AT516206B1 - Vorrichtung und Verfahren zur modularen Materialanalyse für Kunststoffe - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur modularen Materialanalyse für Kunststoffe umfassend mindestens zwei unterschiedliche Messgeräte der Gruppe Messgeräte zur optischen Vermessung der Schmelze, Messgeräte zum Druckfiltertest, Messgeräte zur Rheologie, Messgeräte zur optischen Folieninspektion, Messgeräte mechanischer Kennwerte von Kunststofffolien, Messgeräte zur Farbmessung, Messgeräte zur olfaktorischen Vermessung der Schmelze oder der Folie und Messgeräte zur NIR, FTIR, TGA Terahertzstrahlung, Gaschromatographie und Massenspektroskopie, wobei die betreffenden Messgeräte mechanisch und/oder funktional miteinander verbunden sind und die Vorrichtung zur modulieren Materialanalyse für Kunststoffe eine Haltestruktur umfasst, auf oder mittels der alle Messgeräte miteinander festverbunden sind.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur modularen Materialanalyse für Kunststoffe.
[0002] In der Kunststoffherstellung und Verarbeitung findet sich eine große Vielfalt an Methoden, um die Eigenschaften der dort verwendeten Werkstoffe zu charakterisieren. Besonders in der Qualitätssicherung bei Rohstoffherstellern, Masterbatch Herstellern und Verarbeitern haben sich seit vielen Jahren einige grundlegende Verfahren durchgesetzt, welche zum großen Teil genormt sind.
[0003] Diese Verfahren sind beispielsweise der Druckfiltertest, der z.B. mit der DIN EN 13900-5 „Bestimmung mit dem Druckfiltertest“ normiert ist, die Ermittlung von Viskositätsfunktionen, eine optische Folieninspektion (DIN EN 13900-6 „Bestimmung mit dem Folientest“), Farbmessungen, NIR, FTIR, TGA und Massenspektroskopie oder mechanische Festigkeitsmessungen (z.B. auf Zug, Druck, Kratzfestigkeit, Taber Abraser).
[0004] Das Prinzip eines Druckfiltertests wird anhand des folgenden Beispiels kurz umrissen.
[0005] Von einem Laborextruder wird ein Schmelzestrom des zu prüfenden Materials durch ein definiertes Sieb gefördert. Dabei wird die Druckerhöhung vor dem Sieb während der Extrusion einer definierten Materialmenge aufgezeichnet. Diese ist dann ein Maß für die Dispergierqualität des Materials.
[0006] Zur Ermittlung von Viskositätsfunktionen werden grundsätzlich zwei Verfahren favorisiert, die im Folgenden kurz beschrieben werden.
[0007] Bei dem ersten Verfahren wird an einem Hochdruckkapillarrheometer mittels Pultrusion die Schmelze durch eine definierte Kapillarengeometrie mit verschiedenen Durchsätzen gefördert. Hierbei wird der Druck vor dem Kapillareneinlauf gemessen. Aus den Parametern Druck, Durchsatz, Kapillarendurchmesser und Kapillarenlänge lassen sich Schergeschwindigkeit und Viskosität errechnen. Dies wird mit verschiedenen Parametern durchgeführt, so dass man einen funktionalen Zusammenhang zwischen Schergeschwindigkeit und Viskosität hersteilen kann.
[0008] Bei dem zweiten Verfahren speist ein Laborextruder kontinuierlich z.B. drei Kapillaren unterschiedlicher Geometrie. Auch hier werden bei definiertem Durchsatz je Kapillare die Drücke vor den Kapillaren gemessen. Der Vorteil dieses Verfahrens ist, dass man mehrere Messpunkte gleichzeitig erhält und somit die Ermittlung der Viskositätsfunktion erheblich schneller wird.
[0009] Bei einem beispielhaften Verfahren zur optischen Folieninspektion wird mittels eines Extruders, Breitschlitzdüse und Gießwalze eine Folie aus dem zu inspizierenden Material hergestellt. Diese Folie wird über eine Lichtquelle geführt und mit einer Kamera betrachtet. Fehlstellen unterschiedlichster Art können so optisch erfasst und mit einer geeigneten Software ausgewertet werden. Eine statistische Auswertung der verschiedensten Fehlercharakteristiken liefert dann eine Qualitätsaussage über das geprüfte Material. Für Materialien, die nicht Lichtdurchlässig sind, wird dabei ein Auflichtverfahren eingesetzt.
[0010] Die am häufigsten angewendete Methode zur Farbmessung ist das Spektralverfahren. Dabei wird eine Probe mit einer Tageslichtlampe beleuchtet und das von der Folie ausgehende Licht in verschiedene Wellenlängenbereiche aufgespalten. Mittels eines Sensors oder eines Sensorsystems werden die farbmetrischen Daten errechnet.
[0011] Die Messverfahren NIR, FTIR, TGA und Massenspektroskopie dienen dazu, weitere Informationen über die Zusammensetzung der Schmelze zu erhalten. So können beispielsweise Additive, Verunreinigungen Polymermoleküle oder Teile davon detektiert werden.
[0012] In der Regel sind dies stationäre Laborgeräte welche mit einem Messkopf und einer Auswerteeinheit ausgerüstet sind. In modernen Geräten ist diese in den Messkopf integriert. [0013] Alle diese Messverfahren haben sich in der Analytik und Qualitätskontrolle von Kunst1 /19
AT516 206 B1 2018-05-15 österreichisches patentamt stoffen seit Jahrzehnten bewährt. Ein entscheidender Nachteil ist jedoch die Tatsache, dass diese Verfahren jeweils nur als einzelne Off-Line Messgeräte zur Verfügung stehen. Diese müssen mit Proben beschickt werden, was in der Regel manuell geschieht. Hinzu kommt, dass die Geräte häufig in unterschiedlichen Labors stehen und von unterschiedlichem Personal bedient werden. Diese Situation führt dazu, dass Daten für eine Qualitätskontrolle nie zeitnah zum eigentlichen Produktionsprozess zur Verfügung stehen. Außerdem wird durch die räumliche Trennung häufig das Zusammenführen der unterschiedlichen Daten schwierig, so dass oftmals ein Gesamtbild des Qualitätszustandes des Produktes nicht generiert werden kann.
[0014] Durch den zeitlichen und räumlichen Versatz der Qualitätsbeurteilung und dem aktuellen Produktionszustand wird es unmöglich auf Qualitätsabweichungen schnell und gezielt zu reagieren. Dies führt dazu, dass Ausschuss nicht schnell genug als solcher erkannt wird und dieser unter Umständen aufwendig aussortiert und nachbearbeitet werden muss.
[0015] Die DD 216 879 A1 offenbart eine Anordnung zur Überwachung der Verarbeitung von plastischen Massen, die Sensoren umfasst, die mechanische, thermische, elektrische, optische, akustische oder radiologische Größen erfassen.
[0016] Die DE 36 42 757 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Produktionsüberwachung von schmelzextrudierten Kunststoffen. Am Ende des Aufschmelzextruders wird die dynamische Viskosität der Schmelze überwacht.
[0017] Die EP 0 587 304 A1 offenbart einen Extruder, Bilddatensammelmittel, die Daten von einem mit dem Extruder hergestellten extrudierten Produkt sammeln, und Steuermittel, die den Extruder in Abhängigkeit der Daten steuern.
[0018] Die WO 2008/1056656 A2 offenbart eine weitere Vorrichtung mit einem Extruder und eine Steuereinheit zum Steuern des Extruders.
[0019] Die WO 01/32397 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Bestimmung des Betriebszustands eines Extruders. Stromabwärts des Extruders ist ein Messgerät vorgesehen.
[0020] Die deutsche Offenlegungsschrift 2 119 136 offenbart einen Regelkreis zur Regelung der Massetemperatur im Formwerkzeug einer Kunststoffschneckenpresse.
[0021] Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mittels derer ein Benutzer in der Lage ist, eine einfache Materialanalyse für Kunststoffe vorzunehmen.
[0022] Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß den Ansprüchen gelöst.
