DD252793A5 - Verfahren und vorrichtung zur ueberwachung von schneckenextrudern - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ueberwachung von Schneckenextrudern. Beim Betrieb von Schneckenextrudern zur Verarbeitung von Kautschuk und/oder Kunststoffmischungen treten Stoerungen und unter Umstaenden schwere Folgeschaeden auf, wenn Fremdkoerper mit dem Verarbeitungsgut in den Extruder eingetragen werden, die Zerstoerungen an den Extrudereinbauten herbeifuehren. Um diese Schaeden zu vermeiden, wird eine Moeglichkeit angegeben den Extruder fruehzeitig abzuschalten, und zwar sofort, wenn eine entsprechende Gefahr erkennbar wird. Dazu wird das Antriebsdrehmoment, das die Extruderschneckenwelle aufnimmt, laufend mit dem Massedruck in der zu verarbeitenden Mischung verglichen. Sobald diese Vergleichswerte nicht mehr den sich aus Aenderungen der uebrigen Betriebskenngroessen, wie Drehzahlerhoehung der Extruderschnecke, Viskositaetserhoehung der Mischung, Temperaturherabsetzung der Temperiermedien, Volumenanstieg der im Extrudereinlauf eingezogenen Mischung oder dgl. ergebenden bekannten Abhaengigkeiten folgen, wird der Extruder selbsttaetig abgeschaltet, da eine Stoerung durch Fremdkoerper anzunehmen ist. Zur Erfassung des Drehmoments wird eine Drehmomentmesswelle verwendet oder eine ihm proportionale Messgroesse herangezogen. Der Massedruck wird durch Massedruckaufnehmer im Verarbeitungsgut, etwa in einem Stift eines Stiftzylinders bei einem Stiftextruder ermittelt. Figur
Description
Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung von Schneckenextrudern
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung von -Schneckenextrudern insbesondere mit Stiftzylindern für die Verarbeitung von Kautschuk- und/oder Kunststoffmischungen«
Beim Betrieb von Schneckenextrudern kommt es leider von Zeit zu Zeit vor, daß Fremdkörper, insbesondere Metallteile, zusammen mit der Mischung in den Extruder hineingefördert werden, die dann, je nach Form und Größe der Fremdkörper* Verformungen und Gswaltbrüche der Schneckenstege verursachen. Die abgebrochenen Stegteile verursachen wiederum in der Regel schwere Folgeschäden, die eine weitere Fertigung mit dem Extruder häufig unmöglich machen, obwohl die Primärschäden meistens nicht so groß sind. Dies gilt insbesondere für Extruder mit Stiftzylindern, die mit einer Stiftanordnung von radial vom Gehäuse in den Schneckenraum in Unterbrechungen der Schneckenstege hineinragenden Stiften versehen sind, die sog. Stiftextruder, die sich in den letzten Oahren auf dem Extrudermarkt immer stärker durchgesetzt haben. Die höhere Ausstoßleistung dieser Extruder und niedrigere Extrudattemperatur als bei den herkömmlichen Extruderanlagen sind
hierfür die maßgebenden Gründe«
Ein Extruder mit Stiftbruchüberwachung ist aus der DE-PS 32 21 472 bekannt* Der Nachteil der darin beschriebenen Vorgehensweise besteht in der Notwendigkeit * eine Vielzahl von Stiften mit einem einen Stiftbruch signalisierenden Mittel präparieren zu müssen, um sorgfältig die Anlage überwachen zu können· Wenn man bedenkt, daß ein Stiftextruder mehr als 100 Stifte besitzen kann, ist es einleuchtend, daß die Kosten für eine solche Stiftbruchüberwachung ganz erheblich sein müssen· Auch die Vielzahl der Verbindungen zwischen den Stiften und der Antriebsabschalteinrichtung sind anfällig für Betriebsstörungen durch Beschädigung von außen.
