DE19961743A1 - Verfahren zum Steuern und/oder Regeln einer Fertigungsanlage für Kunststoffartikeln - Google Patents

Verfahren zum Steuern und/oder Regeln einer Fertigungsanlage für Kunststoffartikeln

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern und/oder Regeln einer Fertigungsanlage (1) für aus einer Kunststoff-Folie (2) gefertigte Kunststoffartikel, wobei die Fertigungsanlage (1) aufweist: mindestens einen Extruder (3) zum Plastifizieren von Kunststoffmaterial, mindestens ein Glättwerk (4) zur Herstellung der Kunststoff-Folie (2) aus Kunststoffmaterial und eine dem Extruder (3) nachgeschaltete mechanische Fertigungsvorrichtung (5) zur Fertigung der Kunststoffartikel aus der Kunststoff-Folie (2), wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Herstellung von Kunststoffschmelze im Extruder (3) und Fertigung der Kunststoff-Folie (2) durch Formen und Kühlen der Kunststoffschmelze im Glättwerk (4), Fertigung der Kunststoffartikel in der mechanischen Fertigungsvorrichtung (5) aus der Kunststoff-Folie (2), wobei zwischen Glättwerk (4) und mechanischer Fertigungsvorrichtung (5) ein definierter Abschnitt (L) Kunststoff-Folie (2) als Folienspeicher (5) aufrechterhalten wird. Um die mechanische Fertigungsvorrichtung in ihrem optimalen Arbeitsbereich zu betreiben, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das Verfahren weiterhin die Schritte aufweist: a) Betreiben der mechanischen Ferigungsvorrichtung (5) gemäß einer vorgegebenen Prozeßgeschwindigkeit, die sich vorzugsweise an der Fertigungskapazität der mechanischen Fertigungsvorrichtung (5) orientiert, b) Ermittlung der im Folienspeicher (6) vorhandenen Kunststoff-Folie (2), c) Steuerung oder Regelung des mindestens eine Extruders ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern und/oder Regeln einer Fertigungsanlage für aus einer Kunststoff-Folie gefertigte Kunststoffar­ tikel, wobei die Fertigungsanlage aufweist:
  • - mindestens einen Extruder zum Plastifizieren von Kunststoff­ material,
  • - mindestens ein Glättwerk zur Herstellung der Kunststoff-Folie aus Kunststoffmaterial und
  • - eine dem Glättwerk nachgeschaltete mechanische Fertigungsvor­ richtung zur Fertigung der Kunststoffartikel aus der Kunststoff- Folie,
wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
  • - Herstellung von Kunststoffschmelze im Extruder und Fertigung der Kunststoff-Folie durch Formen und Kühlen der Kunststoff­ schmelze im Glättwerk,
  • - Fertigung der Kunststoffartikel in der mechanischen Fertigungs­ vorrichtung aus der Kunststoff-Folie,
wobei zwischen Glättwerk und mechanischer Fertigungsvorrichtung ein definierter Abschnitt Kunststoff-Folie als Folienspeicher aufrecht erhal­ ten wird.
Die Herstellung beispielsweise von Deckeln, Schalen und Bechern aus Kunststoff erfolgt - soweit große Stückzahlen der genannten Artikel be­ nötigt werden - meist in sogenannten "Inline"-Anlagen. Bei diesen An­ lagen ist eine mechanische Fertigungseinrichtung für die Umformung einer Kunststoff-Folie hinter einer Extruder-Vorrichtung und einem Glättwerk angeordnet, mit der die zu bearbeitende Folie hergestellt wird.
