調整造粒機刀片的預應力的方法和裝置的制作方法

專利名稱：調整造粒機刀片的預應力的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及預應力調整方法，通過該預應力，造粒機的造粒機頭的一個裝在一由馬達驅動的并可軸向移動的軸上的刀片抵靠在孔板上，使要造粒的物質且尤其是熱塑性材料穿過孔板的孔，其中為了該調整而利用了馬達扭矩。另外，本發明涉及實現這種方法的裝置。
背景技術：
關于水下造粒機，從歐洲專利EP 418941A2中知道了一種前言所述類型的方法，其中利用造粒軸的驅動馬達的功率損耗來調整在刀片旋轉期間內出現的流體動力的大小。
在造粒機的情況下，眾所周知的是，熔體流或塑化物從孔板的孔中流出并被旋轉的造粒刀片切斷成粒狀。根據造粒機的類型，切斷后的部分(顆粒)可以直接冷卻(水下造粒)或通過在切斷過程中產生的離心力被拋入冷卻介質中。所述冷卻介質可以是空氣(空氣造粒)或水(水環造粒)。為對低粘性化合物進行造粒，刀片必須無縫隙地可靠地抵靠在孔板上，為此，刀片就必須被緊壓在孔板上。在這種情況下，眾所周知地借助彈簧或借助液壓裝置或氣動裝置來實現這種壓緊，或者使造粒軸前移向孔板，從而使刀片通過因彎曲而產生的預應力被緊壓在孔板上。但是，已知設計方案均有缺點。彈簧易于疲勞和斷裂，而液壓系統或氣動系統則成本較高。在使其彎曲的同時緊壓刀片的方式也不可靠，因為該刀片在工作過程中不斷磨損，結果，接觸壓力也隨之變化。

發明內容
本發明的目的是如此改進前言所述類型的方法，即實現了可靠且盡可能均勻地將刀片壓在造粒機孔板上，在這種情況下，力求獲得盡可能有利的刀片磨損量、孔板磨損量及馬達的功率損耗量。根據本發明，如此實現該目的，即軸在兩個軸向上連續在等速下進行調整，在這兩個方向上的位移路線范圍里記錄下馬達扭矩變化情況，由此獲得dM/dx值，其中x表示軸位移量，然后將dM/dx為0時的軸位置確定為X0，最后從該位置x0起，設定一個位置x＝x0+xz，其中xz表示軸朝向孔板的理想前進距離。在這種情況下，本發明基于以下由試驗確認的認識，即在造粒機產量不變且造粒軸轉速不變時，造粒軸驅動馬達的扭矩在造粒軸的一特定前進位置處最小并且當在兩個方向上離開所述最小位置時增大。通常，這個最小位置X0是造粒刀片剛好無壓力地抵靠接觸到孔板的位置。但實際上，因為由于有制造允許公差和流出孔板的熔體流的壓力而需要造粒刀片的微小壓力，所以無法保持這個造粒刀片和孔板的磨損從理論上講是最小的位置。造粒刀片的這個特定預應力取決于正在加工的材料，該材料通常是塑性材料，但也可以由其它糊狀物質如食品物質如面粉糕餅或殼等構成。另外，所述特定預應力取決于加工條件。因此，必須視在各種情況下的特殊情況來定。如果這是以本發明的方式發生的，則實現了刀片可靠壓在孔板上，進而獲得了令人滿意的造粒質量和較低的能量消耗以及刀片和孔板的較小磨損，因為通過根據該方法適當地自由選擇預應力，可以延長造粒刀片的使用壽命。通過當前的加工參數，也可以在操作期間內控制預應力并改變它們。這種可變的加工參數的例子就是產量和正加工的材料且尤其是塑性材料的類型。同樣，通過根據該方法來進行連續調整，可以補償造粒刀片的磨損。
根據本發明方法的另一個實施例，在兩個軸向上，在對應于dM/dx的兩個預定極限值δ、ε的兩個位置x1和x2之間進行軸的位移，其中δ＜0，而ε＞0。因為這樣選擇的兩個極限值δ、ε保證了在這兩個位置x1和x2之間一定存在著dM/dx＝0的位置x0，所以保證了加工的可靠性。