Ziel der Erfindung ist es» die Gebrauchswerteigenschaften von Schneckenextrudern auf kostengünstige Weise zu erhöhen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das es ermöglicht, in einfacher Weise derartige Schäden, und damit vor allem auch die Folgeschäden, zu verhindern und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu entwickeln»
Um diese Nachteile zu vermeidenr ist bei der Lösung der gestellten Aufgaben von der Erkenntnis ausgegangen worden, die im Schaltschrank der Energieversorgung des Ex-
truders vorhandenen Größen wie Strom, Spannung und Drehzahl für eine Überwachung verwenden und außerdem bewährte Meßtechnik einsetzen zu können.
Weiterhin ist von der Überlegung ausgegangen, daß Drehmomenterhöhungen am Schneckenschaft eines Extruders folgende Ursachen haben können:
a) Fremdkörper,in der Mischung, insbesondere Metallteile, die sich im Stiftzylinderbereich verklemmen
b) Drehzahlerhöhung der Extruderschnecke
c) Viskositätserhöhung der Mischung
d) Temperaturherabsetzung der Temperiermedien
e) Volumenanstieg der im Extrudereinlauf eingezogenen Mischung·
Versuche haben gezeigt» daß die Ursachen b) bis e) gleichzeitig zu einer Drehmomenterhöhung auch eine Massedruckänderung im Extruder bewirken, so daß es möglich ist, Ursache a) aus einer Gesamtdrehmomenterhöhung auszufiltern.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe derart gelöst, daß der Massedruck der Mischung im Extruder als Vergleichswert für die Drehmomentübertragung zwischen der mit Mischung gefüllten Extruderschnecke und der Zylinderwandung verwendet wird, und zwar in der Weise, daß der am Schneckenschaft gemessene Drehmomentverlauf oder eine dem Dreh-
momentverlauf proportional, verlaufende Meßgröße mit dem 'Verlauf der aus dem Massedruck ermittelten Vergleichswerte verglichen wird, daß, wenn der Drehmomentverlauf am Schnecksnschaft und der aus dem Massedruck ermittelte Verlauf nicht übereinstimmen, dies als ein Maß für eine Drehmomentänderung durch Fremdkörper oder dgl, in der Mischung verwendet wird und daß eine so bedingte Drehmomenterhöhung am Schneckenschaft der Extruderschnecke eine Betriebsstörungsmeldung und/oder die Abschaltung der Extruderanlage auslöst♦ Vorteilhafterweise sollte der Massedruck mit einem elektrischen Massedruckaufnehmer gemessen werden. Ebenso ist vorteilhaft, wenn für die Beurteilung , .ob eine Drehmomenterhöhung infolge von Fremdkörpern in der Mischung vorliegt, der Gleichstromverlauf des Extruderantriebsmotors mit dem Massedruckverlauf im Extruderverlauf verglichen wird, und daß die notwendige Voraussetzung für ein Abschalten der Extruderanlage aufgrund von Fremdkörpern in der Mischung das Auftreten eines Gleichstromanstiegs ohne einen entsprechenden Massedruckanstieg ist und für die.Beurteilung, ob eine ausreichende Bedingung für ein Abschalten der Extruderanlage vorliegt, die zeitliche Änderung der Meßwerte (dl/dt bzw. dp/dt), Niveauänderung der Meßwerte sowie Extruderdrehzahländerung berücksichtigt werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Massedruckaufnehmer in einem Zylinderstift eines Stiftzylinders angeordnet ist. Vorteilhafterweise sollte der Massedruckaufnehmer in der ersten Zylinderstiftreihe nach dem Einlauftrichter des Extruders angeordnet sein. Ebenso ist vorteilhaft, wenn als Extruderantrieb ein Gleichstrommotor mit einem Tachogenerator an
der Motorwelle vorgesehen ist» und daß der Gleichstromvsrlauf des Extruderantriebsmotors als die dam Drehmomentverlauf proportional verlaufende Meßgröße dient. Vorteilhaft ist auch, wenn eine Drehmomentmeßwelle am Extruderantriebsmotor vorgesehen ist, die dem Drehmomentverlauf am Schneckenschaft entsprechende Meßgrößen liefert. Weiterhin ist vorteilhaft» wenn zur Erfassung und Speicherung der Meßwerte Massedruck, Gleichstrom, Drehzahl eine auf elektronischer Datenverarbeitung basierende Rechenanlage vorgesehen ist« Darüber hinaus ist vorteilhaft, wenn die Speicherung der Meßdaten in der Rechenanlage in der Art einer endlosen Schleife erfolgt, so daß immer die letzten Meßdaten innerhalb einer je nach Speicherkapazität und Abtastzeit frei wählbaren Zeitspanne für eine Auswertung zur Verfugung stehen.
