用于挤压塑料材料的方法以及挤压机
专利汇可以提供用于挤压塑料材料的方法以及挤压机专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及用于通过 蜗杆 挤压 机(S)挤压塑料材料的方法，其中在至少一个蜗杆(2)的进入区域(EB)中的至少一个 位置 处和/或在壳体(1)的 熔化 区域(A)中测量待挤压的材料的第一压 力 (P1)，在所述位置处或在所述熔化区域中，塑料材料聚集成团和/或变软，并且尚未熔化、尤其是尚未完全熔化，和/或尚未作为熔液均匀分布。根据本发明，规定：根据所测量的第一压力(P1)来测量或调节对所述挤压机(S)的材料供给和/或其装料量。，下面是用于挤压塑料材料的方法以及挤压机专利的具体信息内容。
1.用于通过蜗杆挤压机(S)挤压塑料材料的方法，其中在至少一个蜗杆(2)的进入区域(EB)中的至少一个位置处和/或在壳体(1)的熔化区域(A)中，测量待挤压的材料的第一压力(P1)，在所述位置处或在所述熔化区域中，塑料材料聚集成团和/或变软，并且尚未熔化或尚未完全熔化，和/或尚未作为熔液均匀分布，其特征在于，根据所测量的第一压力(P1)测量或调节对所述挤压机(S)的材料供给和/或其装料量。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，根据所测量的第一压力(P1)测量或调节至少一个蜗杆(2)的转速。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，在所述壳体(1)的一个区域(A)中测量所述第一压力(P1)，在所述区域中，所述蜗杆(2)的内径(D)开始变大和/或所述蜗杆(2)的螺纹深度(G)开始减小。
4.根据权利要求1至3中任一项的方法，其特征在于，在所述蜗杆(2)的进入区域(E)中在至少一个位置处或在所述壳体(1)中的一个区域中测定第二压力(P2)，在所述进入区域中，所述蜗杆(2)具有保持不变的内径(D)；和/或在所述位置处或在所述壳体(1)的区域(E)中测量所述第二压力(P2)，在所述位置处或在所述区域中，塑料材料具有对应于其维卡温度(Tc)±15％Tc的温度，其中必要时所述第二压力测量信号(P2)，必要时在相应加权之后，尤其是为了考虑装料量的快速变化，而与所述第一压力测量信号(P1)关联，并且所述第一压力测量信号和所述第二压力测量信号共同用于调节所述挤压机(S)的装料和/或用于调节所述蜗杆(2)的转速。
5.根据权利要求1至4中任一项的方法，其特征在于，测量待挤压的材料对所述壳体(1)的内壁施加的压力(P1，P2)，其中对所述压力(P1，P2)的测量在壳体内壁表面(12)的附近区域中或者在壳体内壁表面(12)上进行。
6.根据权利要求1至5中任一项的方法，其特征在于，根据所述第一压力测量信号(P1)以及必要时根据所述第二压力测量信号(P2)在物料量方面进行调节地供料给所述挤压机(S)，以便从切割压紧装置或者反应器(R)或者储存容器中回收利用预先规定的塑料材料、尤其是塑料废料；和/或在挤压之前向所述塑料材料中添加颜料、掺合物、填充料、纤维、软化剂和/或漂白剂。
7.根据权利要求1至6中任一项的方法，其特征在于，根据所述第一压力测量信号以及必要时根据所述第二压力测量信号(P1，P2)适当调节装料量和/或所述蜗杆(2)的转速，使得在所述壳体(1)中实现或调节为恒定的装填度和/或恒定的堆积密度，和/或在确定出压力(P1，P2)减小时，增加装料量和/或减小所述挤压机(S)的转速。
8.根据权利要求1至7中任一项的方法，其特征在于，将所述第一压力测量信号(P1)必要时经调节器提供给控制单元(4)，通过所述控制单元来控制装料单元(13)或进行调节的调节元件或调节马达(3)。
