AT511550B1 - Vorrichtung zur regelung des unterdruckes in kalibrierwerkzeugen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung des Unterdrucks in Werkzeugen (2, 2', 3) zur Kalibrierung von extrudierten Profilen (1) aus Kunststoff mit mindestens einer Vakuumpumpe (7), einem Vakuumbehälter (8) und mit mindestens einem Steuerventil ( 4, 4') zur Einstellung des Unterdrucks im Werkzeug (2, 2', 3). Ein besonders geringer Energieverbrauch und ein verbessertes Regelverhalten wird dadurch erreicht, dass das Steuerventil als Servoventil ausgebildet ist, das über eine Steuerleitung (5, 5') mit dem Werkzeug (2, 2', 3) verbunden ist. Zur Verbesserung der Qualität des kalibrierten Profils ist vorgesehen, das rückfließende Kühlwasser und das Vakuum getrennt zu fördern und mittels einer Wasserstandniveauregelung (14) zu verhindern, dass Luft in die Wasserrücklaufleitung (11) gelangt.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur präzisen Regelung des Unterdruckes in Werk¬zeugen zur Kalibrierung von extrudierten Kunststoffprofilen mit mindestens einer Vakuumpum¬pe, einem Vakuumbehälter und einem Steuerventil zur Einstellung des Unterdruckes im Kalib¬rierwerkzeug.

[0002] Die gegenständliche Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein verbessertes Systemzur automatisierten präzisen Regelung der Vakuumversorgung von Kalibrierwerkzeugen undautomatisierten Anpassung der Wassermenge an den tatsächlichen Bedarf zur Erzielung dererforderlichen Kühlleistung bei der Herstellung von Profilen aus Kunststoff im Extrusionsverfah¬ren. Kalibrierwerkzeuge für Kunststoffprofile dienen zum definierten Abkühlen und Formgebendes in einer Extrusionsdüse geformten Profilstranges und umfassen mindestens ein Trockenka¬librierwerkzeug und mindestens einen Kalibriertank (Nasskaliber), der ebenfalls unter Vakuum,jedoch mit einem vom Trockenkalibrierwerkzeug abweichenden Vakuumniveau, gesetzt werdenkann. Zur Erzeugung des Vakuums ist mindestens eine Vakuumpumpe vorgesehen, die mitdem Kalibrierwerkzeug in Verbindung steht und das Vakuumniveau im Trockenkaliber bzw. imKalibriertank wird mittels eines Regelventils auf den vorgewählten Sollwert geregelt.

[0003] Dem Stand der Technik entsprechen Systeme, bei denen ein oder mehrere Trockenka¬librierwerkzeuge bzw. Nasskaliber mit einer oder mehreren Vakuumpumpen in Verbindungstehen; das Vakuumniveau wird mittels Zufuhr von Luft in das Vakuumsystem geregelt. Für jedeVakuumregelzone ist eine Vakuumpumpe und ein Luftzufuhrventil erforderlich. Nachteilig beiderartigen Systemen wirken sich der hohe Energieverbrauch (ein Großteil der zur Erzeugungdes Vakuums benötigten Energie wird mittels der Luftzufuhr in das Vakuumsystem vernichtet)und die enorme Geräuschentwicklung aus. Zur Kühlung der Kalibrierwerkzeuge sind Systememit einer Zentralwasserversorgung bzw. mit je Kalibrieranlage eingebauter Versorgungspumpebekannt, die unabhängig vom tatsächlichen Kühlungsbedarf auf Nennleistung eingestellt sind.

