DE4208284C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Konstanthal­ tung der Ausstoßtemperatur des Extrudates eines Schnec­ kenextruders, welcher mit verschieb- oder verschwenk­ baren Körpern versehen ist, welche in den Innenraum des Extruders an Stellen hineinragen, an denen das Fördergewinde der Schnecke ringnutförmig unterbrochen ist, einen zur Durchführung dieses Verfahrens geeig­ neten Schneckenextruder sowie einen Prozessor für das Betreiben dieses Schneckenextruders.

Seit zwei Jahrzehnten werden Stiftzylinder-Schnecken­ extruder (DE 31 50 719 C2) in der Gummi- und Kunststoff­ industrie eingesetzt, um schwer bearbeitbare Mate­ rialien schneller und besser plastifizieren und auf­ schließen zu können. Im Laufe dieser Jahrzehnte wurden die Extruder immer mehr vervollkommnet. Unverschiebbar eingesetzte Stifte erhielten eine Form, die den Stiftbruch verhindern. Stiftbruch-Warngeräte (DE 32 21 472 C2) und -vorwarngeräte (DE 35 02 437 C2), die bereits bei elastischer Verbiegung der Stifte ansprechen, wurden entwickelt. Um die Stifte nicht einzeln ausbauen zu müssen, wenn der Extruder einer Reinigung unterzogen werden soll und die Schnecke hierzu aus dem Extruder herausgenommen werden soll, wurden hydraulische (DE 35 03 911 C1) und mechanische Antriebe (DE 35 06 424 C1) entwickelt, mit denen die Stifte aus ihrer Arbeits­ stellung in eine Außerbetriebsstellung verschoben wer­ den konnten. Durch den Einsatz zusätzlicher an sich bekannter Arbeitsmittel, wie beispielsweise in die Schnecke eingesetzte Torpedostücke, Scherteile und durch in den Zylinder eingeschnittene Nuten, konnten weitere Verbesserungen der Plastifizierwirkung erzielt werden.

Es ist ein altes Problem der Extrudertechnik, optimale Betriebsbedingungen für die Ausstoßmenge, die Ausstoß­ temperatur, den Plastifizierungsgrad und den Ausstoß­ druck zu finden. Hat man für eine bestimmte gewünschte Ausstoßmenge pro Zeiteinheit einen guten Plastifizie­ rungsgrad aufgefunden und hat man auch die Temperatur des Extrudates auf Werte bringen können, die für die nachfolgende Bearbeitung des Extrudates günstig sind, dann lassen sich nicht diese günstigen Werte erhalten, wenn beispielsweise die Drehzahl geändert werden soll, um den Plastifizierungsgrad noch weiter zu verbessern. Es läßt sich auch nicht die Ausstoßmenge pro Zeitein­ heit verändern, ohne daß der Plastifizierungsgrad ver­ ändert wird und die Temperatur des extrudierten Mate­ riales andere Werte annimmt. Das hat zur Folge, daß bei einer günstigen Einstellung des Extruders die in der Fertigungsstraße nachfolgenden Maschinen oftmals nicht optimal eingesetzt werden können, weil beispielsweise die Extrusionstemperatur zu hoch ist oder die Aus­ stoßmenge pro Zeiteinheit nicht die gewünschten optimalen Werte erreicht.

Die Erfindung vermeidet die Nachteile des Standes der Technik. Es ist die Aufgabe der Erfindung, die Extru­ sionsmenge pro Zeiteinheit bei Einhaltung einer be­ stimmten vorgegebenen Temperatur in weiten Grenzen variieren zu können.

Die Erfindung erreicht dieses durch die Anwendung des Schneckenextruders der eingangs genannten Art dadurch, daß die Körper entsprechend einer Änderung der Extru­ sionstemperatur in ihrer Eintauchtiefe verstellt wer­ den.

Diese Verstellung der zu verstellenden Körper in Abhängigkeit von der Austrittstemperatur des Extrudates eröffnet die Möglichkeit, die Ausstoßmenge pro Zeit­ einheit in weiten Grenzen variieren zu können, ohne daß ungenügend plastifiziertes Extrudat den Extruder ver­ läßt und ohne daß die Temperatur des Extrudates beim Austritt aus dem Extruder sich verändert. Das bringt ganz erhebliche Vorteile für die in der Ferti­ gungsstraße nachfolgend angeordneten Maschinen. Diese können jetzt auf optimale Bearbeitungsparameter einge­ stellt werden, ihre Arbeitsgeschwindigkeit kann in weiten Grenzen variiert werden, weil in weiten Grenzen eine Variation der Ausstoßmenge pro Zeiteinheit bei gleichbleibender Temperatur und gleichbleibendem Pla­ stifizierungsgrad im Extruder ermöglicht ist.

