DD216897A1

DD216897A1 - Anordnung zur ueberwachung der verarbeitung von plastischen massen

Info

Publication number: DD216897A1
Application number: DD25374183A
Authority: DD
Inventors: Joerg Sachse; Hartmut Schiefer; Horst-Dieter Tscheuschner; Norbert Wittig; Wolfgang Koehler
Original assignee: Joerg Sachse; Hartmut Schiefer; Tscheuschner Horst Dieter; Norbert Wittig; Wolfgang Koehler
Priority date: 1983-08-05
Filing date: 1983-08-05
Publication date: 1985-01-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung, die es gestattet den Verarbeitungsvorgang plastischer Massen insbesondere in kontinuierlichen Prozessen zu ueberwachen und zu regeln. Ziel der Erfindung ist es, eine Anordnung zur Ueberwachung und Regelung der Verarbeitung von plastischen Massen zu entwickeln, die bei geringem Aufwand optimale Eigenschaften der verarbeiteten Massen bei engen Toleranzgrenzen gewaehrleistet. Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass bei der Verarbeitung mittels mechanischer, optischer radiologischer, akustischer, elektrischer und thermischer Groessen oder Kombinationen dieser Groessen auf die plastische Masse eingewirkt und aus den Signalen des Messsystems der morphologische Zustand erfasst, das Messsignal einer Signalverarbeitungseinheit oder Rechenanlage, in welcher die angestrebte Struktur oder strukturaequivalente Groessen sowie die Strategie zu ihrer Erzeugung gespeichert sind, zugefuehrt und in Sollgroessen fuer Prozessparameter umgewandelt wird. Die Erfindung kann angewendet werden bei der Verarbeitung insbesondere Urformung von plastischen Massen; z. B. bei der Extrusion von Polymermassen, Lebensmittelmassen, Faserstoffen u. a.

Description

Anordnung zur Überwachung der Verarbeitung von plastischen Massen ,

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung, die es gestattet, den Verarbeitungsvorgang plastischer Massen insbesondere in kontinuierlichen Prozessen zu überwachen und zu regeln, vorzugsweise angewendet bei der Urformung von Polymermassen«

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen '

Es ist bekannt, daß plastische Massen wie Polymermassen im Verarbeitungsprozeß, insbesondere bei der Urformung durch kontinuierliche oder diskontinuierliche Prozesse in ihren Eigenschaften beeinflußt werden* So ist bekannt, daß an Anlagen zur Herstellung von Strangpreßprofilen aus thermoplastischen Werkstoffen zwischen Extruder und Strangpreßwerkzeug eine Dosierpumpe, desweiteren Temperaturmeß- und »regeleinricbtungen sowie Meßeinrichtungen zur Bestimmung der Bxtrudatgeschwindigkett und der Profilgeometrie angeordnet sind, die über Regelkreise mittels Rechner den Verarbeitungsprozeß so regeln, daß die Toleranzen der Produktdaten in engen Grenzen gehalten werden (DE OS 27 00 003)· Nachteilig ist dabei, daß in der Anlage die optimalen Produktdaten in ein "optimales" Volumen umgesetzt werden unabhängig davon, ob gleiche morphologische Zustände vorliegen oder nicht. Es ist auch bekannt, daß insbesondere bei der kontinuierlichen Verarbeitung von Polymermassen wie Kunststoffen oder Elastomeren durch mechanische Kräfte auf den Massestrom eingewirkt, die Tempera-

tür dabei gemessen wird und die Größe der mechanischen Einwir« kung in Abhängigkeit von der Temperatur und dem Massestrom geregelt wird (DE OS 2^ 08 284)» Dabei ist von Nachteil, daß durch die temperatur» und massestromabhsngige Regelung durch·» aus unterechiedliche Eigenschaften der extrudierten Erzeug·» nisse entstehen«,

Andererseits ist auch bekannt, Prozeßparameter bei der Verarbeitung plastischer Massen zu bestimmen| so z„ B₈ die Ermittlung von Drücken, Temperaturen und Strömungsgeschwindigkeiten im Urformprozeß und die Ermittlung geometrischer Größen wie Wa.nd'dicken und Wanddickenverteilung der Halbzeuge und Fertigteile (H.-G. Wiegand« Prozeßautomatisierung beim Extrudieren, und Spritzgießen von Kunststoffen, C₀ Hanser Verlag, Mlinchen, Wien_s 1979» S. Dormeierj Ein Beitrag zur Automatisierung des Ebctrusionsblasformensj Dissertation TH Aachen, 1977; DB OS .1 698 138, DE OS 2 223 609, DE OS 2 119 136, DE OS 3 013 184, DE OS 2 054 615.0, DE PS 2 054 616, DE OS 2 230 771).

