DE3619373A1

DE3619373A1 - Control device for variation of the conveying capacity with constant compression and conveying pressures in the compaction and conveying of pulverulent or pelletized solids, suspensions or melts with the aid of screw machines or extruders with connected conveying channel or extrusion die, at constant drive speed, by axial displacement of the screw and, matched thereto, variation of the resistance characteristic of the connected mould channel

Info

Publication number: DE3619373A1
Application number: DE19863619373
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr Ing Horrighs
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-06-09
Filing date: 1986-06-09
Publication date: 1987-12-10

Abstract

For the variation of the conveying capacity in screw machines or extruders, the speed regulation is usually used, which, however, is associated with a variation of the conveying and compression pressure, as a result of which products with extremely variable consistency are produced. The regulation of the material flow rate by axial displacement of the screw, presented here, on the other hand effects a variation of the screw characteristic and a variation of the resistance characteristic so that, with a mutually matched reciprocal effect between these two characteristics, a variation of the conveying flow rate can be obtained at constant compression pressure, it being possible additionally, in a covering part, to exert, by means of changed screw parameters, a selective influence on the screw characteristic and, by means of an adjustable throttle device, a selective influence on the resistance characteristic.

Description

Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung als Vorrichtung zur Variation der Förderleistung bei weitgehend konstanten Preß- und Förderdrücken beim Verdichten und Fördern von pulvrigen bzw. preßagglomerierten Feststoffen, Suspensionen oder Schmelzen mit Hilfe von Schneckenmaschinen oder Extrudern bei konstanter Antriebsdrehzahl gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a control device as a device for variation the delivery rate at largely constant baling and delivery pressures at Compressing and conveying powdery or press-agglomerated solids, Suspensions or melts with the help of screw machines or extruders at constant drive speed according to the preamble of claim 1.

Zur Regelung der Förderleistung m wird normalerweise eine Drehzahlregelung verwendet, die jedoch gleichzeitig eine Druckänderung Δ p zwischen einzelnen Betriebspunkten BP _i bewirkt, wie es in Fig. 1 beispielhaft anhand einiger Kennlinien unterschiedlicher Drehzahl n bei konstanter Widerstandskennlinie L _w gezeigt ist. Ähnliche Auswirkung übt eine alleinige Drosselregelung aus (G. Menges, Einführung in die Kunststoff-Verarbeitung, C. Hauser Verlag, 1975, S. 64), wie aus Fig. 2 zu entnehmen ist.A speed control is normally used to regulate the delivery rate m , but at the same time it causes a pressure change Δ p between individual operating points BP _i , as is shown in FIG. 1 by way of example on the basis of some characteristic curves of different speed n with a constant resistance characteristic curve L _w . A similar throttle control has a similar effect (G. Menges, introduction to plastics processing, C. Hauser Verlag, 1975, p. 64), as can be seen from FIG. 2.

Allgemein wird jedoch bei derartigen Maschinen angestrebt, bei Variation der Förderleistung einen gleichmäßigen Druck p auf den zu fördernden und/oder zu verdichtenden Feststoff zur Erzielung stationärer Betriebszu stände und zur Herstellung von Produkten gleichmäßiger Konsistenz auszu üben, denn Schwankungen im Druck äußern sich z. B. sofort in einer Titer- bzw. Dickenänderung des Erzeugnisses (Kunststoff-Rundschau, 2/1967, S. 77-80). Außerdem kann es manchmal wünschenswert sein, über die entsprechende Förder leistung die jeweilige Verweilzeit des Gutes in der Maschine zur Variation von Aufheizphasen zu variieren, ohne jedoch den Preßdruck zu verändern.In general, however, the aim is with such machines, with variation the delivery rate an even pressurep on the to be funded and / or solid to be compressed to achieve stationary operation stands and to produce products of uniform consistency practice, because fluctuations in pressure are expressed e.g. B. immediately in a titer or change in thickness of the product (Kunststoff-Rundschau, 2/1967, pp. 77-80). Also, it may sometimes be desirable to have the appropriate funding power the respective dwell time of the goods in the machine for variation of heating phases to vary, but without changing the pressure.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Regeleinrichtung für Schneckenmaschinen und Extrudern zur Variation der Förderleitung bei weit gehendst konstanten Preß- und Förderdrücken zu entwickeln.The invention is therefore based on the object of a control device for Screw machines and extruders to vary the delivery line by far to develop constant baling and conveying pressures.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wobei in erster Linie axiale Verstellungen der Schnecken- bzw. Extruderwellen - wie es in Fig. 3a-c dargestellt ist - definierte und aufeinander abgestimmte, geänderte Schnecken- und Widerstandskennlinien er geben.This object is achieved according to the characterizing features of claim 1, wherein primarily axial adjustments of the screw or extruder shafts - as shown in Fig. 3a-c - give defined and coordinated, changed screw and resistance characteristics.

