DE3833776C2 - Vorrichtung zur Extrusion einer thermoplastischen Schmelze - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung nach dem
Oberbegriff des ersten Anspruchs.
Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-AS 15 54 833 bekannt. Bei
dieser Schneckenpresse erfolgt die Verfahrensführung lediglich
durch Erfassung und Überwachung des Drucks am Ende des Extruders.
Ein derartiges Verfahren kann jedoch keinesfalls die komplexen
Verhältnisse im Extruderzylinder, insbesondere nicht die relevan
ten Parameter zwischen der Schmelze und den mechanisch auf die
Schmelze wirkenden Reib- und Scherkräften auf dem Weg durch den
Extruder erfassen.
Weitere Vorrichtungen sind aus der DE 31 33 647 C2 bekannt. Dort ist
eine Temperaturüberwachung nicht vorgesehen.
Weiterhin ist aus der DE 29 10 041 C2 bekannt, die Schmelze mit einer
konstanten Temperatur auszupressen. Dies erfolgt jedenfalls nicht
über eine Temperaturüberwachung. Insbesondere sind dort keine
Maßnahmen zur Einstellung der gewünschten Schmelzetemperatur
getroffen.
Die Erfindung betrifft jedoch vor allem Ein-Schnecken-
Extruder.
Die kaskadenförmige Hintereinanderschaltung eines Extruders
und einer Pumpe hat den Vorteil, daß der Austrag der thermo
plastischen Schmelze mit großer Gleichmäßigkeit des Mate
rials, der Temperatur und des Drucks auch gegen hohen Druck
erfolgen kann. Insbesondere ist es möglich, den Extruder im
adiabatischen Betrieb, d. h. bei hohen Drehzahlen und hoher
Scherleistung zu fahren, so daß auch mit einem kleinen Extru
der und bei geringer Leistung ein hoher Ausstoß erzielt
werden kann. Der Nachteil ist jedoch, daß hierbei eine Druck
regelung des Schmelzedrucks zwischen Extruder und Pumpe
erfolgen muß, indem die Drehzahl des Extruders entsprechend
nachgestellt wird. Dadurch verliert man bei dem adiabatischen
Extruder die Möglichkeit, die Scherleistung und damit die
Aufschmelzleistung zu beeinflussen, um einerseits ausreichend
hohe Schmelzetemperaturen zu erzielen, eine Überhitzung
andererseits aber zu vermeiden.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, die Vorrichtung so auszugestalten,
daß das produzierte Ergebnis durch eine verbesserte Verfahrens
führung homogener wird.
Die Lösung der Aufgabe ergibt sich aus dem Kennzeichen von Anspruch 1 in Zuordnung zu dessen Oberbegriff.
Dabei ergibt sich, daß der Extruder "unterfüttert" gefahren
wird. Das heißt: Die Dosiereinrichtung ist so eingestellt,
daß der Extruder nicht vollständig gefüllt wird. Dadurch
ergibt sich die Möglichkeit, das Drehmoment des Extruders,
welches ein Maß für die Scherleistung ist, durch entspre
chende Verstellung der mittels der Dosiereinrichtung zuge
führten Menge des thermoplastischen Materials so zu verstel
len und einzustellen, daß vorgegebene Temperaturwerte erzielt
werden.
Das Drehmoment der Extruderschnecke kann z. B. durch Messung
des vom Antriebsmotor aufgenommenen Stroms gemessen werden.
Es erfolgt sodann eine Sollwertvorgabe des Stroms und die
zugeführte Menge des thermoplastischen Materials wird so ein
gestellt, daß der gemessene Strom dem Sollwert entspricht.
Eine weitere Beherrschung der Verfahrensführung wird dadurch
erzielt, daß auch die Temperatur der Schmelze entweder im
Endbereich des Extruders oder zwischen Extruder und Pumpe
oder hinter der Pumpe gemessen und die Sollwertvorgabe, die
das Drehmoment repräsentiert, also z. B. die Sollwertvorgabe
des Stroms des Antriebsmotors, so nachverstellt wird, daß die
Temperatur innerhalb der vorgegebenen Grenzen bleibt.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
beschrieben.
