AT509714A4 - Verfahren zum steuern einer kunststoffverarbeitungsmaschine - Google Patents

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AT509714A4
AT509714A4 AT0000710A AT72010A AT509714A4 AT 509714 A4 AT509714 A4 AT 509714A4 AT 0000710 A AT0000710 A AT 0000710A AT 72010 A AT72010 A AT 72010A AT 509714 A4 AT509714 A4 AT 509714A4
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Description

07-JflN-c!0IQ([l0) 12:06 Patentbuero Paul Roseruch RG 5. 005/018 (FflX)+a£3 265 33 01 1 Α455ΡΛΤ
Verfahren zum Steuern einer Kunststoffverar b eitungs maschin e
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Kunststoffverar-5 beitungsmaschine in Abhängigkeit des aufgegebenen Materials, wobei über mindestens eine Erfassungseinheit kontinuierlich Materialdaten erfasst werden, bevor das Material einer Verarbeitung in der Kunststoffverarbeitungsmaschine unterzogen wird.
Die steigenden Qualitätsanforderungen und die Anforderung an minima-10 1er Ausschussproduktion an die Produkte erfordern einen frühzeitigen Eingriff in die Prozessparametrierung beispielsweise bei Extrudermaschinen und deren Nachfolgeeinheiten. Zur Lösung dieser Anforderungen sind Verfahren, die mittels neuronaler Netze, Neuro-Fuzzy, ein sich selbst lernendes, korrigierendes und regulierendes Sys-15 tem, abbilden, bekannt. Es werden auch unterschiedliche Regelalgorithmen und -kombinationen zur Optimierung des Prozessverhaltens eingesetzt sowie Ansätze nach der Evolutionstheorie.
Typischerweise werden auf einer Produktionsmaschine unterschiedlichste Materialien verarbeitet, auf welche die Prozessparameter anzupassen 20 sind. Es hat sich aber darüber hinaus gezeigt, dass auf einer Produktionsanlage die Eingangsmaterialdaten von Charge zu Charge und Hersteller zu Hersteller einer Streuung unterliegen und dass Umwelteinflüsse wie Rohstoffform, Temperatur und Materialfeuchte den Prozess stören und somit eine optimale Prozessfuhrung zur Erzeugung der geforder-25 ten Qualität nicht ohne Eingriffe der Anwender zu gewährleisten ist. In besonderem Maße wird bei der Verarbeitung von Recyclingmaterialien und Recyclaten die optimale Einstellung eines Prozesses, ohne die genaue Kenntnis der Materialzusammensetzung, nahezu unmöglich. 07/01 2010 DO 12:02 TSE/EM HR 78341 01005 OT-JRN-EOIG(DO) ΙΕ: 06 Patentbuero Paul Rosenich fl G 3. 006/018 (FRX)+dE3 Ξ65 33 Dl Ί
A455PAT
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren bereitzustellen, mittels dem der Einfluss des Materials, welches der Kunststoffverarbeitungsmaschine aufgegeben wird, automatisch berücksichtigt wird. 5 Die Lösung der Aufgabe ist in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 1 dadurch gekennzeichnet, dass mittels der erfassten Materialdaten durch Datenvergleich und/oder mathematischer Prozesse ein oder mehrere Kennwerte ermittelt werden und anschließend anhand der ermittelten Kennwerte die erforderlichen Maschinenparame-10 ter aus einer Datenbank ausgelesen und an die Kunststoffverarbeitungsmaschine übertragen werden.
Es wird also im kontinuierlichen Verfahren die einlaufenden spezifischen Materialdaten erfasst und entsprechend ausgewertet. Anhand dieser erfassten Daten kann die entsprechende Steuerung, die beispielswei-15 se über eine SPS oder ähnliche Steuerung realisiert wird, in einer Wissensdatenbank nachschauen, um die für diese Materialdaten erforderlichen Maschinenparameter abzuffagen und an die Kunststoffverarbeitungsmaschine zu übertragen.
