DE2041833A1

DE2041833A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern der Einspeisungsgeschwindigkeit von Material in eine Strangpresse

Info

Publication number: DE2041833A1
Application number: DE19702041833
Authority: DE
Inventors: Zbigniew Bonikowski; Keen Bruce Henry
Original assignee: BICC PLC
Current assignee: Balfour Beatty PLC
Priority date: 1969-08-25
Filing date: 1970-08-22
Publication date: 1971-03-11
Also published as: GB1315662A; NL7012542A; FI52298C; AT324677B; CA942465A; SE367574B; CH520561A; ES383001A1; FR2059160A5; NL154957B; FI52298B; US3755516A; ES410289A1

Description

PATENTANWALT 20A 1833

DIPL-ING. ERICH SCHUBERT ^Telefon:t⁰²⁷^«»

Telegramm-Adr.: Patschub, Siegen Postscheckkonten: Köln 106931, Essen 20302 Bankkonten: Deutsche Bank AG.,

Abs.: Patentanwalt Dipl.-Ing. SCHUBERT, 59 Siegen, Eiserner Straße 227 Filialen Siegen u. Oberhauseji (RhId.)

Postfach 325

Anwaltsakte 70 091 21. August 1970

Kü/Hu.

Firma British Insulated Gallender's Cables Limited, 21 Bloomsbury Street, London W.C.1 / England

Für diese Anmeldung wird die Priorität aus der britischen Patentanmeldung Nr. 42224/69 vom 25· August 1969 beanstrrucht.

Verfahren und Vorrichtung zum Steuern der Einspeisungsgeschwindigkeit von Material in eine Strangpresse

Die Erfindung bezieht sich auf Geräte zum Strangpressen von plastischem Material, insbesondere Gummi und Kunststoffen, und betrifft hauptsächlich Verfahren und Vorrichtungen zum Steuern der Geschwindigkeit der Einspeisung von Material in eine Schnecken-Strangpreßmaschine (im Nachfolgenden allgemein als "Extruder" bezeichnet) in Übereinstimmung mit dem Innendruck an einer oder mehreren Stellen entlang dem Strangpreßzylintier des Extruders.

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Eine Schwierigkeit, die sich bei der Verwendung oder dem Ausnutzen einer Messung des Innendrucks an einer Stelle längs des Extruderzylinders zur Durchführung einer solchen Steuerung ergibt, besteht darin, daß der Innendruck wesentlich in Synchronismus mit der Drehung der Extruderschnecke schwankt, und der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuerungssystem zu schaffen, welches trotz solcher Schwankungen wirkungsvoll und ohne beanstandbare Unstetigkeit /hunting/ arbeitet.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird die Druckmessung an einer einzigen Stelle im Extruderzylinder (oder die Messung an jeder von einer Anzahl von Stellen, die über den Zylinder verteilt sind) in Intervallen unter der Steuerung einer Zeitgebervorrichtung überprüft, welche durch die Extruderschnecke in solcher Weise angetrieben wird, daß jede Probe aus einer Meßstelle vom gleichen Teil des Druckzyklus genommen wird; die Druckproben werden mit einem Bezugssignal verglichen, um ein Fehlersignal dann zu erzeugen, wenn der Wert einer oder mehrerer Druckproben von einem gewünschten Wert abweicht; und die Fehlersignale werden dazu gebracht oder benutzt, die Geschwindigkeit der Einspeisung von Material in den Extruder einzuregeln und den Druck auf den gewünschten Wert zurückzubringen.

Jede der genommenen Druckproben kann mit dem Bezugssignal verglichen werden; doch wird es zugunsten der Betriebsgenauigkeit vorgezogen, entweder den Mittelwert einer Anzahl von Druckproben zu nehmen und den Mittelwert dieser Proben mit einem Bezugssignal zu vergleichen, um ein Fehlersignal zu erzeugen, wenn dieser Mittelwert vom gewünschten Wert abweicht, oder eine Anzahl von Druckproben zu summieren und die Summierung mit einem Bezugssignal zu vergleichen, um ein Fehlersignal zu erzeugen, wenn der Wert der Summierung von einem vorbestimmten gewünschten Wert für die Summierung einer gleichen Anzahl von Druckproben abweicht.

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Wenn Druckmessungen nur an einer einzigen Stelle im Extruderzylinder genommen oder vorgenommen werden, so wird es zum Verhindern der vorerwähnten Unstetigkeit vorgezogen, außerdem die Fehlersignal zu überprüfen, und zwar unter der Steuerung der gleichen Zeitgebervorrichtung. Mit anderen Worten: es werden Fehlersignale in Intervallen so ausgewählt, daß eine Einregelung, welche für die Einspeisungsgeschwindigkeit in Ansprecherwiderung auf ein ausgewähltes Fehlersignal durchgeführt wird, ganz oder zu einem wesentlichen Teil in Kraft tritt bzw, wirksam wird, bevor ein weiteres Fehlersignal ausgewählt ist.

Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung sind ä

insbesondere bei Extrudern zum Erzeugen eines zellenartigen Plastikmaterials bzw. Schaumstoffes durch ein Gasinjektionsverfahren anwendbar, beispielsweise bei dem Verfahren und der Vorrichtung, welche Gegenstand der zugehörigen deutschen Patentanmeldung P 20 29 969.8 vom 18. Juni 1970 sind.

Bei einer solchen Vorrichtung wird der gleiche Extruder sowohl zum Auflösen von Gas im Material als auch zum Dosieren des Materials nach einem Strangpreßmundstück hin verwendet, welches den Auslaß des Extruders bildet und bei welchem ein zellenförmiger bzw, verschäumter Körper erzeugt wird, beispielsweise eine ringförmige Schicht aus zellförmiger bzw. verschäumter Isolation um einen Kabelleiter herum stranggepreßt wird, der durch den Strangpreßkopf I des Extruders geführt wird.

Wenn Schaumstoff in einem derartigen Extruder erzeugt wird, so wird das Material vorzugsweise im geschmolzenen Zustand in den Extruderzylinder eingebracht und verarbeitet und einer teilweise gefüllten Zone (im nachfolgenden "Gasinjektionszone" genannt) zugefördert, in welcher es einem Gasdruck unterworfen wird, und dann einer im wesentlichen völlig gefüllten Zone (im nachfolgenden "Strangpreßzone" genannt) zugeführt, aus welcher es stranggepreßt wird. In der Gas-

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injektionszone weist die Extruderschnecke einen kleineren Kerndurchmesser als in der Strangpreßzone auf.

Die Gasinjektionszone muß teilweise mit dem Material und teilweise mit Gas gefüllt sein, so daß eine ausreichende Kontaktfläche zwischen diesen vorhanden ist, um eine genügende Menge Gas auflösen zu können, während die Strangpreßzone im wesentlichen völlig mit Plastikmaterial, welches aufgelöstes Gas enthält, gefüllt sein muß.

Der Druck in der Strangpreßzone befindet sich nahe dem Strangpreßkopf auf einem Maximum und fällt allmählich in Richtung auf eine Übergangszone zwischen der Strangpreß- und Gasinjeffcionszone ab, in welcher der Druck sich demjenigen nähert, mit welchem Gas in den Strangpreßzylinder eingepumpt wird.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird der Druck im Strangpreßzylinder an einer oder mehreren Stellen in oder nahe der Übergangszone gemessen,und zwar vorzugsweise eher näher dem Strangpreßkopf als weiter von diesem weg als die Übergangszone, und vorzugsweise an einer Stelle, wo der optimale Druck etwa ein Drittel des maximalen Drucks in der Strangpreßzone beträgt.

Das Einspeisen des geschmolzenen Materials in den Gasinjektionsextruder erfolgt vorzugsweise mittels eines weiteren Extruders, dessen Geschwindigkeit kontrolliert werden kann, um die Einspeisungsgeschwindigkeit von Plastikmaterial in den Gasinjektionsextruder zu steuern. In diesem Speiseextruder wird das Material geschmolzen und bis zur gewünschten Konsistenz gemischt.

Die Erfindung wird nunmehr anhand der Zeichnungen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erzeugen einer Schicht aus ver- echäumtem Polyäthylen auf einem Draht, der in Längsrichtung

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bewegt wird, erläutert, wobei die Vorrichtung für die Verwendung bei einem Verfahren entsprechend der oben erwähnten zugehörigen Patentanmeldung geeignet ist. In der Zeichnung zeigt

Fig.l eine schematische Draufsicht auf den Aufbau der Anlage für die Verwendung beim Strangpressen einer Schicht aus verschäumtem Polyäthylen auf einen Draht, während

Fig.2 ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Steuern der Einspeisungsgeschwindigkeit von Polyäthylen in den Gasinjektionsextruder der in Fig.l dargestellten Anlage wiedergibt. "

Wie aus Fig.l hervorgeht, weist die Anlage eine Abgabeeinheit 1 auf, von welcher ein Draht W durch eine Draht-Vorheizvorrichtung 2 in das Kreuzkopfmundstück 3 der zweiten von zwei Schneckenextrudern 11 und 12 abgezogen wird, wobei dieser zweite Extruder den Gasinjektionsextruder bildet, wo eine Schicht aus verschäumtem Polyäthylen auf den Draht aufgebracht wird. Beim Austritt aus dem Mundstück 3 gelangt der mit Schaumpolyäthylen überzogene Draht durch einen Kühltrog 4 oder eine andere Kühleinrichtung für die stranggepreßte Schicht aus Schaumpolyäthylen, und vom Kühltrog läuft der überzogene Draht an verschiedenen Qualitätskontrollinstrumenten vorbei oder durch diese f hindurch, die allgemein bei 5 angedeutet sind, und wird auf eine Aufnahmetrommel 6 aufgewickelt oder in einem Behälter in Windungen gelegt.