Der Extruder plastifiziert Kunststoffgranulat und preßt die so entstande­ ne Schmelze dann durch eine Breitschlitzdüse hindurch, oft unter Zuhil­ fenahme von Schmelzepumpen. In einem nachgeschalteten Glättwerk wird das über die Breitschlitzdüse erzeugte Schmelzefell kalibriert und durch Abkühlung verfestigt. Die so hergestellte Kunststoff-Folie wird direkt der mechanischen Fertigungseinrichtung zugeführt. Im "Inline" folgenden Teilprozeß "mechanische Umformung" wird die Restwärme in der Kunststoff-Folie genutzt und beispielsweise mittels einer Tief­ ziehvorrichtung die Folie zu dem gewünschten Produkt verarbeitet. Auf diese Art und Weise können bevorzugt dreidimensionale Artikel kosten­ günstig hergestellt werden.
Kennzeichnend für den beschriebenen Prozeß ist es, daß der der Teilprozeß "Extrusion" ein kontinuierlicher Prozeß und der Teilprozeß "mechani­ sche Fertigung" - also namentlich das Tiefziehen oder Stanzen - ein dis­ kontinuierlicher Prozeß ist.
Da Extruder-Vorrichtung einerseits und mechanische Fertigungsein­ richtung andererseits weitgehend autonome Systeme darstellen, wird ein gewisser Folienspeicher zwischen Extruder und Fertigungseinrichtung benötigt. Zu diesem Zweck hängt eine definierte Länge Kunststoff-Folie zwischen Extruder und Fertigungseinrichtung schlaufenförmig durch; dieser Durchhang der Folie stellt einen Puffer zwischen Extruder und Fertigungseinrichtung dar.
Die Feststellung des Inhalts des Folienspeichers erfolgt beispielsweise durch Lichtschranken oder durch Pendelwalzen. Diese nehmen über vorgegebene Grenzwerte einen steuerungs- bzw. regelungstechnischen Einfluß auf die Taktzeit der mechanischen Fertigungseinrichtung: Bei großem Inhalt im Folienspeicher (großer Durchhang der Folie) wird die Taktzeit der Tiefziehvorrichtung verringert, bei geringem Inhalt (kleiner Durchhang der Folie) wird die Taktzeit entsprechend erhöht.
Bei den vorbekannten Fertigungsprozessen der gattungsgemäßen Art ist es nachteilhaft, daß im allgemeinen der mechanische Fertigungsprozeß (Tiefziehen) der Folie der empfindlichere Prozeß ist - verglichen mit dem Extrusionsprozeß. Beispielsweise besteht bei der Verarbeitung ei­ nes Polystyrols ein breiteres Toleranzfenster als bei der Verarbeitung von Polypropylen. Der Tiefziehprozeß ist diesbezüglich als der schwie­ rigere Prozeß anzusehen; er weist eine schmalere Fertigungstoleranz auf. Insofern ist der Eingriff auf die Steuerung bzw. Regelung des Inhalts des Folienspeichers durch das Tiefziehen schwierig.
Für besonders komplexe Artikelgeometrien oder zur Befriedigung hoher Qualitätsanforderungen (z. B. Maßhaltigkeit) ist häufig eine optimale Taktzahl der Tiefziehvorrichtung mit engen Toleranzgrenzen einzuhal­ ten; die Taktfrequenz der mechanischen Fertigungsvorrichtung ist dann also sehr genau einzuhalten.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das gat­ tungsgemäße Verfahren effizienter und stabiler zu betreiben. Es soll möglich werden, die mechanische Fertigung der Folie, insbesondere ei­ nen sich anschließenden Tiefziehprozeß, so zu gestalten, daß die mecha­ nische Fertigungsvorrichtung, also namentlich die Tiefziehvorrichtung, im optimalen Bereich gehalten werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Verfahren die Schritte aufweist:
  • a) Betreiben der mechanischen Fertigungsvorrichtung gemäß ei­ ner vorgegebenen Prozeßgeschwindigkeit, die sich vorzugs­ weise an der Fertigungskapazität der mechanischen Ferti­ gungsvorrichtung orientiert,
  • b) Ermittlung der im Folienspeicher vorhandenen Kunststoff- Folie,
  • c) Steuerung oder Regelung des mindestens einen Extruders oder mindestens einer Kunststoffschmelze-Fördervorrichtung in der Weise, daß der definierte Abschnitt Kunststoff-Folie im Rah­ men einer vorgegebenen Toleranz im Folienspeicher aufrecht erhalten bleibt.