[0023] Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst mindestens zwei unterschiedliche Messgeräte der Gruppe Messgeräte zur optischen Vermessung der Schmelze (z.B. IR Spektrometer), Messgeräte zum Druckfiltertest, Messgeräte zur Rheologie, Messgeräte zur optischen Folieninspektion, Messgeräte mechanischer Kennwerte von Kunststofffolien, Messgeräte zur Farbmessung, Messgeräte zur olfaktorischen Vermessung der Schmelze oder der Folie und Messgeräte zur NIR, FTIR, TGA, Terahertzstrahlung, Gaschromatographie und Massenspektroskopie, und zeichnet sich dadurch aus, dass die betreffenden Messgeräte mechanisch und/oder funktional miteinander verbunden sind.
[0024] Selbstverständlich bedeutet die Formulierung „unterschiedliche Messgeräte“, dass es sich dabei um Messgeräte zur Messung unterschiedlicher Messgrößen handelt. Bevorzugt umfasst die Vorrichtung ein Messgerät zum Druckfiltertest und ein Messgerät zur Rheologie und insbesondere weitere Messgeräte der oben genannten Gruppe. Auch wenn ähnliche Messgeräte vorliegen können, muss stets zumindest ein unterschiedliches Messgerät in der Vorrichtung enthalten sein.
[0025] Wie oben bereits angedeutet, ist dem Fachmann der generelle Aufbau der einzelnen Messgeräte bekannt. Die Messgeräte umfassen zumeist ein Sensorsystem und ein System zur Verarbeitung und/oder Weiterleitung des zu vermessenden Kunststoffmaterials (im Folgenden
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AT516 206 B1 2018-05-15 österreichisches patentamt „Transportsystem“ genannt).
[0026] In dem Fall, dass die Messgeräte in einer Vorrichtung zur Fertigung von Kunststofffolien integriert sind, umfasst das Transportsystem der betreffenden Messgeräte das System zur Verarbeitung und/oder Weiterleitung der von der Fertigungsvorrichtung herzustellenden Kunststofffolie. Das Sensorsystem ist dort also in eine solche Fertigungsvorrichtung integriert und führt seine Messungen an der Stelle durch, wo das Kunststoffmaterial den entsprechenden Fertigungsschritt durchläuft.
[0027] Das erfindungsgemäße Verfahren, welches mit einer solchen Vorrichtung durchgeführt wird, umfasst die Schritte:
[0028] a) Einführen (vorzugsweise automatisches Einführen) eines Kunststoffmaterials in ein erstes Messgerät (z.B. als Schmelze, als festes Kunstoffstrang oder als Folie), [0029] b) Messung von Eigenschaften des Kunststoff materials mittels des ersten Messgeräts, [0030] c) Führung (vorzugsweise automatische Führung) des aus dem vorangehenden Messgerät austretenden Kunststoffmaterials in ein weiteres Messgerät, [0031] d) Messung von Eigenschaften des Kunststoff materials mittels des weiteren Messgeräts.
[0032] Bei vorliegen weiterer Messgeräte in der Vorrichtung werden die Schritte c) und d) bevorzugt so lange für diese Messgeräte wiederholt, bis das Kunststoff material von allen vorhandenen Messgeräten vermessen worden ist.
[0033] Die Reihenfolge der Messgeräte sollte sich bevorzugt nach dem Zustand des vermessenen Kunststoff materials während der Messung in Anbetracht der Fertigung des Kunststoffprodukts (z.B. einer Kunststofffolie) richten. Während der Fertigung einer Plastikfolie wird ein Kunststoffmaterial zunächst verflüssigt, dann das flüssige Material extrudiert, und zuletzt wieder abgekühlt und damit verfestigt. Somit sollten insbesondere Messungen am flüssigen Kunststoffmaterial (z.B. der Druckfiltertest oder der optische Test der Schmelze) vor einer Extrusion stattfinden, Messungen zur Rheologie während einer Extrusion und Messungen mechanischer Kennwerte oder von Farben nach einer Extrusion bzw. nach einer Abkühlung des Kunststoffmaterials.
[0034] In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem ersten Messgerät um ein Messgerät zum Druckfiltertest. Dies hat den Grund, dass in der Praxis meist ein Druckfiltertest durchgeführt wird und dieser einen flüssigen Zustand des Kunststoffs benötigt. Finden optische und/oder olfaktorische Messungen der Schmelze statt, kann das Messgerät zum Druckfiltertest auch das zweite oder dritte Messgerät nach einem oder zwei Messgeräten zum optischen und/oder olfaktorischen Test der Schmelze sein.
[0035] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem auf das Messgerät zum Druckfiltertest folgende Messgerät um ein Messgerät zur Messung der Rheologie.
[0036] In einer weiteren Ausführungsform sind die Messgeräte bezüglich der Bewegungsrichtung des Kunststoff materials bzw. der Nennung im Verfahren in der Reihenfolge Messgeräte zum Druckfiltertest, Messgeräte zur Rheologie, Messgeräte zur optischen Folieninspektion, Messgeräte mechanischer Kennwerte von Kunststofffolien, Messgeräte zur Farbmessung und Messgeräte zur NIR, FTIR, TGA, Terahertzstrahlung, Gaschromatographie und Massenspektroskopie angeordnet.
[0037] Erfindungsgemäß sind die Messgeräte, zumindest deren Sensorsysteme, in der Vorrichtung als Module ausgeformt („Messmodule“), die so gestaltet sind, dass sie sowohl in ihrer Position vertauscht werden können als auch durch andere Messmodule ersetzt werden können. Auch wenn es von Vorteil ist, dass die Position eines Messmoduls für einen Druckfiltertest in der Vorrichtung einen festen Platz hat, kann es dennoch nützlich sein, wenn sich beispielsweise die Messmodule zur optischen Folieninspektion oder zur Farbmessung austauschen oder vertauschen ließen.
[0038] Zum Erreichen der erfindungsgemäßen Lösung ist notwendig, dass die Messmodule
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AT516 206 B1 2018-05-15 österreichisches patentamt miteinander verbunden sind. Diese Verbindung kann mechanischer Natur sein und insbesondere eine feste mechanische Verbindung der Messmodule untereinander darstellen. Die Verbindung kann aber auch funktioneller Natur sein, in dem die Auslese und Steuerung der Messmodule, zusammen mit der Datennahme mittels eines zentralen Systems erfolgt (z.B. über ein zentrales System zur Steuerung und Datenverarbeitung).
[0039] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform besteht die Verbindung sowohl in einer mechanischen als auch in einer funktionalen Verbindung.
[0040] Für die mechanischen Verbindung umfasst die Vorrichtung eine Haltestruktur, auf oder mittels der alle Messmodule miteinander fest verbunden sind. Diese Haltestruktur umfasst dabei insbesondere mindestens ein Trägersystem an dem alle Messmodule fest angebracht werden können. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform umfasst die Haltestruktur die Gehäuse der Messmodule (oder deren Halterungen), die dabei so ausgeformt sind, dass jeweils zwei Gehäuse mittels eines Trägersystems fest miteinander verbunden werden können. Die Gehäuse stehen bevorzugt unter Überdruck, um Verunreinigungen zu verhindern.
[0041] Vorzugsweise befinden sich die Trägersysteme an den Gehäusen jeweils alle an entsprechenden Positionen, so dass jedes Gehäuse mit jedem anderen Gehäuse fest verbunden werden kann.
[0042] Bei einer solchen festen mechanischen Verbindung ist es besonders bevorzugt, wenn das Kunststoff material automatisch von einem Messmodul zu dem jeweils folgenden Messmodul geführt wird.
[0043] Bei einer bevorzugten Ausführungsform mündet der Austritt für das Kunststoffmaterial eines Messgeräts stets in den Eintritt für das Kunststoffmaterial des folgenden Messgeräts, so dass das aus dem einen Messgerät austretende Kunststoff material direkt in das nachfolgende Messgerät automatisch eintritt.
[0044] Ebenso ist bevorzugt, dass die Vorrichtung mindestens ein Führungssystem umfasst, welches das aus einem Messgerät austretende Kunststoffmaterial automatisch zu dem folgenden Messgerät transportiert und in dieses einführt, wobei das Führungssystem insbesondere so ausgestaltet ist, dass Abrisse vermieden werden, z.B. durch genaue Messung der Bahnspannung, Zuggruppen, Walzenführungen oder abgerundete Führungselemente.
[0045] Beide Merkmale können auch zusammen in einer Vorrichtung vorliegen.