Der erste Extruder 11 der beiden Schneckenextruder ist ein herkömmlicher Polyäthylenextruder, dessen Funktion darin besteht, das Polymer zu schmelzen und zu mischen und dieses mit einer kontrollierten Temperatur nach dem zweiten oder Gasinjektionsextruder 12 zu pumpen, der in einem Winkel von 90 zum ersten

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Extruder angeordnet ist und in welchem das Gas in das Polymer injiziert wird. Die beiden Schneckenextruder 11 und 12 werden getrennt durch Antriebseinheiten 15 und 16 angetrieben.

Nach Fig. 2 werden die it_el^ativgeschwindigkeiten der Antriebseinheiten 15 und l6 durch ein Extrudergeschwindigkeits-Bezugssignal und eine Steuerschaltung 20 in Übereinstimmung mit veränderlichen Parametern, wie beispielsweise der Strangpreßteinperatur und der erforderlichen Gasmenge, welche in das Polyäthylen im Extruder 12 zu injizieren ist, voreingestellt, wobei das Signal über Verstärker 13 und 14 den Antriebseinheiten eingegeben wird. Der Druck im Zylinder des Extruders 12 wird an einer oder mehreren Stellen in oder nahe der Übergangszone mittels Drucksonden 17 gemessen, wobei der Einfachheit halber nur eine Sonde dargestellt ist.

Die Vorrichtung enthält eine Zeitgeberschaltung mit einem nockenbetätigten Schalter 18, dessen Nocken 19 auf der Welle des Extruders 12 sitzt. Signale vom Schalter 18 werden sowohl einem Probenspeicher 21 als auch einer Strecken-Verzügerungsschaltung 22 zugeführt. Die Drucksonde 17 ist außerdem mit dem Probenspeicher 21 verbunden, der so eingestellt ist, daß er Proben aus dem ansteigenden Teilstück der Sägezahn-Wellenform des von der Drucksonde erhaltenen Drucksignals nimmt und eine vorbestimmte Anzahl, beispielsweise zwanzig, solcher Proben summiert.

Der dieser Summierung entsprechende Ausgang des Probenspeichers 21 wird über eine Vergleicherschaltung 23, die außerdem mit einem Druck-Bezugssignal entsprechend dem gewünschten Wert für die Summierung einer gleichen Probenanzahl beliefert wird, einem Fehler-Prüfgerät 24 zugeführt, welches durch den Ausgang der Strecken-Verzögerungsschaltung 22 gesteuert wird. Wie bereits erwähnt, werden die Fehlersignale in vorbestimmten Intervallen überprüft, um ein Springen zu vermeiden, Di« ausgewählten Fehlersignale werden über einen Verstärker 25 einer Antriebseinheit 26 zugeführt, welche den beweglichen Kontakt eines

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Potentiometers 27 oder einer anderen einstellbaren Regeleinrichtung antreibt, um ein Geschwindigkeits-Korrektursignal zu erzeugen, welches über den Verstärker 13 der Antriebseinheit 15 eingespeist wird. Der bewegliche Kontakt des Potentiometers 27 wird für eine festgelegte Zeitdauer mit einer Geschwindigkeit angetrieben, die dem Druck-Fehlerwert proportional ist.

Die Strecken-Verzögerungsschaltung 22 wählt Fehler in Intervallen von einer Anzahl von Umdrehungen der Schnecke des Extruders 12 so aus, daß, wenn eine Korrektur durch ein Fehlersignal eingeleitet wird, der größte Teil seiner Wirkung (beispielsweise 90 /έ) in Erscheinung tritt, bevor ein weiteres Fehlersignal überprüft wird.

Die Erfindung betrifft auch Abänderungen der im beiliegenden Patentanspruch 1 umrissenen Ausführungsform und bezieht sich vor allem auch auf sämtliche Erfindungsmerkmale, die im einzelnen — oder in Kombination — in der gesamten Beschreibung und Zeichnung offenbart sind.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

