DE2251769B2

DE2251769B2 - Verfahren und Vorrichtung zur Regelung einer Anlage zur Herstellung eines Stranges aus keramischer Masse

Info

Publication number: DE2251769B2
Application number: DE19722251769
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. 6302 Lich Leisenberg
Original assignee: MANFRED LEISENBERG INGENIEURBUERO fur KERAMISCHE INDUSTRIE 6312 LAUBACH
Current assignee: MANFRED LEISENBERG INGENIEURBUERO fur KERAMISCHE INDUSTRIE 6312 LAUBACH
Priority date: 1972-10-21
Filing date: 1972-10-21
Publication date: 1975-02-13
Also published as: IT998762B; FR2204312A5; DE2251769C3; NL7313463A; DE2251769A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Art.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

In der keramischen Industrie werden zur Erzeugung endloser Materialstränge Strangpressen (Extruder) verwendet, welche als Walzenpressen, Schnekkenpressen und neuerdings auch als Scheibenpressen ausgebildet sinJ.

Die Produktionsleistung einer Presse als Formgebungseinheit wird hierbei maßgeblich durch die Geschwindigkeit des Stranges bestimmt, welcher durch die Presse erzeugt wird. Für jede Produktionskette gibt es nämlich eine optimale Stranggeschwindigkeit, bei der die Kapazität des schwächsten Gliedes gerade voll genutzt ist. In der keramischen Formgebung ist dieses gewöhnlich der Abschneider oder die nachfolgende Transportautomatik. Wird die optimale Stranggeschwindigkeit unter- oder überschritten, so fällt die Leistung der Produktionskette ab, da in einem Fall die Kapazität nicht ausgenutzt wird, und im anderen Fall Störungen auftreten, die Stillstandszeiten zur Folge haben. Es genügt hier nicht, im Mittelwert die optimale Stranggeschwindigkeit zu erreichen, da die Störungen bereits bei kurzzeitigen Stranggeschwindigkeitsspitzen auftreten. Weiterhin steigt die Schnittgenauigkeit des Abschneiders mil der Konstanz der Stranggeschw;ndigkeit.

Die Steuerung der Stranggeschwindigkeit erfolgt derzeit hauptsächlich über die Materialzufuhr für die Presse (US-PS 2 484 506), die selbst mit konstanter Drehzahl angetrieben wird. Auf diese Weise ist jedoch nur eine im Mittel konstante Stranggeschwindigkeit zu erreichen, sofern es gelingt, die Materialzufuhr konstant zu hallen. Ein befriedigendes Ergebnis ist hierbei nicht zu erzielen, da eine Synchronisation zwischen der Materialzufuhr mit dem Materialstranc nicht vorgenommen wird. Ist aber keine Synchronisation vorhanden, so fährt die Presse in kurzer Zeit voll bzw. sie läuft leer. Das eigentliche Problem der Stranggeschwindigkeitsregelung liegt somit nicht in der Erzielung einer bestimmten Stranggeschwindigkeit, sondern in der Erzielung eines konstanten Füllungsgrades der Strangpresse, welcher notwendige Voraussetzung für ein einwandfreies Arbeiten der Strangpresse bei einer bestimmten Stranggeschwindigkeit ist.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung einer Anlage der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, das bei einfachem Aufbau eine zuverlässige Regelung sowohl des Förderelementes der Strangpresse als auch der Beschickungsvorrichtung und somit eine Synchronisation erlaubt.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei dem Verfahren durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Zur Regelung der Materialzuführung zu dem Förderelement ist es dabei angebracht, das Drehmoment des Antriebsmotors oder dessen Drehzahl zu messen.

Die gestellte Aufgabe wird ferner durch eine Vorrichtung mit den im Patentanspruch 3 aufgeführten Merkmalen gelöst.

Das Verfahren bzw. die Vorrichtung nach der Erfindung zur Anwendung dieses Verfahrens ermöglicht es somit auf einfache Weise, die Stranggeschwindigkeit mittels der Drehzahl des Förderelementes zu zu regeln, wobei der Füllungsprad konstant oder innerhalb der zulässigen Grenzen gehalten wird. Der Füllungsgrad kann auch über das Drehmoment des Förderelementes oder eine abgeleitete Größe gemessen und durch eine entsprechend geänderte Materialzufuhr geregelt werden. Es ist aber auch möglich, den Füllungsgrad in der Weise über die Materialzufuhr zur regeln, daß sich eine bestimmte Förderelementdrehzahl einstellt.

Der Bauaufwand, der erforderlich ist, um einen oder zwei zusammenwirkende, aus handelsüblichen Bauteilen zusammengesetzte Regelkreise zu bilden, ist äußerst gering. Dennoch ist gewährleistet, daß eine Produktionskette wirtschaftlich optimal arbeitet, ohne daß dazu das Bedienungspersonal in den Betriebsablauf eingreifen muß, und daß eine Anwendbarkeit bei nahezu allen bekannten Förderelementen gegeben ist.