[0004] Zur Reduzierung der Energieverluste wurden Systeme mit regelbaren Ventilen undeinem Zentralvakuum vorgeschlagen, beispielsweise in der AT 006 407. Bei diesen Systemenwerden mehrere Vakuumpumpen an ein in die Anlage integriertes Zentralvakuumsystem ange¬schlossen und von dort aus mehrere Vakuumregelzonen mit Vakuum versorgt. Die Regelungdes Vakuum erfolgt dabei in der Weise, dass für jede Vakuumregelzone ein regelbares Ventilvorgesehen ist, welches manuell oder automatisiert angesteuert werden kann, sodass über eineQuerschnittsveränderung des wirksames Durchströmquerschnittes im Ventil eine Beeinflussungdes Vakuumniveaus erfolgt. An den Zentralvakuumtank sind ein oder mehrere Vakuumpumpenangeschlossen. Ist mehr als eine Vakuumpumpe angeschlossen, dann kann bei derartigenSystemen der Energieverbrauch dadurch beeinflusst werden, dass im Zentralvakuumtank dasVakuumniveau durch zu- / abschalten von einzelnen Vakuumpumpen sprungweise das Vaku¬umniveau an die tatsächliche Bedarfssituation angepasst werden kann. Nachteilig wirken sichbei derartigen Systemen aus: [0005] · die Tatsache, dass die Regelventile nach jedem Zu- / Abschalten von Vakuumpum¬ pen neu eingestellt werden müssen, was einen zusätzlichen permanenten Überwa-chungs- und Manipulationsaufwand für das Bedienpersonal bedeutet; [0006] · die mangelnde Feinfühligkeit der Vakuumniveaueinstellung, da die Leistung zur Va¬ kuumerzeugung nur durch zu- / abschalten von einzelnen Pumpen erfolgt; [0007] · der mangelnde Einsparungseffekt an Leistungsbedarf, da sämtliche aktiven Vakuum¬ pumpen jeweils im Vollastbetrieb arbeiten.

[0008] Kühlungssysteme auf der Basis ungeregelter Förderpumpen (Kreiselpumpen) fördernunabhängig vom tatsächlichen Bedarf an Kühlleistung mit konstanter Leistung, wobei der nicht-benötigte Anteil als Blindförderleistung verloren geht.

[0009] Eine Lösung, die die oben beschriebenen Nachteile teilweise vermiedet, ist in der US5,340,295 A beschreiben. Dieses System ist jedoch sehr aufwändig und komplex und weist ein sehr unbefriedigendes Regelverhalten auf.

[0010] Ein weiterer Nachteil bekannter Systeme wirkt sich vor allem bei der Hochleistungsext¬rusion aus. Bei der Herstellung von hochqualitativen Hohlkammerprofilen aus Kunststoff imHochleistungsbereich, das sind Extrusionsgeschwindigkeiten von über 5m/ min werden an dieVakuumversorgung besondere Anforderungen gestellt. Bereits geringfügige Schwankungen desVakuumniveaus im Trocken- bzw. Nasskaliber führen zur Beeinflussung der Maßhaltigkeit desProfils.

[0011] Aufgabe der gegenständlichen Erfindung ist es, diese Nachteile zuverlässig zu vermei¬den und ein System zu beschreiben, mit dem ein wesentlich geringerer Energieverbrauch er¬reichbar ist bei gleichzeitig verbessertem Regelverhalten.

[0012] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das Steuerventil zwischendem Vakuumbehälter und dem Werkzeug angeordnet und als Servoventil ausgebildet ist, dasüber eine Steuerleitung mit dem Werkzeug verbunden ist, und dass ein Mittel vorgesehen ist,das zur Regelung des Wasserstandsniveaus auf einen Sollpegel eingestellt ist und dass eineEinmündung der Wasserabsaugleitung unterhalb eines Sollpegels und eine Einmündung derVakuumleitung oberhalb dieses Sollpegels vorgesehen ist. Diese regelbaren Ventile sind alsServoventile ausgeführt, die eine Vakuumniveauvorgabe erhalten und einen permanentenDruckabgleich mittels einer Sensorleitung ausführen. Im Nasskaliber erfolgt die Ableitung desKühlwassers getrennt vom Vakuum. Mittels einer Niveauregelung im Nasskaliber bzw. einemZwischenventil wird verhindert, dass Luft in die Wasserabsaugleitung bzw. gelangt und zuDruckschwanken führen kann, die sich auf dem extrudierten Profil als "Schläge" bemerkbarmachen können. Damit ist ein konstantes Vakuumniveau beim Verbraucher gewährleistet,unabhängig von Druckschwankungen im System. Auf diese Weise ist es möglich, für jedeneinzelnen Verbraucher im System (Kalibrierzone) ein definiertes Vakuumniveau zu garantieren.Die Erzeugung des Vakuums erfolgt über eine leistungsgeregelte Vakuumpumpe, deren Dreh¬zahl automatisch an die jeweils aktuelle Situation angepasst wird. Auf diese Weise entsteht eingeschlossenes System mit einem sehr geringen Energieverbrauch, der um ca. 50 - 85 % ge¬genüber herkömmlichen Systemen geringer ist.

