DE3037441A1

DE3037441A1 - Verfahren und vorrichtung zum regeln einer kunststoffverarbeitenden schneckenpresse

Info

Publication number: DE3037441A1
Application number: DE19803037441
Authority: DE
Inventors: Klaus 4803 Steinhagen Kalwar
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-10-03
Filing date: 1980-10-03
Publication date: 1982-05-13
Also published as: DE3037441C2

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Regeln
einer kunststoffverarbeitenden Schnekkenpresse Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Regeln einer kunststoffverarbeitenden Schneckenpresse, bei dem das Gewicht des der Schneckenpresse zugeführten, plastifizierbaren Rohstoffes mittels einer Durchsatzmeßvorrichtung gemessen, mit einem Gewichtssollwert, der sich aus dem rechnerisch ermittelten Gewicht des Fertigproduktes ergibt, verglichen und entsprechend der Abweichung das Aufnahmevermögen der Schneckenpresse durch Anderung der Drehzahl der Schnecke geregelt wird.
Bei einem derartigen bekannten Verfahren sowie einer Vorrichtung zum Regeln einer kunststoffverarbeitenden Schnekkenpresse (DE-AS 25 31 966) wird die im Betrieb am Extruder und seinen Profilwerkzeugen sowie am Endprodukt entstehende Verlustwärme nicht ausgenutzt, sondern heizt den Betriebsraum auf.
Es ist ferner eine Vorrichtung zum Vorwärmen pulverförmiger oder körniger thermoplastischer Kunststoffe m#it einem an einen Extruder anschließbaren Vorratsbehälter bekannt, der mit einer Leitung zum Zuführen eines Heizmediums versehen ist. Die Leitung ist mit einer Absaughaube verbunden, die den beim Betrieb Verlustwärme abgebenden Teil des Extruders und seiner Profilwerkzeuge überdeckt (DE-PS 2 235 023). Die Menge und die Temperaturhöhe der anfallenden Verlustwärme ist abhängig von der Art des zu plastifizierenden Kunststoffmaterials und chemisch/physikalischen Eigenschaften.
Bedingt durch die Plastifizierung von Kunststoffen bei der Verarbeitung mittels Wärmeenergie kommen den Wärmeinhalten eines zu verarbeitenden Kunststoffmaterials - also auch der Ausgangstemperatur des Material - erhebliche Bedeutung zu. Im übrigen wird der Plastifizierungsgrad eines Rohstoffes durch Dichte, Schmelzindex, Schubmodul und Scherbeanspruchung bestimmt.
Der Plastifizierungsgrad und der Leistungsausstoß eines Kunststoffproduktes stehen im Verarbeitungsprozeß in einem kausalen Verhältnis.
Da die Rohstofftemperatur auf den Plastifizierungsgrad Einfluß hat, ergeben sich bei der Nutzung von Verlustwärme zum Zwecke der Rohstoffvorwärmung notwendige Grenzen dann, wenn der Leistungsausstoß infolge des zu stark vorgewärmten Materials unwirtschaftlich eingeschränkt wird.
Für eine einwandfreie Regelung der Verlustwärmerückführung genügt nicht nur eine Temperaturüberwachung des Prozesses bzw. die Erfassung der aufgewandten Energie.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung der Verlustwärmerückführung zum Zwecke der Vorwärmung des Rohstoffes so zu gestalten, daß bei unterschiedlichen Rohstoffarten Vorrichtungsanpassungen durch das Bedienungspersonal entfallen und unter wirtschaftlicher Energieeinsparung durch Verlustwärmenutzung eine optimale Produktion erreicht wird.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß mittels der Durchsatzmessung dem Rohstoff zugeführte, am Extruder und seinen Profilwerkzeugen sowie am Endprodukt entstehende Verlustwärme geregelt wird.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird mittels der Durchsatzmessung sowohl die dem Rohstoff zugeführte, am Extruder und seinen Profilwerkzeugen sowie am Endprodukt entstehende Verlustwärme als auch die der Schnecke und den Profilwerkzeugen zur Plastifizierung des Rohstoffes zugeführte Grundwärmeenergie geregelt.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die in den Unteransprüchen herausgestellt ist, steht ein Meß- und Regelsystem zur Verfügung, mit dem erkannt werdenkann, wieviel Verlustwärme zur Energieeinsparung in den Rohstoff zurückgeführt werden kann, bis der Temperaturpunkt sich einstellt, bei dem eine Einbuße an Produktionsleistung durch zu stark erwärmtes Material eintritt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden beschrieben.
Es zeigen: Fig. 1 eine Kunststoffverarbeitungsmaschine, die mit einem Meß- und Regelsystem ausgerüstet ist, in schematischer Darstellung, Fig. 2 eine Dursatzmeßvorrichtung mit zugeordnetem Auswertgerät.
Die Kunststoffverarbeitungsmaschine 1 weist eine Plasti-FizicrunrJt.3cl)necke auf,die iiber die Funk# ionslini o 2 mit elektromotorischer Antriebsenergie gespeist wird.
Gleichfalls wird über die Funktionslinie 3 Grundwärmeenergie zur Plastifizierung des Rohstoffes 4, eines thermoplastischen Kunststoffes, der Schnecke zugeführt.
Der Rohstoff wird nach der Plastifizierung in der Schnecke im Profilwerkzeug 5 zu dem Endprodukt 6 geformt.
Bei der Verarbeitung wird der Rohstoff 4 zunächst in den Behälter 7, der als Wärmetauscher ausgebildet ist, transportiert und gelangt von dort in eine Durchsatzmeßvorrichtung 8.