Dabei ist die Axialverstellung der Schnecke eigentlich nicht als Neuheit an zusehen, da insbesondere bei Extrudern die Schnecke die plastizifizierbare Kunststoffmasse axial zur Düsenpartie führt (OS 23 36 529, AS 17 29 191, AS 24 61 854 B 2). Die dabei sich einstellende Veränderung einzelner Kenn linien wird jedoch nicht gezielt zur Massenstromregelung bei konstantem För derdruck genutzt, zumal die einzelnen Kennlinien optimal in ihrer Wechsel wirkung aufeinander abgestimmt sein sollten.The axial adjustment of the screw is actually not a novelty watch, since the screw can be plasticized in particular in the case of extruders Plastic mass leads axially to the nozzle section (OS 23 36 529, AS 17 29 191, AS 24 61 854 B 2). The resulting change in individual parameters However, lines are not specifically used for mass flow control with constant feed pressure, especially since the individual characteristic curves are optimal in their alternation effect should be coordinated.

Der alleinige Einfluß auf ein Kennlinienfeld durch Variation der Schnecken länge durch Axialverstellung L _Si ist in Fig. 4 dargestellt. Die Variation dieser Axialverstellung bewirkt jedoch zwangsläufig eine Veränderung der geo metrischen Verhältnisse des der Schnecke angeschlossenen Formkanals, wobei die veränderten Reibungsverhältnisse eine Auswirkung auf die Widerstandskenn linien L _Wi wie bei der Drosselregelung gemäß Fig. 2 besitzen. Eine Axialver stellung der Schnecke entgegen der Förderrichtung (Fig. 3b) bewirkt dabei gleichzeitig eine Verlängerung des angeschlossenen Formkanals und damit einen ansteigenden Widerstand; eine Axialverstellung in Förderrichtung (Fig. 3c) be wirkt dagegen eine Verkürzung des angeschlossenen Formkanals, wobei der Wider stand entsprechend der verminderten Reibung sinkt.The sole influence on a characteristic field by varying the screw length by axial adjustment L _Si is shown in Fig. 4. The variation of this axial adjustment inevitably causes a change in the geometric ratios of the molding channel connected to the screw, the changed frictional relationships having an effect on the resistance characteristics L _Wi as in the throttle control according to FIG. 2. An Axialver position of the screw against the conveying direction ( Fig. 3b) causes an extension of the connected mold channel and thus an increasing resistance; an axial adjustment in the conveying direction ( Fig. 3c), on the other hand, brings about a shortening of the connected molding channel, the resistance being corresponding to the reduced friction.