[0046] Bei einer bevorzugten Ausführungsform mit einer funktionalen Verbindung umfasst die Vorrichtung ein Rechensystem, welches dazu ausgelegt ist, den Transport des Kunststoffmaterials oder dessen Verarbeitung zu steuern und gleichzeitig dazu ausgelegt ist, die Daten von den einzelnen Sensorsystemen der Messgeräte zu sammeln und ggf. bereits zu verarbeiten oder eine Vorverarbeitung durchzuführen.
[0047] Auch in diesem Falle ist es selbst bei einer fehlenden mechanischen Verbindung der Messgeräte bevorzugt, dass die Vorrichtung mindestens ein Führungssystem umfasst, welches das aus einem Messgerät austretende Kunststoffmaterial automatisch zu dem folgenden Messgerät transportiert und in dieses einführt, wobei das Führungssystem vorzugsweise ebenfalls durch das Rechensystem gesteuert wird.
[0048] Bevorzugt umfasst das Rechensystem eine GUI (Graphische Benutzeroberfläche) oder eine Bedienungskonsole mit Anzeigeelementen zur einfachen Bedienung und Auslese.
[0049] Diese Vorrichtung hat den Vorteil, dass man durch das Anfallen der Qualitätsdaten direkt im Produktionsprozess oder zumindest der Direktmessung an ein und demselben Kunststoffmaterial, sofort auf Änderungen der Materialeigenschaften reagieren kann, und dadurch eine deutliche Steigerung der Wirtschaftlichkeit erreicht werden kann.
[0050] In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Messmodule „On-Line“ in einer Fertigungsvorrichtung angeordnet, die erfindungsgemäße Vorrichtung ist also in dieser Fertigungsvorrichtung integriert.
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AT516 206 B1 2018-05-15 österreichisches patentamt [0051] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Messmodule „Off-Line“ angeordnet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung stellt also eine separate Messeinheit dar, insbesondere mit einem Schredder, Extruder oder Abwickler.
[0052] Bevorzugt ist die Vorrichtung dermaßen ausgestaltet, dass Material vor der Vermessung abgezweigt und insbesondere nach der Vermessung archiviert oder rückgeführt wird.
[0053] Durch den oben beschriebenen modularen Aufbau ist der Anwender in der Lage, dass er wählen kann, welche Messmodule er für seine Messungen einsetzen möchte. In der Praxis wird es dabei so sein, dass es ein Grundmodul gibt, welches aus Druckfiltertest und Rheologie besteht, was auch eine bevorzugte Ausführungsform darstellt. Dies ist deshalb notwendig, weil bereits im Rahmen dieser Messungen eine Folie erzeugt werden kann, welche für die nachfolgenden Prüfungen (z.B. optische Folieninspektion oder Farbmessung) erforderlich ist.
[0054] Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, dass der Aufbau sehr robust gestaltet werden kann. Dies ist zum Beispiel für ein Off-Line-Gerät sehr wichtig, welches zur Vermessung von rezyklierten Kunststoffen eingesetzt werden kann, insbesondere zur Rückführung von rezyklierten Kunststoffen aus dem Bereich „End of Life Cycle“ in die Produktion. Durch die Verbindung der Messgeräte ist es möglich, eindeutige Qualitätskritierien für diese Materialien zu definieren.
[0055] In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung Wandelemente, mit denen die Sensorsysteme und Transportsysteme staub- und/oder fluiddicht verschlossen werden kann, um Verunreinigungen von der Prüffolie fern zu halten.
[0056] Messgeräte zur olfaktorischen Vermessung eines Werkstoffes sind dem Fachmann bekannt. Bevorzugt werden für eine erfindungsgemäße Vorrichtung Geruchsmessgeräte oder Spektrometer verwendet. Bevorzugt findet eine Analyse in einem Gaschromatographen statt.
[0057] In einer bevorzugten Ausführung umfasst das Messmodul zur olfaktorischen Vermessung ein Heizelement, z.B. einen Ofen.
[0058] Bevorzugt ist auch eine Vorrichtung zur Steuerung von Eigenschaften eines Kunststoffprodukts (im Folgenden auch als „Steuervorrichtung“ bezeichnet), die Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung sein kann oder auch eine separate Vorrichtung sein kann.
[0059] Die Steuervorrichtung umfasst eine Recheneinheit, eine Informationsempfangseinheit und eine Steuereinheit, wobei die Informationsempfangseinheit dazu ausgelegt ist, über Messgeräte oder Recheneinheiten Informationen über Kenngrößen des Kunststoffprodukts zu erhalten und der Recheneinheit zur Verfügung zu stellen und die Steuereinheit dazu ausgelegt ist, Eigenschaften des Kunststoffprodukts zu steuern oder Geräte zu steuern, welche im Herstellungsprozess des Kunststoffprodukts involviert sind, zu steuern.
[0060] Die Recheneinheit umfasst einen Speicher(bereich), in dem die empfangenen Informationen dermaßen abgespeichert werden, dass jedem gemessenen Parameter ein Speicherbereich zugeordnet ist oder zumindest anhand einer Adresse eindeutig identifiziert werden kann.
[0061] Zudem umfasst die Recheneinheit eine Speicher(bereich), in dem vorher festgelegt Qualitätsparameter/-funktionen des Kunststoffprodukts hinterlegt sind.
[0062] In der Recheneinheit werden zu festgelegten Zeiten (z.B. nach Empfang eines Messwerts oder einer Gruppe von Messwerten) diese direkt oder nach Berechnung einer auf den betreffenden Messwerten basierender Funktion oder Matrix mit entsprechenden Qualitätsparametern verglichen. Weichen die gemessenen / berechneten Werte von den Qualitätsparametern (ggf. um einen vorher festgelegten Betrag) ab, wird mittels der Recheneinheit die Steuereinheit aktiviert so dass sie einen vorher ab gespeicherten Dosieralgorithmus durchläuft. Der Algorithmus ist dabei insbesondere so gestaltet, dass er bei Abweichungen eines Messwerts oder einer Gruppe von Messwerten genau dort Funktionen bei der Herstellung des Kunststoffprodukts steuert, welche für die betreffenden Messwerte relevant sind (z.B. Die Temperatur oder Zusammensetzung des Kunststoffs bezüglich des Druckfiltertests)
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AT516 206 B1 2018-05-15 österreichisches patentamt [0063] In Kombination mit der vorliegenden Erfindung ist die folgend beschriebene Ausführungsform besonders bevorzugt. Erklärend sei hinzugefügt, dass im Folgenden bereits ein
Messwert eines Messmoduls verwendet werden kann, jedoch für ein besseres Verständnis von „Messwerten“ und „Messmodulen“ gesprochen wird.
[0064] Messwerte von Messmodulen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur modularen Materialanalyse werden der Steuervorrichtung zur Verfügung gestellt. Bevorzugt geschieht dies, in dem diese Messwerte in eine Matrix eingeordnet werden, wobei jedem Messwert zu einer bestimmten Werkstoffeigenschaft genau eine Matrixposition entspricht und/oder die Messwerte werden dort einer festen Position in einem Prüfterm zugeordnet. Insbesondere wird jeder dieser Messwerte genau einer Variablen zugeordnet, wobei diese Variablen Teile einer Funktion oder Matrix darstellen.
[0065] Elementen der Matrix oder Variablen der Funktion sind somit gemessene Parameter zugeordnet und können nach Berechnungen von Funktionen oder Matrixeigenschaften mit vorher hinterlegten Parametern verglichen werden.
[0066] Das Rechensystem führt, insbesondere nach jeder Datennahme, Berechnungen im Hinblick auf die Matrix bzw. die Funktion oder deren Teilen durch und vergleicht das Ergebnis dieser Rechnung mit einem vorher eingestellten Wert oder Wertebereich. Bei Abweichungen von diesem Wert bzw. Wertebereich wird mittels einer voreingestellten Routine die Produktion des Kunststoffprodukts gesteuert (z.B. mittels Dosieralgorithmen), bis das Ergebnis der Berechnungen von Matrix/Funktion wieder dem voreingestellten Wert entspricht bzw. wieder im voreingestellten Wertebereich liegt.
