DE4103261A1 - Verfahren und vorrichtung zur minimierung der anfahrverluste bei einem kaltbeschickungsextruder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Kaltbeschickungsex­ truder gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 2.

Grundsätzlich ist seit langem bekannt, Extruder derart zu konstruie­ ren, daß durch das Extrudergehäuse in den Verarbeitungsraum ragende Stifte oder Stempel zur Verbesserung der Homogenisierungs- oder Mischwirkung vorgesehen werden. So ist z. B. der DE-AS 21 24 466 ein Extruder zu entnehmen, durch dessen Gehäuse Stempel radial zur För­ derschnecke verschiebbar sind und bei dem die Stege der Förderschnec­ ke in diesem Bereich Unterbrechungen aufweisen. Durch unterschiedlich weites Hineinfahren oder abwechselndes Ein- und Ausfahren der Stempel in Richtung Schneckenkern läßt sich gemäß der Druckschrift entweder die Homogenisierungs- oder die Mastizierungswirkung des Extruders so verändern, daß sowohl eine bessere Extrusionsleistung im Extruderaus­ legungspunkt als auch bei sich ändernden Betriebsbedingungen eine vergleichbare Extrusionsleistung wie im Auslegungsbetriebspunkt er­ reicht wird.

Unbeachtet gelassen wird bei diesem Extruder nach dem Stand der Tech­ nik das Problem, daß bei kaltbeschickten Extrudern das zu extrudie­ rende Material ohne Gegendruck in die Einfüllöffnung, beispielsweise in Form von mehreren Kautschukfellen, eingespeist wird. Dies hat zur Folge, daß von dem Extruder während des Anfahrvorganges durch Luft­ einschlüsse oder nur teilweise aufgeschmolzener Materialteilchen ein inhomogenes, poröses Extrudat ausgestoßen wird. Gerade bei Extrudern mit großen Schneckendurchmessern und Schneckenlängen geht so eine nicht unerhebliche Materialmenge für die weitere Verwendung verloren, die von ihrem Umfang wenigstens einer vollständigen Schneckenfüllung entspricht.

Hinzu kommt, daß der Extruder während des Anfahrvorganges aus Sicher­ heitsgründen zunächst ohne Spritzwerkzeug, also mit freiem Austritts­ querschnitt gefahren wird. Erst wenn das Bedienpersonal die Extrudat­ qualität für befriedigend erachtet, wird der Extruder kurz angehalten und das Ausformwerkzeug am Extruder montiert. Ein derartiges Vorgehen ist zeitaufwendig und verlangt von dem Bedienpersonal entweder ein sehr gutes Beurteilungsvermögen für die Qualität des Extrudates oder eine sehr großzügige Bemessung des Anfahrabfalls.

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und einen Kalt­ beschickungsextruder vorzustellen, mit dem der Materialverlust wäh­ rend des Anfahrvorganges verhindert oder aber wenigstens stark ver­ mindert wird und bei dem der Extruder von Beginn der Materialzufüh­ rung mit seinem Ausformwerkzeug ausgestattet werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen der Ansprüche 1 und 2. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind dem Unteran­ spruch 3 zu entnehmen.

Mit der vorgeschlagenen Anfahrdrossel verfügt der Kaltbeschickungs­ extruder über eine Vorrichtung, mit der das kaltbeschickte Material einer längeren Verweilzelt im ersten Abschnitt des Extruderverfah­ rensteils unterworfen wird. Dies führt gerade bei der gleichzeitigen Zuführung von mehreren Materialfellen zu einer verbesserten Vorpla­ stifizierung und Komprimierung des Extrudates.

Durch die Überwachung des Extrudatdruckes vor der Anfahrdrossel las­ sen sich die Drosselstifte in Abhängigkeit von dem Grad der Vollen­ dung des Anfahrvorganges allmählich aus dem Verarbeitungsraum heraus­ ziehen. Dies kann individuell bei jedem Drosselstift oder für alle Drosselstifte einer oder aller Stiftebenen veranlaßt werden.

Die Überwachung des Anfahrvorganges kann mit einem Meß- und Rege­ lungscomputer automatisiert werden, der über Meß- und Steuerleitungen mit einem Drucksensor sowie mit den Kolbenzylinderanordnungen am Ex­ truder verbunden ist.

Ein Ausführungsbeispiel des Extruders gemäß der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Darin ist ein Abschnitt eines gattungsgemäßen Extruders in einem schematischen Längsschnitt mit seinen zur Be­ schreibung des Erfindungsgedankens wesentlichen Bauteilen darge­ stellt.

Das Extrudergehäuse 1 verfügt über eine Einfüllöffnung 4, durch die das zu extrudierende Material einer im Gehäuse rotierenden Extruder­ schnecke 2 zuführbar ist. In einer Entfernung von vorzugsweise 6 bis 8 Schneckendurchmessern von der Einfüllöffnung 4 ist wenigstens eine Anfahrdrosseleinheit 16 am Extruder angeordnet.

Der Anfahrdrosseleinheit 16 ist stromaufwärts ein Drucksensor 10 vor­ gelagert, der durch eine Gehäusebohrung in den Verarbeitungsraum 8 des Extruders hineinragt und den ermittelten Extrudatdruck in der Einzugszone A dem Computer 9 zur Verfügung stellt. Stromabwärts vom Drucksensor 10 sind am Extrudergehäuse 1 Kolbenzylinderanordnungen 7, 20 befestigt, deren Kolben 17 durch das Gehäuse 1 in Richtung auf die Schneckenlängsachse weisen. Die Kolben 17 verfügen jeweils über einen auswechselbaren Drosselstift 5, der durch Betätigung der Kolbenzylin­ dereinheit 7 bis vor den Kern 18 der Schnecke 2 in den Verarbeitungs­ raum einfahrbar ist. Die Schneckenstege 3 der Extruderschnecke 2 sind im Bereich der Drosselstifte 5 in an sich bekannter Weise unterbro­ chen.