Die sich dabei einstellenden Betriebsverhältnisse sind dem Kennlinienfeld gemäß Fig. 5 zu entnehmen, das eine Kombination der Kennlinienfelder aus Drosselregelung (Fig. 2) und der Variation der Schneckenlänge (Fig. 4) dar stellt. Deutlich sind die sich einstellenden Betriebspunkte BP ₂und BP ₃ zu erkennen, wobei eine eindeutige Variation des Massenstromes bei gleichbleibendem Förderdruck und konstanter Drehzahl herbeigeführt wird. Dabei sind konstruktiv durch entsprechende Dimensionierung die maßgeblichen charakteristischen Längen verhältnisse und Geometrien sowie sämtliche beteiligten Parameter - wie Gang höhe, -tiefe und -steigung - derart aufeinander abzustimmen, daß eine Verän derung der Axialverstellung eindeutig eine bestimmte Veränderung der Wider standskennlinie zur Folge hat, damit das Zusammenwirken beider Kennlinien den gewünschten neuen Betriebspunkt ergibt. Weiterhin lassen sich die Wider standskennlinien durch eine Drosselvorrichtung an der Düse bzw. am Ende des Preß- und Förderkanals zusätzlich beeinflussen, so daß die Erzielung stationärer Preßdrücke bei Variation des Förderstromes sichergestellt wird. Tendenziell ist jedoch anhand von Fig. 5 zu erkennen, daß auch ohne Optimierung - d. h. durch nicht optimal abgestimmte Steigungen der einzelnen Kenn linien - die Wechselwirkung unterschiedliche Massenströme bei zumindest sehr gleichmäßigen Förderdrücken ergibt.The resulting operating conditions can be found in the characteristic curve field according to FIG. 5, which represents a combination of the characteristic curve fields from throttle control ( FIG. 2) and the variation of the screw length ( FIG. 4). The operating points BP ₂ and BP ₃ which arise are clearly recognizable, a clear variation of the mass flow being brought about with the delivery pressure remaining constant and the speed rotating. The relevant characteristic length ratios and geometries as well as all parameters involved - such as pitch, depth and pitch - are to be matched constructively by appropriate dimensioning in such a way that a change in the axial adjustment clearly results in a specific change in the resistance characteristic, so that the interaction of both characteristic curves results in the desired new operating point. Furthermore, the resistance characteristics can be additionally influenced by a throttle device on the nozzle or at the end of the press and delivery channel, so that the achievement of stationary pressures with variation of the flow rate is ensured. 5, however, that it can be seen from FIG. 5 that even without optimization - ie by not optimally coordinated slopes of the individual characteristic lines - the interaction results in different mass flows with at least very uniform delivery pressures.

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung sind naturgemäß die Schneckengänge über die Einzugszone hinaus zu verlängern (Überdeckung a, Fig. 3a), wobei in diesem Bereich andere Gangtiefen, -steigungen und -höhen vorgesehen werden können, die beim Einfahren der Wellen über ihre jeweilige Normalposition hinaus zusätzliche gezielte Auswirkungen auf die Schneckenkennlinien besitzen und ausüben können. In a further embodiment of the invention, the screw flights are naturally to be extended beyond the feed zone (overlap a , Fig. 3a), in this area other flight depths, gradients and heights can be provided, which when the shafts are driven in via their respective normal position also have and can have additional targeted effects on the screw characteristics.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch die Axialverstellung eine Veränderung des Massenstromes bei gleich bleibendem Preß- oder Förderdruck realisiert werden kann, so daß Produkte von sehr gleichmäßiger Konsistenz entstehen. Die in Verbindung mit einer zumeist verwendeten Drehzahlregelung auftretende Dunstabweichung wird somit vermieden.The advantages achieved by the invention are in particular that a change in the mass flow at the same time due to the axial adjustment permanent pressure or delivery pressure can be realized, so that products of very uniform consistency. The in connection with a Mostly used speed control will result in haze deviation avoided.

Die prinzipielle Wirkungsweise dieser Regelungsvariante ist in Fig. 3a-c dargestellt, wie sie auch bereits in der Beschreibung ausführlich erläutert wurde.The basic mode of operation of this control variant is shown in FIGS . 3a-c, as has already been explained in detail in the description.