[0067] Mittels dieser Steuervorrichtung kann z.B. bei einer Verunreinigung des Ausgangsmaterials gezielt Reinmaterial hinzugegeben werden, anhand des gemessenen Wertes für die Viskosität, falls diese abweicht, ein entsprechendes Additiv hinzugefügt werden, oder falls eine gewünschte Farbe erzielt werden soll, bei Abweichungen ein entsprechendes Farbpigment zugesetzt werden, oder falls ein nicht gewünschter Geruch festgestellt wird, ein entsprechendes Aroma hinzugefügt werden. Auf diese Weise ist eine Onlineregelung von Qualitätsmerkmalen des Kunststoffprodukts möglich, was die Gesamtqualität erhöht und den Ausschuss verringert.
[0068] Im Folgenden werden einige Verbesserungen für einzelne Messgeräte, bzw. Messmodule vorgestellt, die einzeln für sich bereits Erfindungen darstellen können.
[0069] Eine bevorzugte Ausführungsform betrifft Messgeräte/Messmodule zum Druckfiltertest.
[0070] Diesbezügliche Vorrichtungen („Druckfiltertestvorrichtungen“) sind bevorzugt zu einem automatischen Siebwechsel ausgelegt, insbesondere mittels Filtermodulen. Ein Messverfahren kann einfach dadurch verbessert werden, dass die entnommenen Filtermodule, die wichtige Informationen im ausgesiebten Material enthalten können, einer weiteren Analysen zugeführt werden, wie z.B. einer optischen Beurteilung, einer mikroskopischen Untersuchung, IR-Spektroskopie, Röntgenfluoreszensspektrographie oder einer Messung nach einer Veraschung.
[0071] Eine bevorzugte Druckfiltertestvorrichtung umfasst Filtermodule und ein Sensorsystem zur Druckmessung, wobei die Filtermodule im Fluss der Kunststoffschmelze positionierbar sind und das Wechselsystem dazu ausgelegt ist, die Filtermodule automatisch auszuwechseln.
[0072] Geeignete Sensorsysteme sind dem Fachmann bekannt und umfassen insbesondere Drucksensoren, welche so angeordnet sind, dass sie eine Druckerhöhung vor dem Filter während der Extrusion einer definierten Materialmenge messen können.
[0073] Bevorzugte Filtermodule umfassen Filter-Haltestrukturen für Siebe/Filter oder für Gruppen von Sieben/Filtern. Bevorzugte Filtermodule umfassen Kartuschen in denen mindestens ein Filter/Sieb angeordnet ist oder die Filtermodule sind auf Bändern (z.B. Filter- oder Siebbändern) ausgebildet und entsprechen insbesondere Flächen auf diesen Bändern.
[0074] Bevorzugte Filtermodule umfassen Siebe und/oder Filter oder Kombinationen aus Filtern und/oder Sieben. Des Weiteren stellen bevorzugte Filtermodule Bereiche eines Sieb- oder Filterbandes dar. Als Filtermodule werden bevorzugt Granulate, gelochte Flächen oder Flächen
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AT516 206 B1 2018-05-15 österreichisches patentamt aus Fäden oder Bändern verwendet.
[0075] Bevorzugt ist das Wechselsystem dazu ausgelegt, ein Band beinhaltend die Filtermodule durch den Schmelzestrom zu bewegen, oder es ist dazu ausgelegt, Kartuschen in und aus einem Schmelzestrom zu bewegen.
[0076] Mittels des Wechselsystems werden die Filtermodule in den Messbereich verbracht und aus diesem entfernt. Bevorzugt umfasst die Vorrichtung dafür eine Öffnung, welche dazu geöffnet und nach Einbringen eines Filtermoduls wieder geschlossen wird. Die Bewegung der Öffnung wird bevorzugt elektrisch, mechanisch, hydraulisch oder mit Druckluft erreicht. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Öffnung geöffnet, die Haltestrukturen des Wechselsystems bewegt (z.B. mittels Keilen und Spindelantrieben), das Filtermodul in Position gebracht und die Öffnung wieder geschlossen.
[0077] Bevorzugt ist auch ein Aufbau mit mehreren konzentrischen Positionen von Filtermodulen. Damit können Filter/Siebe und Filter-/Siebpakete unterschiedlicher Dicke geordnet eingelegt werden.
[0078] Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Filtermodule Bereiche auf einem bandförmigen Sieb- oder Filtermaterial.
[0079] Bevorzugt sind Bänder mit Sieb/Filterstrukturen der Gruppe gewebte oder gestrickte Siebe/Filter, Glasfasersiebe/-filter, gelaserte, kalandrierte oder genadelte Siebe/Filter, mit Öffnungen versehene Metallfolien, Vliese (z.B. Stapelfaservliese) oder Kombinationen der vorgenannten Strukturen nebeneinander und/oder übereinander ausgestattet.
[0080] In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Wechselsystem so ausgestaltet, dass seine Haltestruktur ein zusammengerolltes, Filtermodul-Band in einer ersten Position aufnehmen kann, sein Bewegungssystem so ausgestaltet, dass es das Band abrollen und Bereiche des Bandes (auf denen Filtermodule ausgebildet sind) durch einen Schmelzestrom führen kann. Bevorzugt ist das Haltesystem zudem dazu ausgebildet, das durch den Schmelzestrom geführte Band wieder aufzunehmen und das Bewegungssystem dazu ausgelegt, das Band wieder zusammenzurollen, ggf. nach einer Aushärtung, wobei die Vorrichtung dazu insbesondere mit einem zusätzlichen Kühlmodul ausgestattet ist.
[0081] Es ist von Vorteil, wenn das Filtermodul in seiner Messposition druckdicht angeordnet ist, so dass die Schmelze nicht seitlich entweichen kann.
[0082] Bevorzugt weisen die Filtermodule (auch wenn sie auf Bändern vorliegen) an ihren Rändern eine dichtere Struktur auf. Eine solche Struktur kann z.B. durch eine dichtere Verwebung/Verstrickung oder eine gezielte Formung von einer geringeren Lochdichte an den Rändern erreicht werden. Durch solche Filtermodule wird die Dichtigkeit der Vorrichtung erhöht.
[0083] In einer diesbezüglich bevorzugten Ausführungsform werden Filtermodule verwendet, die insbesondere auf Bahnen angeordnet sind. Durch unterschiedliche Webarten z.B. unterschiedliche Feinheiten, sind diese Filtermodule als separate Module oder als hintereinander und/oder nebeneinander liegende Bereiche auf einer Bandfläche realisiert. Wichtig ist hier, dass zur Abdichtung gegen die Polymerschmelze die Siebbahnen jeweils längs und quer an den Randbereichen der Filtermodule dichter gewoben sind als im Zentrum der Filtermodule.
[0084] In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Abdichtung durch Metallfolien, Harze, oder andere hochtemperaturfeste thermoplastische oder duroplastische Kunststoffe erreicht, wobei das jeweilige Material an den Randbereichen der Filtermodule an- oder aufgebracht wird. Bevorzugte Abdichtungen sind auch Keilkonstruktionen, Kanten oder Querwebungen.
[0085] Bevorzugt sind (insbesondere auf einem Band) Filtermodule dermaßen angelegt, dass im Randbereich des Filtermoduls auf einer Breite von 1 mm bis 5 cm, insbesondere auf einer Breite zwischen 5 mm bis 2 cm, ein Rand ausgearbeitet, welcher zur Verbesserung der Dichtigkeit eine dichtere Filter-/Siebstruktur und/oder eine Dichtungsmasse aufweist und einen Sieb/Filterbereich umschließt, der dazu bestimmt ist, Messungen durchzuführen.
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AT516 206 B1 2018-05-15 österreichisches patentamt [0086] Mit der Druckfiltertestvorrichtung ist es möglich, nicht nur mit einer Siebgeometrie sondern nacheinander mit mehreren unterschiedlichen Filtermodulen zu messen, welche sich bezüglich ihrer Feinheit, Siebart oder Siebmaterialien unterscheiden. Ebenso ist es möglich, individuelle Siebpakete zusammenzustellen oder auch mit Filtermodulen zu messen, die Filtersande enthalten (z.B. aus Mineralien, Kunststoffen und/oder Metallen) und Kombinationen aus allen möglichen Materialien.
[0087] Mit einer solchen Ausführungsform, welche einen Wechsel von Filtermodulen zur Verfügung stellt, ergibt sich nicht nur die Möglichkeit einer automatisierten Materialprüfung, sondern auch die Möglichkeit für den jeweiligen Anwendungsfall Siebe/Filter zu optimieren. Denkbar sind z.B. Bänder mit verstärkter Kantenverwebung oder mit über der Länge unterschiedlichen Gewebestrukturen.
