CN104955631A - 用于在挤出中间接地确定特定配方的方法和设备 - Google Patents

用于在挤出中间接地确定特定配方的方法和设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于在挤出设备(10)中间接地确定在挤出方法中的特定配方的方法，具有如下步骤：-确定挤出设备(10)的挤出方法的至少一个工艺参数的测量数据，-将所确定的测量数据与相同工艺参数的关于特定配方所存储的存储数据比较，-确定测量数据与相同工艺参数的存储数据的偏差，以及-将偏差与预定的偏差阈值比较。

Description

用于在挤出中间接地确定特定配方的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于在挤出设备中间接地确定挤出方法中的特定配方的方法以及一种用于制造挤出产品的挤出设备。
背景技术
已知的是，借助挤出设备来制造挤出产品。在此情况会涉及例如膜，确切说吹制薄膜或浇铸薄膜等，其利用挤出设备来生产。为此，挤出设备尤其具有挤出螺杆，在该挤出螺杆中熔化和输送相关的配方。在此，挤出设备当然也可以具有多于一个挤出螺杆，尤其是具有多达十三个单独的挤出螺杆。以多种方式提高对挤出产品的要求，使得多层挤出产品尤其是要例如配备有用于薄膜的差异极大的阻挡特性。为此，需要差异极大的材料以便构成挤出产品的各单个层。在挤出螺杆达到十三个并且针对每个螺杆材料达到五种的情况下由此输送达到65种不同的材料，以便提供具有多层结构的、唯一的挤出产品。每个特定的挤出产品在此情况下设置有特定的材料配方。就是说这样的特定配方可以具有在唯一一种材料与多种例如达到65种材料之间的任意数目的单个材料。
已知挤出方法的缺点是，特定配方只能利用高开销来监控。这样，已知基本上完全自动化的输送系统，所述输送系统与筒仓系统协作。根据特定配方从多个材料筒仓为挤出设备的相应挤出螺杆供给特定配方。然而，对这样的完全自动化筒仓设备而言在成本和结构空间方面开销巨大。通常，将各个材料填充到桶形的存放容器中并且从那里例如借助吸枪输送给挤出设备。通过吸枪也可以填充称量漏斗或存放漏斗形式的存放容器在所有这些情况中，以有意地插塞吸枪或明确将材料引入相关的存放容器中的方式来手动设定配方。所有这些通过挤出设备的操作员手动进行。由于手动操作方式因此存在人为故障源，使得存在对特定配方的错误材料组分的风险。错误的材料组分会导致例如错误组成的多层膜形式的错误的挤出产品。这又引起挤出产品的与期望的膜特性或产品特性或强或弱偏离的膜特性或产品特性。这样的产品特性可以例如是挤出产品的密封性、透明度、重量或阻挡特性。在最差的情况下，在整个挤出产品制成之后，在该挤出产品在客户处要被用于进一步处理时有缺陷的配方才显露。在这样的情况下，整个挤出产品被视为次品，这带来了高的材料和成本损失。
另一个缺点在于，本身明确标注的和通过详细数据页规定的原材料会或强或弱受到批次波动。这一方面可以是聚合过程的直接结果，其中在或宽或窄被容忍的边界中出现批次波动。另一方面，目前由于越来越全球化也常见的是，相同的原料在不同生产地点处制造并且批次波动部分会表现得明显更强。各个原料的批次波动也会对过程控制以及得到的特性有负面影响。由于批次波动引起的品质瑕疵和抱怨在加工者看来向原料供应商证明非常困难，并且形成的质量成本常常由加工者承担。
塑料膜的许多制造商在进货检验的过程中按规定针对批次波动检验所供应的原料。在此，常常确定所谓的MFI(＝melt flow index(熔体流动指数))，其涉及用于确定塑料的黏度特性的“单点方法”。然而，该测量有许多缺点：
-尤其当常常需要测量许多塑料时，实验室测试是费事的。
-部分仅有限地存在测量结果的可再现性和可比较性，因为该测量受到许多可能的干扰量。
-塑料的黏度是与温度和剪切速度有关的复杂的量并且黏度通过MFI“单点测量”仅不完整地予以描述。
发明内容