Während der Verarbeitung entsteht, bedingt durch die Anwendung von Wärmeenergie, ein stofflicher Aggregatszustandswechsel "hart-weich-hart". Dabei fällt Verlustwärme an der Kunststoffverarbeitungsmaschine 1, an dem Profilwerkzeug 5 und am Endprodukt 6 an. Diese Verlustwärme wird in der Vorrichtung 9 gesammelt und über die Funktionslinie 10 in den unteren Teil des Behälters 7 geführt. Beim Durchfluß des Rohstoffes 4 durch den Behälter 7 wird einTeil der Verlustwärme an den Rohstoff 4 abgegeben, bevor die Restverlustwärme über die Funktionslinie 12 an die Umgebung abgegeben wird.
Der so erwärmte Rohstoff gelangt über die Durchsatzmeßvorrichtung 8 in die Schnecke der Verarbeitungsmaschine 1, die infolge vorgegebener Soll-Werte ein definiertes Aufnahmevermögen bei einer bestimmten Rohstofftemperatur besitzt und auch eine definierbare Antriebsleistung benötigt, um den Rohstoff 4 zu dem gewünschten Endprodukt 6 umzuwandeln.
Durch diesen Prozeß ergibt sich ein in der Durchsatzmeßvorrichtung 8 meßbarer Rohstoffdurchsatz in kg/Zeit.
Im Falle einer zu hohen Verlustwärmenutzung könnte der Zustand eintreten, daß infolge nun veränderter Schubmodulbedingungen des Rohstoffes zwar die gewünschte Energieeinsparung eintritt, jedoch auch die Produktionsleistung zurückfällt.
Dieses nicht anstrebbare Verhalten kann durch die Durchsatzmeßvorrichtung meßtechnisch erfaßt werden. über die Funktionslinie 13 wird ein Regelsignal an die Vorrichtung 9 gegeben, so daß über die Funktionslinie 14 ein Kühlmedium, z.B. LUft, zur Temperaturregelung der Verlustwärme 11 zugeführt werdewkann.
Auf diese Weise wird sichergestellt, daß ein optimaler Produktionsprozeß mit hohem Wirkungsgrad in Hinsicht auf den Energiebedarf und auf die Produktionsleistung entsteht.
Von der Schnecke, dem Profilwerkzeug 5 und von dem Endprodukt 6 wird die Verlustwärme über Funktionslinien 15,16,17 der Vorrichtung 9 zugeführt.
In der Fig. 2 ist die Durchsatzmeßvorrichtung 8 schematisch aufgezeigt, durch die die Regelung der Verlustwärmenutzung bei den verschiedenen Rohstoffarten ermöglicht wird.
Die Durchsatzmeßvorrichtung 8 besteht aus einem Meßbehälter 18, der im allgemeinen als Trichter ausgebildet ist und an einer Kraftmeßdose 19 hängt. Die Kraftmeßdose 19 erfaßt das Gewicht des Meßbehälters 18 und des darin befindlichen Rohstoffes 4. Das Gesamtgewicht bzw.
dessen Veränderung über die Zelt wird beginnend mit einem Startsignal vom Meßpunkt M1 bis zum Meßpunkt M2 in wählbaren Zeitabschnitten als Ist-Wert erfaßt und über die Funktionslinie 20 als elektrisches Signal an eine elektronische Waage 21 weitergegeben. Dieser Ist-Wert wird über die Funktionslinie 22 an ein Auswertgerät 23, das einen Prozeßrechner besitzt, zum Vergleich mit einem Soll-Wert weitergeleitet. Der Soll-Wert wird als Ergebnis einer ausserhalb des Prozesses stehenden Rechenoperation in kg/Zeit in das Auswertgerät 23 eingegeben.
Im Auswertgerät wird nun der über die Funktionslinie 22 eingegebene Ist-Wert mit dem über eine Funktionslinie 24 eingegebenen Soll-Wert verglichen und-sofern eine Differenz vorliegt, wird ein für Regelzwecke gebildetes el#ektrisches Signal über die Funktionslinie 25 z.B. an die Vorrichtung 9 abgegeben.
Um die Regelung optimal zu gestalten, d.h. sie in etwa kontinuierlich durchzuführen, ist es erforderlich, daß die Gewichtsveränderung möglichst oft als partielle Einheit zwischen den Meßpunkten M1 und M2 erfaßt wird. Dies geschieht dadurch, daß in einzelnen wählbaren Zeitabschnit ten mit entspreciic#ndc"r Frtlquonz beginnend mit tdem Startsignal des Meßpunktes M1 innerhalb der elektronischen Waage 21 bzw. der Kraftmeßdose 19 die partiellen Veränderungsgewichte erfaßt werden. Der Prozeßrechner innerhalb des Auswertgerätes 23 ist so ausgelegt, daß die gewählten Zeitabschnitte für den Ist-Wert gleichzeitig ein Signal sind, um die gleiche Zeit für die Teilgewichte des Soll-Wertes zu bilden.
Das Ausgangssignal 25 zum Regeln kann je nach Veränderungsdifferenz zwischen dem Soll- und dem Ist-Wert positiv oder negativ sein. Darüber hinaus ist dieses Signal je nach quantität der Veränderungsdifferenz aus dem Soll-Ist-Wertvergleich auch in seiner Kapazität quantitativ groß oder klein.
Am Meßbehälter 18 sind Schaltpunkt S1 und S2 vorgesehen.
Diese Schaltpunkte können über die Funktionslinien 26,27 auf das Auswertgerät 23 einwirken, und zwar mit der Aufgabe, daß der Meßbehälter 18 nicht überfüllt oder völlig entleert werden kann.
Dem Meßbehälter 18 wird im allgemeinen der mittels der Verlustwärme vorgewärmte Rohstoff zugeführt. Es ist jedoch auch denkbar, den Meßbehälter 18 als Wärmetauscher auszubilden und die Verlustwärme zur Vorwärmung des Rohstoffes in den Meßbehälter einzuführen.
Bezugszeichen 1 Kunststoffverarbeitungsmaschine 2 Funktionslinie 3 Funktionslinie 4 Rohstoff 5 Profilwerkzeug 6 Endprodukt 7 Behälter 8 Durchsatzmeßvorrichtung 9 Vorrichtung 10 Funktionslinie 11 Verlustwärme 12 Funktionslinie 13 Funktionslinie 14 Funktionslinie 15 Funktionslinie 16 Funktionslinie 17 Funktionslinie 18 Meßbehälter 19 Kraftmeßdose 20 Funktionslinie 21 Waage 22 Funktionslinie 23 Auswertgerät 24 Funktionslinie 25 Funktionslinie 26 Funktionslinie 27 Funktionslinie M1 Meßpunkt M2 Meßpunkt 51 Schaltpunkt 52 Schaltpunkt

