DE4405552A1 - Regelung des Schmelzestromes bei der Verarbeitung thermoplastischer Kunststoffe - Google Patents
Regelung des Schmelzestromes bei der Verarbeitung thermoplastischer KunststoffeInfo
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Description
Thermoplastische Kunststoffe lassen sich durch Umschmelzen verarbeiten. Neben dem
Spritzgießen ist das Extrudieren von thermoplastischen Kunststoffen eine der gängigsten
Verarbeitungsmethoden. Ein Extruder wird je nach Folgewerkzeugen dazu genutzt, um aus
Kunststoffen Profile, Folien, Hohlkörper oder Kunststoffgranulat herzustellen. Die hier
vorgeschlagene Erfindung betrifft den Bereich der Extrusion, speziell die Herstellung von
Profilen, das Blasformen und die Folienherstellung, wobei im letzteren Falle besonders die
Folienherstellung durch das "Folienblasen" gemeint ist.
Bei all diesen Verfahren wird der zu verarbeitende Kunststoff durch einen Extruder
aufgeschmolzen und die Kunststoffschmelze dann unter Druck den entsprechenden
Formwerkzeugen bzw. Extruderdüsen zugeführt. Es ist dabei wichtig, daß die
Kunststoffschmelze kontinuierlich bei konstantem Druck und konstanten Fluidqualitäten den
Formwerkzeugen zugeführt wird. Ist dies nicht gewährleistet, so ergeben sich unerwünschte
Abweichungen der Sollmaße bei den herzustellenden Profilen, Hohlkörpern, oder Folien.
Besonders das Folienblasen und die Extrusion von Profilen sind diesbezüglich empfindliche
Prozesse. Unregelmäßigkeiten bei der Schmelzezufuhr können hier leicht zur Produktion von
Ausschußware oder zum völligen Abbruch des Herstellungsprozesses führen. Es kann hierbei
Stunden dauern, bis der Prozeß wieder optimal in Gang gebracht ist.
Das Folienblasen außerdem empfindlich bezüglich eventueller Verschmutzung der Kunststoffe
bzw. der Kunststoffschmelze. Gründe hierfür sind:
- a) Verschmutzungen können die Düse des Blasformwerkzeuges stellenweise verstopfen. Dies führt zum Abbruch der Produktion und die Düse muß unter erheblichem Aufwand gereinigt werden.
- c) Verschmutzungen führen zu einem Reißen der Folie beim Gebrauch oder bereits schon während der Produktion.
- d) Verschmutzungen sind besonders bei Folien optisch auffällig.
- e) Die Sperreigenschaften von Folien werden durch Verschmutzungen beeinträchtigt.
Aus diesem Grunde werden in der Regel selbst bei der Verarbeitung von Neuware zwischen
Extruder (1, Zeichnung 1) und Blasformwerkzeug (3, Zeichnung 1) Schmelzefilter (2,
Zeichnung 1) eingebaut. Durch die sich im Schmelzefilter langsam aufstauenden
Verunreinigungen fällt der Schmelzedruck zwischen Filter und Blasformwerkzeug allmählich
ab, was zu unerwünschten Veränderungen der Produktionsbedingungen führt.
Nach dem Stand der Technik wird der Druckabfall des Schmelzedruckes p₂ nach dem Filter
auf zweierlei Arten kompensiert:
- a) Dem Extruder wird mehr Leistung zugeführt, wodurch sich der Druck p₁ nach dem Extruder soweit erhöht, bis p₂ wieder den Sollwert erreicht bzw. dieser insgesamt konstant bleibt.
- b) Es wird dem Schmelzestrom ohne Produktionsunterbrechung ständig frische Siebfläche zugeführt, wodurch sich der Druck p₂ nach dem Filter konstant halten läßt. Es gibt Schmelzefilter mit unterschiedlichen Funktionsprinzipien, welche diese Aufgabe erfüllen.