本发明的任务是至少部分消除上述的缺点。尤其是，本发明的任务是以成本低廉且简单的方式，在用于挤出方法中时为特定配方的正确性提供提高的可靠性，而不减小特定配方的可能性的复杂度。
上述任务通过具有权利要求1的特征的方法和具有权利要求14的特征的挤出设备来实现。本发明的其他特征和细节从权利要求、说明书和附图中得到。在此情况下，与根据本发明的方法相关联地描述的特征和细节自然也与根据本发明的挤出设备相关联地是适用的并且反之亦然，使得就针对各个发明方面的公开内容而言始终可以互为参考。
根据本发明的方法用于在挤出设备中间接地确定挤出方法中的特定配方。这样的方法具有如下步骤：
-确定挤出设备的挤出方法的至少一个工艺参数的测量数据，
-将所确定的测量数据与相同工艺参数的关于特定配方所存储的存储数据比较，确定测量数据与相同工艺参数的存储数据的偏差，以及
-将偏差与预定的偏差阈值比较。
本发明的核心是通过确定至少一个工艺参数的测量数据来间接地确定特定配方。工艺参数例如是机器参数和/或过程参数。挤出设备利用多个设定来运行。尤其是，温度或温度分布曲线、力分布曲线、电流消耗或压力比形式的物理工艺参数是工艺参数，这些工艺参数在不同的部位处或在不同的流程段之上针对相应所使用的配方而言对挤出设备是特定的。这样例如第一特定配方在挤出设备中在与第二配方不同的温度下被处理。更高黏性的特定配方与较低黏性的特定配方相比在挤出螺杆中也产生更大的阻力和与此相应地产生更大的转矩。因此通过优选从多个工艺参数中选择至少一个工艺参数可以推断出特定配方。尤其是，这在校准和提供相同工艺参数的存储数据之后进行，使得可以执行根据本发明的、在相同工艺参数的存储数据与测量数据之间的比较。通过与预定的偏差阈值比较，还可以确保在特定配方内以允许方式让材料波动的安全性。
对至少一个工艺参数的测量数据的确定和其他的根据本发明的设定，与针对挤出设备的特定配方的数据特定的指纹是等同的。该特定指纹是针对特定的挤出设备而言涉及特定的配方。能够确定的不同工艺参数越多，则指纹的分辨率就越精细并且在确定特定配方时的正确性的概率就越高。尤其是，该方法用于在挤出工艺期间一致地并且优选连续地监控挤出设备。这样，不仅可以对基本设定的特定配方就其正确性予以检查，而且也可以在该过程上对挤出工艺期间的配方的正确性予以监控。尤其是，绘制特征曲线，如稍后还将予以更详细阐述的那样。
在已处理的原料的稳定品质或不允许的批次波动方面，以根据本发明的方式已在生产期间(即尤其已在挤出设备中)通过确定进行监控。可能存在的并且基于波动的原料品质和/或原料组分的、对产品的品质有不允许的负面影响的缺陷以此方式已在生产过程中被识别。由此，可以及早地中断该过程，以便显著地减小所制造的次品数量。从所识别的特定配方的所产生的指纹中可以推断出总组分中很可能造成缺陷的原料。这使得快速地消除缺陷并且由此缩减挤出设备的停机时间。
根据本发明的方法由此尤其可以是对输送的原料的、用于探测批次波动的进货检验的补充或替代。例如在MFI测量中可以通过容易出错的单点测量确定原料黏性与规定的可能的偏差，对挤出工艺的工艺参数的分析提供了明显更为精确的可能性。这样，提高的黏性对挤出驱动装置的转矩、引入熔体中的剪切生热和挤出机料筒的所需的热功率和得到的熔体温度以及穿流的各个流动通道的压力损耗由此有直接影响。在此仅示例性提及的参数的偏差也可以通过与来自生产历史的数据比较而直接推断出批次波动。
本发明意义下的挤出方法尤其用于膜挤出。优选地，设有吹制薄膜挤出或浇铸薄膜挤出。在此，多个单个挤出器可以构建共同的挤出设备，所述挤出器分别具有挤出螺杆。