In erster Linie handelt es sich bei den zu ver­ stellenden Körpern um die Stifte eines Stiftzy­ linderextruders, wobei es sich sowohl um radial, aber auch um tangential in den Innenraum des Zylinders ein­ tauchende Stifte handeln kann. Aber auch andere in den Innenraum eintauchende Körper sind möglich, z. B. Kreisscheibensegmente.

Dabei kann es durchaus für die gewünschte Bearbeitung des zu extrudierenden Materiales vorteilhaft sein, wenn ein Teil der Körper in einer bestimmten, für den gewünschten Plastifizierungs und Homogenisierungsgrad vorgegebenen Stellung während des Arbeitsprozesses fest belassen wird, und wenn ein anderer Teil der Körper während des Arbeitsprozesses in der Eintauchtiefe während des Über- oder Unterschreitens der einzu­ haltenden Austrittstemperatur des Extrudates verstellt wird.

Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, wenn man in einer Ebene sowohl feststehende als auch in der Eintauchtiefe während des Arbeitsprozesses zu verstellende Körper anordnet, vorzugsweise derart, daß man zwischen je zwei oder drei feststehenden Körpern einen zu verstellenden Körper anordnet.

Um die Belastungen der Körper zu erniedrigen, ist es zweckmäßig, wenn man in verschiedenen Radialebenen die Eintauchtiefen unterschiedlich einstellt, vorzugsweise in den dem Einzug benachbarten Radialebenen weniger tief als in den dem Einzug abgekehrten Ebenen.

Zur Ausführung dieses Verfahrens verwendet man einen Schneckenextruder, bestehend aus einem Zylinder, in welchem eine Schnecke drehbar gelagert ist, welche ringförmige Ausnehmungen ihres Fördergewindes aufweist, in welche Körper radial eintauchen, die im oder am Zylinder verstellbar gelagert sind. Das Wesentliche bei dem erfindungsgemäßen Schneckenextruder ist es, daß die Körper mit einer von einer Steuerungsvorrichtung ge­ steuerten Verstellvorrichtung versehen sind, wobei an den Eingang der Steuerungsvorrichtung ein Temperatur­ fühler der Extrudataustrittstemperatur angeschlossen ist, während an den Ausgang mindestens ein Motor zur Verstellung der verstellbaren Körper angeschlossen ist und die Steuerungsvorrichtung eine Sollwert-Istwert- Vergleichsschaltung aufweist.

Vorzugsweise gestaltet man die Extrusionsanlage so, daß ein Teil der Körper für den Arbeitsprozeß auf eine be­ stimmte, für den gewünschten Plastifizierungs- und Homogenisierungsgrad vorgegebene Eintauchtiefe einge­ stellt ist, und daß ein anderer Teil der Körper mittels der Steuerungsvorrichtung während des Arbeitsprozesses mit Mitteln zur Verstellung versehen ist, wobei an den Eingang der Steuerungsvorrichtung ein Temperaturfühler der Extrudataustrittstemperatur angeschlossen ist, wäh­ rend an den Ausgang mindestens ein Motor zur Ver­ stellung der verstellbaren Körper angeschlossen ist und die Steuerungsvorrichtung eine Sollwert-Istwert-Ver­ gleichsschaltung aufweist.

Dabei können als Verstellvorrichtungen für die Ver­ stellung der Körper z. B. Elektromotore, Hydraulik­ motore, Hydraulik-Kolben-Zylinder-Einheiten u. a. einge­ setzt werden.

Eine besonders feine, dem zu extrudierenden Material angepaßte Ausführungsform läßt sich dadurch schaffen, daß mehrere motorisch angetriebene Verstellvor­ richtungen für die zu verstellenden Körper in ver­ schiedenen Stiftebenen vorgesehen sind, die von der Steuerungsvorrichtung unterschiedliche Steuersignale erhalten.