Claims

1. Regeleinrichtung als Vorrichtung zur Variation der Förderleistung bei weit gehenst konstanten Preß- und Förderdrücken beim Verdichten und Fördern von pulvrigen bzw. preßagglomerierten Feststoffen, Suspensionen oder Schmelzen mit Hilfe von Schneckenmaschinen oder Extrudern bei konstanter Antriebsdrehzahl, dadurch gekennzeichnet, daß bei derartigen Maschinen mit angeschlossenem Förderkanal oder Preßdüse und einer angestrebten Veränderung der Förderleistung die Schnecken- bzw. Extruderwelle ihre Position durch eine eindeutige axiale Verstellung verändert, worauf eine Reduzierung oder Verlängerung der charakteristi schen Schneckenlänge und der geometrischen Abmessungen des angeschlossenen Förderkanals oder der Preßdüse mit dadurch verändertem Widerstand erfolgt, so daß sich nachfolgend geänderte Schnecken- und Widerstandskennlinien ergeben, die bei Axial-Verstellung der Schnecken- bzw. Extruderwellen in Förderrichtung über ihre jeweilige Ausgangsposition hinaus Betriebspunkte niedrigen Förderstroms und bei der Axial-Verstellung entgegen der För derrichtung Betriebspunkte größerer Förderströme bei konstanten Preß- und Förderdrücken ergeben, wobei die einzelnen Kennlinien in ihrer Wir kungsweise optimal zur Erzielung stationärer Preßdrücke bei Variation des Förderstromes aufeinander abgestimmt sein müssen und die Widerstandskenn linie zusätzlich noch durch eine vorzusehende verstellbare Drosselvor richtung beeinflußt werden kann, falls eine normale Übereinstimmung durch geometrische Verhältnisse oder durch Schneckenmaschinenparameter - wie Ganghöhe, -steigung und -tiefe nicht zu realisieren ist.1. Control device as a device for varying the delivery rate at largely constant pressing and delivery pressures when compressing and delivering powdery or press-agglomerated solids, suspensions or melts with the aid of screw machines or extruders at constant drive speed, characterized in that in such machines with connected Delivery channel or press nozzle and a desired change in the delivery rate, the screw or extruder shaft changes its position by a clear axial adjustment, whereupon a reduction or extension of the characteristic screw length and the geometric dimensions of the connected delivery channel or the press nozzle with a change in resistance occurs, so that subsequently changed screw and resistance characteristics result which, when the screw or extruder shafts are axially adjusted in the conveying direction, low operating points beyond their respective starting position Conveying flow and in the axial adjustment against the direction of conveyance, operating points of larger conveying flows at constant baling and conveying pressures result, whereby the individual characteristic curves must be optimally coordinated in order to achieve stationary baling pressures with variation of the conveying flow, and the resistance characteristic line additionally by An adjustable Drosselvor direction to be provided can be influenced if a normal match due to geometric conditions or by worm machine parameters - such as pitch, pitch and depth - cannot be achieved.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß konstruktiv eine diesbezügliche axiale Verstellmöglichkeit - aus gehend vom Sollzustand in beiden Richtungen - mit einer entsprechenden Verlängerung der Schneckengänge über die Einzugszone hinaus vorzusehen ist, wobei in diesem Bereich andere Gangtiefen, -höhen und -steigungen vorgesehen werden können, die beim Einfahren der Schnecken- bzw. Extruder wellen über ihre jeweilige Normal-Position hinaus zusätzliche gezielte Auswirkungen auf die Schneckenkennlinien besitzen und ausüben können.2. Control device according to claim 1, characterized in that constructively a related axial adjustment - from going from the target state in both directions - with a corresponding one To extend the screw flights beyond the feed zone is, with other pitch depths, heights and gradients in this area can be provided when retracting the screw or extruder waves beyond their respective normal position additional targeted Have and can have an impact on the screw characteristics.