有利的可以是，在根据本发明的方法中，使用存放容器的填充特征作为用于确定测量数据的至少一个工艺参数，尤其是通过单位时间内提取的重量和提取的体积之间的关系确定容积密度(Schüttdichte)作为测量数据。存放容器例如可以用于将挤出螺杆的连续输送与存放容器的断续填充组合。在存放容器中通过传感器装置监控最小料位和最大料位。如果存放容器的料位由于借助挤出螺杆的提取而达到最小，则以材料再填充存放容器。一旦在再填充期间存放容器的料位达到最大值，则停止再填充。此外，监控存放容器的重量。通过存放容器的几何尺寸的减小和由此高度确定以及已知此几何尺寸，除了重量之外也可以确定在存放容器的装载的最小值和最大值之间的所提取的体积。优选可根据重量和提取的体积之间的相关联性计算容积密度，该容积密度作为测量数据反映工艺参数。容积密度又例如与存放容器中容纳的材料相关联。在此，不仅可以在其化学特性方面而且可以在其物理特性方面监控材料。在容积密度的情况下，例如可以监控颗粒的真实形状或颗粒球的大小。当然，根据本发明的挤出设备可以具有多个存放容器，所述存放容器都以根据本发明的方式构建。这样，根据本发明的用于确定特定配方的方法不仅可以应用于在各个存放容器中设置的单种材料而且也可以应用于已进行组合的材料。
根据本发明的方法可以如下被扩展，即，使用在挤出设备的挤出螺杆的转矩和转速之间的比例作为用于确定测量数据的至少一种工艺参数。通过选择特定配方在挤出螺杆中形成剪切力，该剪切力与材料特性有关。根据电动机以何种速度驱动挤出螺杆，形成达到该转速所需的转矩。所需的转矩必须克服由材料或配方施加的阻力并且由此同样给出了关于在挤出螺杆中输送的材料的提示。在转速和转矩之间的比例于是与材料或配方有关，所述材料或者配方以该比例在挤出设备的挤出螺杆中输送。这适用于每单个挤出螺杆，使得具有多个挤出螺杆的挤出设备可以监控多个测量数据。
同样有利的是，在根据本发明的方法中，使用在挤出设备的挤出螺杆的轴向延伸上形成的温度分布作为用于确定测量数据的至少一个工艺参数。温度分布尤其与所使用的材料和通过挤出螺杆引入其中的剪切力有关。剪切力在材料中产生摩擦力，摩擦力带来温度提高。温度分布还会受调温装置如挤出螺杆的边缘处的冷却装置或者加热装置影响。形成的温度分布因此可以允许推断出在挤出螺杆中所输送的和承受剪切的材料。也可能的是，达到或未达到现有的温度分布，使得未达到预设或达到预设同样允许在存储数据与测量数据之间进行比较。
同样有利的可以是，在根据本发明的方法中，使用至少一个电调温装置的电流消耗作为用于确定测量数据的至少一个工艺参数。这样可能的是，预设在挤出螺杆的轴向延伸上所期望的温度分布，以便执行挤出方法。根据所使用的材料，所产生的剪切力足以达到该温度分布或材料必须被再加热或在加热过高时被冷却。除了剪切力之外，通过调温装置以电学方式实现事后的调温。通过监控电流消耗确保，识别用于电学调温的预期开销的偏差。在该测量数据情况下同样可以明确地推断出在挤出螺杆中包含的材料混合物或相应的配方。
另一优点是，在根据本发明的方法中，使用在挤出设备的挤出螺杆的尖端处的熔体温度作为用于确定测量数据的至少一个工艺参数。熔体温度与所使用的材料或配方的熔化温度不同。这样，在通过挤出螺杆输送的过程中所输送的配方的温度由于剪切力和可能存在的电调温装置而升高，使得进行熔化。尤其是进行过热，过热又对所输送的材料的黏性有影响。在尖端处于是形成熔体温度，所述熔体温度同样又推断出配方组分或所输送的材料。对工艺参数的确定格外有利，因为成本特别低廉且简单地仅一个单个温度感测器可测量挤出螺杆尖端处的温度。
同样，有利的可以是，在根据本发明的方法中，使用在挤出设备的挤出螺杆的尖端处的熔体压力和/或在挤出设备的限定的熔体通道几何形状上的熔体压力损耗作为用于确定测量数据的至少一个工艺参数。该熔体压力与在挤出螺杆之后跟随的喷嘴压力损耗有关。挤出设备通过喷嘴输出流体材料并且提供用于生产挤出产品。根据配方的在该时刻熔化的材料的黏性在尖端处形成不同的熔体压力。优选地，使测量数据与在挤出螺杆的尖端处的熔体温度的测量数据相关联。
此外有利的是，在根据本发明的方法中，使用在卷绕辊上缠绕的薄膜带的卷重量(Rollengewicht)作为用于确定测量数据的至少一个工艺参数。在此，例如可以参考卷绕的薄膜带的长度区段，尤其是延米。卷重量优选按子区段被确定，使得已经在该方法结束之前也可以通过所述测量数据确定可能的缺陷。优选地，进行相对和/或绝对比较。相对地，可以使卷绕辊的确定的重量与所使用的初始材料相关联，以便识别可能的缺陷。绝对地，也可以预先确定薄膜带的预期的平方厘米的重量并且设置为存储数据，以便用于与相应的测量数据比较。