Der Idee liegt somit zugrunde, bekannte Erfassungssysteme und beste-20 hende Datenbanken in geeigneter Weise so zu kombinieren, dass eine weitgehend automatische Einstellung und Korrektur der Einstellung einer Maschine erfolgen kann. Die Erfassungssysteme ermitteln anhand der erfassten Daten z.B. eine Art Index, der zu einer bestimmten Datensatznummer in der Datenbank passt Wird dieser Datensatz nicht gefun-25 den, wird anhand eines Algorithmus oder sonstigem mathematischen System bestimmt, welcher nahe Hegende Datensatz ausgelesen und dessen Parameter an die Maschinensteuerung übermittelt wird. Weichen die ausgelesenen Daten/Parameter zu sehr von den gewünschten Kennwerten ab, kann eine Warnung ausgegeben werden. Hier ist eine Warnung 07/01 2010 DO 12:02 Γ S E/£ M HR 78341 ElOÜfi Ο 7 -JfiN-2010(00) 13:06
PatentbuerD Paul Rosenich PQ » * »* « · I t * * • I · « * * * (FPX) + Hc!3 265 33 01 S. 007/018
D Λ455ΡΑΤ im Display oder als Leuchte oder in jeder akustischen Form denkbar.
Das Maschinenpersonal kann dann das Produktergebnis beobachten, die Parameter manuell korrigieren und bei Bedarf als neuen Datensatz mit neuem Kennwert abspeichem. Werden dann zu einem späteren Zeit-5 punkt analoge Daten erfasst, findet das System dann den gewünschten Datensatz mit den Maschinenparametern in der Datenbank-
Auf diese Weise wird das System sukzessive mit weiteren Daten angereichert und entwickelt sich zu einem eigenständigen Expertensystem.
Es ist somit möglich, beispielsweise bei extrem kaltem Material die 10 Temperierung eines Extruders zu erhöhen und somit ohne Einfluss des Bedienpersonals den erforderlichen Aufschmelzgrad zu erreichen. Als weiteres Beispiel könnte die Drehzahl des Extruders je nach erkannter Form des Materials entsprechend angepasst werden, da bei einem runden Granulatkom oder einem blättchenformigen Recyclat andere 15 Extruderdrehzahlen sinnvoll sind.
Das vorgeschlagene Verfahren eignet sich sowohl für die Erfassung der Materialdaten von typischen Kunststoffen wie Thermoplasten als auch für Ton, Keramik, Gummi, Kautschuk, organische Verbindungen, Verbundwerkstoffe, Biowerkstoffe oder auch Metalle und ähnliche Materia-20 lien.
Die Erfassungseinheit, die beispielsweise ein Materialsensor sein kann, erfasst sowohl den MateriaHyp und Materialfarbe, die Materialzusammensetzung, die Form des eingegebenen Materials, die Temperatur als auch die Feuchte. Sicherlich ist es auch denkbar, noch weitere Material-25 daten erfassen zu können. Als Sensor kann weiterhin ein Nahinfrarotspektroskop und / oder Feucht- und Temperatursensoren eingesetzt werden. Die Datenerfassung muss nicht zwingend über eine Erfassungseinheit erfolgen, es können auch mehrere Sensoren die Daten an die Prozesssteuerung übermitteln. 07/0 1 2010 DO 12:02 [SE/EM NR 7834 ] @007 07-JflN-2QI Ο ( D Ο) 1£:D6 Patentbuero Paul Rosenich flö S 008/018 (FflX)+d23 E65 33 01 • · · » i 4 Α455ΡΛΤ
In dieser Steuereinheit, die entweder direkt in der Kunststoffverarbei-tungsmaschine integriert ist, aber auch innerhalb eines Betriebes, in einem Rechenzentrum oder anderweitig untergebracht sein kann, werden nun die Materialdaten verarbeitet. In Abhängigkeit dieser ermittelten 5 Materialdaten werden in einer Wissensdatenbank bereits hinterlegte Maschinenparameter abgerufen und, wie bereits oben beschrieben, an die Kunststoffverarbeitungsmaschine übermittelt. Die Verarbeitung kann beispielsweise durch Ermittlung einer spezifischen Kennzahl für diese Materialdaten erreicht werden, wobei dann anhand dieser Kennzahl in 10 der Wissensdatenbank die Maschinenparameter abgefragt werden.