Die Vorrichtung zum Extrudieren thermoplastischer Massen
besteht aus
1. Dosiereinrichtung, 2. Extruder, 3. Filter, 4. Zahnrad
pumpe, 5. Extrusionswerkzeug.
Bei der Dosiereinrichtung 1 kann es sich z. B. um eine Förder
schnecke handeln, die durch einen Motor 7 angetrieben wird.
Die Dosiereinrichtung 1 wird über einen Trichter 8 mit einem Granu
lat des thermoplastischen Materials beschickt. Die Förder
schnecke ist so ausgelegt, daß keine oder nur eine geringfü
gige Plastifizierung und Erwärmung des thermoplastischen
Materials erfolgt. Durch ein Meßgerät 9 wird die Drehzahl des
Antriebsmotors 7 gemessen und mit einem vorgegebenen Sollwert
nsoll sowie einem weiteren Signal 11 verglichen. Das Ver
gleichssignal wird einem Leistungsregler 10 zur Ausregelung der
Drehzahl aufgegeben. Auf die Erzeugung und Bedeutung des
Signals 11 wird später eingegangen.
Das aus der Dosiereinrichtung 1 ausgetragene Granulat wird
über einen Trichter 12 dem Extruder zugeführt. Der Extruder 2 wird
durch einen Motor 13 mit hoher Drehzahl angetrieben. Die (nicht
dargestellte) Schnecke des Extruders 2 ist so ausgelegt, daß
bei der vorgegebenen hohen Drehzahl eine sehr hohe Scher
leistung erbracht werden kann. Daher ist der Extruder ohne
weitere Wärmezufuhr in der Lage, das zugeführte thermopla
stische Material aufzuschmelzen. Der Extruder arbeitet also
adiabatisch. Die Schmelze wird durch den Filter 3 gefiltert und
sodann durch die Zahnradpumpe gegen den hohen Druck des Extrusi
onswerkzeuges 5 z. B. als Folie 6 ausgetragen.
Die Schnecke des Extruders 2 benötigt an ihrem Ende keine
Druckaufbauzone und allenfalls eine kurze Homogenisierzone,
da beide Funktionen vor allem durch die nachfolgende Zahnrad
pumpe 4 erfüllt werden. Die Zahnpumpe 4 wird durch einen
nicht dargestellten Antriebsmotor über einen Leistungsregler 14 mit
konstanter Drehzahl angetrieben. Daher ist der Ausstoß der
Zahnradpumpe 4 sowie der gegen das Extrusionswerkzeug 5
erzeugte Schmelzedruck konstant.
Zwischen dem Ausgang des Extruders 2 und dem Filter 3 bzw. der Zahnradpumpe 4 ist ein
Drucksensor vorgesehen, durch den der Druck p1 bzw. p2 der aus dem
Extruder austretenden thermoplastischen Schmelze ermittelt
wird. Es sei hinzugefügt, daß der Druck verhältnismäßig nied
rig ist und z. B. 30 bar beträgt.
Das Meßsignal des Drucks wird über einen Wandler 15 einem
Regler 16 zugeführt. In dem Regler 16 wird zum einen der
Sollwert nsoll der Extruderdrehzahl und der gemessene Istwert
nmess der Extruderdrehzahl miteinander verglichen. Dabei wird
die Sollwertdrehzahl des Extruders durch ein
Drucksignal 17 nachgesteuert. Das entstehende Ausgangssignal 18 ist der
Strom, mit dem der Extrudermotor 13 beaufschlagt wird. Durch
diese Rückführung des Schmelzedrucks zwischen Extruder 2 und
Filter 3 wird bewirkt, daß der Druck vor dem Filter 3 kon
stant bleibt.
Der Strom Iist, der dem Extrudermotor 13 aufgegeben wird, ist
gleichzeitig ein Maß für die augenblickliche Scherleistung
des Extruders. Dieser Strom wird durch eine Meßeinrichtung 19
gemessen. Das Ausgangssignal Imess wird mit einem Sollwert
signal Isoll verglichen. Das Differenzsignal ist das bereits
zuvor erwähnte Signal 11, das gemeinsam mit dem Signal nmess
und dem Signal nsoll der Dosiereinrichtung aufgegeben wird.