Erfindungsgemäß ist also vorgesehen, daß in Abkehr von den vorbe­ kannten Lösungen nunmehr die mechanische Fertigungsvorrichtung, al­ so namentlich die Tiefziehvorrichtung zur Verarbeitung der Kunststoff- Folie, in einem für sie optimalen Betriebszustand betrieben wird, daß indes der vorgeschaltete Extruder bzw. eine Schmelzepumpe, mit der Kunststoffschmelze durch eine Düse gepreßt wird, in der Weise in sei­ nem bzw. ihrem Ausstoß geregelt werden, daß ein vorgegebener Puffer im Folienspeicher erhalten bleibt.
Insbesondere wird die Kunststoff-Folie im Folienspeicher zwischen Dü­ senanordnung und mechanischer Fertigungsvorrichtung als Schlaufe ge­ führt und zur Ermittlung des definierten Abschnitts der Kunststoff-Folie der Durchhang der Kunststoff-Folie gemessen. Dabei kann der Durch­ hang durch die Einwirkung auf den Extruder oder auf die Kunststoff­ schmelze-Fördervorrichtung zwischen einem vorgegebenen maximalen und minimalen Wert gehalten werden.
Die Ermittlung der im Folienspeicher vorhandenen Kunststoff-Folie er­ folgt bevorzugt durch eine Lichtschrankenmessung; alternativ kann sie aber auch durch eine Pendelwalze erfolgen.
Der Fertigungsprozeß in der mechanischen Fertigungsvorrichtung ist bevorzugt ein Stanz- und/oder Tiefziehprozeß.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
In der Figur ist die Fertigungsanlage 1 zur Herstellung von Kunststof­ fartikeln, beispielsweise von Deckeln, Schalen und Bechern, zu sehen. Die Anlage ist als "Inline"-Anlage ausgebildet, d. h. die Anlage bildet eine Fertigungslinie vom Kunststoffgranulat über die gefertigte Kunst­ stoff-Folie 2 bis zum fertigen Artikel.
Das Kunststoffgranulat wird über den Trichter 9 dem Extruder 3 zuge­ führt, der in bekannter Weise das Granulat plastifiziert. Die vom Extru­ der 3 hergestellte Kunststoffschmelze wird mittels einer Schmelzepum­ pe 7 einer Düsenanordnung 12 in Form einer Breitschlitzdüse zugeführt. Auf diese Weise wird die Kunststoff-Folie 2 hergestellt. Im nachge­ schalteten Glättwerk 4 wird die Qualität der Folie 2 verbessert.
In der mechanischen Fertigungsvorrichtung 5 erfolgt ein Tiefzieh- und Stanzvorgang, mit dem aus der Folie dreidimensional geformte Kunst­ stoffartikel hergestellt werden.
Um die insoweit autark arbeitenden Systeme Extruder 3 samt Düse 12 und Glättwerk 4 einerseits und Fertigungsvorrichtung 5 andererseits mit­ einander zu koppeln, ist ein Folienspeicher 6 vorgesehen. In diesem wird die Folie 2 mit einem gewissen Durchhang H zwischen Glättwerk 4 und Fertigungsvorrichtung 5 geführt, so daß sich eine Schlaufe 8 bildet. Der Durchhang H der Schlaufe 8 muß zwischen einem minimalen Hmin und einem maximalen Wert Hmax liegen, um die Folie 2 für den mechani­ schen Fertigungsvorgang optimal zu halten. Insgesamt erstreckt sich die Folie 2 im Folienspeicher 6 über eine definierte Abschnittslänge L.