[0088] Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung ein Temperiersystem, welches dazu ausgelegt ist, die Filtermodule vor dem Messbereich vorzutemperieren und/oder nach der Messung zu kühlen. Bevorzugt werden die Filtermodule nach dem Ausstoß gekühlt und fallen geordnet in ein Auffangmagazin und werden gegebenenfalls individualisiert. Damit ist es möglich, die Siebe zur weiteren Analyse von Verunreinigungen zu verwenden.
[0089] Um einen konstanten Durchsatz des aufgeschmolzenen Werkstoffs zu erreichen, ist bevorzugt eine Schmelzepumpe und/oder ein Messsystem zur Durchflussmessung (ζ. B. eine Coriolis-Massedurchsatzmessung) zwischen Extruder/Schneckenförderer und Filter angeordnet. Bei der Verwendung eines Messsystems zur Durchflussmessung wird ein korrekter und konstanter Durchsatz bevorzugt über die Regelung der Schmelzebewegung (z.B. die Drehzahl der Schnecke im Extruder) erreicht.
[0090] Ein Messverfahren kann dadurch verbessert werden, dass die entnommenen Filtermodule, die wichtige Informationen im ausgefilterten Material enthalten können, einer weiteren Analysen zugeführt werden, wie z.B. einer optischen Beurteilung, einer mikroskopischen Untersuchung, einem Spektroskopieverfahren (z.B. optisch oder IR) oder einer Veraschung.
[0091] In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Filtermodule so angeordnet, dass sie sich bei einem vollführten Wechsel durch den Schmelzestrom mit zunehmend steigenden oder fallenden Werten einer bestimmten Eigenschaft einander folgen. Zum Beispiel sind die Filtermodule so angeordnet, dass das in einer Richtung jeweils benachbarte Filtermodul eine kleinere (oder größere) Maschen-/Lochweite aufweist. Auf diese Weise entsteht eine Abfolge, mit der bei einer Messung abgestuft Grade der Werkstoffschmelze vermessen werden kann (z.B. der Reinheitsgrad).
[0092] In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung so gestaltet, dass nicht der gesamte Schmelzestrom vermessen wird, sondern ein Teil des Schmelzestroms abgezweigt und im Rahmen eines Druckfiltertests vermessen wird. Dieser Teil wird anschließend bevorzugt wieder dem Schmelzestrom zugeführt. Insbesondere wird eine Probe aus dem Bereich der Förderschnecke entnommen. Auf diese Weise kann eine zeitlich gut aufgelöste Messung im Rahmen des Druckfiltertests ohne Unterbrechung eines Fertigungsprozesses erfolgen.
[0093] In einer diesbezüglichen bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung dazu ausgelegt, die Filtermodule automatisch zu kennzeichnen.
[0094] In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung so gestaltet, dass nicht der gesamte Schmelzestrom vermessen wird sondern ein Teil des Schmelzestroms abgezweigt und im Rahmen eines Druckfiltertests vermessen wird. Dieser Teil wird anschließend bevorzugt wieder dem Schmelzestrom zugeführt. Insbesondere wird eine Probe aus dem Bereich der Förderschnecke entnommen. Auf diese Weise kann eine zeitlich gut aufgelöste Messung im Rahmen des Druckfiltertests ohne Unterbrechung eines Fertigungsprozesses erfolgen.
[0095] Eine bevorzugte Ausführungsform betrifft Messgeräte/Messmodule zur Rheologie.
[0096] Bevorzugt speist bei dem Verfahren zur Messung der Rheologie ein Laborextruder (zum Beispiel ein LAB) oder ein Seitenstrom eines Hauptextruders kontinuierlich z.B. drei Kapillaren
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AT516 206 B1 2018-05-15 österreichisches patentamt unterschiedlicher Geometrie.
[0097] In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung so gestaltet, dass nach dem
Sieb des Messgeräts zum Druckfiltertest an Stelle der sonst üblichen Runddüse im Anschluss an den Siebbereich eine Schlitzkapillare angeordnet ist, welche bereits zum Messgerät/Messmodul zur Rheologie gehörig ist, bzw. die Verbindung zwischen dem Druckfiltertest und die Messung zur Rheologie darstellt.
[0098] In einer weiteren Ausführungsform ist die Vorrichtung so ausgestaltet, dass der Schmelzstrom in mindestens zwei parallele Ströme aufgeteilt wird, wobei an dem einen der Druckfiltertest und an dem anderen Messungen zur Rheologie durchgeführt wird. Für diese Ausführungsform ist eine Vorfilterung der Kunststoffschmelze zumindest vor der Messung zur Rheologie von Vorteil.
[0099] In einer bevorzugten Ausführungsform sind bezüglich der Messung zur Rheologie im betreffenden Sensorsystem mindestens drei Druckaufnehmer enthalten.
[00100] Bevorzugt ist die Anordnung des Messgeräts/Messmoduls zur Rheologie so gestaltet, dass mittels eines Druckaufnehmers der Einlaufdruckverlust für die Beurteilung der elastischen Eigenschaften gemessen werden kann, insbesondere mittels eines der vorgenannten Druckaufnehmer.
[00101] Weiter bevorzugt ist die Anordnung des Messgeräts/Messmoduls zur Rheologie so gestaltet, dass mittels mindestens zweier Druckaufnehmer (insbesondere der beiden anderen der vorgenannten mindestens drei Druckaufnehmer) die Druckdifferenz zur Berechnung der Viskosität und Schergeschwindigkeit gemessen werden kann.
[00102] Bevorzugt umfasst das Rheometer eine Flachkapillare.
[00103] Bevorzugt ist die Schlitzkapillare zur Messung der Rheologie so dimensioniert, dass ein Band von mindestens 5 mm Breite, insbesondere mindestens 50 mm Breite extrudiert wird. Die Maximalbreite ist von der Maschinenabmessung abhängig und beträgt beispielsweise 5 m. Die Schlitzkapillare ist vorzugsweise keilförmig gestaltet, zumindest in ihrem Randbereich. Je nach Art der Messung kann es von Vorteil sein, wenn die Kapillare gerade, keilförmig oder nur am Rand keilförmig gestaltet ist.
[00104] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Messmodul neben der Schlitzkapillare (die auch als Düse fungieren kann) weitere Rund- oder Schlitzkapillaren. Dies dient vor Allem zur Erweiterung des Messbereichs.
[00105] Insbesondere ist die Schlitzkapillare in Breite und Lippenabstand einstellbar, um eine Anpassung an die verschiedenen Materialien und Viskositätsbereiche zu ermöglichen. Vorzugsweise werden verschiedene Kapillarenmodule je nach Art der Messung und Art des Materials, sowie dem gewünschten Durchsatz durch das System eingesetzt. Bevorzugte Formen sind flach, rund oder polygonal.
[00106] Bevorzugt ist die Vorrichtung dermaßen gestaltet, dass sie eine Extrusionseinheit enthält (insbesondere einer Extrusionseinheit enthaltend eine Schlitzkapillare, die vorzugsweise einstellbar und/oder austauschbar ist) und nach dem Austritt aus der Extrusionseinheit eine Glättwalze angeordnet ist, auf der bzw. mittels derer die Folie gekühlt wird und auf die erforderliche Dicke gezogen wird, die Folie gekastet wird, oder die Folie kalandriert wird.
[00107] In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Walze auf, die auf ihrer Oberfläche strukturiert ist, wobei die Vorrichtung dazu ausgelegt ist, diese Struktur auf die Oberfläche der Kunststofffolie aufzubringen. Bevorzugt sind Strukturen der Gruppe Mattierungen, Aufrauungen, Reliefstrukturen, Längsbahnen, Riffelungen, Prismen- oder Linsenstrukturen und Markierungen oder Zeichen.
[00108] Diese Strukturen müssen dabei nicht auf der gesamten Mantelfläche der Walze ausgebildet sein. Es ich bevorzugt, dass nur ein Teil der Mantelfläche der Walze strukturiert ist, insbesondere ihr Randbereich.
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AT516 206 B1 2018-05-15 österreichisches patentamt [00109] Eine solche Ausführungsform ergibt die Vorteile, dass automatisch Markierungen aufgebracht werden können oder die Folie für besondere optische Vermessungen vorbereitet werden kann.