同样有利地是，在根据本发明的方法中，使用挤出产品的吸收特征作为用于确定测量数据的至少一个工艺参数。这尤其在如下类型中的至少一个类型方面进行：
-β-辐射
-红外辐射
-UV辐射(紫外线辐射)
-激光辐射
-超声
在此，不仅可以确定透射率而且可以确定反射率。根据所使用的材料在此也可以推断出配方，使得也可以将测量数据注入根据本发明的方法中。
当在根据本发明的方法中，尤其是基于挤出设备中的压力损耗和/或基于挤出设备的电流消耗使用黏性的相对比较作为用于确定测量数据的至少一个工艺参数时，可以实现其他优点。由此已经在挤出设备中优选在挤出机内可以推断出配方。除了通过相应的设备直接确定黏性之外，优选也可以设置间接的参数尤其是机器参数和/或过程参数，以便执行推断或以计算方式确定可能的黏性偏差。由此，还进一步改进减小的次品数量和对配方中的缺陷源的快速确定的优点。
也有利的是，在根据本发明的方法中基于对测量数据的确定绘而制特征曲线，尤其是关于生产过程和/或关于一个批次的过程来绘制。这样，原料部分保持在筒仓中，该筒仓在未超出最低填充程度的情况下被从上方再填充。这样，在筒仓中会出现不同批次的原料混合，尤其甚至不同供应商的原料混合。通过绘制特征曲线尤其连续地或基本上连续地在限定间隔的时刻可以监控配方。以此方式也可以识别可能作为缺陷源存在的不同批次在筒仓中的混合。优选地，因此特征曲线的绘制以批次特定方式针对产品的制造和/或持续地关于挤出设备的生产过程进行。
通过根据本发明的方法尤其可能的是，通过所获得的与黏性有关的数据的比来对各个原料的批次波动进行说明。尤其是这可以作为对进货检验的补充和/或替代，例如为所谓的MFI测量的形式。对批次波动的说明可以用于，识别不允许的、与按合同约定的原料规格或所制造的薄膜的约定规格的偏差。基于该识别可以采取必要措施以进一步检查原料和/或最终产品。
同样，通过根据本发明的方法可能的是，在测量数据与存储数据偏差的情况下检查，参照对过程、原料或最终产品的要求，该偏差是允许的还是不允许的。也可能的是，所确定的测量数据在偏差不允许的情况下用于确认和/或精细化和/或校正限定的偏差阈值。
同样有利的可以是，在根据本发明的方法中，测量数据由多个至少两种不同工艺参数来确定，其中偏差被修正和/或加和，尤其是按加权的方式。这意味着：特定配方的指纹还可以更为精确地确定。尤其是，产生尽可能大数目的工艺参数与测量数据，使得可以进行特别广泛的监控。在此，各个偏差被加和，使得总偏差和相应地标准化的唯一的特征数足以触发报警或确定正确的特定配方。在不同工艺参数可以对各个配方组成部分进行重要性不同的说明之后，可以将各个工艺参数和相关联的测量数据加权。权重也可以根据相应的偏差来进行，使得加和以加权方式进行。
另一优点是，在根据本发明的方法中，设有至少两个偏差阈值，其中不同的报警等级与超过偏差阈值相关联。这样，例如在仅有略微的偏差的情况下可以通知操作员。结果是接着对配方的正确材料组分进行检查。如果识别出特别强的偏差，即超过高的偏差阈值，则这可以例如用于立即停止机器并且用于由操作员进行强制检查。
同样有利的是，在根据本发明的方法中，根据所确定的测量数据在相同工艺参数的所存储的存储数据中找寻合适的特定配方。针对偏差过高的情况，于是以此方式可以提示何种特定配方被错误地设定。这样，在两个特定配方之间的差别可以被过滤掉，使得可以向操作员给出明确提示，在特定配方中有错误的材料。
同样有利的是，在根据本发明的方法中，在测量数据与存储数据的偏差处在预定的偏差阈值之下时，为存储数据添加该测量数据并且尤其是利用其形成平均值。在此，要么可以提供由多个不同的数据记录构成的池、要么可以利用新平均值覆写旧的存储数据。在两种情况下，涉及自学习方法，使得通过持续使用，存储数据始终更好地反映相应的特定配方。以此方式也可以识别和/或定义标准偏差，其相应地带来偏差阈值的影响或改变。