在本發明的方法中，這樣的進程是有利的，即在形成dM/dx微分之前通過一低通濾波器來濾波該馬達的扭矩圖形。低通濾波器用于使測量馬達扭矩并將其轉換成電氣輸出信號的裝置的輸出信號變平。
根據本發明方法的一個優選實施例，為了能夠適應造粒過程中存在的情況變化，該方法過程是這樣的，即以一定的時間間隔重復進行測量并隨之進行預應力的調整。
用來實現本發明方法的本發明裝置基于帶有如擠出機的孔板的設計，至少一個由造粒機的造粒機頭裝載的刀片通過預應力抵靠在孔板孔上，該造粒機頭通過一個軸支承在造粒機內，該軸可以在造粒機內軸向移動并且被馬達驅動地繞自身軸線旋轉，為馬達扭矩的時間圖形設置一個傳感器，該傳感器的輸出信號影響一個用于使軸移動的啟動驅動裝置。在這種設計的基礎上，本發明裝置的特征是，該啟動驅動裝置與一個形成微分dM/dx的裝置以及一個決定dM/dx＝0時的桿位置(x0)的裝置相連。這樣一來，該啟動驅動裝置在本發明方法的意義上受到控制。
在這種情況下，使用于馬達扭矩的時間圖形的傳感器的輸出信號變平的裝置且尤其是一個低通濾波器與所述傳感器相連，以避免由傳感器輸出信號中的波峰導致的測量結果失真。
根據本發明裝置的一個優選實施例，為了能夠在延長的操作期間內觀察到最有利的方法條件，設置一個用于按預定時間間隔重復進行測量的輸入單元。這個輸入單元可以自動或手動地并且有利地按照自由選擇的時間間隔來啟動。


參考附圖中的實施例來詳細地圖接說明并解釋本發明。
圖1表示與造粒軸移動位置有關的并由計算機確定的造粒軸驅動馬達扭矩的理想化圖形。
圖2表示實測決定的扭矩值和其在位移路線中的微分曲線。
圖3表示用于軸向控制造粒刀軸的控制單元的框圖。
圖4表示造粒機的一個縱截面。
具體實施例方式
在本發明方法的情況下，測定并估算造粒機馬達21(參見圖3和4)的功率消耗。以下關系適用于此在常數n＞0的情況下，P＝f(M)。
其中，P表示馬達功率消耗，M表示馬達扭矩，它由以下部分構成M＝Midiling+Mfriction+Mgap+Mplastics material+Msection其中，Msection是根據熔體流截面的反作用力矩，Midiling是根據機械設計(包含軸承摩擦力和氣體動力)產生的反作用力矩，Mfriction是根據造粒刀片在孔板上的摩擦所產生的反作用力矩，Mgap是因切割間隙與變厚的熔體層摩擦所產生的反作用力矩，Mplastics material是由流出的塑性材料造成的反作用力矩(包含加速力和切割力，即決定該壓出操作的特定系數)。
如果首先考慮不同的操作狀態，則結果(A)操作狀態一對于位置x＞0(x...造粒軸位移路線)，在造粒軸轉速不變的情況下有不變的輸出量。在圖1下方(c)中示出了此操作狀態，其中刀片11壓在孔板8上(圖1(b)表示刀片11無壓力地抵靠在孔板8上，x＝0)。
在此操作狀態下，類似條件適用于干燥工作狀況(沒有熔體)。壓力增大導致摩擦力矩增大。在以上論述的基礎上，以下條件適用于造粒刀片，其中R表示因壓力而造成的切向摩擦力，μ表示摩擦系數，r表示刀片頭長度，而N表示造粒刀片壓力。
如果R＝μ·N，則對x＞0來說，產生了R＝f(x)。