[00110] Um eine gute Haftung der Folie auf der Walze zu gewährleisten, werden bevorzugt Edge Pinning- oder Vakkumeinheiten und/oder Luftrakel eingesetzt. Insbesondere ist die Walze mit vielen gängigen Beschichtungen wie Hartchrom, chemisch Nickel, Teflon, TiN, CrN, PVD Schichten, DLC (Diamond like Carbon) versehen. Oftmals bestimmt die Verwendung die geeignete Beschichtung.
[00111] In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Messmodul zur Rheologie mindestens zwei (insbesondere mindestens drei) Kapillaren (z.B. Rohre, Kanäle, Düsen oder Bohrungen) auf, welche Abmessungen zwischen 0.001 mm und 10 mm, insbesondere zwischen 0,05 mm und 5 mm aufweisen und alle unterschiedliche Durchmesser, bei vorzugsweise gleicher Querschnittsform, aufweisen. Die Durchmesser unterscheiden sich vorzugsweise um mehr als 0,1 mm, insbesondere um mehr als 0,4 mm.
[00112] Bevorzugt ist auch hier eine Modularität, eine Verstellbarkeit und/oder eine Austauschbarkeit.
[00113] Insbesondere wenn das Messmodul zur Rheologie nach einem Messmodul zum Druckfiltertest angeordnet ist, umfasst die Vorrichtung vorzugsweise eine Fördereinheit z.B. eine Schmelzepumpe zur besseren Förderung des Schmelzestroms.
[00114] Eine bevorzugte Ausführungsform betrifft Messgeräte/Messmodule zur optischen Beurteilung der Folie.
[00115] Bevorzugt umfasst ein Messmodul zur optischen Beurteilung der Folie ein Beleuchtungssystem und ein Bildaufnahmesystem. Das Beleuchtungssystem ist dabei so ausgestaltet, dass es mittels mindestens einer Beleuchtungseinheit Licht auf eine Kunststofffolie strahlen kann und mittels des Bildaufnahmesystems Bilder dieser Kunststofffolie aufnehmen kann.
[00116] Das Bildaufnahmesystem umfasst dabei vorzugsweise Sensoren mit zellenförmig oder flächig angeordneten lichtempfindlichen Sensoren, insbesondere CCD- Sensoren und/oder CMOS-Sensoren. Es können für einen solchen Detektor auch handelsübliche Kameras benutzt werden.
[00117] Das Beleuchtungssystem umfasst mindestens eine Beleuchtungseinheit, welche bezüglich einer zu vermessenden Kunststofffolie auf der gleichen Seite wie ein Element des Bildaufnahmesystems angeordnet ist (Auflichtkonfiguration) und/oder auf der anderen Seite eines Elements des Bildaufnahmesystems angeordnet ist (Durchlichtkonfiguration). Es ist insbesondere eine Kombination von Auflicht- und Durchlichtkonfiguration bevorzugt.
[00118] In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Beleuchtungssystem mindestens zwei Beleuchtungseinheiten, welche unterschiedliche Strahlungen emittieren (z.B. unterschiedliche Farben und/oder IR/UV). Die Strahlung ist vorzugsweise monochromatisch und/oder polarisiert.
[00119] Bevorzugt sind mindestens zwei Beleuchtungseinheiten und/oder mindestens zwei Bildaufnahmeeinheiten, die in jeweils unterschiedlichen Winkeln zu einer Oberfläche des zu vermessenden Produktes angeordnet sind.
[00120] Bildaufnahmeeinheiten sind zudem bevorzugt schwenkbar angeordnet und erfüllen insbesondere die Funktion eines Scanners.
[00121] In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Module zur optischen Vermessung zu Dunkelfeldmessungen, Messungen zum differenziellen Interferenzkontrast, Laserscattering particle sized distribution analysis, optische Messungen zur Spannungsverteilungen, Polarisationsmessungen, optische Anregung von Phononen.
[00122] In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Messmodul dazu ausgelegt, mehre Aufnahmen an derselben Längsposition der Folie durchzuführen. Bevorzugt ist die Kamera so
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AT516 206 B1 2018-05-15 österreichisches patentamt gestaltet, dass sie in Querrichtung zur Folie bewegt werden kann, bevorzugt werden aber auch unterschiedliche Aufnahmen bei unterschiedlichen Wellenlängen von ein und derselben Stelle der Folie gemacht.
[00123] In einer bevorzugten Ausführung umfasst das Messmodul zusätzlich eine Einheit (z.B. bewegbare Walze), welche dazu ausgelegt ist, die Kunststofffolie in Spannung zu versetzen oder als Bahnspeichereinheit zu dienen. In ihrer Ausführung als Bahnspeichereinheit ermöglicht sie mehrere Aufnahmen der Folie an ein und derselben Längsposition der Folie.
[00124] Eine bevorzugte Ausführungsform ist dermaßen ausgestaltet, dass eine Analyse der Abweichungen trotz Versatz der zu vermessenden Oberfläche möglich ist. Dies geschieht insbesondere durch eine entsprechende Steuerung der Beleuchtungseinheiten und/oder der Bildaufnahmeeinheiten.
[00125] In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Module in Bahnrichtung der zu vermessenden Folie versetzt angeordnet, wobei die Analyse der gleichen Stelle der Folie durch genaue Wegmessung oder Triggerung z.B. durch die bereits oben genannten Markierungen erfolgt.
[00126] Bevorzugt umfasst das Messgeräte/Messmodule zur optischen Beurteilung der Folie eine kompakte Folienführung über eine Beleuchtungseinheit, wobei über der Beleuchtungseinheit mindestens eine Kamera angeordnet ist, welche auf die Folie gerichtet ist und ein Bild eines Folienabschnitts aufnimmt (Durchlichtverfahren).
[00127] Des Weiteren ist bevorzugt, dass das Messgeräte/Messmodule zur optischen Beurteilung der Folie eine kompakte Folienführung unter einer Beleuchtungseinheit umfasst, wobei auf der Folienseite, an der sich die Beleuchtungseinheit befindet, mindestens eine Kamera angeordnet ist, welche auf die Folie gerichtet ist und ein Bild eines Folienabschnitts aufnimmt (Auflichtverfahren).
[00128] Bevorzugt wird bei den beiden vorgenannten Verfahren über einen voreingestellten Längenbereich der Folie deren gesamte Breite mittels der mindestens eine Kamera aufgenommen bzw. abgebildet.
[00129] Die verwendeten Kameras sind bevorzugt dazu ausgelegt, verschiedene Spektralbereiche aufzunehmen, die nicht zwingend nur sichtbares Licht umfassen, sondern insbesondere auch den UV-Bereich und den IR-Bereich.
[00130] Eine bevorzugte Ausführungsform betrifft Messgeräte/Messmodule für mechanische Kennwerte.
[00131] Bevorzugt ist die Vorrichtung dermaßen ausgelegt, dass sie ein Zugwerk umfasst, dem eine durch die Vorrichtung geführte Kunststofffolie zugeführt werden kann. Ein solches Zugwerk umfasst vorzugsweise zwei hintereinander liegende Walzenpaare, wobei sich das relativ zur Bewegungsrichtung einer Folie aus gesehen erste Walzenpaar langsamer dreht als das zweite Walzenpaar, so dass die Folie gedehnt wird. Die Walzen werden insbesondere mittels Antriebseinheiten (z.B. Elektromotoren) angetrieben.
[00132] Das Zugwerk ist dabei insbesondere senkrecht angeordnet und mit einer Folienführung versehen. Damit ist sichergestellt, dass die Folie nach einem Abriss wieder einlaufen kann. Das Zugwerk ist aber in bevorzugten Ausführungen, insbesondere bei der Verwendung von Führungen, Blechen oder Rollen auch waagrecht oder im beliebigen Winkel angeordnet.
[00133] Insbesondere werden Walzen elektrisch, mechanisch, pneumatisch oder hydraulisch zusammengepresst. Der Liniendruck wird dabei insbesondere mittels Sensoren bestimmt und geregelt.
[00134] Die Walzen können mit allen möglichen Materialien beschichtet sein. Bevorzugte Walzen (eine der beiden oder beide) sind gummiert, rau, wobei eine gummiert und eine rau sein kann.