Bei den vorgenannten Meßvorricbtungen ist insbesondere nachteilig, daß die einzelnen Prozeßgrößen nicht eindeutig die Morphologie des Massestromes bedingen und dadurch Erzeugnisse unterschiedlicher Eigenschaftea entstehen, so daß erhebliche Qualitätsunterschiede bewirkt werden, '

Ziel der Erfindung '

Ziel der Erfindung ist es, eine Anordnung zur Überwachung und Regelung der Verarbeitung von plastischen-Massen zu entwik-,keln, die bei geringem technischen Aufwand optimale Eigen» i schäften, insbesondere optimale mechanische Eigenschaften der verarbeiteten Massen bei engen Toleranzgrenzen hervorbringt«,

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Überwachung und Regelung der Verarbeitung von plastischen Massen zu schaffen» mit deren Hilfe bei geringem meßtecbniechen

Aufwand eine ProzeßfUhrung in engen Toleranzgrenzen bei optimalen Eigenschaften der verarbeiteten Massen erzielt wird»

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß durch die Anordnung bei der Verarbeitung mittels mechanischer, optischer, radiologischen, akustischer, elektrischer und thermischer Größen oder Kombinationen von diesen Größen auf die plastische Masse eingewirkt wird und aus den Signalen des > Meßsystems der Anordnung der morphologische Zustand (Struktur) erfaßt, das Meßsignal einer Signalverarbeitungseinheit oder Rechenanlage, in welcher die angestrebte Struktur oder strukturäquivalente Größen sowie die Strategie zu ihrer Erzeugung gespeichert sind, zugeführt und in Sollgrößen für Prozeßparameter umgewandelt wird.

Beim Durchtritt der plastischen Masse durch die Verarbeitungsanlage, welche im allgemeinen der Plastizierung, Homogenisierung, Strukturierung und Formgebung dient, wird je nach erzeugtem Morphologiezustand entsprechend der meßtechniechen Einwirkung ein Signal erzeugt, das in seiner Art und Größe im allgemeinen von den Prozeßgrößen abhängt und in der Signal-Verarbeitungseinheit, z, B. in Form eines Mikroprozessors, mit Sollwerten verglichen und den Stelleinrichtungen zugeflihrt wird. Durch die Stelleinrichtungen werden die Bedingungen bei der Verarbeitung der plastischen Masse nach Art und Größe verändert und damit regelungstechniscbe Rückführungen erreicht.

Gegenüber den bekannten Anordnungen und Vorrichtungen hat die erfindungsgemäße Lösung insbesondere die Vorteile, daß durch die meßtechniscbe Erfassung morphologischer Größen bei geringem regelungstechnischen Aufwand optimale Eigenschaften der verarbeiteten plastischen Masse bei gleichbleibender Qualität mit engen Toleranzen erreicht werden» Außerdem ist vorteilhaft, daß sich, da die Regelung von Prozeßparametern aus der gemessenen Struktur abgeleitet wird und nicht an Hand bestimmter Einstellsollgrößen, keine übertragungsprobleme bei unterschiedlichen Maschinen und Werkzeugen ergeben.

- 4 - ... Ausftthrungsbeispiel

Pie Erfindung soll nachstehend an einem AusfUhrurtgsbeispiel erläutert wörden_e

Entsprechend der Zeichnung besteht die Anordnung'aus einer Extrusionsanlage mit einem oder mehreren Sensoren 6, entsprechenden ,Signalwandlern 7 zur Erfassung morphologischer und/ oder morphologieanaloger Größen der zu verarbeitenden plastischen Masse, aus der Signalverarbeitungseinheit 8 und den Stelleinrichtungen (z« B, Drehzahlstellglied 2 und Temperaturstellglied 11) für die Prozeßparameter, die mit der Verarbeitungsanlage verbunden sind.