Erfindungsgemäß wird die mechanische Fertigungsvorrichtung 5 im je­ weils für das Kunststoffmaterial und die Fertigungsaufgabe optimalen Bereich betrieben, bevorzugt mit konstanter Taktzahl, also konstantem Ausstoß von Artikeln pro Zeiteinheit. Für gewisse Fertigungsaufgaben bei "kritischen" Kunststoffen muß die Taktzahl möglichst genau in ei­ nem optimalen Bereich gehalten werden; Änderungen der Fertigungs­ frequenz bewirken hier nennenswerte Qualitätseinbußen.
Die Anpassung der Folienproduktion erfolgt dadurch, daß der Extruder 3 bzw. die Schmelzepumpe 7 in Verbindung mit dem Glättwerk 4 in ihrer jeweiligen Arbeitsgeschwindigkeit so betrieben werden, daß der ge­ wünschte Puffer - also die gewünschte definierte Länge L im Folienspei­ cher 6 - aufrecht erhalten wird.
Die Steuerung bzw. Regelung des Inhalt im Folienspeicher 7 über die Einflußnahme auf den Extruder 3 bzw.. auf die Schmelzepumpe 7 und Glättwerk 4 gewährleistet eine genaue Einhaltung der optimalen Takt­ frequenz der mechanischen Fertigungsvorrichtung 5. Hierdurch vennin­ dert sich auf der Aufwand in der Anlagenbedienung, da der empfindli­ chere Teilprozeß derjenige des Tiefziehens ist; der Extruderbetrieb läuft geregelt bzw. gesteuert dem Tiefziehprozeß nach. D. h. daß die Ge­ schwindigkeit des Extrusionsprozesses dem Bedarf beim Tiefziehen an­ gepaßt wird und folglich diesbezüglich kein Bedienaufwand erforderlich ist.
Der Durchhang H der Kunststoff-Folie 2 im Folienspeicher 6 wird bei­ spielsweise mit einer Lichtschranke 10 gemessen. Dieser Durchhang soll in einem vorgegebenen Bereich liegen, nämlich zwischen Hmin und Hmax. Abhängig vom gemessenen Wert veranlaßt die - nicht dargestellte - An­ lagensteuerung, daß der Extruder 3 bzw. die Schmelzepumpe 7 und das Glättwerk 4 bei zu großem gemessenen Durchhang H langsamer arbei­ ten bzw. im anderen Falle (bei zu geringem Durchhang) schneller. Die Arbeitsgeschwindigkeit der nach der Düse 12 angeordneten Walzen 11 ändert sich dadurch entsprechend. Auf diese Weise wird der Abschnitt L der Kunststoff-Folie 2 im Folienspeicher 6 im gewünschten Bereich ge­ halten, ohne daß dadurch die Fertigungsvorrichtung 5 ihren optimalen Arbeitsbereich verlassen müßte.
Bislang wurde nie die erfindungsgemäße Lösung ins Auge gefaßt, weil man davon ausging, daß der Extrusionsprozeß bei einer diskontinuierli­ chen bzw. ungleichmäßigen Betriebsweise gestört werden würde. Es hat sich jedoch überraschender Weise gezeigt, daß der Regelprozeß im Ex­ truder zur Aufrechterhaltung eines gewünschten Durchhangs langsam genug erfolgt (15 bis 30 Minuten zwischen Hmin und Hmax), so daß es technisch machbar wird, den Extruder- bzw. Schmelzepumpenbetrieb als Regelgröße für die Fertigungsanlage 1 heranzuziehen. Der Extruder­ durchsatz muß dafür nur geringfügig verändert werden, so daß der Ferti­ gungsprozeß in der Anlage stabil verläuft.
Die Tiefziehvorrichtung 5 kann auf einem hohen Limit gefahren werden, ohne daß eine große Regelreserve vorgesehen werden muß. Die Aus­ stoßleistung wird somit optimiert und erhöht.