Zur Ausführung des Verfahrens benutzt man einen Prozes­ sor für das Betreiben eines Schneckenextruders, an dessen Eingang ein Vorwähler für die Schneckendrehzahl, ein Vorwähler für die Extrudattemperatur und ein Geber für die Extrudattemperatur angeschlossen sind, während an die Ausgänge des Prozessors der Antriebsmotor für die Schnecke sowie Verstellmotore für während des Arbeits­ prozesses in Abhängigkeit von der Extrudatausstoßtempe­ ratur zu verstellende Körper angeschlossen sind.

Das Wesen der Erfindung ist nachstehend anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbei­ spielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Ansicht eines Stiftzylinderextruders,

Fig. 2 einen Schnitt durch eine Stiftebene,

Fig. 3 einen Schnitt durch einen Extruder mit ver­ stellbaren Kreissegmentkörpern,

Fig. 4 einen Schnitt durch einen Extruder mit tangen­ tial in den Innenraum hineinragenden, einschiebbaren Stiften,

Fig. 5 einen Schnitt durch einen Extruder mit tangential in den Innenraum hineinragenden, unverschiebbaren Stiften.

Der Stiftzylinderextruder besteht aus einem Zylinder 1, in welchem drehbar die Schnecke 2 angeordnet ist, einem Getriebe 3 und einem Motor 4 für den Antrieb der Schnecke sowie einem Spritzkopf 5. Der Zylinder 1 ist in seinem Inneren mit einer Zylinderbuchse 7 versehen. Radiale Bohrungen 6 erstrecken sich durch die Wand des Zylinders 1 und durch die Zylinderbuchse 7. In diese radialen Bohrungen sind einerseits unverstellbare Stif­ te 8 eingesetzt, welche durch eine Arretierschraube 9 in ihrer unverschiebbaren Stellung gehalten werden. Die Stifte 8 weisen einen in den Innenraum des Zylinders hereinragenden Stiftteil 10 auf, durch den die Plastifizie­ rarbeit ausgeführt wird, an diesen Stiftteil schließt sich ein im Durchmesser stärkerer Stiftteil 11 an, welcher den gleichen Durchmesser wie die Bohrung in der Zylinder­ buchse 7 aufweist. Die mit einem Absatz ausgeführte Bohrung im Zylinder 1 ist größer ausgeführt, damit unterschiedliche Dehnungen von Zylinderbuchse 7 und Zylinder 1 keine Auswirkungen auf die Stifte haben. Der Stift 8 weist schließlich ein Endteil mit noch größerem Durchmesser auf, welches sich mit seinem Absatz gegen den Absatz 12 in der Bohrung 6 abstützt. Gegen diesen Absatz wird der Stiftteil 11 durch die Arretierschraube 9 so angedrückt, daß er noch gleitfähig bleibt. Dadurch ist eine Verschiebung des Stiftes 8 in Radialrichtung nicht möglich, während eine Verschiebung am Absatz 12 und an der Stirnseite der Arretierschraube 9 möglich ist.

Zwischen diesen Stiften 8 sind Stifte 13 vorgesehen, welche mittels einer Verschiebevorrichtung verschiebbar sind, die in dem Gehäuse 14 untergebracht ist. Dieses Gehäuse 14 weist auf seiner Außenseite ein Gewinde 15 auf, welches in das Innengewinde einschraubbar ist, in welches bei den Stiften 8 die Arretierschraube 9 ein­ geschraubt ist. Dieses Gehäuse wird soweit in das Gewinde eingeschraubt, bis es sich mit seiner Stirn­ seite auf dem Absatz 12 abstützt. In dem gezeichneten Ausführungsbeispiel der Fig. 2 sind die beiden oberen Stifte 13 voll in den Innenraum des Zylinders 1 ein­ gefahren, während der Stift 13 unten links nur halb und der Stift 13 unten rechts gar nicht in den Innenraum eingefahren ist. Innerhalb des Gehäuses 14 ist die Stiftverstellvorrichtung so angeordnet, daß eine durch unterschiedliche Dehnungen zwischen der Zylinderbuchse 7 und dem Zylinder 1 hervorgerufene Verschiebung der Verstellvorrichtung gegenüber dem hülsenförmigen Gehäuse 14 möglich ist.