9.根据权利要求1至8中任一项的方法，其特征在于，尤其在挤压聚烯烃时，从所述蜗杆(2)的螺纹深度(G)开始减小的位置起，在L＝(1至16)D、优选L＝(4至10)D的范围内，测量所述第一压力测量信号(P1)，和/或从装料开口(11)的下游边缘(9)起，在L＝(0.1至10)D、尤其是L＝(0.5至5)D的距离范围内，测量所述第二压力测量信号(P2)；或者在挤压具有高内能的部分结晶的材料、例如聚酰胺时，从所述装料开口(11)的下游边缘(9)起，在L＝(1至20)D、尤其是L＝(5至15)D的距离或范围内，测量所述第一压力测量信号(P1)。
10.尤其是用以实施根据权利要求1至9中任一项所述的方法的用于塑料材料的挤压机，具有至少一个在壳体(1)中旋转的蜗杆(2)，且具有尤其从上方或者从一侧通入所述壳体的、用于材料装填的装料开口(11)，其中在所述蜗杆(2)的进入区域(EB)中设置至少一个压力测量单元(6，7)，用于测定所述壳体(1)中所装填的材料施加的第一压力(P1)，其中在所述壳体(1)的一个位置处或一个区域(A)中设置第一压力测量单元(6)，在所述位置处或所述区域中，塑料材料聚集成团和/或变软，并且尚未熔化，或者尤其是尚未完全熔化，和/或尚未作为熔液均匀分布，其中压力测量信号被提供给控制单元(4)，其特征在于，所述控制单元(4)根据所述压力测量信号(P1)来调节所述挤压机的装料单元(13)或者所述蜗杆(2)的装料量。
11.根据权利要10的挤压机，其特征在于，所述第一压力测量单元(6)设置在所述蜗杆(2)的区域(A)中，在所述区域中，所述蜗杆(2)的内径(D)开始变大和/或所述蜗杆(2)的螺纹深度(G)开始减小。
12.根据权利要求10或11的挤压机，其特征在于，至少一个第二压力测量单元(7)设在在所述装料开口(11)的下游侧的所述壳体(1)的一个位置处或一个区域(E)中，在所述区域中，所述蜗杆(2)具有保持不变的内径(D)，和/或在所述位置处或在所述区域中，塑料具有对应于其维卡温度(Tc)±15％Tc的温度。
13.根据权利要求10至12中任一项的挤压机，其特征在于，所述压力测量单元(6，7)设置在所述壳体(1)的内部表面(12)的区域中或者内壁表面(12)上；和/或各压力测量装置(6，7)连接在一个控制单元(4)上，通过所述控制单元可调节所述挤压机(S)的预设的装料单元(13)以及必要时所述蜗杆(2)的预设的驱动单元(15)；和/或所述压力测量装置(6，7)的压力测量信号(P1，P2)被提供给一个控制单元(4)，所述控制单元连接到所述驱动单元(15)或所述挤压机蜗杆(2)的马达上，并且调节所述驱动单元(15)或所述马达的转速。
14.根据权利要求10至13中任一项的挤压机，其特征在于，尤其对于挤压具有高内能的部分结晶的材料、例如聚酰胺，从所述装料开口(11)的下游边缘(9)起，在L＝(1至20)D、尤其是L＝(5至15)D的距离范围内，设置所述第一压力测量单元(6)；或者尤其对于挤压聚烯烃，从所述装料开口(11)的下游边缘(9)起，在L＝(1至16)D、优选L＝(4至10)D的距离范围内，设置所述第一压力测量单元(6)；和/或从所述装料开口(11)的下游边缘(9)起，在L＝(0.1至10)D、尤其是L＝(0.5至5)D的距离范围内，设置所述第二压力测量单元(7)。
15.根据权利要求10至14中任一项的挤压机，其特征在于，在所述挤压机(S)前面连接用于塑料材料的供料单元(14)、例如储料器或者切割压紧装置或者反应器；并且在所述供料单元(14)和所述挤压机(S)之间设置由所述控制单元(4)调节的装料单元(13)，和/或所述装料单元(13)具有闭锁单元，尤其是可由调节元件或马达(3)调节的闸板(8)或者可调节的挡板，通过所述闭锁单元，可以根据提供给所述控制单元(4)的压力测量信号来改变所述装料开口(11)的或者装填接管的横截面；和/或作为所述挤压机(S)的装料单元(13)，设置螺旋输送器或回转式给料器，其装填量尤其可通过由所述控制单元(4)对其转速的控制或者改变来改变；和/或所述供料单元(13)的卸料管路直接连接在所述蜗杆(2)的壳体(1)的装料开口(11)上。