同样，本发明的主题是一种用于制造挤出产品的挤出设备，其具有至少一个传感器装置和用于实施根据本发明的方法的控制单元。相应地，根据本发明的挤出设备带来与详细参照根据本发明的方法所阐述的优点相同的优点。根据本发明的挤出设备尤其用于制造薄膜形式的挤出产品，尤其为吹制薄膜或浇铸薄膜形式的挤出产品。
附图说明
参照附图更为详细地阐述本发明。在此所使用的术语“左边”、“右边”、“上边”和“下边”涉及到具有正常可读的附图标记的、附图的取向。附图示意性地示出：
图1根据本发明的挤出设备的一种实施形式的示意图；
图2根据本发明的方法的步骤的示意图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的挤出设备10的一种实施形式，在其中可以使用根据本发明的方法。该挤出设备10示例性地具有挤出螺杆30，该挤出螺杆通过存放容器20被供给材料或由不同材料构成的配方。多个传感器装置70可以在挤出设备10的不同部位处确定针对不同工艺参数的测量数据。
这样，例如存放容器20配备有用于重量测定和用于料位确定的传感器装置70。此外，传感器装置70在挤出螺杆30的转动轴的左端部上能够识别出，挤出螺杆30可以具有何种转速和/或转矩。在挤出螺杆30的右端部上存在传感器装置70，其例如可以识别在该位置处的熔体压力和/或熔体温度。同样，在右侧支承有和位于挤出设备10的喷嘴后面的是传感器装置70，其例如可以确定例如为薄膜带62形式的挤出产品60的吸收特性。尤其可以通过整个右边布置的传感器装置70确定卷绕辊50的卷重量，在该卷绕辊上卷绕挤出产品60。所有的传感器装置70将所确定的测量数据转发给控制单元80，在该控制单元中实施根据本发明的方法。此外在图1中在用于挤出产品60的喷嘴与卷绕辊50之间布置有工具设备100，其例如可以是挤出产品60的冷却、校准或导向装置。在本发明的范围内，吹制头也可考虑作为工具设备100。
图2示出了根据本发明的方法的一种实施方式的一部分。这样，例如通过根据图1的实施形式的传感器装置70针对多个工艺参数确定测量数据。挤出方法的各个工艺参数的测量数据在此作为第一工艺参数V1设置有值12.4和作为第二工艺参数V2设置有值120.1。通过这些点显示，当然可以将较大数目的工艺参数输送给控制单元80。控制单元80将数据库90中的所确定的测量数据与存储在那里的存储数据相比较，所述存储数据针对各个配方R1和R2是特定的。如在此从该比较可以看到的那样，由于工艺参数V1和V2而必定涉及配方R1。
如果在此情况下所期望的特定配方与R1等同，则可以继续该方法。然而，如果期望其他的特定配方作为R1，则在此情况下给出报警，使得可以进行对设定的配方和所使用的材料的检查。
上述对各实施形式的阐述只在实例的范围内描述了本发明。当然，实施形式的各个特征只要技术上有意义可以彼此自由组合，而不离开本发明的范围。
附图标记列表
10  挤出设备
20  存放容器
30  挤出螺杆
40  调温装置
50  卷绕辊
60  挤出产品
62  薄膜带
70  传感器装置
80  控制单元
90  数据库
100 工具设备
V1  第一工艺参数
V2  第二工艺参数
R1  第一配方
R2  第二配方

Claims (18)

1.一种用于在挤出设备(10)中间接地确定在挤出方法中的特定配方的方法，具有如下步骤：
-确定挤出设备(10)的挤出方法的至少一个工艺参数的测量数据，
-将所确定的测量数据与相同工艺参数的关于特定配方所存储的存储数据比较，
-确定测量数据与相同工艺参数的存储数据的偏差，以及