[0013] Für die Kühlwasserversorgung ist eine drehzahlgeregelte Förderpumpe vorgesehen,deren Regelsignale von der tatsächlich benötigten Fördermenge und dem erforderlichen Kühl¬wasserdruck vorgegeben werden.

[0014] Besonders günstig ist es im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung, wenn einegetrennte Absaugung aus dem Nasskaliber vorgesehen ist, nämlich eine Wasserabsaugleitungund eine Vakuumleitung. Die Vakuumleitung ist mit dem Vakuumsystem in Verbindung undprimär dafür vorgesehen, den nötigen Unterdrück im Nasskaliber durch Absaugung von Luftherzustellen. Die Wasserabsaugleitung fördert primär Wasser und stellt auf diese Weise daserwünschte Wasserniveau im Nasskaliber her. Überraschenderweise kann durch diese Ma߬nahme eine wesentliche Verbesserung der Qualität der Regelung erzielt werden.

[0015] Besonders vorzugsweise ist im Nasskaliber ein Mittel zur Regelung des Wasserstands¬niveaus vorgesehen, das insbesondere als Schwimmerschalter ausgebildet sein kann. Aufdiese Weise können die Druckverhältnisse besonders konstant eingestellt werden, um dieMaßhaltigkeit und Genauigkeit des extrudierten Profils zu erhöhen. In diesem Zusammenhangist es weiters günstig, wenn das Mittel zur Regelung des Wasserstandsniveaus auf einen Soll¬pegel eingestellt ist und dass die Einmündung der Vakuumleitung oberhalb des Sollpegelsangeordnet ist und die Einmündung der Wasserabsaugleitung unterhalb des Sollpegels ange¬ordnet ist. Auf diese Weise wird weitgehend sichergestellt, dass in den genannten Leitungenweitgehend einphasige Medien vorliegen.

[0016] Alternativ ist es möglich, dass für die Wasserabsaugung aus dem Nasskaliber ein Zwi¬schenbehälter vorgesehen ist, der mittels der Vakuumleitung und der Wasserabsaugleitung mitdem Vakuumtank verbunden ist. Auf diese Weise kann die erforderliche Leistung der Wasser¬pumpen reduziert werden.

[0017] In der Folge wird die vorliegende Erfindung anhand der in den Figuren 1 bis 5 dargestell¬ten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

[0018] Es zeigen [0019] Fig. 1 schematisch eine Extrusionsanlage von der Seite mit der erfindungsgemäßen

Vorrichtung, [0020] Fig. 2 eine Extrusionsanlage in axonometrischer Darstellung von oben, [0021] Fig. 3 eine Extrusionsanlage von oben, [0022] Fig. 4 eine Detaildarstellung der Niveauregelung im Nasskaliber in Schnittdarstellung gemäß Schnittlinie A-A in Fig. 3 und [0023] Fig. 5 eine weitere Ausführungsvariante einer Extrusionsanlage in Seitenansicht mit einer Wasserstandniveauregelung im Nasskaliber.

[0024] In Fig. 1 ist ersichtlich, dass ein Kunststoffprofil 1 zunächst wie üblich durch Trockenkali¬berwerkzeuge 2, 2' und anschließend durch einen oder mehrere Nasskaliber(-werkzeuge) 3geführt wird. Vakuumpumpen 7, die mit einem Vakuumbehälter 8 verbunden sind, erzeugenden erforderlichen Unterdrück.