Zur Regelung der Materialzufuhr zu dem Förderclement der Strangpresse in Abhängigkeit von dem Drehmoment, der Drehzahl oder einer anderen Meßgröße des Antriebsmotors des Förderelementes ist es angebracht, dem Antriebsmotor des Förderelementes einen Strom- oder Spannungswandler zuzuordnen, der mit einem Drehzahlsteller in Verbindung steht,

der unmittelbar oder über Zwischenglieder beispielsweise in Form eines Stellgliedes an den Antriebsmotor der Fördervorrichtung anzuschließen ist.

Zur Erläuterung des Verfahrens bzv.. der Vorrichtung zur Anwendung dieses Verfahrens seien die wichtigsten Kriterien und Zusammenhänge, die bei einer Pressenförderung zu beachten sind, fonnelmäßie dargestellt.

Der Förderstrom F eines als Schnecken-, Walzenoder Scheibenpresse ausgebildeten Förderelementes ist nach der Formel

(1) F = C₁-Ti ψ (m³/'sec.)

zu bestimmen. C₁ ist hierbei die Maschinenkonstante, η die Drehzahl des Förderelementes und q der Füllungsgrad des Förderelementes der Presse.

In der Konstanten C₁ sind alle Eigenschaften der Maschine und des Fördergutes enthaken. C₁ kann nur in kleinen Bereichen und über einen beschränkten Zeitraum als konstant angesehen werden, da hierin auch der Förderwirkungsgrad enthalten ist, welcher wiederum abhängig von der Drehzahl und dem Füllungsgrad ist. Weiterhin ändert sich mit der Zeit der Verschleißzustand der Maschine und auch das plastische Verhalten des Materials durch schwankenden Wassergehalt. Diese Änderungsgeschwindigkeiten sind jedoch groß gegenüber der Dauer der Regelungsvorgänge. Weiterhin ist eine Linearität der Zusammenhänge nicht notwendige Voraussetzung zur Funktion der Regelung, so daß diese vereinfachte Darstellung ausreichend ist.

Zwischen dem Förderstrom und dem zugeführten Materialstrom Z besteht näherungsweise folgender Zusammenhang:

(2) Z= F + C,

d/

(nvVsec),

wobei C, die Maschinenkonstante der den Materialstrom zuführenden Fördervorrichtung ist.

Eine Änderung der Materialzufuhr bei konstanter Förderelementdrehzahl bewirkt also zunächst eine Änderung des Füllungsgrades. welche wiederum eine Änderung de*. Förderstromes zur Folge hat. Die neue Stranggeschwindigkeit stellt sich also erst nach Ablauf eines Ausgleichsvorganges ein, so daß ein schnelles Eingreifen über die Materialzufuhr unmöglich ist.

Sehr viel schneller läßt sich dagegen die Stranggeschwindigkeit des ausgebrachten Fördergutes über die Drehzahl des Förderelementes beeinflussen. Hier wird die Zeitkonstante praktisch nur vom maximalen Drehmoment der Antriebsmaschine und des Trägheitsmomentes bestimmt. Insbesondere kann eine Reduzierung der Drehzahl bei Stranggeschwindigkeitsspitzen sehr schnell erfolgen.

Das eigentliche Problem einer derartigen Regelung liegt jedoch darin, daß im zeitlichen Mittel die Materialzufuhr gleich dem Förderstrom sein rnuß, da die Strangpresse nur eine begrsMizte Speicherkapazität aufweist. Dies bedeutet, daß der Füllungsgrad der Strangpresse im zeitlichen Mittel konstant gehalten werden muß. Dazu ist eine meßbare Größe notwendig, welche eine Aussage über den Füllungsgrad liefern kann.

In der Annahme, daß zur Ausbringung einer bestimmten Förderleistung eine bestimmte mechanische Leistung aufgewendet werden muß, erfolgt bei sinkender Drehzahl notwendigerweise ein Anstieg des Drehmomentes an der Antriebswelle der Strangpresse.

(3) N_mech = n-M_d

Vergleicht man die Formeln (3) und (1), so erkennt man, daß bei sinkender Drehzahl auch der Füllungsgrad ansteigt. Es besteht also ."in Zusammenhang zwischen Drehmoment und Füllungsgrad in der

ίο Weise, daß bei konstantem Förderstrom jedem Füllungsgrad ein Drehmomentwert zugeordnet ist. Es ist hierbei unerheblich, ob der Zusammenhang zwischen Füllungsgrad und Drehmoment linear ist.

Aus der Formel (1) läßt sich eine weitere Größe ableiten, welche eine Aussage über den Füllungsgrad zuläßt. Ist der Förderstrom konstant, so gehört zu jedem Füllungsgrad eine bestimmte Drehzahl des Förderelements. Die notwendige Drehzahl ist hierbei dem Füüungsgrad umgekehrt proportional. Auch hier ist eine Linearität des Zusammenhanges nicht notwendig.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

Die mit 1 bezeichnete, schematisch dargestellte Anlage in Form einer Produktionskette zur Erzeugung eines Stranges 2, der in einer nicht gezeigten Maschine weiterverarbeitet wird, besteht hierbei im wesentlichen aus einem Beschicker 3 und einer Strangpresse 7 mit einer Förderschnecke als Förderelement 7'. der das zu dem Strang 2 zusammenzupressende Material 10 über ein Förderband 6 zugeführt wird. Der Beschicker 3 und das Förderelement T sind mit getrennten Antriebsmotoren 4 bzw. 7 ausgestattet, die über Riementriebe 5 bzw. 9 mit diesen in Triebverbindung stehen.

