DE1813421C3 - Vorrichtung zum Steuern der Wandstärke des Kunststoffstranges eines Extruders - Google Patents

Vorrichtung zum Steuern der Wandstärke des Kunststoffstranges eines Extruders

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Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern der Wandstärke des Kunststoffstranges eines Extruders, insbesondere einer Kunststoffblasmaschine, durch Änderung der Spaltbreite des Spritzkopfes des Extruders in Abhängigkeit von der Länge des ausgetretenen Kunststoffstranges. Zur Erzielung einer gleichmäßigen oder anderen, bestimmten Wandstärke eines aus einem Kunststoffschlauch geblasenen Hohlkörpers, z. B. einer Flasche, muß der Wandst8rkenverlauf des Kunststoffschlauches der während des Blasvorganges auftretenden Reckung des Materials angepaßt werden.
Eine Änderung der Wandstärke des Kunststoffschlauches ist durch Änderung der Spaltbreite des Spritzkopfes oder unter Ausnutzung des Quelleffektes des thermoplastischen Kunststoffes bei konstanter Spaltbreite durch Änderung der Extrusiousgeschwindigkeit bzw. des -druckes durchführbar. Bei Jen bekannten Kunststoffblasmaschinen erfolgt eine Wandstärkenänderung des Kunststoffschlauches durch Änderung der Spaltbreite des Spritzkopfes, wobei die die Spaltbreite bestimmende axiale Lage des konischen Domes relativ zum ebenfalls konisch ausgebildeten Mundstück durch einen in offener Steuerkette gefahrenen Hydraulikzylinder festgelegt wird. Als Steuerglied für den Hydraulikzylinder dient in bekannter Weise ein programmiertes 7i?it\v.«rk oder eine Kurvenscheibe.
Ein genau festgelegter Wandstärken ve rl auf des Kunststoffschlauches läßt sich mit diesen bekannten Steuervorrichtungen nicht erreichen, da durch Fehlen einer Rückmeldung der Lage des Domes und damit der Spaltbreite eine Lagenkorrektur nicht durchführbar ist. Darüber hinaus fehlt den bekannten Steuervorrichtungen auch ein Glied zur Beeinflussung der Zuordnung der Wandstärke zur Länge des Stranges. Die sich daraus ergebende Abweichung vom vorgegebenen Wandstärkenverlauf erfordert aus Sicherheitsgründen eine Überdimensionierung des Kunststoffschlauches und damit einen erhöhten Werkstoffverbrauch.
Bei kurvenscheibengesteuerten Plastlfiziereinheiten für Blasanlagen ist auch schon vorgeschlagen worden, die Kurvenscheibe von einem von einer Kolbenpumpe beaufschlagten Hydromotor anzutreiben, wobei die Kolbenpumpe mit der Schnecke In Antriebsverbindung steht. Damit soll der die Wg-sdstärke des ausgetretenen Extrudates festlegende Öffnungsquerschnitt des Werkzeuges in Abhängigkeit von dem verdrängten Volumen der Plastifiziereinheit gesteuert werden. Auch bei dieser bekannten Steuerung besteht keine Möglichkeit, zur Erzielung des geforderten Wandstärkenverlaufes die aus der verschiedenen Kompressibilität der Plastifiziermasse und der Hydraulikflüssigkeit für den Antrieb der Kurvenscheibe sowie aus den Leckverlusten des hydraulischen Antriebes sich ergebenden stark geschwindigkeitsabhängigen Störgrößen zu berücksichtigen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Vorrichtung zur Steuerung des Wandstärkenverlaufes des Kunststoffstranges in genau festlegbaren Grenzen.
Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die geforderte Abhängigkeit der Wandstärke von der Länge des Stranges einem Funktionsgenerator einprogrammiert ist, die von einem Längenmeßgerät ermittelte Länge des aus dem Spritzkopf ausgetretenen Stranges dem Funktionsgenerator als Eingangssignal zuführbar ist, ein Ausgangssignal des Funktionsgenerators auf Grund der einprogrammierten Abhängigkeit der Wandstärke von der Länge des Stranges modifizierbar ist und die Spaltbreite des Spritzkopfes durch das Ausgaingssignal des Funktionsgenerators steuerbar ist.
Gegenüber einer bekannten Regelung zur Konstanthaltung der Dicke von Kunststoffbändern, bei der die Dicke Regelgröße ist, unterscheidet sich die er-
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ftadungRgemaße Vorrichtung in vorteilhafter Weise dadurch, daß die zu steuernde Wandstärke des Stranges nicht selbst gemessen wird. Damit wird gegenüber dieser bekannten Regelung eine wesentliche Vereinfachung der Steuerung erzielt, ohne eine praktisch ins Gewicht fallende Ungenauigkeit des geforderten Wandstärkenverlaufes in Kauf nehmen zu müssen.
