DE4310966A1 - Verfahren zur Regelung des Massenstromes in den Zylindern eines Entgasungsextruders und Entgasungsextruder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Massen­ stromes in den Zylindern eines Entgasungsextruders mit minde­ stens einer von einem Gehäusezylinder umfaßten Schneckenwelle und einer Drosseleinrichtung mit einem im Durchflußquerschnitt veränderbaren Ringspalt zwischen einem Einlaßzylinder und einem Auslaßzylinder und mit einer Druckmeßeinrichtung. Die Erfindung betrifft ferner einen Entgasungsextruder der vorgenannten Art.

Das Extrudieren mit Schneckenpressen dient zur Herstellung von Kunststoffteilen, insbesondere Halbzeugen, wie Rohren, Stäben oder ähnlichen kontinuierlich herstellbaren Profilen. Ent­ gasungsextruder dienen dazu, die als Pulver, Granulat, Brei aufgegebenen und mit Stabilisatoren, Gleitmitteln, Farb- und Füllstoffen versetzten Kunststoffe zu fördern, zu verdichten und hierbei zu entgasen und während des Mischens und Knetens zu homogenisieren und am Auslaßende in die vorgesehene Form zu pressen. Je nach Materialeigenschaften, wie z. B. der Viskosi­ tät, der Materialtemperatur während der Förderung und der Schneckendrehzahl, ist es erforderlich, die Drosseleinrichtung mehr oder weniger zu öffnen, um einen optimalen Materialfluß im Auslaßzylinder zu erreichen. Dabei soll sowohl eine Überflutung des Auslaßzylinderbereiches, in dem die Entgasung stattfinden soll, ebenso vermieden werden wie eine Unterfütterung dieses Zylinderbereiches, die zu einem erhöhten Schneckenverschleiß führt.

In der DE-A-21 60 062 wird eine Strangpresse mit einem von der Innenfläche des Pressenzylinders vorstehenden Ringbund und einer in der Förderschnecke gegenüber dem Ringbund des Preß­ zylinders angebrachten Ringnut beschrieben. Die axiale Länge des Ringbundes ist geringer als die axiale Länge der Ringnut, ferner ist die radiale Höhe des Ringbundes so bemessen, daß die Scheitelfläche des Ringbundes und der Boden der Ringnut, wenn sie symmetrisch übereinander angeordnet sind, dazwischen einen Ringkanal begrenzen, der den axialen Durchgang der von der För­ derschnecke geförderten Kunststoffmasse mit dem geringstmög­ lichen Druckgefälle gestattet. Die Förderschnecke ist beweglich gelagert und kann durch eine geeignete Vorrichtung in axialer Richtung verschoben werden, um die Querschnittsbreite des Ring­ kanaleinganges und damit die in diesem Kanal eintretende Kunst­ stoffmenge zu verändern.

Diese Lösung wird jedoch als unbrauchbar verworfen, weil sie in der Praxis für bestimmte Kunststoffarten nicht anwendbar sei, was an der zu empfindlichen Durchsatzregelung liege. Weiterhin wird ausgeführt, daß eine solche Vorrichtung in der Praxis nie ausgeführt wurde. Allerdings liegt der genannten Vorrichtung auch kein Regelkonzept zugrunde, da die unterschiedlichen Mate­ rialparameter, wie Förderungsbedingungen, bei der Drosselspalt­ einstellung überhaupt keine Berücksichtigung finden. Der Bedie­ ner dieser Vorrichtung ist vielmehr darauf angewiesen, den Drosselspalt aufgrund von Erfahrungswerten fest einzustellen, ohne daß er die tatsächliche Gewißheit hat, ob die Einstellung optimal ist.

Zur Beseitigung des vorbeschriebenen Nachteiles wird in der DE-A-21 60 062 schließlich ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem in der Durchflußrichtung der Kunststoffmasse unterhalb eines Abschnittes der Förderschnecke zwischen dem Pressenzylinder und der Förderschnecke eine ringförmige Verengung des Förderkanales angebracht wird und die Länge dieser Verengung je nach dem gewünschten Durchsatz der Strangpresse verändert wird. Hierzu wird auf der Schneckenwelle eine innere Spalthülse mit kreis­ zylindrischem Außenumfang angebracht, der eine äußere Spalt­ hülse mit kreiszylindrischer Innenbohrung zugeordnet ist, die dadurch in der Gehäusebohrung axial verschiebbar ist, daß sie mittels eines Gewindetriebes bewegt wird. Abgesehen davon, daß auch hiermit keine Regelung geschaffen wird, sondern der Bedie­ ner der Strangpresse nach seiner Erfahrung das Spaltmaß ein­ stellen muß, ist auch die Abdichtung der Strangpresse nicht in ausreichendem Maße zu gewährleisten.

Auch das Scherelement für eine Kunststoffe aufbereitende Schneckenmaschine mit zwei nebeneinanderliegenden, je eine der Schneckenwellen in einem stegfreien Bereich umschließenden und mit ihnen drehfest verbundenen Innenbüchsen sowie zwei die Innenbüchsen jeweils koaxial und unter Bildung eines gleichmä­ ßigen Ringspaltes umschließende und nicht mitdrehend im Gehäuse angeordnete Außenbüchsen, die gegen die Innenbüchsen axial ver­ schiebbar sind (DE-A-23 21 325), liefert nur eine weitere Ver­ stellmöglichkeit, aber kein Regelungskonzept.

