DE901309C - Einrichtung zur selbsttaetigen Temperaturregelung von Werkstoffen waehrend der Verarbitung in Maschinen, wie Knetern, Mischern u. dgl., insbesondere der Gummiindustrie - Google Patents

Description

• Einrichtung zur selbsttätigen Temperaturregelung von Werkstoffen während der Verarbeitung in Maschinen, wie Knetern, Mischern u. dgl. insbesondere der Gummiindustrie Die Erfindung betrifft Einrichtungen zur selbsttätigen Regelung der Temperatur von Werkstoffen, die sich bei der Verarbeitung in Knetern oder Mischern oder bei ähnlichen Bearbeitungsprozessen stark erwärmen während der Bearbeitung jedoch bestimmte Temperaturtoleranzen einhalten müssen.
• Insbesondere in der Gummi industrie bei der Bearbeitung und Verarbeitung von Naturkautschuk, Buna. oder anderen Kunststoffen spielt die Temperatur, die diese Stoffe während der Bearbeitung annehmen, eine für die Güte des Endproduktes und auch fü.r den kürzeren Ablauf des Bearbeitungsprozesses maßgebende Rolle. Bei Mischern und Knetern beispielsweise wird nahezu die ganze mechanische Arbeitsleis.tun,g des Antriebsmotors in innere Reibungswärme des Werkstoffes umgesetzt, und es ist wichtig, die Kühiwassermenge oder die zugeführte Motorleistung durch Änderung der Motordrehzahl oder Änderung des Druckes, unter dem der; in Bearbeitung befindliche Werkstoff von außen her steht, jeweils so zu regeln, daß die geforderten Temperaturgrenzen betriebsmäßig eingehalten werden. Diese Aufgabe wurde bisher durch Handregelung einer dieser Größen oder mehrerer gleichzeitig nur unvollkommen gelöst. Durch die Erfindung soll die Temperatur des der Bearbeitung unterliegenden Werkstoffes innerhalb vorhestimmter Temperaturgrenzen selbsttätig aufrechterhalten werden, und zwar erfindungsgemäß durch auf die Motorleistung einwirkende Regelungseinrichtungen, die abhängig von der Temperatur des Werkstoffes regelnd eingreifen.
• Es ist bekannt, daß man bei Belarbeitungsmaschinen, wie Knetern, Mischern u. dgl., der Gummiindustrie beim Anfahren aus dem kalten Zustand nur langsam auf die Betriebsdrehzahl übergehen kann, um den Motor nicht zu überlasten. Aus demselben Grund darf man auch nicht mit dem späterhin betriebsmäßig zulässigen Druck auf die Weckstoffmasse anfahren, sondern muß abwarten, bis der Stoff durch die einsetzende Bearbeitung eine gewisse Temperatursteigerung erfahren hat und dadurch leichter bearbeitbar geworden ist. Mit der Zugabe von Kühlwasser wird man immer so lange warte, bis die Betriebstemperatur des Werkstoffes vorhanden ist. Eine selbsttätige Einrichtung zur Temperaturregelung des Werkstoffes muß sich diesen Anforderungen der Praxis anpassen. Ist die normale Betriebsdrehzahl des Antriebsmotors dann erreicht, dann kann man eine konstante Temperatur des Werkstoffes nur dadurch aufrechterhalten, Idaß, von Zwischenverlusten abgesehen, die vom Kühlwasser abgeführte Wärmemenge jederzeit der geleisteten mechanischen Arbeit des Antriebsmotors entspricht.
• Die einfachste selbsttätige Einrichtung zur Tem peraturregelung des Werkstoffes wäre mithin ein erst bei der Betriebstemperatur mit der Kühlwasserzufuhr beginnen der Temperaturregler, welcher innerhalb des Temperaturtoleranzbereiches die Kühlwasserzufuhr selbsttätig regelt. Eine solche einfachste Einrichtung würde aber weder auf etwaige Überlastung des Antriebsmotors noch auf eine Regelung des Druckes, unter dem der in Be-Bearbeitung befindliche Werkstoff steht, Rücksicht nehmen, sondern die jeweilige Einstellung dieses Druckes und gegebenenfalls der Motordrehzahl dem bedienenden Arbeiter überlassen. Hierbei könnten Zustände eintreten, bei denen der Motor dauernd überlastet ist und Schaden nimmt, oder Zustände, bei denen die größtmöglicheKühlwassermenge nicht mehr ausreicht, um unzulässige Übertemperaturen des Werkstoffes zu verhüten. Hier greift nun die Erfindung ein, inde.m sie die Motorleistung selbsttätig der zulässigen Temperatur des Werkstoffes anpaßt mittels Einrichtungen, die sowohl die Motorleistung als auch die Temperatur des Werkstoffes selbsttätig überwachen und die Werkstofftemperatur durch Beeinflussung der Motorleistung selbsttätig begrenzen, so daß die Gefahr, die verfügbare Kühhvassermenge könne einmal nicht ausreichen oder der Motor überlastet werden, nicht mehr besteht, weil Motorleistung und Kühlwassermenge praktisch einander verhältnisgleich sind, sobald die Werkstofftemperatur betriebsmäßig konstant bleibt.