Die Steuerung dieser in den hülsenförmigen Gehäusen 14 untergebrachten Verstellvorrichtungen für die Stifte 13 wird durch den Prozessor 16 bewirkt. Dieser weist eine Einstell­ vorrichtung 17 für die vorzugebende Temperatur und eine Einstellvorrichtung 18 für die Drehzahl der Schnecke auf. An den Eingang ist ein im Spritzkopf 5 unter­ gebrachter Temperaturgeber 19 angeschlossen, es kann auch über die Leitung 20 eine Ferneinstellung für die Drehzahl der Schnecke an den Eingang des Prozessors 16 angeschlossen sein. An die Ausgänge sind Leitungen 21 angeschlossen, die zu den verschiedenen Verstell­ vorrichtungen für die Stifte 13 in den Gehäusen 14 führen. Weiter ist eine Leitung 22 an den Ausgang angeschlossen, die zum Motor 4 führt.

Ebenso, wie auf diese Weise die Ausstoßmenge pro Zeiteinheit in weiten Grenzen ohne Beeinflussung der Ausstoßtemperatur variiert werden kann, kann bei gleichbleibender Ausstoßleistung die Temperatur durch verschieden tiefes Einsenken der Stifte 13 in den Innenraum des Zylinders variiert werden, falls dieses für nachfolgende Bearbeitungsprozesse von Vorteil ist.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 sind es um die Achse 23 verschwenkbare Kreissegmentscheiben 24, an deren außerhalb des Zylinders 1 befindlichem Ende eine als Verstellmotor dienende Hydraulik-Kolben-Zylinder-Ein­ heit 25 angreift, die mit ihrem anderen Ende am Zy­ linder 1 angelenkt ist. Die rechte Kreissegmentscheibe 24 ist voll in die das Schneckengewinde unterbrechende Ringnut eingeschwenkt, die linke ist ausgeschwenkt, die obere und untere zur Hälfte eingeschwenkt.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 sind die verstell­ baren Körper durch tangential in den Innenraum des Zylinders 1 einschiebbare Stifte 26 gebildet, welche in einem Gewinde 27 verdrehbar in der Zylinderwandung gelagert sind. Diese Stifte werden durch Drehen mittels eines Drehmotors mehr oder weniger tief in den Innenraum des Zylinders eingeschoben.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 5 sind die tangential in den Innenraum hineinragenden Stifte 28 unver­ schiebbar mittels eines Bundringes 29 gelagert. Sie sind im Inneren des Zylinders 1 unrund. Durch Ver­ drehung können sie verschieden tief in die Nut im Schneckengewinde eingreifen.

Diese Variationsmöglichkeit der Ausstoßmenge pro Zeit­ einheit ohne Veränderung des Plastifizierungsgrades und ohne Veränderung der Ausstoßtemperatur wird einem lang­ gehegten Bedürfnis in der einschlägigen Industrie gerecht, der es nun möglich ist, die in den Bearbei­ tungsstraßen nachfolgenden Maschinen leichter auf opti­ male Parameter einzusteuern.

Diese technische Möglichkeit wird durch die beschriebene Temperatur-Eintauchtiefen-Schneckendreh­ zahl-Regelung eröffnet, in der für die Temperatur und die Ausstoßleistung pro Zeiteinheit Sollwerte eingege­ ben werden und vom Prozessor die erforderlichen Werte der Eintauchtiefe und der Schneckendrehzahl eingestellt werden.

Ein weiterer Vorteil des Einsatzes eines Prozessors besteht darin, daß in diesem Verfahrensabläufe gespeichert werden können, mit denen unter Berücksichtigung der eingegebenen und der errechneten Parameter der Prozeßablauf gesteuert werden kann.

Liste der Bezugszeichen

 1 Zylinder
 2 Schnecke
 3 Getriebe
 4 Motor
 5 Spritzkopf
 6 Bohrung
 7 Zylinderbuchse
 8 Stift
 9 Arretierschraube
10 Stiftteil
11 Stiftteil
12 Absatz
13 Stifte
14 Gehäuse
15 Gewinde
16 Prozessor
17 Einstellvorrichtung Temperatur
18 Einstellvorrichtung Ausstoßmenge pro Zeit
19 Temperaturgeber, -fühler
20 Leitung
21 Leitung
22 Leitung
23 Achse
24 Kreissegmentscheibe
25 Kolben-Zylinder-Einheit
26 Stift
27 Gewinde
28 Stift
29 Bundring
30 Drehmotor
31 Verschwenkmotor

Claims (10)