如果Mfriction＝R·r且r為常數，則對x≥0來說，Mfriction＝f(x)；對x＞0來說，Mfriction＞0；對x≤0來說，Mfriction＝0。
(B)操作狀態二在造粒軸轉速不變的情況下，對位置x＜0來說，有不變的輸出量。
此操作狀態如圖1(a)所示。
由實驗結果可知，造粒刀片11與孔板8之間間隙64的加寬導致扭矩增大。由于切割縫隙較寬，所以需要更的力來切斷熔體流。沉積在造粒孔板8操作面上的熱融物質65的增多還增大了在造粒刀片與孔板之間的摩擦系數。
對造粒刀片來說，力F對因切割縫隙和在造粒孔板上的熔體層加厚而增大的可觀察到的摩擦力的倚賴關系有如下限制條件當x＝0時，F＝0；當x＞0時，F＝0；當x＜0時，F＞0。
假設Mgap＝F·r，則對于x≤0，Mgap＝f(x)；對于x＜0，Mgap＞0；
對于x≥0，Mgap＝0。
如果假定如上，則對一輸出量不變、造粒軸轉速不變的操作狀態而言，如果在兩個鄰接操作狀態x1與x2之間形成差值ΔM，則ΔM＝Mx2-Mx1對n為常數、輸出量不變且熔體狀態保持不變的情況來說，結果ΔM＝Mgap·x2-Mgap·x1+Mfriction·x2-Mfriction·x1為此，由上述等式推知對于所有介于x1和x2之間的值x而言(x1＞0，x2＜0)，ΔM＝f(x)，其中適用以下關系在范圍x1，x2之間，當x＝0時，ΔM＝0；在范圍0，x1之間，當x＞0時，ΔM＝ΔMfriction＞0；在范圍0，x2之間，當x＜0時，ΔM＝ΔMgap＞0。
實驗顯示，扭矩M在位移路線x上的圖形具有如圖1所示的并類似于拋物線的形狀。當x0＝0時，此圖形在局部有最小值。通過測量來確定該最小值，即根據待造粒材料的各種類型、各批量產量和各造粒轉速，只要轉速m被認為對對每個工作狀態來說都是短暫不變的并且產量和熔體性質也可以被視為不變。因為通過可用的感應測量工具和新近的邏輯電路可以在幾秒鐘內完成測量及其評估，所以上述假設可以視為已知條件。
如果從這樣的認識出發，即盡管對x0＝0來說，造粒刀片和孔板的磨損是最小的，但實際上，為達到更好的造粒效果而需要一個小的造粒刀片壓力，則從位置x0＝0開始，可以調整造粒刀片預應力。如果為此所需的造粒刀片的前進距離被定為x2，則產生一個工作點x2(如圖1所示)。由此獲得的x2值和預應力大小是由刀片11彈性造成的并且可以毫不困難地適應當前的加工參數，如正在加工的塑性材料的產量和種類。這種適應也可以自動地連續進行，從而可以連續適應不同的工作狀態。結果，明顯延長了造粒刀片11的使用壽命。
實際上，連續測量驅動馬達21所施加的、用以旋轉刀軸12(參見圖4)的扭矩。這可借助任何所需類型的傳感器66(參見圖3)來完成。在任何情況下，在造粒開始后，以所需的方式人工進行或借助測量時間發送器67而自動地進行具有不連續啟動時間t的按時啟動。傳感器66的輸出信號到達使由傳感器66送來的信號變平的低通濾波器68。然后，根據在軸12移動期間內獲得的如圖2所示的略微不規則的M測量結果來形成一條變平的曲線(如圖1所示)。低通濾波器68的輸出信號到達微分器69，通過該微分器，由M(x)的信號得出信號dM/dx(x)(參見圖2)。微分器69與一條具有任何所需的適當結構的邏輯電路70相連，該邏輯電路決定最小值x0＝0。由于刀軸12的前進速度不變，所以，足夠精確地使用與dM/dt成比例的dM/dx值。為保證在測量路線上有一個dM/dx值為0適用于此的確定點，兩個極限值ε和δ如此通過一輸入單元72被輸入邏輯電路70，即對于x1＞0的位置x1來說，dM/dx＝ε，而對于x2＜0的位置x2來說，dM/dx＝δ。