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的方法以及一种根据权利要求3的前序部分所述的挤压机。
由US 4,500,481 A公开了一种开头部分所述类型的方法或挤压机。在这种挤压机前面设置一个填料蜗杆，其用于对提供给挤压机的塑料材料进行加热，而不是用于调节供料数量。对所提供的塑料材料进行加热，以便实现均匀的挤压，但不根据压力测量信号调节供料数量。
在回收利用由塑料材料构成的废料或产品废料的过程中，输入材料的堆积密度在大范围内强烈地波动，如向挤压机的装料开口进料一样。例如在PET瓶用研磨物料情况下堆积密度在200kg/m3和600kg/m3之间波动；在PET膜情况下堆积密度在20kg/m3和300kg/m3之间波动。
即使在挤压机前面设置切割压紧装置或者反应器或者准备单元，也不能在所有情况下均匀堆积密度，从而实现挤压机蜗杆的相同的供料。对于蜗杆的设计或者对于挤压步骤，堆积密度或者所获得的蜗杆填充度是决定性的参数。对于一定的堆积密度调节蜗杆填充度并由此获得良好的挤压结果通常并不很困难。但在堆积密度变化或者波动时使蜗杆的填充度保持恒定并且由此在蜗杆的已规定的转速或者蜗杆的所期望的尺寸情况下获得良好的挤压结果，例如高度平均的物料通过量、低的熔化温度、良好的均化性能、蜗杆的稳定的压力形成，是困难得多的。
在准备塑料材料的确定方案中，使用具有相对较小的蜗杆直径的、快速运转的挤压机，从经济角度来看是必要的，并且从技术角度来看是可实现的。虽然蜗杆直径较小(较小的挤压机)，但借助这种单元可以实现高的物料通过量，并且由此构建更经济的挤压机。因为在大多数情况下待挤压的材料不是以易流动的颗粒状提供给挤压机的，所以在此采取措施以使对挤压机蜗杆的材料供给保持得尽可能均匀是有意义的。对于这种快速运转的蜗杆重要的是，以足够的量提供待挤压的塑料材料，因为在蜗杆未足够填充的情况下会出现塑料热过载或者热氧化过载。
根据本发明，所述问题在开头部分所述类型的方法中通过权利要求1的特征部分中所记载的特征得以解决。
根据本发明，开头部分所述类型的挤压机的特点是权利要求10的特征部分中所记载的特征。
已表明，通过根据本发明的方案，可以在一定程度上使蜗杆壳体的或者挤压机蜗杆的进入区域中的堆积密度或填充度保持恒定，使在待准备的塑料材料熔化的区域中蜗杆的填充度保持恒定。第一压力信号的所选择的测量地点可以实现精确的测量。
根据本发明，可以相互独立地调节或者彼此协调材料供给和/或装料量，其方式是，相应地分析处理所测量的压力信号。根据本发明，可以加工不同的塑料材料，而不必对蜗杆的形式或尺寸提出高要求。因此也可以通过同一挤压机快速高效地熔化和挤压不同质量和不同组分的塑料材料，尤其是在根据所测量的压力来测量或者调节至少一个蜗杆的转速的时候。
除装料量外，根据本发明的方案还由此考虑到所装填的塑料材料的堆积密度、滴流特性、流动特性和装料压力KSW。
根据权利要求3的特征来测量第一压力信号是有利的。所述压力信号提供关于装料需求或蜗杆的装填度的精确值。有足够的时间来匹配或改变蜗杆壳体的装料量，以便均衡下降或上升的压力，而不会出现已熔化的塑料材料的温度或压力的过大的波动。所述压力信号也可用于调节蜗杆的转速；如果确定出压力下降，则可以降低蜗杆的转速。尤其是可以通过增加装料或降低蜗杆转速的组合，来进一步改善已熔化的塑料材料的挤压的恒定性，尤其是在所述塑料材料是充分碾碎的、预压实的或预加工的时候。