• Ist die Drehzahl des Antriebsmotors nur in geringen Grenzen oder nicht verlustlos regelbar, wie z. B. beim Antrieb durch Asynchronmotoren, dann wird man die Motorleistung dadurch ändern, daß man den von außen her auf den Werkstoff ausgeübten Druck regelt. Ist dagegen der Antrie.bsmotor der Arbeitsmaschine eine drehzahlregelbare Type, z. B. ein Drehstromnebenschlußmotor mit Bürstenverstellvorrichtung oder Induktionsregler, oder ein Gleichstrommotor, dann kann die Motorleistung auch bei gleichbleibendem äußerem Druck auf den Werkstoff durch einfache Drehzahlregelung geändert werden. Das zwangsläufige Abhängigkeit sverhältnis zwischen der Ider Bearbeitungsmaschine zugeführten Motorleistung und der Werkstofftemperatur ergibt mithin z,vei Arten von Temperaturregelungseinrichtungen: die Regelung der Motorleisung abhängig von der Werkstofftemperatur durch Änderung des äußeren Druckes auf den Werkstoff und die Regelung der Motorleistung bei gegebenem Druck auf den Werkstoff durch Änderung.der Motordrehzahl. Aus den Erfahrungen des Betriebes kennt man mit ziemlicher Genauigkeit die Motorleistung, bei welcher, normaler äußerer Druck auf den Werkstoff vorausgesetzt, die betriebsmäßigen Temperaturtoleranzen für den Werkstoff eingehalten werden. Man kann daher unter Z.ugrundelegung dieser Erfahrungsleistung entweder den Druck auf den Werkstoff oder die Drehzahl des Motors, abhängig von der wirklichen Motorleistung, selbsttätig so regeln, daß sich die Erfahrungsleistung immer wieder einstellt, bei der die Kühlwasserregelung -mittels eines Temperaturreglers für den Temperaturtoleran'zbereich ausreicht.
• Durch die Erfindung werden derartige Regelvorrichtungen dahingehend vervollständigt, daß sie noch zusätzlich auf elektrischem Wege von einer ferusteuernden Temperaturtneßvorriehtung beeinflußt werden, sobald -die Werkstofftemperatur die Grenze des Toleranzbereiches überschreiten will oder überschreitet. Diese Temperaturmeßvorrichtung wirkt erfindungsgemäß bei oder vor Erreichung der betriebsmäßig geforderten Temperatur grenze des Werkstoffes auf elektrischem Wege zusätzlich regelnd entweder auf die den Druck auf den Werkstoff für die vorbestimmte Erfahrungsleistung regelnde Vorrichtung oder zusätzlich regelnd auf /die die Drehzahl des Motors für eine vorbestimmte Erfahrungsleistung regelnde Vorrichtung. In beiden Fällen wird dadurch zwangsläufig die Motorleistung verkleinert, so daß dieWerkstofftemperatur sinken muß. Zweckmäßig wird der Motor so gewählt, daß er die Erfahrungsleistung im Dauerbetriel) mit bestem Wirkungsgrad abgeben kann.
• Zur Abkürzung ender Erwärmungszeit bei Beginn des Arbeitsprozesses kann erfindungsgemäß das Abhängigkeitsverhältnis des von der Druckregelungsvorrichtung eingeregelten Druckes zur Motorleistung oder der von der Drehzahlregelungseinrichtung eingeregelten Drehzahl zur Motorleistung zeitweilig zugunsten einer größeren Nifotorleistung einstellbar gemacht werden und nach Ablauf einer vorbestimmten. Zeit oder nach Erreichung der betriebsmäßigen Werkstofftemperatur auf die vorbestimmte Motorleistung umschaltbar sein.