Bei der Verarbeitung von Kunststoffneuware oder sortenreinen und sauberen
Produktionsabfallen sind die Standzeiten der Siebe ausreichend lange, so daß der Verbrauch
von Sieben wirtschaftlich kaum eine Rolle spielt. Ähnliches gilt auch, wenn sortenreines
Regranulat von gebrauchten Kunststoffen verarbeitet wird, und das Regranulat bereits schon
beim vorhergehenden Umschmelzen mit ausreichend feinen Sieben gefiltert wurde.
Werden jedoch gebrauchte Kunststoffe direkt zu Produkten verarbeitet, so führt trotz
vorgeschalteter Wäsche ein wesentlich höherer Schmutzanteil in der Kunststoffschmelze an.
Dieser führt auf Grund des hohen Siebverbrauchs bei der normalen Schmelzefiltrierung zu
einem erheblichen Kostenfaktor. Aus diesem Grunde haben die einschlägigen Hersteller
Schmelzefilter mit Rückstromreinigung entwickelt und dadurch die Standzeiten der Siebe
wesentlich erhöht. Bei diesen Filtern (2a) wird bereits gefilterte Schmelze (Schmelzestrom:
S2a) dazu genutzt, verschmutzte Siebe in umgekehrter Strömungsrichtung zu spülen, und um
den Schmutz separat nach außen zu führen. Dieser Spülvorgang wird immer nur kurzzeitig
durchgeführt. Eine stände Spülung würde zu hohen Materialverlusten führen. Durch den
Spülvorgang kommt es im Schmelzestrom hinter dem Filter zu erheblichen
Druckschwankungen. Aus diesem Grunde ist es nach dem Stand der Technik ungünstig, direkt
nach solch einem Filter beispielsweise eine Folienblasanlage zu betreiben. Um jedoch
Altkunststoffe unter Verwendung eines selbstreinigenden Filters direkt wieder zu Produkten
verarbeiten zu können, verwendet man in der Praxis Schmelzepumpen (4) Zeichnung 2),
welche zwischen Filter und Formwerkzeug eingebaut werden. Die Schmelzepumpe liefert
einen konstanten Volumenstrom mit konstantem Druck p₃ (Zeichnung 2) unabhängig von den
Druckschwankungen auf der Eingangsseite bzw. des Schmelzestromes nach dem Filter. Der
Einsatz einer Schmelzepumpe ist zwar eine komfortable aber jedoch aufwendige Lösung.
Weitere Lösungsansätze zur Vermeidung der von Filtern erzeugten Druckschwankungen
werden in Patentanmeldung EP 0554237 A1 beschrieben. Hier wird bereits gefilterte Schmelze
in einem Speicher bevorratet und diese dann gezielt zur Siebspülung eingesetzt. Die
Schmelzeentnahme kann dabei so gesteuert werden, daß die erzeugten Druckschwankungen
nach dem Filter gering sind und dadurch das Filter direkt an Formwerkzeuge bzw. an
Extruderdüsen angeschlossen werden kann, ohne dadurch die Produktion negativ zu
beeinflussen. Weitere Patentanmeldungen wie EP 0517072 A1 und EP A379966
nutzen ebenfalls das Prinzip der Schmelzebevorratung.
Das hier vorgeschlagene Verfahren löst das Problem der Schmelzedruckschwankungen nach
Schmelzefiltern auf eine einfache Weise.
Es wird hierbei erfindungsgemäß (Anspruch 1) eine
regelbare Drossel (5) in den Schmelzestrom zwischen Filter (2 a) und Formwerkzeug (3)
eingebaut (Zeichnung 3). Eine verstellbare Drossel läßt sich konstruktiv einfach realisieren
(Anspruch 6, Zeichnung 5) und ist leicht zu regeln. Da die Regelstrecke keine "Totzeiten" und
keine elastischen Anteile besitzt, genügt in diesem Falle schon eine einfache "P-Regelung". Die
einzige Bedingung bei dieser Anordnung ist, daß der Druck p₂ nach dem Filter bzw. vor der
Drossel trotz aller Schwankungen immer größer ist als der eingestellte Solldruck p₃ nach der
Drossel (Zeichnung 3).