Durch diese Rückführung des Drehmoment-Meßsignales auf den
Antrieb der Dosiereinrichtung wird erreicht, daß stets so
viel thermoplastische Masse dem Extruder zugeführt wird, daß
die Scherleistung des Extruders konstant bleibt. Durch Ein
stellung des Sollwertes des Drehmoments bzw. Stroms Isoll
kann die Scherleistung und damit auch die der thermopla
stischen Masse zugeführte Wärme und die in der thermopla
stischen Masse erzielte Temperatur eingestellt werden.
Zusätzlich ist auch eine Überwachung der Temperatur möglich.
Hierzu ist zwischen dem Extruderausgang und dem Filter 3 ein
Temperaturmeßelement vorgesehen. Das Temperatursignal tist
wird über einen Wandler in das Temperatursignal Tmess umge
formt. Das Temperatursignal Tmess wird mit dem eingestellten
Sollwert Isoll verglichen. Erst das Differenzsignal wird mit
dem Drehmoment-Meßwert Imess verglichen und zur Einstellung
der Drehzahl des Dosiergerätes benutzt. Die zugeführte
Dosiermenge wird also zusätzlich so eingestellt, daß eine
bestimmte Sollwert-Temperatur Tsoll erreicht wird.
Bezugszeichenliste
1 Dosiereinrichtung
2 Extruder
3 Filter
4 Zahnradpumpe
5 Extrusionswerkzeug
6 Folie
7 Antriebsmotor
8 Trichter
9 Meßgerät
10 Leistungsregler
11 Signal
12 Trichter
13 Extrudermotor
14 Leistungsregler
15 Wandler
16 Regler
17 Drucksignal
18 Ausgangssignal
19 Meßeinrichtung
20 Vergleichseinrichtung.
2 Extruder
3 Filter
4 Zahnradpumpe
5 Extrusionswerkzeug
6 Folie
7 Antriebsmotor
8 Trichter
9 Meßgerät
10 Leistungsregler
11 Signal
12 Trichter
13 Extrudermotor
14 Leistungsregler
15 Wandler
16 Regler
17 Drucksignal
18 Ausgangssignal
19 Meßeinrichtung
20 Vergleichseinrichtung.
Claims (4)
1. Vorrichtung zur Extrusion einer thermoplastischen Schmel
ze,
mit der Hintereinanderschaltung
einer Dosiereinrichtung zur dosierten Zuführung des
thermoplastischen Materials mit einstellbarer Dosierge
schwindigkeit (Menge pro Zeiteinheit),
eines Extruders zum Aufschmelzen des zugeführten thermo
plastischen Materials
und einer mit konstanter Drehzahl angetriebenen Zahnrad
pumpe zum Austragen der thermoplastischen Schmelze gegen
hohen Druck, wobei
der Schmelzedruck zwischen Extruder und Zahnradpumpe über
die Drehzahl des Extruders auf einen konstanten Wert
ausgeregelt wird und wobei
das Drehmoment der Extruderschnecke durch Verstellung der
Dosiergeschwindigkeit der Dosiereinrichtung auf einen
Drehmoment-Sollwert ausgeregelt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
zusätzlich die Schmelzetemperatur im Endbereich des
Extruders gemessen und durch Verstellung des Drehmoment-
Sollwertes in vorgegebenen Grenzen ausgeregelt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Schmelzetemperatur zwischen Extruder und Zahn
radpumpe gemessen wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Schmelzetemperatur hinter der Zahnradpumpe ge
messen wird.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Extruder ohne Wärmezufuhr adiabatisch betreibbar
ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3833776A DE3833776C2 (de) | 1987-10-08 | 1988-10-05 | Vorrichtung zur Extrusion einer thermoplastischen Schmelze |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3733979 | 1987-10-08 | ||
DE3833776A DE3833776C2 (de) | 1987-10-08 | 1988-10-05 | Vorrichtung zur Extrusion einer thermoplastischen Schmelze |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3833776A1 DE3833776A1 (de) | 1989-04-20 |
DE3833776C2 true DE3833776C2 (de) | 1995-11-23 |
Family
ID=6337854
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE3833776A Expired - Fee Related DE3833776C2 (de) | 1987-10-08 | 1988-10-05 | Vorrichtung zur Extrusion einer thermoplastischen Schmelze |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3833776C2 (de) |
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