Zur Erfassung des Gesamtdrehmoments kann eine Drehmomentmeßwelle verwendet werden. Einfacher ist es, eine dem Gesamtdrehmoment proportionale Meßgröße zu verwenden. Besonders geeignet hierfür ist der Gleichstrom eines Gleichstromantriebs, wie er heute bei den Extruderanlagen üblich ist.
Die Zeitdifferenz zwischen der Erfassung des Gesamtdrehmoments und der Druckänderung infolge der Ursachen b) bis e) ist so klein, insbesondere wenn der Massedruckaufnehmer in der ersten Stiftreihe in Förderrichtung untergebracht ist, daß die Anlage rechtzeitig abgeschaltet werden kann» wenn Ursache a) vorliegt, d. h. um Folgeschäden zu vermeiden.
2 IF Λ ^ -. Q —
Bei der Beurteilung der Meßdaten» ob der Fall a) vorliegt, werden insbesondere deren Gradienten miteinander verglichen» Aber auch Mittelwerte und Maximalwerte der vorhergehenden Meßwerte können für die Beurteilung herangezogen werden.
Denkbar ist auch» daß alle Fahrwerte einer Mischung in einem Testlauf gespeichert werden und als Vergleichsmuster für einen späteren automatischen Betrieb dienen,
Schwankungen der Meßdaten innerhalb einer bestimmten Bandbreite bleiben in der Bewertung unberücksichtigt» Grundlage für diese Bandbreite sind die kontinuierlich gespeicherten Meßdaten«
Die Erfassung und Auswertung der Meßwerte erfolgt durch einen elektronischen Rechner»
Die erfindungsgemäße Lösung soll nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnung, die eine erfindungsgemäße Extrusionsanlage in schematischer Darstellung wiedergibt» näher erläutert werden.
Die Extruderanlage 1 besitzt ein dreiteiliges zylindrisches Gehäuse mit der Zylinderwandung 2, in dem sich eine Extruderschnecke dreht. Die Extruderschnecke mit verlängertem Schneckenschaft 3 wird von einem Extruderantriebsmotor 4 über eine elektrische Drehmomentmeßwelle 5 angetrieben* Der Extruderantriebsmotor 4 wird über eine Verbindung 7 von einem Schaltschrank 8 mit Strom versorgt.
Z Ί
Am Extruderantriebsmotor 4 ist ein Tachogenerator 6 zur Ermittlung der Motordrehzahl angeflanscht. Das Meßsignal des Tachogenerators 6 wird über eine Verbindung 7a dem Schaltschrank 8 zugeführt und von dort einer elektronischen Rechenanlage 9 eingegeben« Diese erhält auch das Meßsignal der Drehmomentmeßwelle 5 über eine Leitung 10. Der Einlaufteil 11 des Gehäuses mit der Zylinderwandung ist mit einem Einlauftrichter 12 zur Einspeisung der zu verarbeitenden Mischung 13 versehen· Im mittleren Teil des Gehäuses mit der Zylinderwandung 2, der als Stiftzylinder 14 ausgebildet ist, sind Zylinderstifte 15 angeordnet. In einen der Zylinderstifte 15 ist ein Massedruckaufnehmer 15a eingesetzt. Das Meßsignal des Massedruckaufnehmers 15a wird über eine Leitung 16 ebenfalls der Rechenanlage 9 eingegeben, die bei Drehmomenterhöhung durch Fremdkörper in der Mischung den Extruder abschaltet.