L'm den Füllungsgrad der Strangpresse 7 bzw. des Förderelementes 7' durch Verändern der Antriebsdrehzahl des Motors 8 und/oder der Menge des zugeführten Materials 10 möglichst konstant halten zu

können, sind zwei zusammenwirkende Regelkreise 21' und 21" vorgesehen — die selbstverständlich auch als ein Regelkreis angesehen werden können —, durch die die erforderlichen Regelgrößen ermittelt und den jeweiligen Stellgliedern zugeleitet werden.

Dazu wird zunächst die Geschwindigkeit des von dem Förderelemcnt T der Strangpresse 7 erzeugten Stranges 2 mittels eines auf diesem laufenden Tachometergenerators 22 gemessen, und dessen Signal wird über eine Leitung 24 einem Vergleicher 23 zugeleitet, in den ein durch den Pfeil 25 gekennzeichneter Sollwert eingegeben ist. Die sich aus dem Soll-Ist-Wert-Vergleich ergebende Stellgröße wird sodann über die Leitung 27 einem der Antriebsmotoren 8 vorgeschalteten Stellglied 26 zugeleitet, durch das dessen An-

triebsdrehzahl über die Leitung 28 verändert wird.

Besonders gut geeignet ist für den Antrieb des Förderelementes 7' ein drehzahlgesteuerter Gleichstrommotor, da sich bei diesem die Drehzahl und das Drehmoment auf einfache Weise aus der Ankerspannung und dem Ankerstrom herleiten lassen.

Dem Antriebsmotor 8 vorgeschaltet ist ferner ein in die Leitung 28 eingesetzter Strom-oder Spannungswandler 29. von dem der aufgenommene Strom gemessen und über eine Leitung 31 einem weiteren Vergleicher in Form eines Drehzahlstellers 30 zugeleitet und dort mit dem durch den Pfeil 32 gekennzeichneten Sollwert für den Füllungsgrad im Förderelement T verglichen wird. Das Ausgangssignal des

Vergleichers 30 gelangt über die Leitung 34 zu einem Drehzahlsteller 33 als Stellglied, durch den über die Leitung 35 der Antriebsmotor 4 des Beschickers 3 beeinflußt wird. Auf diese Weise ist es möglich, die Fördergeschwindigkeit des Beschickers 3 und/oder des Förderbandes 6, die zusammen die Fördervorrichtung bilden, über die Drehzahl des Antriebsmotors 4 zu verändern, um somit den Füllungsgrad des Förderelementes 7' zu regeln.

Soll der Füllungsgrad des Förderelementes 7' über dessen Drehzahl geregelt werden, so ist der Stromwandler 29 durch einen Spannungswandler zu ersetzen. Der Sollwert des Vergleichers 30 wird in diesem Fall durch die gewünschte Drehzahl des Förderelementes 7' gebildet.

Um die Geschwindigkeit des Stranges 2 konstant zu halten, ist es auf einfache Weise leicht möglich, das Förderelement T kurzfristig in seiner Förderleistung zu beeinflussen. Dazu werden lediglich die Antriebsdrehzahlen der Antriebsmotoren 4 und/oder 8 geändert, so daß Störfaktoren, wie z. B. unterschiedliehe Beschaffenheit des Materials 10, zuverlässig ausgeglichen und eine rasche Regelung sowie eine optimale Arbeitsweise der Anlage 1 gewährleistet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Regelung einer Anlage zur Herstellung eines Stranges aus keramischer Masse, bestehend aus Beschicker, Förderglied und Strangpresse, insbesondere zur Regelung der Stranggeschwindigkeit, wobei die Antriebsdrehzahl des Förderelementes der Strangpresse durch einen elektrischen und/oder hydraulischen Regelkreis geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung der Materialzufuhr die Drehzahl oder das Drehmoment des Förderelements (7') gemessen, mit einem Sollwert verglichen und die sich ergebende Stellgröße unmittelbar oder über Zwischenglieder dem Antriebsmoto/ (4) der Fördervorrichtung (3, 6) zugeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung der Materialzuführung zu dem Förderelement (7') das Drehmoment des Antriebsmotors (8) oder dessen Drehzahl gemessen wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Antriebsmotor (8) des Förderelements (7') der Strangpresse (7) ein Gleichstrommotor vorgesehen ist, dem ein von einem Soll-Ist-Wert-Vergleicher (23) beeinflußbarer Gleichstromsteller vorgeschaltet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Antriebsmotor (8) des Förderelements (7') ein Strom- oder Spannungswandler (29) zugeordnet ist, der mit einem Drehzahlsteller (30) verbunden ist, der unmittelbar oder über Zwischenglieder, beispielsweise in Form eines Stellgliedes, an üen Antriebsmotor (4) der Fördervorrichtung (3, 6) angeschlossen ist.