IlΛ Verfahren zum Steuern oder Regeln der Einspeisungsgeschwindigkeit von Plastikmaterial in einen Schneckenextruder in Übereinstimmung mit dem Innendruck an einer oder mehreren Stellen entlang dem Zylinder des Extruders, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmessung an einer einzigen Stelle im Extruderzylinder oder die Messung an jeder von einer Anzahl von Stellen entlang dem Strangpreßzylinder in Intervallen unter der Steuerung einer Zeitgebervorrichtung erfolgt, welche durch die Extruderschnecke in solcher Weise angetrieben wird, daß jede Probe aus einer Meßstelle vom gleichen Teil des Druckzyklus genommen wird, daß die Druckproben mit einem Bezugssignal verglichen werden, um ein Fehlersignal dann zu erzeugen, wenn der Wert einer oder mehrerer Druckproben vom gewünschten Wert abweicht, und daß die Fehlersignale dazu gebracht werden, 'die Einspeisungsgeschwindigkeit des Materials nach dem Extruder einzuregeln, um den Druck auf den gewünschten Wert zurückzubringen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlersignale unter der Steuerung der Zeitgebervorrichtung überprüft werden und daß die Proben der Fehlersignale dazu gebracht werden, die Einspeisungsgeschwindigkeit von Material in den Extruder einzuregeln.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem der Extruder verschäumtes Plastikmaterial durch ein Verfahren erzeugt, bei welchem Gas unter Druck in den Extruderzylinder injiziert und im Plastikmaterial im Strangpreßzylinder aufgelöst wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Proben der Druckmessung an einer oder mehreren Stellen in oder nahe einer Übergangszone im Extruderzylinder zwischen der Strangpreß- und der Gasinjektionszone genommen werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die eine oder mehrere Stellen, an welcher bzw. welchen der Druck gemessen wird, näher dem Strangpreßkopf als der Übergangszone liegt bzw. liegen.

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5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck an einer Stelle gemessen wird, wo der optimal Druck etwa ein Drittel des Maximaldrucks in der Strangpreßzone beträgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelwert einer Anzahl von Druckproben genommen undmit einem Bezugsaignal verglichen wird, um ein Fehlersignal dann zu erzeugen, wenn dieser Mittelwert vom gewünschten Wert abweicht.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von Druckproben summiert wird und die Sum- ä mierung mit einem Bezugssignal verglichen wird, um ein Fehlersignal dann zu erzeugen, wenn der Wert der Summierung von einem vorbestimmten gewünschten Wert für die Summierung einer gleichen Anzahl von Druckproben abweicht.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß geschmolzenes Plastikmaterial in den Extruder mittels eines weiteren Extruders eingespeist wird, dessen Geschwindigkeit kontrolliert wird, um die Einspeisungsgeschwindigkeit des Plastikmaterials zu steuern.
9· Vorrichtung zum Steuern der Einspeisungsgeschwindigkeit von Plaatikaaterial in einen Schneckenextruder durch das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Zeitgebervorrichtung (l9) aufweist, welche durch die Extruderschnecke angetrieben wird, daß ferner eine Einrichtung (l7) zum Messen des Drucke an einer Stelle im Extruderzylinder (12) vorgesehen ist, wobei diese Druckmeßeinrichtung durch die Zeitgebervorrichtung so gesteuert wird, daß jede Probe von der gemessenen Stelle aus dem gleichen Teil de« Druckzyklus genommen werden kann, daß weiterhin eine Einrichtung (23) zum Vergleichen der Druckproben mit einem Bezugesignal

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vorgesehen ist, um ein Fehlersignal dann zu erzeugen, wenn der Wert einer oder mehrerer Druckproben von einem gewünschten Wert abweicht, und daß schließlich eine Einrichtung (27) zum Einregeln der Einspeisungsgeschwindigkeit von Material in den Extruder in Ansprecherwiderung auf die genannten Fehlersignale vorgesehen ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung (2l) zum Speichern der Proben der Druckmessung sowie eine Verzögerungsschaltung (22) enthält, welche durch die Zeitgebervorrichtung gesteuert wird und selbst eine Einrichtung (24) zum Überprüfen von Fehlersignalen steuert, welche aus der Einrichtung zum Vergleichen der Druckmeßproben mit einem Bezugssignal abgeleitet werden.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Probenspeicher eine Einrichtung zum Summieren einer Anzahl von Proben der Druckmessung enthält.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Probenspeicher außerdem eine Einrichtung zum Erfassen des Mittelwertes einer Anzahl von Druckproben enthält.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen weiteren Schneckenextruder (ll) zum Einspeisen von Plastikmaterial in den Schneckenextruder (12) enthält, von welchem die Druckmessungen zu überprüfen sind, daß sie ferner Einheiten (15 und 16) zum Antreiben der Extruderschnecken mit Relativgeschwindigkeiten aufweist, welche durch ein Extrudergeschwindigkeits-Bezugssignal vorgegeben sind, und daß ferner eine Antriebseinheit (26) vorgesehen ist, welche durch die Fehlersignale gespeist wird und eine einstellbare Steuervorrichtung (27) zum Erzeugen eines Geschwindigkeita-Korrektursignals für die Antriebseinheit des Speiseextruders antreibt.

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