Erstmals in der DE 33 29 947 C2 wird unter anderem für einen Extruder der eingangs genannten Art vorgeschlagen, einen den im Staubereich, d. h. vor der Drosseleinrichtung, herrschenden Druck aufnehmenden Druckgeber und/oder einen dessen Temperatur erfassenden Temperaturgeber vorzuordnen, der die aus Bewegungen von Maschinenteilen herrührende Spaltänderung bzw. die sich hier hierbei einstellende Druckänderung messen und zur Regelung verarbeitet. Dieses Regelungssystem beeinflußt jedoch nicht automatisch den Füllgrad im Entgasungs- bzw. im Austrags­ abschnitt, d. h., mit dieser Regelung sind nach wie vor Überflu­ tungen des Ausgangszylinderbereiches bzw. Unterfütterungen dieses Bereiches nicht auszuschließen.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das eingangs genannte Verfahren und den Entgasungsextruder derart weiterzu­ bilden, daß eine automatische Regelung des Massenstromes gewährleistet ist, die einen optimalen Massenstrom des Förder­ gutes mit pulsationsfreiem Druck sicherstellt.

Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 beschriebene Verfah­ ren gelöst, das erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß der Druck im Auslaßzylinder gemessen und als Stellgröße für die Ringspalteinstellung verarbeitet wird. Bei Überschreitung eines bestimmten vorgebbaren Druckes im Auslaßzylinder am dortigen Meßort wird die Spaltbreite bzw. der Durchflußquerschnitt ver­ ringert, so daß die Extrudatmenge ebenfalls verringert wird. Die Minimierung der Spaltquerschnittsverstellung hält so lange an, bis der Druck das gewünschte Maß erreicht hat. Zeigt sich am selben Meßort ein Unterdruck, etwa weil der Auslaßbereich leergefahren ist, wird der Durchlaßquerschnitt des Spaltes ver­ größert, damit die Fördermenge erhöht, wobei die Vergrößerung so lange durchgeführt wird, bis der eingestellte Druck erreicht ist.

Vorzugsweise wird zur Ringspalteinstellung die Förderschnecke axial verschoben. Da hier im Bereich der Verstellorgane keine Abdichtungsprobleme auftreten, ist diese Lösung konstruktiv günstiger als eine Drosselringbewegung im Zylinder.

Vorrichtungstechnisch wird die Aufgabe durch den Entgasungs­ extruder nach Anspruch 3 gelöst, der durch eine Druckmeßein­ richtung im Auslaßzylinder gekennzeichnet ist, die über eine Regelstelle mit dem Stellglied für die Veränderung der Ring­ spalteinstellung verbunden ist.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Zylin­ derdurchmesser und der darauf abgestimmte Förderschneckendurch­ messer im Auslaßzylinder größer als im Einlaßzylinder, wobei die axial verschiebbare Förderschnecke im Drosselbereich einen zum Einlaßzylinder sich verjüngenden konischen oder zylindri­ schen Schneckenbund aufweist. Die erste Maßnahme gewährleistet, daß die Schnecke ohne Auseinanderbau des Zylinders nach "vorne" gezogen werden kann. Insbesondere ein konischer Schneckenbund dient dazu, den Materialfluß im Drosselbereich zu verbessern. Eine weitere Verbesserung der Regelung ergibt sich, wenn der Schneckenbundkonus oder -Zylinder von einem Hülsenkonus oder -zylinder unter Bildung des genannten Ringspaltes umfaßt wird. Die Förderschnecke wird vorzugsweise hydraulisch oder mittels eines Spindel- oder Schraubentriebes motorisch bewegt.

Werden der Hülsenkonus oder -zylinder sowie der konische oder zylindrische Schneckenbund austauschbar befestigt, vorzugsweise jeweils aus zwei Ring- bzw. Schalenhälften bestehend, können diese Teile leicht ausgetauscht werden, etwa nach ihrem Verschleiß.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dar­ gestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine Längsquerschnittsansicht durch einen Ent­ gasungsextruder und

Fig. 2 eine Teilansicht im Drosselbereich in einer abgewandelten Ausführungsform.