這樣確定的位置x0＝0隨后被用作一個參考值。然后，通過刀軸12的前進，達到位置x＝x0+xz，其中xz＞0限定了加工安全性，為了如此補償允許觀察而需要這樣的加工安全性，即要確保一個足夠大的但是最小所需的刀片壓力。這樣，xz值是一取決于工藝條件的參數并且在工作中也可以改變。參數xz可以通過與邏輯電路70相連的一輸入單元73被輸入，也可以從一加工數據庫中讀取。輸入單元73也可被用來決定調整程序的時間間隔，從而在這樣布置電路時，可以省略用來設置時間間隔的測量時間發送器67。
另外，參數xz與造粒刀片彈性有關，在剛性刀片的情況下，預應力彈性是選擇xz的一個重要變量。
如上所述，所述程序為了補償造粒刀片磨損而允許自我調整。為此，輸入單元73必須在一個自選時間間隔Δt內啟動調整程序的時刻t。或者，作為加工過程函數地控制測量時間間隔Δt。最后，也可以手工完成造粒刀片的調整啟動。
一個有一啟動驅動裝置75和一位置發送器76的定位裝置74被用于上述的刀軸12前進和返回運動及用于確定它們的各自位置。啟動驅動裝置保證了刀軸12以不變的速度前進和返回。為此，可以使用目前已知的啟動驅動裝置，如液壓缸、氣缸、線性驅動馬達、三相驅動電機、主軸驅動馬達或步進馬達。位置發送器76探測刀軸12的位置并因此也決定參考值x0，(并且)它必須有足夠高再現性精度。在由脈沖控制的啟動驅動裝置的情況下，可以省略位置發送器76，因為根據參考值x0，可以足夠精確地計數并評估脈沖。
啟動驅動裝置75受到由邏輯電路70確定的數字的控制，所以在任何情況下獲得了刀軸12的運動。在任何情況下，此調整由位置發送器76決定并被報告給邏輯電路70。
圖4示出了一個適于實現本發明方法的裝置。該造粒機如眾所周知地包括一支承造粒箱1的框架16，造粒箱1有一圓柱體表面2，表面的端面之一終止于一端壁3，而另一端終止于與噴嘴接頭4相連的供應件5。供應件5有一供應待造粒物質的供應管6，供應管(6)與一支管7相連，支管7通向噴嘴接頭4的噴嘴9，噴嘴9以供應件5的軸10為中心分布成圓圈地布置在一孔板8內。從噴嘴9擠出的熔體被刀片11切斷，刀片11被布置在刀軸12的刀片頭14的徑向臂13上。軸12被旋轉安裝在成框架16容槽15形式的軸承座內。另外，刀軸12借助啟動驅動裝置75在其軸線17方向上相對框架16縱向移動，以便能使刀片11在任何情況下以所需壓力壓在孔板8上。為此，通過滾柱軸承18可旋轉地將軸12安置在一套筒19內，套筒19可以在容槽15的一圓柱形孔20內沿其縱向移動。軸12通過馬達21繞其軸線17旋轉，其轉速可以有利地改變，如一通過螺栓被固定在與容槽15相連的凸緣22上的三相電機。為防止馬達不得不參與軸12的縱向移動，軸12被分成兩個部分23和24，這兩個部分借助一楔子25以抗轉動方式彼此相連，部分23可以在軸12的軸向上相對部分24移動，而部分24總是保持它的軸向位置。
刀軸12的兩個軸承18通過彈簧圈或間隔套57相互保持一定距離。