有利地规定，至少在蜗杆的进入区域中在蜗杆具有保持不变的内径的壳体位置处或壳体区域中，测定第二压力，和/或在塑料材料具有对应于其维卡温度(Tc)±15％Tc的温度的壳体位置处或壳体区域中，测定第二压力，其中必要时第二压力测量信号必要时在相应加权之后，尤其是为了考虑装料量的快速变化，而与第一压力测量信号关联，并且第一压力测量信号和第二压力测量信号共同用于调节挤压机的装料和/或用于调节蜗杆的转速。因此获得第二压力测量信号，通过所述第二压力测量信号可以提高装料的准确度。在此符合目的的是，根据第一压力测量信号以及必要时根据第二压力测量信号在物料量方面进行调节地供料给挤压机，以便从切割压紧装置或者反应器或者储存容器中回收利用预先规定的塑料材料、尤其是塑料废料，和/或在挤压之前向塑料材料中添加颜料、掺合物、填充料、纤维、软化剂和/或漂白剂；根据第一压力测量信号以及必要时根据第二压力测量信号适当调节蜗杆的转速，使得在壳体中实现或调节为恒定的装填度和/或恒定的堆积密度，和/或在确定出压力减小时，增加装料量和/或减小挤压机的转速。如此便存在多种应用可能，并且可以快速地检测和均衡挤压机壳体的装料的不均匀性。
感测或获取压力测量信号的位置的数量是任意的。如果对于第一或第二压力测量值分别存在多个传感器可供使用，则可以平均地或者加权地关联由传感器输出的测量值。为此也存在一个控制单元，用于分析处理压力测量信号，借此调节挤压机的装料单元和/或用于挤压机蜗杆的驱动单元。相应地，根据权利要求8的特征是有利的。
在根据本发明的方案中，可以在挤压之前直接向塑料中添加颜料、掺合物、填充料、纤维、软化剂和/或漂白剂
此外，塑料材料以何种形式存在是无关紧要的。在此可以是塑料碎屑、塑料薄膜、塑料块、塑料颗粒或者是已预加工的塑料材料，其例如从切割压紧装置或者反应器装填到挤压机中。
对于简单、稳固并且运行可靠的机构有利的是，在挤压机前面连接一个用于塑料材料的供料单元、例如储料器或者切割压紧装置或者反应器，并且在供料单元和挤压机之间设置由控制单元调节的装料单元。
同样可行的是，设置螺旋输送器或回转式给料器作为挤压机的装料单元，其装填量尤其可通过由控制单元根据所测量的第一压力对其转速的控制或者改变来改变。设置在这种供料单元和挤压机之间的装料单元是可以借助其受调节地向挤压机装填塑料材料的单元。以何种方式进行所述调节是完全无关紧要的；必需的是，所述调节可以良好地响应由控制单元输出的控制信号，并且相对短暂地增加或者减少蜗杆壳体的装料。蜗杆的驱动也应以相应的方式快速响应由控制单元输出的控制信号。在确定出压力减小时，增加装料量和/或降低挤压机的转速对于简单精确的调节是有利的。
以下根据附图详细地阐述本发明，在附图中示意性地示出具有相应连接的单元的挤压机。
挤压机蜗杆2可旋转地支承在壳体1中。挤压机蜗杆2具有通过5表示并且带有相应的螺纹深度G的螺距。在挤压机壳体1中构造有装料开口11，经由所述装料开口，可以通过示意性示出的装料单元13装填待挤压的塑料材料。供料单元14例如储料器、切割压紧装置或者反应器向装料单元13供给塑料材料。从供料单元14向装料单元13的塑料材料供给或者从装料单元13向装料开口11的塑料材料供给可通过任意的方式进行。装料单元13的卸料口直接连接在装料开口11上是有利的。
在壳体1的内壁上，在蜗杆2的进入区域EB中设置有压力传感器6、7，通过所述压力传感器接收或者获得压力测量信号P1、P2，所述压力测量信号被提供给控制单元4。根据这些压力信号可以由控制单元4控制蜗杆2的驱动单元15，以调节蜗杆2的转速和/或调节装料单元13，以控制经由装料开口11装填的塑料量。
压力传感器6、7设置在区域EB中或者壳体1的内壁表面12上，以便测量由装料单元13装填的或者待挤压的材料对壳体1的内壁12施加的压力。
在壳体1的至少一个位置处或者区域A中测量第一压力P1，在所述至少一个位置处或者在所述区域A中，塑料材料聚集成团或者变软并且尚未尤其是尚未完全熔化或者尚未作为熔液均匀分布，也就是说，有利地在熔化区域A的起始处测量第一压力P1。因此，在壳体1的区域A中测定第一压力P1，在所述区域A中，蜗杆2的内径D开始变大，或者蜗杆2的螺纹深度G开始减小。