-将偏差与预定的偏差阈值比较。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用存放容器(20)的填充特征作为用于确定测量数据的至少一个工艺参数，尤其是通过单位时间内提取的重量和提取的体积之间的关系确定容积密度作为测量数据。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使用在挤出设备(10)的挤出螺杆(30)的转矩和转速之间的比例作为用于确定测量数据的至少一个工艺参数。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使用在挤出设备(10)的挤出螺杆(30)的轴向延伸上形成的温度分布作为用于确定测量数据的至少一个工艺参数。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使用至少一个电调温装置(40)的电流消耗作为用于确定测量数据的至少一个工艺参数。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使用在挤出设备(10)的挤出螺杆(30)的尖端处的熔体温度作为用于确定测量数据的至少一个工艺参数。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使用在挤出设备(10)的挤出螺杆(30)的尖端处的熔体压力和/或在挤出设备(10)的限定的熔体通道几何形状上的熔体压力损耗作为用于确定测量数据的至少一个工艺参数。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使用在挤出设备(10)的限定的熔体通道几何形状上的熔体压力损耗作为用于确定测量数据的至少一个工艺参数。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使用在卷绕辊(50)上卷绕的薄膜带(62)的卷重量作为用于确定测量数据的至少一个工艺参数。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使用挤出产品(60)的吸收特征作为用于确定测量数据的至少一个工艺参数，尤其是在如下类型中的至少一种方面：
-β-辐射
-红外辐射
-UV辐射
-激光辐射
-超声。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，尤其是基于挤出设备(10)中的压力损耗和/或基于挤出设备(10)的电流消耗和/或基于熔体温度，使用黏性比较作为用于确定测量数据的至少一个工艺参数。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，基于对测量数据的确定而绘制特征曲线，尤其是关于生产过程和/或关于一个批次的过程来绘制。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，测量数据由多个至少两个不同工艺参数来确定，其中所述偏差被相关联，尤其是以加权方式相关联。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，设有至少两个偏差阈值，其中超过所述偏差阈值与不同的报警级别相关联，尤其是产生停止信号。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，根据所确定的测量数据在相同工艺参数的所存储的存储数据中找寻合适的特定配方。
16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在测量数据与存储数据的允许的偏差处在预定的偏差阈值之下时，将所述测量数据添加给存储数据，并且尤其用于必要时所需的改变或精细化所述偏差阈值，为此例如利用这些数据形成平均值。
17.一种用于制造挤出产品(60)的挤出设备(10)，具有至少一个传感器装置(70)和用于实施具有权利要求1至16中任一项的特征的方法的控制单元(80)。
18.根据权利要求17所述的挤出设备(10)，其特征在于，所述挤出设备(10)被构建为用于制造薄膜形式、尤其吹制薄膜或浇注薄膜形式的挤出产品(60)。
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