Claims (9)
1. Verfahren zur Überwachung von Schneckenextrudern insbesondere mit Stiftzylindern für die Verarbeitung von Kautschuk und/oder Kunststoffmischungen» dadurch gekennzeichnet,
- daß der Massedruck der Mischung im Extruder als Vergleichswert für die Drehmomentübertragung zwischen der mit Mischung gefüllten Extruderschnecke und der Zylinderwandung (2) verwendet wird* und zwar in der Weise,
- daß der am Schneckenschaft gemessene Drehmomentverlauf oder eine dem Drehmomentverlauf proportional verlaufende Meßgröße mit dem Verlauf der aus dem Massedruck ermittelten Vergleichswerte verglichen wird,
- daß, wenn der Drehmomentverlauf am Schneckenschaft und der aus dem Massedruck ermittelte Verlauf nicht übereinstimmen» dies als ein Maß für eine Drehmomentänderung durch Fremdkörper oder dgl. in der Mischung verwendet wird und
- daß eine so bedingte Drehmomenterhöhung am Schnekkenschaft (3) der Extruderschnecke eine Betriebsstörungsmeldung und/oder die Abschaltung der Extruderanlage (1) auslöst* '
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Massedruck mit einem elektrischen Massedruck-
2a 5.87- '436C8-'
aufnehmer (15a) gemessen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Beurteilung,, ob eine Drehmomenterhöhung infolge von Fremdkörpern in der Mischung vorliegt, der Gleichstromverlauf des Extruderantriebsmotors (4) mit dem Massedruckverlauf im Extruderverlauf verglichen wird», und daß die notwendige Voraussetzung für ein Abschalten der Extruderanlage (1) aufgrund von Fremdkörpern in der Mischung das Auftreten eines Gleichstromanstiegs ohne einen entsprechenden Massedruckanstieg ist und für die Beurteilung, ob eine ausreichende Bedingung für ein Abschalten der Extruderanlage (1) vorliegt, die zeitliche Änderung der Meßwerte (dl/dt bzw. dp/dt), Niveauänderung der Meßwerte sowie Extruderdrehzahländerung berücksichtigt werden.
4. Vorrichtung zur Überwachung von Schneckenextrudern, dadurch gekennzeichnet t daß der Massedruckaufnehmer (15a) in einem Zylinderstift eines Stiftzylinders (14) angeordnet ist.
5» Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Massedruckaufnehmer (15a) in der ersten Zylinderstiftreihe nach dem Einlauftrichter (12) des Extruders angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Extruderantrieb ein Gleichstrommotor mit einem Tachogenerator (6) an der Motorwelle vorgesehen ist, und daß der Gleichstromverlauf
des Extruderantriebsmotors (4) als dia dem Drehmomentverlauf proportional verlaufende Meßgröße dient.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drehmoraentmeßwelle (5) am Extruderantriebsmotor (4) vorgesehen ist, die dem Drehmomentverlauf am Schneckenschaft (3) entsprechende Meßgrößen liefert.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung und Speicherung der Meßwerte Massedruck, Gleichstrom, Drehzahl eine auf elektronischer Datenverarbeitung basierende Rechenanlage (9) vorgesehen ist*
9» Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherung der Meßdaten in der Rechenanlage (9) in der Art einer endlosen Schleife erfolgt, so daß immer die letzten Meßdaten innerhalb einer je nach Speicherkapazität und Abtastzeit frei wählbaren Zeitspanne für eine Auswertung zur Verfügung stehen.
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