有利的是，在壳体1的一个位置处或者一个区域E中设置至少一个第二压力测量单元7，在所述区域中，蜗杆2具有保持不变的内径D。
实践表明，符合目的的是，在壳体1的所述位置处或者所述区域E中测量第二压力P2，在所述位置处或者在所述区域中，塑料材料具有处于通过维卡温度(Tc)±15％Tc规定的范围内的温度。
作为压力测量单元，使用能够经受所出现的温度和可能的压力峰值的传感器，尤其是压电系统、压限系统(piezorestriktive System)或者基于膨胀测量条纹的系统。
通过所测量的第一压力测量信号P1可知，所供给的塑料材料在蜗杆2的进入区域A中是否已经获得相应的稠度，也就是说，几乎但尚未完全熔化或者尚未完全均匀化。对此区域中的压力确定给出了关于蜗杆2的进入区域EB的填充度和蜗杆2自身的精确的信号信息。因此，设置在熔化区域A中的压力测量单元6的信号作为挤压机蜗杆2的装料单元13或驱动装置15的重要的调节信号。
此外可以考虑第二压力测量信号P2，所述第二压力测量信号关于波动的堆积密度或波动的填充度在时间上相对快速地变化，并且因此可以在控制单元4中与第一压力测量信号P1相关联。
符合目的的是，控制单元4具有调节器，尤其是PID调节器，其控制装料单元13或者驱动装置15。
对于精确的调节有利的是，尤其在挤压聚烯烃时，从蜗杆2的螺纹深度G开始减小的位置起，在L＝(1至16)D、优选L＝(4至10)D的范围内，测量第一压力测量信号P1，和/或从装料开口11的下游边缘9起，在L＝(0.1至10)D、尤其是L＝(0.5至5)D的距离范围内，测量第二压力测量信号P2，或者在挤压具有高内能的部分结晶的材料、例如聚酰胺时，从装料开口11的下游边缘9起，在L＝(1至20)D、尤其是(5至15)D的距离或范围内，测量第一压力测量信号P1。
在此，从装料开口11的下游边缘9起，测量长度L。已表明，压力测量单元7设置在此区域内可以实现由蜗杆的螺距5输送的塑料材料的良好的装料均匀性，因为所述信号可以识别蜗杆壳体1的过多或者过少装料的趋势。相应地进行压力测量单元的布置。
特别地，第二压力测量信号P2用于及时的分析，或者也可以采取紧急措施，在蜗杆2的进入区域中的填充度被视为不足时，这些紧急措施是必要的。第二压力测量信号P2是关于不均匀装料的快速信号，因为通过所述压力测量单元可以良好地并且快速地识别所装填的塑料材料的堆积密度变化。
装料单元13的样式可以是任意的。可以规定，装料单元13包括闭锁单元，尤其是可由调节元件或马达调节的闸板8或可调节的挡板，通过所述闭锁单元，可以根据提供给控制单元4的压力测量信号P1、P2来改变装料开口11或者装填接管的横截面，如在附图中示例性示出的那样。
此外可以规定，设置螺旋输送器或回转式给料器(Zellradschleuse)作为挤压机S的装料单元13，其装填量尤其可通过由控制单元4控制或者改变其转速来改变。
为了实现从装料单元13精确地装填塑料材料，只要借助闸板进行调节，就可以进行电子的路径测量或者电子的闸板位置测量，以便能够精确地调整通孔。类似地控制回转式给料器，可以相应地监视或者控制所述回转式给料器的开启和关闭。
所测量的压力信号P1、P2可以在相应的预处理例如滤波之后提供给控制单元4或者输出给PID调节器。
已表明，在使用根据本发明的方案的情况下，塑料材料的装料量或者通过量或者通过传统挤压机的挤压量，与迄今的物料通过量相比有所提高，因为可以更均匀地或者始终以足够高的装料度进行蜗杆的装料。由此可以提高蜗杆的转速，并且提高挤压机的物料通过量。特别地，所述方案良好地适用于以薄片形式供货的相对整洁的塑料材料的预加工(Aufbereitung)。
原则上可行的是，根据本发明的方法也可用于具有多个蜗杆的挤压机或者双蜗杆挤压机。
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