Weicht die ermittelte Kennzahl beispielsweise von einem gespeicherten Kenn zahlen wert in der Datenbank ab, so entscheidet ein hinterlegter mathematischer Algorithmus, welcher der benachbarten Datensätze als Maschinenparameter ausgelesen wird. 15 Die an die Kunststoffverarbeitungsmaschine übertragenen Maschinenparameter werden parallel in geeigneter Weise ausgegeben, was beispielsweise über ein Display oder Touch-Screen an der Maschine ermöglicht wird. Über eine Eingabestelle, was beispielsweise das Toucli-Screen-Feld an 20 der Maschine sein kann, ist es möglich, die Maschinenparameter manuell zu korrigieren. Dies kann erforderlich sein, felis das gewünschte Ergebnis noch nicht optimal und eine Korrektur erforderlich ist Diese korrigierten Daten können dann als neuer Datensatz der Maschinenparameter in der Wissensdatenbank gespeichert werden und stünden dem Sys-25 tem für Folgeprozesse zur Verfügung. Während des Prozesses innerhalb der Kunststoffverarbeitung können weitere Messwerte erfasst werden, die ebenfalls an die Prozesssteuerung übermittelt werden. Durch dieses Verfahren ist es möglich, die durch die Datenbank gelieferten Maschinenparameter im Rahmen einer Ergebnis-
07/01 2010 DO 12:02 [SE/EM NR 7834 ] ® 0 0 S 07-JFIrN-2010(00) 12=06 Patentbuero Paul Rosenich HG S 009/018 (FHX)+42B 265 33 01 5
A455PAT kontrolle zu überprüfen und somit individuell einzelne oder alle Parameter zu korrigieren. Selbstverständlich können diese Korrekturwerte als neue Werte in der Datenbank hinterlegt werden.
Es wird also der Abgleich der Messdaten mit einer Wissensdatenbank 5 zur optimalen automatischen Prozessparametrierung und Steuerung der Kunststoffverarbeitungsmaschine durchgefuhrt. Für die Parametrierung geeignete Prozessdaten sind z.B. Drehmoment und Drehzahl des Hauptmotors oder/und weitere Nebenantriebe sowie das Temperaturpro-fil der Verfahrenseinheit und des Werkzeugs sowie die Schmelzedaten. 10 Weiterhin ist es denkbar, beispielsweise in der Extrusion dem Extruder nachgeschaltete Kalibriereinheiten optimal in den Kühl- und Druckverhalten zu parametrieren. Die Wissensdatenbank ist daher für alle Extrusionsverfahren der Mono- und Mehrschichtextrusion ausgelegt. Wie oben erwähnt kann die Wissensdatenbank sowohl in der 15 Extrudersteuerung integriert sein als auch zentral auf einem firmeninternen Server zur Verfügung stehen und einzelne und/oder mehrere Extrudermaschinen bzw. Kunststoffverarbeitungsmaschinen gleichzeitig bedienen.
Auf Basis der Interaktion von Wissensdatenbank, Erfassung der Ein-20 gangsmaterialdaten und Steuerung wird eine aktive Verarbeitungsempfehlung erreicht, die den Bediener in die Lage versetzt, den Verarbeitungsprozess optimal einzustellen. Aufbauend auf die gelernten Verarbeitungsempfehlungen ist das hier gezeigte sukzessiv trainierte System nach und nach in der Lage, den Prozess selbständig optimal zu führen. 25 Anhand einer Extrusionslinie soll beispielhaft das Verfahren in einer Figur erläutert werden. Die Figur zeigt eine Kunststoffverarbeitungsmaschine 1, die hier beispielhaft als Extruder 6 dargestellt ist, der einen Materialaufgabetrichter 9 aufweist. Der Extruder 6 hat einen Antriebsmotor 7 und ein am Extruder 6 angeordnetes Werkzeug 10. In den Mate- 07/01 2010 DO 12:02 [SE/EM NR 7834] @008 07-JHN-EOIO(DO) 12:07 Patentbüro p^u] .Rosep i clj„ AG.. (F ΑΧ) +4E3 £65 33 01 5 010/018
6
A455PAT rial aufgabetrichter 9 wird das Material 2 aufgegeben. In diesem Bereich der Materialaufgabe ist die Erfassungseinheit 3 angeordnet. Die Erfassungseinheit 3 übermittelt die erfassten Materialdaten an eine Rechnereinheit, die hier durch die gestrichelte Linie dargestellt ist Der Daten-5 fluss wird durch den Pfeil von der Erfassungseinheit 3 zu der Rechnereinheit dargestellt. Innerhalb der Rechnereinheit werden nun durch die Prozesssteuerung 5 in Verbindung mit der Datenbank 4 durch geeignete mathematische Prozesse die erforderlichen Maschinenparameter ermittelt. Die Rechnereinheit übermittelt die ausgelesenen Maschinenparame-10 ter an ein Display 11 und an die Kunststoffverarbeitungsmaschine 1. Die drei Doppelpfeile zwischen der Kunststoffverarbeitungsmaschine 1 und der Rechnereinheit kennzeichnen wiederum die Möglichkeit des Datenaustausches, da, wie oben beschrieben, auch Rückgabewerte aus dem Verarbeitungsprozess die Prozesssteuerung beeinflussen können. Über 15 das Display 11, was gleichzeitig als Eingabegerät fungieren kann, kön nen Korrekturwerte oder selbstverständlich auch völlig neue Datensätze in die Wissensdatenbank 4 eingegeben werden.