Durch den Massestrom 5, der im Homogenisier- und Plastizierprozeß in der Extrüsionsanlage eine bestimmte Morphologie er~ fährt j wird an den Sensoren 6 der Morphologiezustand in wesentlichen Größen erfaßt und das entstehende Signal in der Signalverarbeitungseinheit 8 mit dem Signal der Sollmorpholo~ gie des Sollwertspeichers 9 verglichen sowie das Differenzsignal zur Steuerung der Stellgrößen₉ insbesondere der Zylin» dertemperaturen, der Drehzahl der Piastizierschnecke, dem Druckaufbau in der Piastiziereinheit bzw. im Werkzeug oder anderen mit den Prozeßgrößen verbundenen Größen Über Rückwandler 10 und Stellgliedern genutzt.

Als mechanischer Sensor kann ein statisches und/oder dynamisches Meßsystem verwendet werden, wodurch Größen des Massestromes definierter Struktur wie statischer oder dynamischer Modul, stationäre oder dynamische Viskosität, Dämpfung und andere das mechanische Verhalten charakterisierende Meßgrößen beschrieben werden» Andererseits können auch elektrische, optische, radiologische, akustische und thermische Sensoren oder Kombinationen dieser oder mit den mechanischen Sensoren angewendet werden.

Bei der Verarbeitung von schlagzäh modifiziertem Polyvinylchlorid -PVC mit HI-Modifikatoren - entstehen zum Beispiel 3e nach thermo-mechanischer Beanspruchung (Temperatur, Deformation, Zeit) unterschiedliche morphologische Zustände

(Strukturen), die sehr unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. So ergibt die Wabenstruktur hohe Schlagzähigkeiten, während eine zu hohe thenao-mechanische Beanspruchung zu einer homogenen Verteilung der Schlagzähkomponente führt, wodurch geringe Schlagzähigkeits- und Kerbschlagzäbigkeitswerte erhalten werden. Die beim Verarbeitungsprozeß von schlagzäh modifiziertem Polyvinylchlorid angestrebte Struktur ist die Wabenstruktur, Die Ausbildung der Wabenstruktur ist charakterisiert durch eine hohe Viskosität der Schmelze; das Maximum der Kerbschlagzähigkeit wird bei maximaler Schmelzeviskosität erhalten. Als Meßgröße für die Struktur wird auf Grund der o. g, Korrelation die Viskosität verwendet und mit einem kontinuierlich arbeitenden Viskosimeter 6 bestimmt« Wach der Profilgebung im Werkzeug 4 ist ein weiterer Sensor 6 angeordnet, der Strukturinformationen aus dem ,Bereich des geformten, meist festen Materials liefert. Da die .Wabenstruktur neben dem hohen mechanischen Wertebild - z, B» hoher Kerbschlagzähigkeit - auch die besten Profiloberflächen liefert, wird durch den Sensor nach dem Profilgebungswerkzeug die Oberflächenrauhigkeit bestimmt. Unterhalb der optimalen thermo-mecbanisohen Behandlung entstehen schlechte Profil- ; oberflächen mit mangelndem Glanz, Profilaufbrüchen und Rauhigkeit, die durch eine nicht ausreichend homogenisierte Schmelze und damit nicht vollständig ausgebildete Wabenstruktur bedingt sind.

Claims

IDrfindungsanspruch '. ' ' · . y.

1* Anordnung zur Überwachung der Verarbeitung von plastischen

''Massen, dadurch gekennzeichnet, daß im Verarbeitungsprozeß Sensoren (6), die mechanische, thermische, elektrische, optische, akustische oder radiologische Größen oder Kombinationen dieser Größen erfassen, angeordnet sind und die Signale über Signalwandler (7) zur Bestimmung des morphologischen Zustandes der plastischen Masse einer Signalverarbeitungseinheit (8) zugeführt werden, wobei ein Sollwertgeber (9) zum Vergleich der Morphologie zugeschaltet und zur Umwandlung der Signale, welche die Morphologieab-» weichung charakterisieren, in Stellgrößen für die Prozeßparameter Rtickwandler (10) und Stellglieder \Z\ 11) nachgeordnet sind,

2«, Anordnung nach Punkt 1 dadurch gekennzeichnet, daß als Stellgrößen fUr die Verarbeitungsanlage Prozeßparameter wie Heizungstemperatur, Druck und Druckverlauf sowie Drehzahl verwendet werden,

3e Anordnung nach Punkt 1 dadurch gekennzeichnet, daß als Sensor (6) in der Schmelze ein kontinuierlich arbeitendes Viskosimeter angeordnet ist.

4_e Anordnung nach Punkt 1 dadurch gekennzeichnet, daß nach der Profilgebung im Werkzeug , außerhalb des Werkzeuges (4) ein oder mehrere Sensoren (6) angeordnet sind.