Zespół
Zbigniew Frąszczak - kierownik zespołu
Sławomir Miszewski
Roman Cybulski
Jerzy Przytuła

Istota wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ grzewczo-chłodzący segmentu cylindra zespołu uplastyczniającego wytłaczarki ślimakowej lub wtryskarki do przetwórstwa tworzyw polimerowych.

Układ grzewczo-chłodzący segmentu cylindra zespołu uplastyczniającego według wynalazku składa się z kolektorów: zasilającego i odprowadzającego oraz króćców rurowych. Kolektor zasilający połączony jest poprzez filtr osadnikowy, zawór elekromagnetyczny, precyzyjny zawór dławiący, zawór zwrotny i przewód ciśnieniowy z segmentem cylindra. Od segmentu cylindra do kolektora odprowadzającego układ składa się z odpornego na wysokie temperatury przewodu ciśnieniowego i zaworu zwrotnego. Układ grzewczo-chłodzący segmentu cylindra posiada automatyczną regulację składającą się z czujnika temperatury przekazującego informacje o jej wartości do regulatora temperatury, który zgodnie ze swoim algorytmem działania regulatora PID steruje ilością dostarczanego ciepła na pośrednictwem grzejnika elektrycznego lub ilością odbieranego ciepła za pośrednictwem medium chłodzącego poprzez zawór elekromagnetyczny.

Zastosowanie rozwiązania według przedmiotowego wynalazku pozwoli na precyzyjną regulację wartości zadanej (wymaganej) temperatury segmentu cylindra zespołu uplastyczniającego.

Szczególnie układ grzewczo-chłodzący składa się z kolektora zasilającego, który połączony jest poprzez filtr osadnikowy, zawór elekromagnetyczny, precyzyjny zawór dławiący, zawór zwrotny i przewód ciśnieniowy z segmentem cylindra. Z segmentu cylindra do kolektora odprowadzającego układ składa się z odpornego na wysokie temperatury przewodu ciśnieniowego i zaworu zwrotnego. Do utrzymania zadanej temperatury segmentu cylindra służy automatyczna regulacja składająca się z czujnika temperatury przekazującego informacje o jej wartości do regulatora temperatury, który zgodnie ze swoim algorytmem działania regulatora trójstawnego (proporcjonalno-całkująco-różniczkującego) PID, zależnie od przebiegu procesu technologicznego, steruje ilością dostarczanego ciepła za pośrednictwem grzejnika elektrycznego lub ilością odbieranego ciepła za pośrednictwem medium chłodzącego, jakim w tym przykładzie jest woda chłodząca, poprzez zawór elekromagnetyczny.

Wysoką dokładność regulacji temperatury podczas procesu technologicznego wymagającego chłodzenia zapewnia właściwy dobór: nastawy przepływu wody poprzez precyzyjny zawór dławiący, temperatury i ciśnienia wody chłodzącej oraz parametrów dynamiki regulatora temperatury.

Po zadaniu na regulatorze PID nastawy temperatury T włączony zostaje układ grzewczy, przez co segment cylindra jest nagrzewany do temperatury T. Gdy wartość temperatury zbliża się do wartości zadanej regulator temperatury steruje ilością dostarczanego ciepła. W przypadku jeśli wymaga tego proces technologiczny zostaje wysłany sygnał z regulatora temperatury do układu chłodzenia i woda chłodząca z schładzalnika, o ciśnieniu 4 bar przepływa do kolektora zasilającego, a następnie poprzez filtr osadnikowy i otwarty zawór elektromagnetyczny oraz zawór precyzyjny i zawór zwrotny przepływa przewodem ciśnieniowym przez kanały segmentu cylindra. Odpływ medium chłodzącego z segmentu cylindra następuje przez przewód ciśnieniowy i zawór zwrotny do kolektora, a następnie do schładzalnika. Regulator temperatury steruje utrzymaniem wartości temperatury na podstawie sygnału z czujnika temperatury z dokładnością zależną od prawidłowości doboru elementów automatycznej regulacji.

Korzyści

Zastosowanie przedstawionego rozwiązania pozwoliło na zwiększenie wydajności wytłaczarek. Szczególnie udało się to osiągnąć przy układach dwuślimakowych. W porównaniu do dotychczasowego układu chłodzenia powietrznego zastosowanie wynalazku pozwoliło na prawie dwukrotny wzrost wydajności przy tej samej średnicy ślimaka. Uzyskanie większej wydajności przekłada się na jednostkowe zużycie energii elektrycznej a tym samym na koszty wytworzenia wyrobów.

Ponadto istotną korzyścią z zastosowania takiego rozwiązania jest możliwość przetwarzania tworzyw napełnianych różnymi dodatkami. Odbywa się często w warunkach podwyższonego tarcia a tym samym wydzielana jest duża ilość ciepła, które trzeba odprowadzić. Aby możliwe było wytwarzanie wyrobów o określonych właściwościach niezbędne okazało się zastosowanie prezentowanego sposoby chłodzenia, który zapewnił efektywniejszą stabilizację temperatury.

Potencjał komercjalizacji

Zastosowanie wynalazku pozwoliło na wprowadzenie na rynek znacznie udoskonalonych wytłaczarek dwuślimakowych współbieżnych. Dzięki nim przetwarzać można tworzywa napełniane nanozwiązkami zmieniającymi właściwości tych tworzyw np. właściwości mechaniczne, dielektryczne, nadające specjalne właściwości tworzyw np. biobójcze, bioaktywne.

Wynalazek układu grzewczo-chłodzącego spowodował poprawę jakości przetwarzanych tworzyw poprawiając ich jednorodność materiałową i termiczną a także umożliwił wytwarzanie tworzyw o określonych właściwościach. Dzięki temu rozwiązaniu poszerzono asortyment oferowanych urządzeń oraz technologii o wyższej funkcyjności dyspersyjno-dystrybutywnej (rozdrabniająco-rozprowadzającej) układu uplastyczniającego chłodzonego wodą.

Wynalazek został wdrożony w wytłaczarkach dwuślimakowych na liniach do wytwarzania innowacyjnych kompozycji tworzywowych np.: o właściwościach biobójczych, modyfikowanych napełniaczami mineralnymi a także praktyczne zastosowanie w recyklingu do dewulkanizacji gumy.