• In der Zeichnung ist als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ein in der Gummi industrie gebräuch- licher Mischer I dargestellt, welcher beispielsweise in Fig. I von einem Asynchronmotor 2 angetrieben wird, der die Mischflügel 3, 3 in entgegengesetztem Sinne in Drehung versetzt. Die gummimasse wird durch einen Fülltrichter 4 eingebracht und nach der Einfüllung von dem Druckkolben 5 von außen her unter Druck gesetzt. Dieser Kolben 5 kann durch Preßluft oder hydraulisch in den Kammern 6, 7 gesenkt und gehoben werden je na.ch der Stellung des elektrisch steuerbaren Ventils 8. Der Mantel des Mischgehäuses g ist mit Kühlrippen 10 versehen und wird mit Kühlwasser aus einer Vielzahl von Spritzstellen 11 gekühlt, die über ein Rohr 12 gespeist werden. In dieses Rohr ist ein Ventil 13 eingebaut, das ebenfalls auf elektrischem Wege steuerbar ist, z. B. mittels eines fldruckreglers (Thoma-Reglers). Die selbsttätige Steuerung dieses Ventils bewirkt ein an sich bekannter Temperaturregler (Kompensationsregler) 15 durch Fernsteuerung innerhalb derjenigen Temperaturgrenzen, die von der Kühlwassermenge bis zu ganz geöffnetem Ventil I3 noch sicher beherrscht werden. Zur Temperaturmessung und Gewinnung der Meßgröße für den Temperaturregler 15 dient ein bis zum Werkstoff durch die Mischerwandung hindurchgeführtes Thermoelement oder Widerstandselement 16. Übersteigt' die Temperatur des Werkstoffes die vorbestimmte Grenze oder kommt sie in bedrohliche Nähe derselben, dann betätigt der Temperaturregler über die Leitungen I7 eine Zusatzregelung auf das Druckluftventil 8, welches den Druck des Kolbens 5 auf den Werkstoff regelt und damit die Motorleistung herabsetlzt. Das Druckluftventil 8 wird erfindungsgemäß innehalb der normalen Werkstofftemperaturen abhängig von der Antriebsmotorleistung, z. B. der Motorstromstärke, gesteuert, etwa mittels eines Öldruckreglers, dessen Einstellung von einer Stromspule I8 abhängig ist. Steigt die Motorleistung vorübergehend, dann nimmt der Kolbendruck ab, bis eine vorbestimmte Motorleistung, z. B. Vollast, wieder erreicht ist, und umgekehrt. Diese Regelung des vollen Druckes ändert sich, wenn bei zu hohen Temperaturen über die Leitungen 17 und die Zusatzspule 19 vom Temperaturregler her eine zusätzliche Beeinflussung der Einstellung des Ventils 8 eintritt. Die Beeinflussung erfolgt dabei im Sinne einer Verstärkung der Stromspulenwirkung. Der Druckkolben muß sich dann heben, bis die Summenwirkung von Motorstromspule und Zusatzregelung gleich geworden ist .der,b.isherigen Wirkung.der Stromspule allein. Das bedeutet, daß die Stromspule nunmehr weniger Strom führen muß, d. h. daß die Motorleistung und damit die Wärmeerzeugung im Mischer kleiner wird.
• Die weitere Ausbildung der Erfindung, die die Herabsett.zung oder Motorleistung durch Drehzahlregelung anstatt durch Änderung des Kolbendruckes auf den Werkstoff betrifft, ist im Prinzip in Fig. 2 dargestellt. Wird an Stelle des Asynchronmotors der Fig. I ein durch Bürstenverstellung oder Verstellung eines Induktionsreglers oder durch Widerstandsänderungen drehzahlregelbarer Antriebsmotor 2 verwendet, dann ist sinngemäß eine gleichartige Regelungseinrichtung mit Zusatz regelung durch den Temperaturregler für die Bürstenverstellung oder die Verstellung eines anderen die Drehzahl regelnden Organs anwendbar wie die zur Einregelung unterschiedlicher Kolbendrücke beschriebene. Da der Drehzahlregelbereich außerordentlich groß gewählt werden kann, ist diese Regelungsart besonders für das Anfahren mit kaltzäher Masse vorteilhaft. Durch Verminderung des Kolbendruckes während der Anfahrzeit wird ein sicheres Anfahren auch bei begrenzter Motorleistung gewährleistet. An Stelle verlustlos drehzahlregelbarer Antriebsmotoren können selbstverständlich auch Alsynchronmotoren mit Widerstandsregelung im Läuferkreis während der Anfahrperiode Verwendung finden.
