sehr einfach und schnell durchführen.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Temperierzonen parallel zueinander angeordnet sind und von parallelen Volumenströmen unterschiedlicher Stärke und Geschwin­ digkeit durchflossen sind.
Das Wesen der Erfindung ist nachstehend anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Pumpenregelung,
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Ventilregelung,
Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Ventil- und By­ passregelung.
Die Kunststoff- und/oder Kautschukverarbeitungsmaschi­ ne 1 weist drei Temperierzonen 2, 3, 4 auf, in denen Maschinenteilwandungen auf drei verschiedenen Tempera­ turen gehalten werden sollen. Das Temperiermedium fließt außerhalb der Kunststoff- und/oder Kautschuk­ verarbeitungsmaschinen durch die Rohrleitung 5 in die Kühlvorrichtung 8, dann weiter durch die Rohrleitung 6 in die Heizvorrichtung 9, dann in die Rohrleitung 7 in Richtung auf Kunststoff- und/oder Kautschukverarbei­ tungsmaschine. Je nach dem ob das Temperiermedium ge­ heizt oder gekühlt werden soll, ist entweder die Kühl­ vorrichtung 8 oder die Heizvorrichtung 9 in Betrieb.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist die an die Heiz­ vorrichtung 9 anschließende Rohrleitung 7 in drei, den Temperierzonen 2, 3, 4 zugeordnete Zweige 7 A, 7 B, 7 C unterteilt. Diese Zweige 7 A, 7 B, 7 C verlaufen parallel zueinander und führen jeweils in eine der Temperierzonen 2, 3, 4. Aus diesen tritt das verbrauch­ te Temperiermedium in die entsprechenden Leitungs­ zweige 5 A, 5 B, 5 C, welche parallel zueinander ver­ laufen und dann in einer Leitungsverzweigung zu der Rohrleitung 5 zusammengeführt werden. In jedem der Leitungszweige 7 A, 7 B, 7 C oder 5 A, 5 B, 5 C befindet sich eine Pumpe 10 A, 10 B, 10 C. Die Drehzahl der An­ triebsmotoren der Pumpen 10 A, 10 B, 10 C wird von dem Prozeßregler 11 bestimmt, der über Kabel 12 A, 12 B, 12 C mit den Pumpen 10 A, 10 B, 10 C verbunden ist. Der Pro­ zeßregler 11 erhält als Eingangssignale von den Meß­ stellen 13 A, 13 B, 13 C die jeweils gemessene Wand­ temperatur des mit dem zu verarbeitenden Material in Berührung befindlichen Maschinenteiles über Kabel 15 und zusätzlich von dem Temperaturmeßgeber 14 über das Kabel 16 die Eintrittstemperatur des Temperiermediums. Diese kann, wie in Fig. 1 gezeigt, vor den Pumpen ge­ messen werden, sie kann aber für jede der drei Tempe­ rierzonen 2, 3, 4 auch unmittelbar vor dem Eintritt des Temperiermediums in die Kunststoff- und/oder Kaut­ schukverarbeitungsmaschine mit den Temperiermeßgebern 14 A, 14 B, 14 C gemessen werden.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 sind drei Ventile 17 A, 17 B 17 C, mit denen der Volumenstrom durch die Tempe­ rierzonen 2, 3, 4 gesteuert wird. In diesem Ausführungsbei­ spiel ist nur eine einzige, den drei Temperierzonen 2, 3, 4 zugeordnete Pumpe 10 vorgesehen. Diese befindet sich in der Leitung 6. Die Verstellmotore für die Ventile 17 A, 17 B, 17 C werden vom Prozeßregler 11 über die Ka­ bel 18 mit der für die Verstellung notwendigen elektri­ schen Energie versorgt. Der Prozeßregler 11 wird in diesem Ausführungsbeispiel von einem einzigen Temperatur­ meßgeber 14, der die Temperiermediumtemperatur mißt, und drei Temperaturmeßgebern 13 A, 13 B, 13 C gesteuert, die die Wandtemperatur in der Maschine bzw. an dem Ma­ schinenteil messen.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 sind zusätzlich By­ passleitungen 19 A, 19 B, 19 C vorgesehen, in denen Ventile 20 A, 20 B, 20 C angeordnet sind. Diese Ventile 20 A, 20 B, 20 C in den Bypassleitungen 19 A, 19 B, 19 C sind mit den Ventilen 17 A, 17 B, 17 C gekoppelt und werden je­ weils mit einem Stellmotor 21 A, 21 B, 21 C gemeinsam ver­ stellt, der jeweils über ein Kabel 22 A, 22 B, 22 C an den Prozeßregler 11 angeschlossen ist. So kann das Tempe­ riermedium entweder in die Temperierzone 2, 3, 4 oder in die Bypassleitung 19 A, 19 B, 19 C geleitet werden. Da­ bei sind die Ventile so ausgebildet und geschaltet, daß je mehr die in die Temperierzone 2, 3, 4 führende Leitung 7 A, 7 B, 7 C verschlossen wird um so stärker die Bypassleitung 19 A, 19 B, 19 C geöffnet wird.