套筒19支承著一個成徑向銷形式的帶動件26，該帶動件被擰入套筒19內并穿過并導向移動于容槽15的一個沿軸12的軸向延伸的槽28中。槽28太長，以至帶動件26可在其中移動，以使軸部分23完成各自位移路線。帶動件26的自由端位于螺紋軸30的頭部29內的一開口里，螺紋軸30在軸12的軸向上延伸并且被擰入一個螺紋套筒31中。螺紋套筒31可旋轉地安裝在一箱體33內，箱體33被螺紋連接到凸緣22上。螺紋套筒31的外周面有一楔形部34，它嚙合在蝸齒輪35的中央開口中的一個縱向槽內，蝸齒輪35與螺紋套筒31相連而可以同步轉動。蝸齒輪35借助軸承32可旋轉地安裝在箱體33內并通過軸承32防止它軸向移動，蝸齒輪與一個抗旋轉連接在啟動驅動裝置75的伺服馬達37的驅動軸上的蝸桿36嚙合，伺服馬達37被固定到在箱體33上。邏輯電路70通過線路38給伺服馬達37發信號，以便自動調整刀片頭14。如圖3所示，邏輯電路70連續接收在馬達21上檢測到的扭矩值，所述扭矩值經過元件66、68、69的濾波和微分。馬達21的扭矩和模擬安培值分別取決于刀片11在孔板8端面上滑動的壓力。
如果邏輯電路70決定需要移動刀片以改變它所承受的不變壓力，則如此通過線路38把信號傳送給啟動驅動裝置75，即套筒19通過由元件26-36形成的傳動裝置而朝孔板8方向移動，所以刀片11不同以往地壓在孔板8上。在這種情況下，套筒19在軸向上通過滾柱軸承18帶動軸部分23。楔形接頭25保證軸部分24不參與所述軸向移動。當要由馬達21提供的扭矩或其電流消耗值分別再次達到預期值時，伺服馬達37再次停止動作。
位置發送器76可以被按照任何理想方式來設計。但是，上述程序簡單顯示出將位置發送器76設計成一角度發送器的可能性，它與螺紋套筒31抗轉動地相連并利用其相對固定框架16或其凸緣22的旋轉來表示位置。通過線路77把它的信號傳送給邏輯電路70。
通過蝸輪和在螺紋軸30與螺紋套筒31之間的螺紋接頭，伺服馬達37驅動軸的轉速的傳動保證了非常精密地調整刀片11位置和控制接觸壓力以及使用商用零部件的可能性。另外，蝸輪35與蝸桿36之間的接合以自鎖方式工作，從而套筒19和支承刀片的軸部23不可能無意中沿軸向移動。為獲得在刀片11刀刃整個長度范圍內都盡可能均勻的刀片11磨損，刀軸12軸線17以一個偏心度e偏離孔板8的軸線10，或偏離噴嘴9所布置成的圓圈的中心，從而利用到了刀片11的整個刀刃。結果，刀片11的使用壽命延長了。
螺紋套筒31的延長部分穿過凸緣22內的一開口43并且在外表面上配備有外螺紋，一螺帽44被擰到外螺紋上并且借助一開口銷52被固定住。另外，螺紋套筒31有一個軸環53，它與螺帽44一起相對凸緣22地固定帶有螺紋的套筒31的軸向位置。然而必要時，如果從套筒19上擰下并從開口27中抽出帶動件26，則可以預先調整螺紋套筒31和刀軸12的軸向位置。當帶動件26被再次插入開口27時，螺紋軸30可以在螺紋套筒31內旋轉，從而引起開口27和刀軸12的軸向位置變化。
邏輯電路70可以與一顯示器或信號裝置60相連，它通過視覺信號或聲音來表示自動調整正在進行并且一旦調整達到預期效果就馬上切斷信號，即一旦又達到了刀片11壓住孔板8的時間間隔或馬達21的監控工作參數值時，其中所述工作參數值對應于該時間間隔。
一個最好是用于水的冷卻介質供應管45通過已知的方式通向造粒箱1，冷卻介質在箭頭61所示的方向上流動并且通過支管(未示出)在箭頭62方向上被噴入噴嘴區9內。結果，由刀片11切出的扁豆狀或圓柱狀造粒顆粒在自噴嘴9壓出后立即被冷卻，并與冷卻介質一起根據箭頭63所示方向由出口46流出造粒箱1。供應件5內的溫度可以由傳感器47進行監測。為了避免冷卻介質經端壁3內的開口48流入刀軸12安裝區域，刀軸12穿過開口48，位于開口48內的部分49配備有回送螺紋50，當刀軸12旋轉時，它在朝向刀片頭14的方向上具有傳送作用。