• In Fig. 2 beeinflußt die Motorleistung über eine Stromspule I8 ein Kontaktinstrument, das über die Kontakte 20 nach Bedarf einen der Hilfsschalter 22, 23 zur Ansteuerung eines Verstellmotors 21 für die Bürstenbrücke eines läufergespeisten Drehstromnebenschlußmotors 2 schaltet. Das Kontaktinstrument hat außer der Wicklung I8 noch eine zweite Wicklung I9, die über die Leitungen I7 vom Temperaturregler 15 Strom erhält und im Sinne der Erfindung die Motorleistung herabsetzt, wenn die Temperatur des Stoffes im Mischer unzulässig angestiegen ist.
• Als Temperaturüberwachungseinrichtungen sind für die Erfindung insbesondere die bekannten sogenannten Kompensationsregler mit elastischer Rückführung, z. B. thermischer Rückführung, geeignet, welche zur selbsttätigen Überwachung und Einregelung der Temperatur von regelbar beheizten Öfen Verwrnduug finden un,d der thermischen Trägheit solcher Anlagen angepaßt arbeiten, ohne pendelnde Temperaturschwankungen entstehen zu lassen. Die thermische Trägheit von Knetern, Mischern und ähnlichen Arbeitsmaschinen mit regelbarer Motorleistung kann regeltechnisch beherrscht werden wie die von Ofenanlagen mit regelbarer Heizung mittels der bekanten Kompensationsregler mit elastischer Rückführung. Erfindungsgemäß kann man mit solchen Kompensationsreglern die Drehzahl des Antriebsmotors oder auch den Druck auf den Kolben und damit die Motorleistung derart beeinflussen, daß die Motorleistung jeweils verhältnisgleich der erreichten Übertemperatur des Werkstoffes, z. B. stufenweise, mehr oder weniger stark verringert wird.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: I. Einrichtung zur selbsttätigen Temperaturregelung von Werkstoffen während der Verarbeitung in Maschinen, wie Knetern, Mischern u. dgl., insbesondere der Gummiindustrie, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung des Antriebsmoters (2) der Arbeitsmaschine selbsttätig der zulässigen Werkstofftemperatur angepaßt wird mittels Vorrichtungen (8, 13 bis 21), die sowohl die Motorleistung als auch die Werk- stofftemperatur selbsttätXig überwachen und die Werkstofftemperatur durch Beeinflussung der Motorleitung selbsttätig begrenzen.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Erwärmung des Werkstoffes überwachende Temperaturmeßvorrichtung, z. B. ein Kompensationsregler, auf elektrischem We!ge zusätzlich eine den Druck auf den Werkstoff oder die Drehzahl des Antriehsmotors regelnde Vorrichtung beeinflußt.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturmeßvorrichtung innerhalb des Temperaturtolieranzbereiches auf elektrischem Wege die Kühlwasserzufuhr regelt, unterhalb desselben jedoch die Kühlwasserzufuhr sperrt.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch I, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck auf den Werkstoff oder die Drehzahl des Antriebsmotors selbsttätig, z. B. mittels eines von der Motorstromstärke abhängigen Öldruckreglers, so geregelt wird, daß innerhalb der Temperaturtoleranz eine einstellbare Motorleistung, z. B. die Dauerhöchstleistung des Motors, als Sollwert aufrechterhaltens wird, daß aber die Druck-oder Drehzahlregelungsvorrichtung zusätzlich noch von der Temperaturmeßvorrichtung, z. B. einem Kompensationsregler, beeinflußt wird, derart, daß die Motorleistung rechtzeitig verringert wird.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abkürzung der Er wärmungszeit bei Beginn des Arbeitsprozesses, z. B. durch vorübergehende Zuschaltung eines Parallelwiderstandes zu einer Reglerspule, eine größere Motorleistung einstellbar i.st und daß nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit oder nach Erreichung einer bestimmten Temperatur die betriebsmäßige Motorleistung eingestellt wird.
6. 6. Einrichtung n.ach Anspruch I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die die Leistung des Antriebsmotors selbsttätig auf einen erfahrungsgemäß innerhalb der Temperaturtoleranz liegenden Sollwert regelnde Vorrichtung jeweils zusätzlich noch von der überwachenden Temperaturmeßvorrichtung, z. B. einem Kompensationsregler, auf elektrischem Wege derart beeinflußt wird, daß mittels einer elastischen Rückführung, z. B. einer thermischen Rückführung, die Motorleistung ve rhältni-sgleich der erreichten Übertemperatur des Werkstoffes mehr oder weniger stark verringert wird.