[0025] Steuerventile 4, 4' sind über Saugleitungen 6, 6' mit den Trockenkaliberwerkzeugen 2, 2'bzw. mit dem Kalibriertank (Nasskaliber) 3 verbunden, um den erforderlichen Unterdrück zumKalibrieren im Inneren dieser Bauteile herzustellen. Zu jedem Steuerventil 4, 4' gehört eineSteuerleitung 5, 5', die das Werkzeug 2, 2', 3 mit dem jeweiligen Steuerventil 4, 4' verbindet. DieSteuerleitungen 5, 5' dienen dazu, die Servoventile, die als Membranventile ausgebildet sind,anzusteuern, um die Funktionalität als Steuerventil 4, 4' zu gewährleisten. Neben dem Vaku¬umsystem ist in an sich bekannterWeise ein Kühlwassersystem 10, 10' innerhalb der Extrusi¬onsanlage 12 vorgesehen. Das Werkzeugsystem ist auf dem Werkzeugträger 13 der Extrusi¬onsanlage 12 aufgebaut. Aus dem Nasskaliber 3 wird das Kühlwasser, welches über die Zulei¬tungsöffnung 10' zugeführt wird, mittels der Wasserabsaugleitung 11 abgesaugt.

[0026] Figuren 3 und 4 zeigen eine bevorzugte Variante einer Wasserstandniveaureglung 14,ausgeführt als Schwimmerschalter, um sicherzustellen, dass ausschließlich Kühlwasser in dieWasserabsaugleitung gelangt.

[0027] Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsvariante einer Wasserstandniveauregelung, beste¬hend aus der Wasserabsaugleitung 11, einem Zwischentank 17, der mit Vakuum aus demVakuumbehälter 8 mittels der Versorgungsleitung 15 versorgt wird und der fortgesetzten Was¬serabsaugleitung 16, mittels der das rückfließende Kühlwasser in den Vakuumbehälter 8 ge¬saugt wird.

Claims (7)

1. Patentansprüche 1. Vorrichtung zur Regelung des Unterdruckes in Kalibrierwerkzeugen (2, 2', 3) zum Kalibrie¬ren von extrudierten Kunststoffprofilen (1) mit mindestens einer Vakuumpumpe (7), einemVakuumbehälter (8) und mit einem Steuerventil (4, 4') zur Einstellung des Unterdruckes imWerkzeug (2, 2', 3), dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (4, 4') zwischen demVakuumbehälter (8) und dem Werkzeug (2, 2', 3) angeordnet und als Servoventil ausgebil¬det ist, das über eine Steuerleitung (5, 5') mit dem Werkzeug (2, 2', 3) verbunden ist, unddass ein Mittel (14) vorgesehen ist, das zur Regelung des Wasserstandsniveaus auf einenSollpegel eingestellt ist und dass eine Einmündung der Wasserabsaugleitung (11) unter¬halb eines Sollpegels und eine Einmündung der Vakuumleitung (6') oberhalb dieses Soll¬pegels vorgesehen ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Servoventil als Memb¬ranventil ausgebildet ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (4,4') ein Mittel zur Einstellung des Unterdruckes aufweist.
4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vaku¬umpumpe drehzahlgeregelt ist.
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass aus demNasskaliber (3) das rückfließende Kühlwasser und das Vakuum getrennt abgesaugt wer¬den mittels der Wasserabsaugleitung (11) und der Vakuumleitung (6').
6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Nass¬kaliber (3) ein Mittel (14) zur Regelung des Wasserstandniveaus vorgesehen ist, das vor¬zugsweise als Schwimmerschalter ausgeführt ist.
7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass für dieWasserabsaugung aus dem Nasskaliber (3) ein Zwischenbehälter (17) vorgesehen ist, dermittels der Vakuumleitung (15) und der Wasserabsaugleitung (16) mit dem Vakuumtank (8)verbunden ist. Hierzu 3 Blatt Zeichnungen