Am Beispiel dieser Extruderlinie kann beispielsweise ein zweiter Material- bzw. Produktsensor vor der Formgebung und/oder in der Nachfolge 20 platziert sein, um eine Rückkopplung zwischen den Produkteigenschaften und dem Plastifizier- bzw. Aufbereitungsprozess zu bekommen. Beispielsweise könnte der Glanzgrad des Produktes durch den zweiten Materialsensor bestimmt und an die Steuerung zurückgegeben werden. Der könnte wiederum dazu genutzt werden, die Düsenheizung zu steuern, 25 um den im Vorfeld definierten Glanz des Produktes automatisch einzu-stellen bzw. zu verändern.
Hier wird also ein System aufgezeigt, das durch die Erfahrung und Reaktion der Anwender und Experten auf unterschiedliche Materialeigenschaften trainiert wird. Die so gefundenen Prozessparameter werden als 30 Datensets in einer Datenbank abgelegt und sind jederzeit wieder aufruf- 07/01 2010 DO 12:02 fSE/EM NR 78341 01010
Uf-JfiN-eoiO(OOJ I cf = Ο 7 Patentbüro Ρ^%υ 1 Jioseni ch ^R6 __ (FflX) + dc!3 Ξ65 33 0 ] G 011/01 Λ455ΡΑΤ bar. In Kombination mit einer Materialzustandserkennung ist somit ein unverzögerter Eingriff in den Prozess möglich. Es können Verfahren zur Rohr-, Profil*·, Flachfolien, Platten, Granulaten, Blasfoiienherstellung, aber auch Spritzguss- und Compoundiermaschinen optimal eingestellt 5 werden.
Zusammengefasst sei daher, wie teilweise schon weiter oben ausgefiihrt, noch einmal erwähnt: 10 15 • Mit der vorgeschlagenen Erfindung kann die kontinuierliche Erfassung der in den Extruder bzw. die Plastifiziereinheit einlaufen-den spezifischen Materialdaten durch einen Materialsensor, der die Messergebnisse auflöst nach Materialtyp, -Zusammensetzung, -form, -temperatur und -feuchte, umgesetzt werden. Typisch für diese Anwendung ist z.B. bei Kunststoffen der Einsatz von Nah-infrarot-Spektroskopie, von Feuchte- und Temperatursensoren. Erfasst werden können Tone, Keramik, Gummi, Kautschuk, Thermoplastische Polymere, organische Verbindungen, Verbundwerkstoffe, Biowerkstoffe und Metalle. • Weiterhin ist der Abgleich der Messdaten mit einer Wissensdaten-20 bank zur optimalen automatischen Prozessparametrierung und —
Steuerung der Extrudermaschine realisiert. Optimale Prozessdaten sind z.B, Drehmoment und Drehzahl des Hauptmotors oder/und weiterer Nebenantriebe sowie das Temperaturprofil der Verfahrenseinheit und des Werkzeugs. Weiterhin ist denkbar, z. B. die 25 dem Extruder nachgeschalteten Kalibriereinheiten optimal in dem Kühl- und Druckverhalten zu parametrieren. 07/01 2010 DO 12:02 [SE/EM HR 7334] ®011 G7-JF!N-c!01 0([I0) 12:07 Patentbuero Paul Rosen ich AB 5. 012/018 (F RX)+d£3 Ξ65 33 0! s
A455PAT • Die Wissensdatenbank ist ansgelegt für alle Extrusionsverfahren der Mono- und Mehrschichtextrusion. Die Wissensdatenbank kann sowohl in der Extrudersteuerung integriert sein als auch zentral auf einem firmeninternen Server zur Verfügung stehen und einzelne 5 oder / und mehrere Extrudermaschinen gleichzeitig bedienen. • Eine aktive Verarbeitungsempfehlung auf Basis der Interaktion von Wissensdatenbank und Steuerung, die den Bediener in die Lage versetzt, den Verarbeitungsprozess zu optimieren, ist umgesetzt. 10 · Darüber hinaus ist es denkbar, einen zweiten Material- bzw. Pro duktsensor vor der Formgebung oder/ und in der Nachfolge zu platzieren, um eine Rückkopplung zwischen den Produkteigenschaften und dem Plastifizier- bzw. Aufbereitungsprozess zu bekommen. Beispielsweise könnte der Glanzgrad des Produktes, 15 durch den zweiten Materialsensor bestimmt und an die PLC wei tergegeben, dazu genutzt werden, um die Düsenheizung so zu steuern, um den im Vorfeld definierten Glanz des Produktes automatisch einzustellen. 20 07/01 2010 DO 12:02 TSE/EM HR 78341 01012 OT-JRN-EmotDO) 1 e- 07 Patentbüro Paul .(Josegidi.flB 4i (F R X ) + fl E 3 265 33 01 5 013/Q18 15 A455PAT Bczugszeichenliste:
1 KLuriststoffverarbeitungsmascliine 2 Material 3 Erfassungseinheit 4 Datenbank 5 Prozesssteuerung 6 Extruder 7 Antrieb von 6 S Temperierung von 6 9 M aterialaufgabetrichter 10 Werkzeug Π Display 07/01 2010 00 1202 [SE/EM NR 78341 01013

Claims (7)

  1. D7-JHM-EIDI OC.DO) 13:07 Patentbüro Pgu1 .Rosegicb,HO.. 5 Gld/018 (FRX J + 365 33 01 « · * · I ···» 10 A455PAT Patentansprüche: 1. Verfahren zum Steuern einer Kunststoifveraxbeitungsmaschine (1) in Abhängigkeit des aufgegebenen Materials (2), wobei über mindestens eine Erfassungseinheit (3) kontinuierlich 5 Materialdaten erfasst werden, bevor das Material einer Verarbei tung in der Kunststoffverarbeitungsmaschine (t) unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der erfassten Materialdaten durch Datenvergleich und/oder mathematischer Prozesse ein oder mehrere Kennwerte ermittelt 10 werden und anschließend anhand dem/der ermittelten Kennwert(e) die erforderlichen Maschinenparameter aus einer Datenbank (4) ausgelesen und an die Kunststoffverarbeitungsmaschine (1) übertragen werden. 15 07/01 2010 DO 12:02 [SE/EM NR 7834] ®014 7 - j'fl N - Ε 01 ü ( D 0 ) 1 E: 07 Patentbue.ro fau UJ?cse«n i c4t- RG·* (FAX)+dE3 ES 5 33 01 5 Ql 5/01 8 • ·· · t · * · * f · • * « I I * * · · · < · • ·· > · * I » ** • I « »» · · « » · « u A455PAT
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei fehlendem Kennwert in der Datenbank anhand eines Algorithmus der zu wählende Datensatz bestimmt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei 5 Abweichung des gewählten Datensatzes vom gemäß ermitteltem Kennwert gewünschten Datensatz eine optische und/oder akustische Anzeige ausgelöst wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die übertragenen Maschinenparameter in geeigneter Weise 10 ausgegeben/angezeigt werden.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass über eine Eingabestelle die Maschinenparameter manuell verändert werden können.
  6. 6. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekenn- 15 zeichnet, dass über Messmittel erfasste Werte innerhalb des Kunst stoffverarbeitungsprozesses an die Prozesssteuerung (5) zurückgegeben werden und in Abhängigkeit dieser Werte eine Korrektur der Maschinenparameter ermöglicht wird.
    7. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekenn- 20 zeichnet, dass als Materialdaten beispielsweise Daten wie Materi altyp, -Zusammensetzung, -form, -färbe, -temperatur und/oder -feuchte erfasst werden. 07/01 20 10 DO 12:02 fSE/EM HR 78341 ®015
  7. 07-JPIN-2Ü1 OiDÜ ) 1 £ : Ο 7 Patentbuero Paul Rosenich flö • « * · * · » ·· · « (FflX)+dS3 Ξ65 33 01 5 016/018 12 A455PAT S. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung der Materialdaten für Materialien wie Ton, Keramik, Gummi, Kautschuk, Thermoplaste, Verbundwerkstoffe und ähnlichem möglich ist 5 07/0 1 20 1 0 00 1 2:02 [SE/EM HR 7334] @016
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