Der Fertigung der Artikel in der mechanischen Fertigungsvorrichtung 5 können sich "Inline" noch weitere - nicht näher dargestellte - Teilprozes­ se anschließen, wie Bedrucken des Artikels und Verpacken.
Bezugszeichenliste
1
Fertigungsanlage
2
Kunststoff-Folie
3
Extruder
4
Glättwerk
5
mechanische Fertigungsvorrichtung
6
Folienspeicher
7
Kunststoff-Fördervorrichtung (Schmelzepumpe)
8
Schlaufe
9
Trichter
10
Lichtschranke
11
Glättwalze
12
Düsenanordnung (Breitschlitzdüse)
L definierter Abschnitt der Kunststoff-Folie
H Durchhang der Kunststoff-Folie
Hmin
minimaler Durchhang
Hmax
maximaler Durchhang

Claims (6)

1. Verfahren zum Steuern und/oder Regeln einer Fertigungsanlage (1) für aus einer Kunststoff-Folie (2) gefertigte Kunststoffartikel, wobei die Fertigungsanlage (1) aufweist:
  • - mindestens einen Extruder (3) zum Plastifizieren von Kunst­ stoffmaterial,
  • - mindestens ein Glättwerk (4) zur Herstellung der Kunststoff- Folie (2) aus Kunststoffmaterial und
  • - eine dem Glättwerk (4) nachgeschaltete mechanische Ferti­ gungsvorrichtung (5) zur Fertigung der Kunststoffartikel aus der Kunststoff-Folie (2),
wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
  • - Herstellung von Kunststoffschmelze im Extruder (3) und Ferti­ gung der Kunststoff-Folie (2) durch Formen und Kühlen der Kunststoffschmelze im Glättwerk (4),
  • - Fertigung der Kunststoffartikel in der mechanischen Fertigungs­ vorrichtung (5) aus der Kunststoff-Folie (2),
wobei zwischen Glättwerk (4) und mechanischer Fertigungsvor­ richtung (5) ein definierter Abschnitt (L) Kunststoff-Folie (2) als Folienspeicher (6) aufrecht erhalten wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Verfahren weiterhin die Schritte aufweist:
  • a) Betreiben der mechanischen Fertigungsvorrichtung (5) ge­ mäß einer vorgegebenen Prozeßgeschwindigkeit, die sich vorzugsweise an der Fertigungskapazität der mechanischen Fertigungsvorrichtung (5) orientiert,
  • b) Ermittlung der im Folienspeicher (6) vorhandenen Kunst­ stoff-Folie (2),
  • c) Steuerung oder Regelung des mindestens einen Extruders (3) oder mindestens einer Kunststoffschmelze-Fördervorrich­ tung (7) in der Weise, daß der definierte Abschnitt (L) Kunststoff-Folie (2) im Folienspeicher (6) im Rahmen einer vorgegebenen Toleranz aufrecht erhalten bleibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoff-Folie (2) im Folienspeicher (6) zwischen Glättwerk (4) und mechanischer Fertigungsvorrichtung (5) als Schlaufe (8) ge­ führt wird und zur Ermittlung des definierten Abschnitts (L) der Kunststoff-Folie (2) der Durchhang (H) der Kunststoff-Folie ge­ messen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchhang (H) durch die Einwirkung auf den Extruder (3) oder auf die Kunststoffschmelze-Fördervorrichtung (7) zwischen einem vorgegebenen maximalen (Hmax) und minimalen (Hmin) Wert ge­ halten wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ermittlung der im Folienspeicher (6) vorhande­ nen Kunststoff-Folie (2) durch eine Lichtschrankenmessung er­ folgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ermittlung der im Folienspeicher (6) vorhande­ nen Kunststoff-Folie (2) durch eine Pendelwalze erfolgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Fertigungsprozeß in der mechanischen Ferti­ gungsvorrichtung (5) ein Stanz- und/oder Tiefziehprozeß ist.
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