Insgesamt wenigstens zehn symmetrisch am Extrudergehäuseumfang ver­ teilte Kolbenzylindereinheiten 7, 20 bilden so mit ihren sternförmig auf die Schneckenachse gerichteten Drosselstiften 5 eine Anfahrdros­ seleinheit 16. Bei Bedarf, etwa bei im Anfahrvorgang besonders schwer zu plastifizierenden Materialien, können mehrere dieser Anfahrdros­ seleinheiten 16, 16′ stromabwärts des Drucksensors 10 hintereinander angeordnet sein.

Der Computer 9 ist mit dem Drucksensor 10 über eine Meßwertleitung 11 sowie mit den Kolbenzylindereinheiten 6, 7, 19, 20 über Steuerleitun­ gen 12, 13, 14, 15 miteinander verbunden und sorgt für die optimale Eindringtiefe der Drosselstifte 5 in den Verarbeitungsraum 8.

Während des Anfahrens des Extruders sind die Drosselstifte 5 zunächst bis annähernd an den Kern 18 der Extruderschnecke 2 herangefahren.

Wird der Computer 9 durch den Drucksensor 10 signalisiert, daß der Extrudatdruck dem im der Computer 9 abgespeicherten Sollwert erreicht hat, so bedeutet dieses Signal, daß der Anfahrvorgang für das den Druckgeber 10 passierende Material vorüber ist. Der Computer 9 gibt dann den Kolbenzylindereinheiten 6, 7, 19, 20 den Befehl, die Dros­ selstifte 5 langsam aus dem Verarbeitungsraum 8 herauszuziehen. Dabei können die Kolbenzylindereinheiten 6, 7, 19, 20 einzeln oder gemeinsam aktiviert werden.

Durch die seit langem bekannte Plastifizier- und Homogenisierungswir­ kung der in den Massestrom hineinragenden Drosselstifte in Abhängig­ keit des Massedruckes wird so während der Anfahrphase die Plastifi­ zier- und Homogenisierarbeit des Extruders im Einzugsbereich A stark erhöht und dadurch schon in diesem frühen Produktionsstadium für das von Anfang an am Extruder montierte Extrusionswerkzeug verwertbares Extrudat hergestellt.

Bezugszeichenliste

 1 Extrudergehäuse
 2 Extruderschnecke
 3 Schneckensteg
 4 Einfüllöffnung
 5 Drosselstift
 6 Kolbenzylindereinheit
 7 Kolbenzylindereinheit
 8 Verarbeitungsraum
 9 Computer
10 Drucksensor
11 Meßwertleitung
12 Steuerleitung
13 Steuerleitung
14 Steuerleitung
15 Steuerleitung
16 Anfahrdrosseleinheit
16′ Anfahrdrosseleinheit
17 Kolben
18 Schneckenkern
19 Kolbenzylindereinheit
20 Kolbenzylindereinheit
A = Einzugszone des Extruders

Claims (3)

1. Verfahren zur Minimierung der Anfahrverluste bei einem mit Kautschuk oder thermoplastischen Kunststoff kaltbe­ schickten Extruder, dadurch gekennzeichnet,
daß während des Anfahrvorganges in der Einzugszone des Extruders der Materialdruck in dessen Verarbeitungsraum durch ein in diesen hineinragendes Drosselbauteil erhöht wird,
daß der Materialdruck in dieser Zone vor dem Bauteil kontinuierlich gemessen und mit einem Drucksollwert ver­ glichen wird, und
daß bei Erreichen oder Überschreiten des Drucksollwertes das Drosselbauteil aus dem Verarbeitungsraum zurückgezo­ gen wird.

2. Kaltbeschickungsextruder zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, umfassend ein hohlzylindrisches Extru­ dergehäuse, eine darin um ihre Längsachse drehbar ange­ ordnete Extruderschnecke, eine Einfüllöffnung für das zu extrudierende Material, ein am stromabwärtigen Ende des Gehäuses angeordnetes Ausformwerkzeug sowie eine Vorrich­ tung zur Erhöhung des Materialdruckes, dadurch gekennzeichnet,
daß diese Vorrichtung als eine Anfahrdrosseleinheit (16) ausgebildet ist, die aus wenigstens zehn am Umfang des Extrudergehäuses (1) angeordneten Kolbenzylindereinhei­ ten (7, 20) besteht, deren in Richtung der Schneckenachse betätigbaren Kolben (17) jeweils eine Drosselstift (5) aufweisen,
daß der Anfahrdrosseleinheit (16) stromaufwärts ein in den Verarbeitungsraum (8) hineinragenden Drucksensor (10) zugeordnet ist,
daß die Anfahrdrosseleinheit (16) in einer Entfernung von 6 bis 8 Schneckendurchmessern von der Einfüllöffnung (4) stromabwärts angeordnet ist, und
daß der Drucksensor (10) und die Kolbenzylindereinheiten (7, 20) über Meß- bzw. Steuerleitungen (11, 14, 15) mit einem Computer (9) verbunden sind.

3. Extruder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Extrudergehäuse (1) zwei Anfahrdrosseleinheiten (16, 16′) vorgesehen sind.