[00135] Das Sensorsystem eines Messgeräts/Messmoduls für mechanische Kennwerte um11 /19
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Patentamt fasst insbesondere mindestens ein Leistungsmessgerät oder mindestens ein Strommessgerät, welches die Leistung oder den Strom der Antriebseinheit des schneller laufenden Walzenpaares misst. Die Messung der Leistung oder der Stromaufnahme des schneller laufenden Walzenpaares ist ein Maß für die Kraft mit der die Folie gedehnt wird und liefert somit eine Aussage über die Mechanik der Folie.
[00136] Das Sensorsystem eines Messgeräts/Messmoduls für mechanische Kennwerte umfasst zusätzlich insbesondere mindestens ein Leistungsmessgerät oder mindestens ein Strommessgerät, welches die Leistung oder den Strom der Antriebseinheit des langsamer laufenden Walzenpaares misst. Dies erleichtert eine Eichung und verbessert die Messgenauigkeit.
[00137] In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung Zugmessdosen oder Messwalzen.
[00138] In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Messmodul für mechanische Kennwerte zwei Walzenpaare, welche zueinander beabstandet sind und eine Kunststofffolie jeweils zwischen sich führen, so dass diese Kunststofffolie in jedem der Walzenpaare nicht verrutschen kann. Zudem umfasst das Messmodul noch eine Messwalze, welche zwischen diesen beiden Walzenpaaren angeordnet ist. Das Messmodul ist dabei bevorzugt so ausgestaltet, dass die Messwalze gegen eine zwischen den Walzenpaaren geführte Kunststofffolie gepresst werden kann und die Presskraft im Verhältnis zu der Auslenkung dieser Messwalze gemessen werden kann. Das Messmodul ist aber auch bevorzugt so ausgestaltet, dass die Messwalze schwingend auf eine zwischen den Walzenpaaren geführte Kunststofffolie aufgebracht werden kann.
[00139] Das Verhältnis von Presskraft zu Auslenkung der Messwalze ergibt einen Messwert für mechanische Kennwerte der Kunststofffolie.
[00140] Bevorzugt ist dieses Messmodul dermaßen angeordnet, dass die Kunststofffolie senkrecht oder waagerecht verläuft.
[00141] Eine bevorzugte Ausführungsform betrifft Messgeräte/Messmodule zur Farbmessung, NIR, FTIR, TGA, Terahertzstrahlung (z.B. zur Messung von Dickenprofilen oder Schichtungen), Gaschromatographie und Massenspektroskopie, UV-Vis.
[00142] Bevorzugt ist das Sensorsystem so ausgestaltet, dass es bei gegebener Folienführung und/oder Haltevorrichtungen modulartig in das System integriert werden kann.
[00143] In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung dazu ausgelegt, die vermessene Kunststofffolie zusätzlich automatisch zu kennzeichnen, insbesondere mittels Zeichen, Barcodes, RFID-Elementen, Gravuren, oder anderen Mustern. Bevorzugt umfasst die Vorrichtung dazu Drucker, Markierungselemente, Elemente zum Aufbringen von klebenden Materialien, Stanzen, oder andere Elemente zum Verändern von Oberflächen.
[00144] Die Vorrichtung ist insbesondere dazu ausgelegt, dass über ein Scanelement und einer mit einer Bediensoftware ausgestatteten Recheneinheit (die insbesondere in der Vorrichtung enthalten sind) Markierungen auf der Kunststofffolie eingescannt werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, Messergebnisse oder Gütemarkierungen direkt auf der Kunststofffolie zu vermerken oder Messbereiche zu markieren.
[00145] In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung so gestaltet, dass zur Messung in einem beliebigen Messmodul nicht der gesamte Schmelzestrom oder das gesamte Kunststoffprodukt vermessen wird sondern ein Teil des Schmelzestroms/Kunststoffprodukts abgezweigt wird. Dabei ist die diesbezügliche Entnahmeeinheit so gestaltet, dass der vermessene Massestrom bzw. das vermessene Kunststoffprodukt zeitlich direkt mit dem Hauptstrom korreliert, insbesondere durch kleine Durchmesser im Entnahmestrom, die ggf. aufgeweitet werden oder abgetrennte Randbereiche des Kunststoffprodukts.
[00146] In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Randstreifenanalyse des Kunststoffprodukts durchgeführt, bzw. die Vorrichtung ist zumindest zu der Durchführung einer Randstreifenanalyse ausgelegt.
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AT516 206 B1 2018-05-15 österreichisches patentamt [00147] Dieser Teil wird anschließend bevorzugt wieder dem Schmelzestrom oder einer Verwertung zugeführt. Auf diese Weise kann eine zeitlich gut aufgelöste Messung, welche mit dem
Schmelzefluss/Kunststoffprodukt korreliert ist, insbesondere ohne Unterbrechung eines Fertigungsprozesses erfolgen.
[00148] Zum Schutz der Vorrichtung kann diese mindestens einen Vorfilter enthalten, insbesondere an ihrem Einlass oder den Einlass von einzelnen Messmodulen.
[00149] Zur Kalibration von Messmodulen enthält die Anlage Referenzmaterialien (z.B. Reingranulat, Referenzproben des Kunststoffmaterials bzw. der Kunststofffolie, Farbmuster oder IRReferenzproben). Die Vorrichtung kann zu diesem Zweck auch einen eigenen Referenzextruder aufweisen.
[00150] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen Extruderkopf bzw. Förderschnecke und einem Messmodul bzw. einer Schmelzepumpe oder zwischen zwei Messmodulen mindestens ein Schmelzepuffer angeordnet. Dieser Schmelzepuffer sammelt einlaufende Schmelze und presst die Schmelze je nach Bedarf über einen Auslass heraus. Auf diese Weise ist eine kontinuierliche Messung selbst bei einem diskontinuierlichen Betrieb einer Anlage möglich.
[00151] Beispiele für bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Abbildungen dargestellt.
[00152] Figur 1 [00153] Figur 2 [00154] Figur 3 [00155] Figur 4 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform; zeigt schematisch eine weitere bevorzugte Ausführungsform; zeigt schematisch eine weitere bevorzugte Ausführungsform, zeigt schematisch eine weitere bevorzugte Ausführungsform.
[00156] Figur 1 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform, in der vier fest miteinander verbundene Messmodule 1 an einem Schneckenförderer 2 angebracht sind. Der Schneckenförderer 2 umfasst in diesem Beispiel keine Austrittsdüse, es tritt lediglich ein flüssiges Kunststoffmaterial nach Durchlaufen der Schnecke aus dem Schneckenförderer aus, gelangt automatisch in das erste der Messmodule 1 und durchläuft die Reihe der Messmodule 1 während das Kunststoff material vermessen und gegebenenfalls verarbeitet wird.
[00157] Der Schneckenförderer kann auch Teil der Vorrichtung sein.
[00158] Seien die vier Messmodule 1 von links nach rechts mit den Buchstaben A bis D bezeichnet, könnte beispielsweise Messmodul A ein Messgerät zur olfaktorischen Messung der Kunststoffschmelze, Messmodul B ein Messgerät zum Druckfiltertest, Messmodul C ein Messgerät zur Rheologie des Kunststoffs sein, wobei in Messmodul C dann eine Extrudierdüse umfassen würde, und Messmodul D ein Messgerät zur optischen Vermessung der entstehenden Kunststofffolie sein, wobei Messmodul D in diesem Falle Walzen zum Glätten der Kunststofffolie aufweisen könnte (diese könnten aber auch in Messmodul C enthalten sein).
[00159] Eine ähnliche Vorrichtung ist in Figur 2 dargestellt. Hier ist ein vollständiger Extruder dargestellt, der mit Messmodulen ausgestattet ist. Das aus dem Schneckenförderer 2 austretende Kunststoffmaterial wird durch eine Öffnung 3 hindurchgepresst, in der ein Druckfiltertest durchgeführt wird, der von Druck-Messmodul 4 vermessen wird. Anschließend wird eine Kunststofffolie mittels der Düse 5 extrudiert, wobei gleichzeitig eine Rheologiemessung mit dem Rheologie-Messmodul 6 stattfindet. Zuletzt wird die Kunststofffolie mittels Gießwalzen geglättet und optisch mit einem optischen Messmodul 7 vermessen, wobei diese Gießwalzen in diesem Beispiel Teil des optischen Messgeräts sind. An Stelle des optischen Messmoduls 7 kann auch ein olfaktorisches Messmodul zur olfaktorischen Vermessung vorliegen.