Liste der Bezugszeichen
1 Kunststoff- und/oder Kautschukverarbeitungsmaschine
2 Temperierzone
3 Temperierzone
4 Temperierzone
5 Rohrleitung
6 Rohrleitung
7 Rohrleitung
8 Kühlvorrichtung
9 Heizvorrichtung
10 Pumpe
11 Prozeßregler
12 Kabel
13 Temperaturmeßgeber
14 Temperaturmeßgeber
15 Kabel
16 Kabel
17 Ventile
18 Kabel
19 Bypass
20 Ventil
21 Stellmotor
22 Kabel

Claims (10)

1. Verfahren zur Regelung von Wärmeströmen, die bei einem in einer Kunststoff- und/oder Kautschukverarbeitungs­ maschine ausgeführten Prozeß zwischen Maschinenteil­ wandungen und einem Temperiermedium verlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß der Volumenstrom und die Eintrittstemperatur eines Temperiermediums zur Regelung einer Prozeßtemperatur benutzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung mehrerer Prozeßtemperaturen durch Regelung des Volumenstroms in verschiedenen Temperier­ zonen erfolgt.
34. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Temperierzonen durch einen überge­ ordneten Kreislauf, in welchem eine bestimmte Medien­ temperatur geregelt wird, versorgt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Volumenstromregelung in den einzelnen Tempe­ rierzonen durch Stellventile erfolgt,
und daß Stellventile für einzelne Temperierzonen im System mit einem Ventil in einem Bypass gekoppelt verstellt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpleistung im Gesamtsystem durch eine Pumpe in einem übergeordneten Kreislauf erbracht wird.
6. Vorrichtung zur Regelung von Wärmeströmen, die bei einem in einer Kunststoff- und/oder Kautschukver­ arbeitungsmaschine ausgeführten Prozeß zwischen Ma­ schinenteilwandungen und einem Temperiermedium ver­ laufen, dadurch gekennzeichnet, daß Arbeitsmittel (10, 17, 20) zur Veränderung der Volumenströme des Temperiermittels vorgesehen sind, die von einer Prozeßsteuerung (11) bzw. einem Regler in Abhängigkeit der Temperatur von Maschinenteilen und/oder der Eingangstemperatur des Temperiermittels gesteuert sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsmittel zur Veränderung der Volumen­ ströme Ventile (17), Schieber (20) und/oder Arbeits­ mittel zur Einstellung des Fördervolumens von Pumpen (10) sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß einer Kunststoff- und/oder Kautschukverarbeitungs­ maschine (1) verschiedene Temperierzonen (2, 3, 4) zugeordnet sind,
daß jeder Temperierzone (2, 3, 4) ein Ventil (17) bzw. Schieber (20) zugeordnet ist
und daß mehreren Zonen gemeinsam eine Pumpe (10) zugeordnet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens parallel zu einem die Prozeßtemperatur regelnden Volumenstrom ein Bypass (19) zugeordnet ist,
daß in dem Bypass ein Ventil oder ein Schieber (20) angeordnet ist,
und daß dieses Ventil in dem Bypass (19) mit dem Stell­ ventil für die Volumenströme gekoppelt ist, vorzugs­ weise derart, daß ein Schließen des Volumenstromven­ tiles mit einem Öffnen des Bypassventiles und umgekehrt gekoppelt ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperierzonen (2, 3, 4) parallel zueinander angeordnet sind und von parallelen Volumenströmen unterschiedlicher Stärke und Geschwindigkeit durch­ flossen sind.
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