1. Verfahren zur Konstanthaltung der Ausstoßtempera­ tur des Extrudates eines Schneckenextruders,
welcher mit verschieb- oder verschwenkbaren Kör­ pern versehen ist, welche radial in den Innenraum des Extruders an Stellen hineinragen, an denen das Fördergewinde der Schnecke ringnutförmig unter­ brochen ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Körper entsprechend einer Änderung der Extrusionstemperatur in ihrer Eintauchtiefe ver­ stellt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Teil der Körper in einer bestimmten, für den gewünschten Plastifizierungs- und Homogeni­ sierungsgrad vorgegebenen Stellung während des Ar­ beitsprozesses fest belassen wird,
und daß ein anderer Teil der Körper während des Arbeitsprozesses in der Eintauchtiefe während des Über- oder Unterschreitens der einzuhaltenden Austrittstemperatur des Extrudates verstellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man in einer Ebene sowohl feststehende als auch in der Eintauchtiefe während des Arbeits­ prozesses zu verstellende Körper anordnet, vor­ zugsweise derart, daß man zwischen je zwei oder drei feststehenden Körpern einen zu verstellenden Körper anordnet.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man in verschiedenen Radialebenen die Ein­ tauchtiefen der verstellbaren Körper unterschied­ lich einstellt, vorzugsweise in den dem Einzug benachbarten Ebenen weniger tief als in den dem Einzug abgekehrten Ebenen.

5. Schneckenextruder, bestehend aus einem Zylinder, in welchem eine Schnecke drehbar gelagert ist, welche ringförmige Ausnehmungen ihres Fördergewindes aufweist, in welche Körper radial eintauchen, die im oder am Zylinder verstellbar gelagert sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die Körper (13, 24, 26, 28) mit einer von einer Steuerungsvorrichtung (16) gesteuerten Ver­ stellvorrichtung (14, 25, 30, 31) versehen sind, wobei an den Eingang der Steuerungsvorrichtung (16) ein Temperaturfühler (19) der Extrudataus­ trittstemperatur angeschlossen ist,
während an den Ausgang mindestens ein Motor zur Verstellung der verstellbaren Körper angeschlossen ist und die Steuerungsvorrichtung (16) eine Sollwert-Istwert-Vergleichsschaltung aufweist.

6. Schneckenextruder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Teil der Körper (8) für den Arbeitsprozeß auf eine bestimmte, für den gewünschten Plastifi­ zierungs- und Homogenisierungsgrad vorgegebene Eintauchtiefe eingestellt ist,
und daß ein anderer Teil der Körper (13) mittels der Steuerungsvorrichtung (16) während des Arbeits­ prozesses mit Mitteln zur Verstellung versehen ist,
wobei an den Eingang der Steuerungsvorrichtung (16) ein Temperaturfühler (19) der Extrudat­ austrittstemperatur angeschlossen ist,
während an den Ausgang mindestens ein Motor zur Verstellung der verstellbaren Körper angeschlossen ist und die Steuerungsvorrichtung (16) eine Sollwert-Istwert-Vergleichsschaltung aufweist.

7. Schneckenextruder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Ebene sowohl feststehende als auch in der Eintauchtiefe während des Arbeitsprozesses zu verstellende Körper angeordnet sind, vorzugsweise derart, daß zwischen je zwei oder drei fest­ stehenden Körpern ein zu verstellender Körper angeordnet ist.

8. Schneckenextruder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Verstellvorrichtungen für Körper (13) in verschiedenen Radialebenen vorgesehen sind, die von der Steuerungsvorrichtung (16) unterschiedliche Steuersigna­ le erhalten.

9. Schneckenextruder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die zu verstellenden Körper (13) Stifte eines Stiftzylinderextruders oder verschwenkbare Kreis­ segmentscheiben sind,
und daß die Verstellvorrichtungen Elektromotore, hydraulische Motore oder Kolbenzylinder-Einheiten als Antrieb aufweisen.

10. Prozessor (16) für das Betreiben eines mit ver­ stellbaren Körpern versehenen Extruders, an dessen Eingang

• - eine Einstellvorrichtung (18) für die Schneckendrehzahl
• - eine Einstellvorrichtung (17) für die Extrudattemperatur
• - ein Geber (19) für die Extrudattemperatur und an dessen Ausgänge
• - der Motor (4) für die Schnecke (2)
• - Verstellmotore für während des Arbeitsprozesses in Abhängigkeit von der Extrudat-Ausstoßtempera­ tur zu verstellende Körper (13) angeschlossen sind.