[00160] Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann alle Elemente der Figur 2 enthalten, es ist aber auch möglich, dass ein handelsüblicher Extruder verwendet wird und eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß Figur 3 gestaltet ist, in der das Druck-Messmodul 4, das RheologieMessmodul 6 und das optische Messmodul 7 fest miteinander verbunden sind und dieser Ver13/19
AT516 206 B1 2018-05-15 österreichisches patentamt bund dermaßen geformt ist, dass er an handelsübliche Extruder angebracht werden kann (ggf.
zuzüglich eines Siebes zum Druckfiltertest).
[00161] In Figur 4 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform in einer detailreicheren aber dennoch skizzenhaften Abbildung dargestellt.
[00162] Ein Schmelzestrom wird in ein Druck-Messmodul 4 eingeführt (schwarzer Pfeil links oben) und ein Druckfiltertest durchgeführt. Darauf folgt ein Test zur Rheologie in einem Rheologie-Messmodul 6, während dem die Schmelze zu einer Folie extrudiert wird (schwarzer Strang), welche ggf. von Walzen umgelenkt die weiteren Messstationen durchläuft.
[00163] Nach einer Glättung/Kühlung mittels der anschließenden Walze (großer Radius) wird die Folie mittels drei Walzen umgelenkt und es findet in einem optischen Messmodul 7 von 2 weiteren Walzen unterstützt eine optische Messung statt. Darauf hin wird die Folie wiederum mittels zwei Walzen umgelenkt und es findet zwischen zwei Walzenpaaren eine Messung zu mechanischen Eigenschaften der Folie mit einem mechanischen Messmodul 8 statt. Zuletzt wird nach einer Umlenkung über zwei Walzen der Geruch der Folie mittels eines olfaktorischen Messmoduls 9 überprüft. Im Weiteren wird die Folie wieder über zwei Walzen umgelenkt und steht ggf. einer weiteren Verarbeitung oder weiteren Messungen zur Verfügung.
[00164] All diese Messmodule sind mechanisch und/oder funktional verbunden.
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BEZUGSZEICHENLISTE
Messmodul
Schneckenförderer
Öffnung
Druck-Messmodul
Düse
Rheologie-Messmodul
Optisches Messmodul
Mechanisches Messmodul
Olfaktorisches Messmodul
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AT516 206 B1 2018-05-15 österreichisches
Patentamt

Claims (13)

  1. Patentansprüche
    1. Vorrichtung zur modularen Materialanalyse für Kunststoffe umfassend mindestens zwei unterschiedliche Messgeräte der Gruppe Messgeräte zur optischen Vermessung der Schmelze, Messgeräte zum Druckfiltertest, Messgeräte zur Rheologie, Messgeräte zur optischen Folieninspektion, Messgeräte mechanischer Kennwerte von Kunststofffolien, Messgeräte zur Farbmessung, Messgeräte zur olfaktorischen Vermessung der Schmelze oder der Folie und Messgeräte zur NIR, FTIR, TGA, Terahertzstrahlung, Gaschromatographie und Massenspektroskopie, wobei die betreffenden Messgeräte mechanisch und/oder funktional miteinander verbunden sind, die Messgeräte, zumindest deren Sensorsysteme, in der Vorrichtung als Module ausgeformt sind (Messmodule 1), die so gestaltet sind, dass sie sowohl in ihrer Position vertauschbar sind als auch durch andere Messmodule (1) ersetzbar sind, und die Vorrichtung zur modularen Materialanalyse für Kunststoffe eine Haltestruktur umfasst, auf oder mittels der alle Messgeräte miteinander fest verbunden sind.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Messmodul (1) der Vorrichtung ein Messmodul (1) zum Druckfiltertest und ein in Bewegungsrichtung des Kunststoffs folgendes Messmodul (1) ein Messmodul (1) zur Messung der Rheologie ist.
  3. 3. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslese und Steuerung der Messmodule (1), zusammen mit der Datennahme mittels eines zentralen Systems erfolgt.
  4. 4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltestruktur mindestens ein Trägersystem umfasst an dem alle Messgeräte fest angebracht werden können oder die Haltestruktur die Gehäuse der Messgeräte oder deren Halterungen umfasst, die so ausgeformt sind, dass jeweils zwei Gehäuse mittels eines Trägersystems fest miteinander verbunden werden können.
  5. 5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messmodule (1) dermaßen angeordnet sind, dass das Kunststoff material automatisch von einem Messgerät zu dem jeweils folgenden Messgerät geführt wird, wobei der Austritt für das Kunststoffmaterial eines Messgeräts stets in den Eintritt für das Kunststoffmaterial des folgenden Messgeräts mündet, und/oder dass die Vorrichtung mindestens ein Führungssystem umfasst, welches das aus einem Messgerät austretende Kunststoff material automatisch zu dem folgenden Messgerät transportiert und in dieses einführt.
  6. 6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein Rechensystem umfasst, welches dazu ausgelegt ist, den Transport des Kunststoffmaterials oder dessen Verarbeitung zu steuern und gleichzeitig dazu ausgelegt ist, die Daten von den einzelnen Sensorsystemen der Messgeräte zu sammeln und insbesondere bereits zu verarbeiten oder eine Vorverarbeitung durchzuführen.
  7. 7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messmodule (1) „On-Line in einer Fertigungsvorrichtung angeordnet sind, die Vorrichtung also in einer Fertigungsvorrichtung integriert ist.
  8. 8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein Messmodul zum Druckfiltertest aufweist, welches zu einem automatischen Siebwechsel ausgelegt ist, insbesondere mittels Siebkartuschen und/oder einem Siebband, wobei Siebstrukturen der Gruppe gewebte oder gestrickte Siebe, Glasfasersiebe, gelaserte oder genadelte Metallfolien und Kombinationen der vorgenannten Strukturen nebeneinander und/oder übereinander bevorzugt sind.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung so gestaltet ist, dass nach dem Sieb des Messmodul (1) zum Druckfiltertest an Stelle der sonst üblichen Runddüse im Anschluss an den Siebbereich eine Schlitzkapillare angeordnet ist, welche bereits zum Messmodul (1) zur Rheologie gehörig ist, und insbesondere die Verbindung zwischen dem Messmodul zum Druckfiltertest und dem Messmodul (1) zur Rheologie
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    AT516 206 B1 2018-05-15 österreichisches patentamt darstellt oder dass die Vorrichtung dermaßen ausgestaltet ist, dass der Schmelzstrom in mindestens zwei parallele Ströme aufgeteilt und an dem einen der Druckfiltertest und an dem anderen Messungen zur Rheologie durchgeführt werden.
  10. 10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messmodul (1) zur Rheologie mindestens drei Druckaufnehmer umfasst, wobei das Messmodul zur Rheologie insbesondere so gestaltet ist, dass mittels eines Druckaufnehmers der Einlaufdruckverlust für die Beurteilung der elastischen Eigenschaften gemessen werden kann, und dass mittels mindestens zweier Druckaufnehmer die Druckdifferenz zur Berechnung der Viskosität und Schergeschwindigkeit gemessen werden kann.
  11. 11. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messmodul (1) eine Beleuchtungseinheit und eine Kamera aufweist, welche in Richtung einer zu vermessenden Folie gerichtet ist, wobei Beleuchtungseinheit und Kamera so ausgestaltet sind, dass sie eine Folie im Durchlichtverfahren oder Auflichtverfahren vermessen können.
  12. 12. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorsystem eines Messmoduls (1) für mechanische Kennwerte mindestens ein Leistungsmessgerät oder mindestens ein Strommessgerät umfasst, welches die Leistung oder den Strom einer Antriebseinheit einer Walze eines Walzenpaares misst.
  13. 13. Verfahren zur modularen Materialanalyse für Kunststoffe mit einer Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche gekennzeichnet durch die Schritte:
    a) Einführen eines Kunststoffmaterials in ein erstes Messgerät,
    b) Messung von Eigenschaften des Kunststoffmaterials mittels des ersten Messgeräts,
    c) Führung des aus dem vorangehenden Messgerät austretenden Kunststoffmaterials in ein weiteres Messgerät,
    d) Messung von Eigenschaften des Kunststoffmaterials mittels des weiteren Messgeräts,
    e) Wiederholen der Schritte c) und d) bis alle Messgeräte durchlaufen sind.
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