Fig. 1 zeigt einen Entgasungsextruder 10 mit einer Förder­ schnecke 11, die sich durch einen Einlaßzylinder 12 und einen Auslaßzylinder 13 erstreckt. Der Auslaßzylinder 13 besitzt einen größeren Innendurchmesser, weshalb die Schneckenwendel in diesem Bereich entsprechend größer ausgebildet ist. Das Förder­ gut wird über einen Einfüllstutzen 14 eingebracht, über einen Stutzen 15 entgast und am Austragsende 16 ausgepreßt. Der Ein­ laßzylinder sowie der Auslaßzylinder können einstückig oder, wie in Fig. 1 dargestellt, aus mehreren aneinandergeflanschten Teilen zusammengesetzt bestehen. Zwischen dem Einlaßzylinder 12 und dem Auslaßzylinder 13 befindet sich ein austauschbarer aus zwei Halbschalen bestehender Hülsenkonus 17, der einen Schneckenbundkonus 18 rundum umhüllt. Zwischen dem Konusmantel des Schneckenbundkonus 18 und dem Hülsenkonus 17 ist ein Ring­ spalt der Breite E gebildet. Die Schnecke 11 ist axial in Rich­ tung des Doppelpfeiles 19 gegenüber dem Einlaßzylinder 12 und dem Auslaßzylinder 13 verschiebbar, so daß mit der Verschiebung ein unterschiedlicher Ringspalt eingestellt werden kann. Die Entgasungszone ist mit 20 bezeichnet.

Im Auslaßzylinder 13 ist eine Druckmeßeinrichtung 21 angeord­ net, deren Druck-Meßwerte als Stellgröße für die Ringspaltein­ stellung verarbeitet werden. Solche Regelkreise sind nach dem Stand der Technik bekannt. Die automatische Feinregelung der Fördermenge über den Drosselspalt E als Funktion des Masse­ druckes im Auslaßzylinder 13 ermöglicht in allen Betriebszu­ ständen eine sichere Entgasung, eine pulsationsfreie Förderung und einen verschleißarmen Betrieb ohne Produktionsunter­ brechung. Das Regelsystem kann bei allen Betriebszuständen, allen geförderten Medien und dessen Mengen trotz wesentlicher Veränderung der durchsatzabhängigen Parameter, wie z. B. der Schneckendrehzahl, Temperatur, Viskosität und letztlich der daraus folgenden Förderwirksamkeit eine gute Entgasung des Ent­ gasungsextruders sichern. Eine Überflutung des Entgasungszylin­ derteiles 20 wird ebenso wie ein Leerfahren des Auslaßzylin­ ders 13 verhindert.

Im Unterschied zu der in Fig. 1 dargestellten, im wesentlichen konischen Hülse 17 ist die Außenhülse 17′ weitgehend zylinder­ förmig mit Ausnahme einer abgeschrägten Kante. In entsprechen­ der Weise ist auch der Schneckenbundkonus 18′ zylinderförmig ausgebildet, so daß der Ringspalt mit der Breite E′ ebenfalls zylindrisch ist. Die wirksame Breite der Spalteinstellung ist mit x angedeutet.

Die Außenhülse 17 bzw. 17′ und der Schneckenbundkonus 18 bzw. 18′ sind austauschbar.

Claims (7)

1. Verfahren zur Regelung des Massenstromes in den Zylindern eines Entgasungsextruders (10) mit mindestens einer von einem Gehäusezylinder umfaßten Schneckenwelle (11) und einer Drosseleinrichtung (17, 18; 17′, 18′) mit einem um Durchflußquerschnitt veränderbaren Ringspalt zwischen einem Einlaßzylinder (12) und einem Auslaßzylinder (13) und mit einer Druckmeßeinrichtung (21), dadurch gekennzeichnet, daß der Druck um Auslaßzylinder (13) gemessen und als Stellgröße für die Ringspalteinstellung (E, E′) verarbei­ tet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ringspalteinstellung (E, E′) die Förderschnecke (11) axial verschoben wird.

3. Entgasungsextruder mit mindestens einer von einem Gehäuse­ zylinder umfaßten Schneckenwelle (11) und einer Drossel­ einrichtung (17, 18; 17′, 18′) mit einem im Durchflußquer­ schnitt veränderbaren Ringspalt (E, E′) zwischen einem Einlaßzylinder (12) und einem Auslaßzylinder (13) und mit mindestens einer Druckmeßeinrichtung (21), dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Druckmeßeinrichtung (21) im Auslaßzylin­ der (13) angeordnet und über eine Regelstrecke mit dem Stellglied für die Veränderung der Ringspalteinstel­ lung (E, E′) verbunden ist.

4. Entgasungsextruder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der Zylinderdurchmesser und der darauf abgestimmte Förderschneckendurchmesser im Auslaßzylin­ der (13) größer als im Einlaßzylinder (12) ist und die axial verschiebbare Förderstrecke (11) im Drosselbereich einen zum Einlaßzylinder (12) sich verjüngenden konischen Schneckenbund (18) oder zylindrischen Schneckenbund (18′) aufweist.

5. Entgasungsextruder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß der Schneckenbundkonus (18) oder Schneckenbund- Zylinder (18′) von einem Hülsenkonus (17) oder einer Zylinderhülse (17′) unter Bildung eines Ringspaltes (E, E′) umfaßt wird.

6. Entgasungsextruder nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderschnecke (11) hydraulisch oder mittels eines Spindel- oder Schraubentriebes bewegbar ist.

7. Entgasungsextruder nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der konische oder zylindrische Schneckenbund (18, 18′) und/oder der Hülsenkonus (17) bzw. -zylinder (17′) austauschbar befestigt sind, vorzugsweise jeweils aus zwei Ring- bzw. Schalenhälften bestehen.