一個包圍帶動件26并被安裝固定在容槽15上的波紋套管防止雜質經槽28進入容槽15內。
權利要求
1.一種調整預應力的方法，通過該預應力，造粒機的造粒機頭的一個裝在一由馬達驅動的且可軸向移動的軸上的刀片抵靠在孔板上，使要造粒的物質且尤其是熱塑性材料通過該孔板的孔，為了該調整而利用馬達扭矩，其特征在于，在兩個軸向上連續地以等速來調整該軸，其中在兩個軸向的位移路線范圍內記錄下馬達扭矩圖形并由此獲得一個微分dM/dx，其中x表示該軸的位移路線，將dM/dx＝0時的軸位置定為X0，最后，從該位置x0起，設定一個桿位置x＝x0+xz，其中xz表示該軸朝孔板方向的前進量。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在兩個軸向上，在x1與x2兩位置之間進行該軸的位移，這兩個位置對應于dM/dx的兩個預定極限值δ、ε，其中δ＜0，而ε＞0。
3.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，該馬達扭矩圖形的信號在形成微分dM/dx前先通過一低通濾波器進行濾波。
4.如權利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，按照不連續的時間間隔t重復進行該測量并隨之改變預應力的調整。
5.實施如權利要求1-4之一所述方法的裝置，它有如一個擠出機的一孔板(8)，由一造粒機的造粒機頭(14)承載的至少一個刀片(11)以預應力壓在該孔板的噴嘴(9)上，造粒機頭(14)通過一軸(12)支承在造粒箱(1)內，該軸(12)在造粒箱(1)內可以軸向移動并且被一馬達(21)驅動地繞它的軸線(10)旋轉，其中設置一個傳感器(66)來測量馬達(21)扭矩(M)圖形的時間圖形，該傳感器的輸出信號影響一個用于該軸(12)位移的啟動驅動裝置(75)，其特征在于，一個形成微分dM/dx的裝置(69)和一個決定在dM/dx＝0時的軸(12)位置(x0)的裝置(70)與該啟動驅動裝置(75)相連。
6.如權利要求6所述的裝置，其特征在于，一個使用于馬達(21)扭矩的時間圖形的傳感器(66)的輸出信號變平的裝置其尤其是低通濾波器(68)與該傳感器(66)相連。
7.如權利要求5或6所述的裝置，其特征在于，設置一個輸入單元(73)，以便按照預定的時間間隔重復進行測量。
全文摘要
預應力調整方法，通過該預應力，造粒機的造粒機頭的一個裝在由馬達(21)驅動的且可軸向移動的軸(12)上的刀片(11)抵靠在孔板(8)上，利用馬達(21)扭矩來進行該調整。為此，在兩個軸向上連續地以等速來調整軸(12)，在兩個軸向的位移路線x范圍內記錄下馬達(21)扭矩M圖形并由此獲得微分dM/dx，將dM/dx＝0時的軸位置定為X
文檔編號B01J2/20GK1527759SQ02804771
公開日2004年9月8日 申請日期2002年6月6日 優先權日2001年6月8日
發明者G·克拉默, N·雷廷格爾, ⒏穸, G 克拉默 申請人:奧地利埃瑞瑪再生工程機械設備有限公司, 奧地利埃瑞瑪再生工程機械設備有限公