Die Drossel läßt sich gemäß Anspruch 2 aufgrund ihrer geringen baulichen Abmessung
problemlos mit in das Filtergehäuse integrieren. Zur Regelung der Drossel kann die
Antriebshydraulik des Filters genutzt werden (Anspruch 3). Durch die Nutzung der Hydraulik
lassen sich sehr schnelle Steuerzeiten der Drossel erzielen.
Zeichnung 5 zeigt als Vorrichtung eine Drossel. Die Drossel besteht im vorgeschlagenen Falle
aus einer einfachen Scheibe (7), welche im Schmelzekanal (6) auf einer Achse (9) drehbar
befestigt ist. Die Bohrungen (8) in der Scheibe verringern mögliche Bereiche ohne
kontinuierliche Strömung vor und hinter der Drosselscheibe (Anspruch 7).
Eine weitere Variante gemäß Anspruch 4 besteht darin, die Drossel (5) direkt im Bereich des
Schmelzeaustrittes des Extruders (1) einzubauen (Zeichnung 4). Bei der Verarbeitung von
Kunststoffheuware oder sauberen und sortenreinen Produktionsabfallen zu Profilen kann auf
ein Kunststoffschmelzefilter verzichtet werden. Wesentlich ist bei diesen Verfahren, daß der
Extruder auch über längere Zeiträume einen konstanten Förderstrom liefert. Um dies zu
erreichen, wird beispielsweise das zu verarbeitende Granulat vortemperiert, die Füllhöhe im
Einfülltrichter des Extruders möglichst konstant gehalten und, es werden
Doppelschneckenextruder verwendet, welche eine volumenbezogene Zwangsförderung der
Schmelze gewährleisten. Durch den Einsatz einer regelbaren Drossel läßt sich die
Extrusionsanlage und der Prozeß als solcher vereinfachen. Es genügt in diesem Falle ein
Einschneckenextruder, und die Randbedingungen, wie Granulattemperatur, Füllhöhe und die
Granulatform müssen nicht mehr unbedingt konstant gehalten werden. Es wird möglich,
Kunststoffmehl direkt zu verarbeitet, weil Schwankungen des Schmelzestromes durch
wechselnde Korngrößenverteilungen und Geometrien leicht durch die Drossel kompensiert
werden können. Die Drossel ermöglicht somit zusätzliche Freiheitsgrade bei den
Regelungsmöglichkeiten des Extrusionsprozesses und erlaubt eine sehr schnelle Anpassung an
veränderte Produktionsbedingungen. Sie kann durch Meßgrößen, welche durch den Druck im
Formwerkzeug oder direkt vom herzustellenden Produkt gewonnen werden, geregelt werden
und erlauben im letzt genannten Falle eine produktadaptive Regelung des Gesamtprozesses
(Anspruch 5). Als Meßgrößen können hierbei beispielsweise die geometrischen Abmessungen
des Produktes oder die Strangaufweitung der Schmelze nach dem Austritt aus dem Werkzeug
verwendet werden.
Die Drossel kann im Extruder gleichzeitig die Funktion der sonst üblichen Stauscheiben
übernehmen, wodurch diese entfällt.
Das hier vorgeschlagene Verfahren ermöglicht eine äußert kostengünstige, funktionssichere und
wartungsfreie Möglichkeit zur Regelung von Schmelzeströmen nach Schmelzefiltern und bei
Extrudern, um bei direkt nachgeschalteten Formwerkzeugen konstante
Produktionsbedingungen zu gewährleisten. Es wird dadurch möglich, Produktionsprozesse zu
vereinfachen bzw. weiteren Einsatzmöglichkeiten zugänglich zu machen.
Bezugszeichenliste
1 Extruder
2 Schmelzefilter (Siebwechsler)
2a Schmelzefilter mit Rückstromreinigung
3 Formwerkzeug bzw. Extruderdüse (Blaskopf)
4 Schmelzepumpe
5 regelbare Drossel
6 Schnitt durch Schmelzeleitung
7 Drosselscheibe
8 Bohrungen, gleichmäßig über die Drosselscheibe verteilt
p₁ Schmelzedruck vor dem Filter
p₂ Schmelzedruck nach dem Filter
p₃ Schmelzedruck nach Drossel oder Schmelzepumpe
pu Umgebungsdruck
S2a Schmelzestrom für die Rückstromreinigung der Siebe.