Claims

Patentansprüche Verfahren zum Regeln einer kunststoffverarbeitenden Schneckenpresse, bei dem das Gewicht des der Schneckenpresse zugeführten, plastifizierba-ren Rohstoffes mittels einer Durchsatzmeßvorrichtung gemessen, mit einem Gewichtssollwert, der sich aus dem rechnerisch ermittelten Gewicht des Fertigproduktes ergibt, verglichen und entsprechend der Abweichung das Aufnahmevermögen der Schneckenpresse durch Änderung der Drehzahl der Schnecke geregelt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß mittels der Durchsatzmessung dem Rohstoff (4) zugeführte, am Extruder und seinen Profilwerkzeugen (5) sowie am Endprodukt (6) entstehende Verlustwärme geregelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Durchsatzmessung sowohl die dem Rohstoff zugeführte, am Extruder und seinen Profilwerkzeugen sowie am Endprodukt entstehende Verlustwärme als auch die der Schnecke und den Profilwerkzeugen zur Plastifizierung des Rohstoffes zugeführte Grundwärmeenergie geregelt werden.
3. Vorrichtung zur Durchführung der Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchsatzmeßvorrichtung (8) und der als Wärmetauscher ausgebildete Rohstoffbehälter (7) unmittelbar in Baueinheit am Schneckeneinlauf bzw. am Zylinder der Verarbeitungsmaschine installiert sind.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßbehälter (18) der Durchsatzmeßvorrichtung (8) als Wårmetauscher ausgebildet ist, dem die Verlustwärme zuführbar ist.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein Auswertgerät (23) mit einem Prozeßrechner, in dem Gewichte aus einer elektronischen Waage (21) beginnend mit einem Startsignal nach vorgegebenen, wählbaren Zeitabschnitten als Ist-Werte abgefragt werden und mit synchronen gleichen Zeitabschnitten des Soll-Wertes, die sich aus dem Gewichtsaufnahmevermögengder Schnecke über einen Zeitraum ergeben, verglichen werden, wobei die Differenz ein nach Vorzeichen und quantität entsprechendes Regelsignal (25) bestimmt.