In weiterer Ausbildung der Erfindung ist das Ausgangssignal des Funktionsgenerators mit Kennwerten des Kunststoffes sowie mit dessen Werten für Druck »° und Temperatur in der Druckkammer des Extruders und der Extrusionsgeschwindigkeit modifizierbar. Durch diese Werte wird insbesondere die Quellung des Materials nach Austritt aus dem Spritzkopf des Extruders berücksichtigt Da die Extrusionsgeschwindigkeit einen Einfluß auf die Quellung des Materials hat, ist es vorteilhaft, den die Extrusionsgeschwindigkeit bestimmenden Druck in der Druckzone des Extruders und/oder die Extrusionsgeschwindigkeit des Stranges durch einen eigenen Regelkreis zu beeinflüssen.
Zur kontinuierlichen Messung uir Länge des austretenden Stranges wird in Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, daß ein Infrarotsensor mit oszillierendem Gesichtsfeld im Bereich des Spritz- *5 kopfes des Extruders angeordnet ist. Als Antriebselement für den Extrusionskolben dient vorteilhafterweise ein hydraulischer DifFentialzylir.der, dessen dem Extrusionskolben abgewandter Kolbenraum mit einem Speicher und dessen dem Extrusionskolben zugewandter Kolbenstangenraum mit einer im geschlossenen Kreis arbeitenden Regelpumpe gekoppelt ist, wobei zwischen dem Kolbeiiraum und dem Kolbenstangenraum des hydraulischen Differentialzylinders ein Druckmeßgerät für die Druckkammer angeordnet ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt.
Mit 1 ist die den Spritzkopf bildende Druckkammer bzw. Druckzone der KunststofFblasmaschine bezeichnet, in die der plastifizierte Kunststoff von dui Förderschnecke 3 eingeführt wird. An der Druckkammer 1 ist ein Differentialzylinder 26 angeordnet, an dessen Kolbenstange 25 ein Extrusionskolben 4 befestigt ist, der den Kunststoff durch den vom Dorn 6 und Mundstück 7 gebildeten Spalt 5 preßt. Der Extrusionskolben 4 ist in einem zylindrischen Ansatz 4a der Druckkammer 1 dichtend geführt. Der Kolbenraum 27 des DifTerentialzylinders 26 steht über die Leitung 35 mit dem Druckspeicher 28 und der Kolbenstangenraum 29 über die Leitung 43 mit der Rcgelpumpe 30 in Verbindung, und zur Schließung des hydraulischen Kreises ist die Regclpumpe 30 über die Leitung 34 mit dem Druckspeicher 28 verbunden. Zur Absicherung des hydraulischen Kreises ist in der Leitung 35 ein Druckbegrenzungsventil 39 und in der Leitung 43 ein Druckbegrenzungsventil 40 angeordnet. In der Leitung 35 zwischen Druckspeicher 28 und Kolbenraum 27 des Differcntiaizylinders 26 ist zur Steuerung der Druckbeaufschlagung des Kolbenraumes 27 durch den Druckspeicher 28 ein aufstcuerbares Rückschlagventil 45 vorgesehen. Eine über die Druckleitung 38 mit Rückschlagventil 37 in die Leitung 34 einspeisende Pumpe 36 dient zur Deckung der Leckölverluste fi5 sowie zur Spülung des hydraulischen Kreises. Die Pumpen 30 uno 36 werden gemeinsam von einem Motor 33 angetrieben. Der die Austrittsgesclnviiidigkeit des Kunststoffes aus dem Spalts der Druckkammer I bestimmende Förderstrom der Regelpumpe 30 wird von dem aus einer Kolben-Zyltiiderejnheit bestehenden, mit der Regelpumpe 30 gekoppelten Verstellglied 32 verstellt, wobei die Verstellbewegung des VerstellgHedes 32 von einem Servoventil 31 angesteuert wird, dessen Arbeitsleitungen 31 a, 316 mit den betreffenden Zylinderräumen 32 a, 32 b des \erstellgliedes 32 verbunden sind.
Der zur Veränderung des Spaltes S in axialer Richtung anstellbare Dorn 6 ist an der Kolbenstange 8 eines von einer Kolben-Zylindereinheit gebildeten Verstellgliedes 11 befestigt. Die Verstellbewegung des VerstellgHedes 11 wird von dem Servoventil 10 über die Arbeitsleitungen 10 a, 10 ft, die mit den Zylinderräumen 11a, 11 b in Verbindung stehen, bewirkt.
Den Servoventilen 10, 31 werden die Signale von dem Funktionsgenerator 17 über die Leitungen 16, 16a, 23, 23a und den Yerp,!eichsgliedern 15, 24 zugeführt. In dem Funktionsgenerator 17 sind die Signale in Abhängigkeit von uer austretenden Länge des Stranges aus dem Spalt 5 der Druckkammer 1, unter gleichzeitiger Berücksichtigung des Druckes in der Druckkammer 1, der Austrittsgeschwindigkeit des Stranges aus dem Spalt 5, der Temperatur des Kunststoffes in der Druckkammer 1 sowie der molukularen Beschaffenheit des Kunststoffes, einprogrammiert.