2 Schmelzefilter (Siebwechsler)
2a Schmelzefilter mit Rückstromreinigung
3 Formwerkzeug bzw. Extruderdüse (Blaskopf)
4 Schmelzepumpe
5 regelbare Drossel
6 Schnitt durch Schmelzeleitung
7 Drosselscheibe
8 Bohrungen, gleichmäßig über die Drosselscheibe verteilt
p₁ Schmelzedruck vor dem Filter
p₂ Schmelzedruck nach dem Filter
p₃ Schmelzedruck nach Drossel oder Schmelzepumpe
pu Umgebungsdruck
S2a Schmelzestrom für die Rückstromreinigung der Siebe.
Claims (7)
1. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung von Schmelzeströmen bei der
Verarbeitung von thermoplastischen Kunststoffen. Es ist
dadurch gekennzeichnet,
daß eine regelbare Strömungsdrossel in die Schmelzezufuhr der Formwerkzeuge bzw.
Extruderdüse geschaltet wird; Formwerkzeuge oder Extruderdüsen sind beispielsweise
bei der Extrusion spezielle Profilwerkzeuge, Breitschlitzdüsen oder Blasköpfe für die
Folienherstellung oder Schlauchwerkzeuge zum Blasen von Hohlkörpern.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Drossel in die Ausströmseite von Kunststoffschmelzefiltern eingebaut wird, bzw.
mit dem Filter eine bauliche Einheit bildet.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß hydraulische Einrichtungen von anderen Aggregaten, zum Beispiel vom Filter, als
Regelantrieb für die Drossel mitbenutzt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Drossel in einen Extruder im Bereich des Schmelzeaustrittes eingebaut wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Drossel durch Meßgrößen, welche direkt vom herzustellenden Produkt
aufgenommen werden, geregelt wird; als Meßgrößen können beispielsweise die
geometrischen Abmessung des Produktes oder die Strangaufweitung der Schmelze nach
dem Austritt aus dem Werkzeug herangezogen werden.
6. Vorrichtung nach dem Verfahren von Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine von außen drehbare quer zur Strömungsrichtung stehende Scheibe zentral im
Strömungskanal befestigt wird, und die Scheibe durch Drehung den
Strömungsquerschnitt verengt bzw. aufweitet.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Scheibe Durchlaßbohrungen besitzt, welche die möglichen Bereiche ohne
kontinuierliche Strömung vor und hinter der Drosselscheibe verringern.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4405552A DE4405552A1 (de) | 1994-02-13 | 1994-02-13 | Regelung des Schmelzestromes bei der Verarbeitung thermoplastischer Kunststoffe |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4405552A DE4405552A1 (de) | 1994-02-13 | 1994-02-13 | Regelung des Schmelzestromes bei der Verarbeitung thermoplastischer Kunststoffe |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4405552A1 true DE4405552A1 (de) | 1995-10-12 |
Family
ID=6510813
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4405552A Withdrawn DE4405552A1 (de) | 1994-02-13 | 1994-02-13 | Regelung des Schmelzestromes bei der Verarbeitung thermoplastischer Kunststoffe |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4405552A1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2001010629A1 (de) * | 1999-08-05 | 2001-02-15 | Hosokawa Bepex Gmbh | Vorrichtung zum extrudieren plastischer massen |
DE102021102270A1 (de) | 2021-02-01 | 2022-08-04 | Sollich Kg | Geregeltes Strangpressen von Süßwarenmassen |
-
1994
- 1994-02-13 DE DE4405552A patent/DE4405552A1/de not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2001010629A1 (de) * | 1999-08-05 | 2001-02-15 | Hosokawa Bepex Gmbh | Vorrichtung zum extrudieren plastischer massen |
DE102021102270A1 (de) | 2021-02-01 | 2022-08-04 | Sollich Kg | Geregeltes Strangpressen von Süßwarenmassen |
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