Die Erfassung der Länge des aus dem Spalt 5 austretenden Stranges erfolgt mit Hilfe eines in Doppelpfeilrichtung 19 abtastenden Infrarotsensors 18. Die jeweilige Länge des Stranges wird dem Funktionsgenerator vom Infrarotsensor 18 als Signal 20 eingespeist. Der in der Kamme:· 1 wirkende Druck wird aus dem Differenzdruck des Kolben- und Kolbenstangcnraumes 27, 29 des Diiferentialzylinders mit Hilfe des zwischen den Leitungen 35 und 43 angeordneten Druckmeßgerätes 44 ermittelt und als Signal 22 dem Funktionsgenerator 17 zugeleitet.
Die Austrittsgeschwindigkeit des Strange;, aus dem Spalt 5 ergibt sich aus der Stellung der die Arbeitsgeschwindigkeit des DifTerentialzylinüers 26 bestimmenden Regelpumpe 30 und der Stellung des Domes 6. Die vom Ist-Wert-Geber 41 erfaßte Stellung der Regelpumpe 30 und die vom Ist-Wert-Geber 13 erfaßte Stellung des Domes 6 wird deshalb gleichzeitig als Analogsignal 46 und 48 für die Austrittsgeschwindigkeit in den Funktionsgenerator 17 eingegeben. Die Temperatur des in der Druckkammer 1 befindlichen Kunststoffes wird mit bekannten Meßgeräten gemessen und als analoges Signal 47 dem Funktionsgenerator zugeführt. Die die Beschaffenheit des Kunststoffes berücksichtigende Konstante wird als Signal 21 in den Funktionsgenerator einprogrammiert.
Die vom Funktionsgenerator 17 zunächst den Verglcichglicdern 15, 24 ziigeführten, die Soll-Werte bildenden Signale in den Leitungen 16, 23 werden mit den Ist-Wert-Signalen 14, 4?, der Ist-Weri-Geber 13, 41 verglichen und das jeweilige Diffcrenzsignal der Lcit'ingen 16a, 23a verstärkt und den Servoventilen 10, 31 zur entsprechenden Verstellung der Versteiiglieder It, 32 zugeführt. Der Wandstärkenvcrlauf des Stranges wird somit durch das in den Funktionsgenerator 17 eingegebene Programm eindeutig bestimmt.
Die Erfindung ist nicht an das gezeigte Ausfiih-
gsbcispiei gebunden. Es ist auch denkbar, in benler Weise die Förderschnecke gleichzeitig als islatorisch wirkenden Kolben auszubilden, ferner Druck mit bekannten Meßgeräten unmittelbar )der an der Druckkammer zu erfassen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zum Steuern der Wandstärke des Kunststoffstranges eines Extruders, insbesondere einer Kumtstoffblasmascbine, durch Ändeder Spaltbreite des Spritzkopfes des Extruders to Abhängigkeit von der Länge des ausgetretenen Kunststoffstranges, dadurch gekennzeichnet, daß die geforderte Abhängigkeit der Wandstärke von der Länge des Stranges einem Funktionsgenerator (17) einprogrammiert ist, die von einem Längenmeßgerät ermittelte Länge des aus dem Spritzkopf ausgetretenen Stranges dem Funktionsgenerator (17) als Eingangssignal (20) zufuhrbar ist, ein Ausgangssignal des Funktionsgenerators (17) auf Grund der einprogrammierten Abhängigkeit der Wandstärke von der Länge des Stranges modifizierbar ist und die Spaltbireite (5) des Spritzkopfes durch das Ausgangssignal des Funktionsgenerators steuerbar isL
2. Vorrichtung nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Funklionsgenerators (17) mit Kennwerten des Kunstttoffes sowie mit dessen Werten für Druck und Temperatur in der Druckkammer (1) des Extraders und der Extmsionsgeschwindigkeit modifitierbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in der Druckzone des Extruders und/oder Extrusionsgeschwindigkeit des Stranges regelbar sind.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zu kontinuierlichen Messung der Länge des Stranges ein Infrarotsensor (18) mit oszillierendem Gesichtsfeld im Bereich des Spritzkopfes des Extruders angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen in bekannter Weise über einen Differentialzylinder (26) hydraulisch betätigbaren Extrusionskolben (4), wobei der Kolbenraum (27) des Differentialzylinders (26) mit einem Druckspeicher (28) und der Kolbenstangenraum (29) mit einer im geschlossenen Kreis arbeitenden Regelpumpe (30) verbunden ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kolbenraum (27) und dem Kolbenstangenraum (29) des hydraulischen Differentialzylinders (26) ein Druckmeßgsrät (44) für die Druckkammer (1) angeordnet ist.
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