DE102005042442A1

DE102005042442A1 - Extrusionsanlage mit zumindest einem Glättwerk zum Bearbeiten von extrudiertem Kunststoffmaterial

Info

Publication number: DE102005042442A1
Application number: DE102005042442A
Authority: DE
Inventors: Rolf Preuschoff
Original assignee: Breyer GmbH Maschinenfabrik
Current assignee: Breyer GmbH Maschinenfabrik
Priority date: 2005-09-06
Filing date: 2005-09-06
Publication date: 2007-03-08

Abstract

Bei einem Verfahren zur Kompensation der Wärmedehnung von Walzen (4) eines Walzenglättwerkes (1) einer Extrusionsanlage (R) zum Bearbeiten von Kunststoffschmelzen (3), soll ein Spalt (S) zweier benachbarter Walzen (4) eines Walzenglättwerkes (1) in Abhängigkeit der Temperatur zumindest einer Walze (4) angepasst bzw. verändert werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kompensation der Wärmedehnung von Walzen eines Walzenglättwerkes einer Extrusionsanlage zum Bearbeiten von Kunststoffschmelzen.

Bei herkömmlichen Extrusionsanlagen wird eine Kunststoffschmelze aus einer Extrusionsdüse gepresst, um Platten, Folien, Schlauchfolien etc. im Endlosverfahren herzustellen.

Dabei wird bei herkömmlichen Glättwerken, die als Zwei-, Drei-, Vierwalzenglättwerke od. dgl. ausgebildet sind, ein Walzenspalt bei einer bestimmten Temperatur, insbesondere bei Betriebstemperatur manuell ermittelt. Dies bedeutet, dass der Walzenspalt bei Betriebstemperatur von sich zwei gegenüberliegenden Walzen, insbesondere im Austrittsbereich mittels herkömmlicher Fühlerlehre gemessen wird und als Ist-Wert an eine hydraulische Zustellung übergeben wird, um den Spalt dann über eine Steuerung durch beispielsweise hydraulische Zustellung zu verfahren, um einen eingegebenen Wert zu erhalten.

Diese Vorgehensweise funktioniert nur hinreichend genau, solange die Walzentemperatur nicht verändert wird. Wird allerdings eine Walzentemperatur verändert oder neu eingestellt oder ändert sich im Betrieb durch beispielsweise Dickenveränderung der Spalt, Wechsel des Materials etc., so verändert sich der Walzenspalt aufgrund der thermischen Wärmeausdehnung der Walzen unerwünscht.

Werden hiernach die Walzentemperaturen beispielsweise erhöht, so dehnen sich die beiden gegenüberliegenden Walzen aus, was eine Verkleinerung des Walzenspaltes zur Folge hat.

Somit stimmt auch die Anzeige des tatsächlichen Walzenspaltes nicht mehr mit den tatsächlichen, realen Spaltweiten überein, d.h., manuell muss der Bediener der Extrusionsanlage, um die gewünschte bzw. geforderte Dicke der Platte oder Folie zu erhalten, den Spalt vergrössern. In dieser Zeit wird unerwünscht viel Ausschuss produziert.

Bei Änderung des Durchmessers in Folge von thermischer Ausdehnung ändert sich unerwünscht auch die Liniengeschwindigkeit unterschiedlich.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welchem auf schnelle und kostengünstige Weise ein Durchsatz des Glättwerkes erhöht werden kann, eine Spaltdicke sich im Betrieb genau einstellen lässt und eine Oberflächengüte der extrudierten und im Walzenglättwerk behandelten Kunststoffschmelze optimiert werden soll.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt, dass ein Spalt zweier benachbarter Walzen eines Walzenlättwerkes in Abhängigkeit der Temperatur zumindest einer Walze angepasst bzw. verändert wird.

Bei der vorliegenden Erfindung hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, permanent im Betrieb die Temperatur der einzelnen Walzen eines Walzenglättwerkes, vorzugsweise zweier gegenüberliegenden Walzen des Austrittsbereiches eines beliebigen Glättwerkes exakt zu bestimmen.

Aufgrund der bekannten Durchmesser der Walzen lässt sich exakt bei einer bestimmten Temperatur permanent im Betrieb feststellen, wie sich der Durchmesser der einzelnen Walze entsprechend im Betrieb verändert.

Hierdurch lässt sich die temperaturabhängige Ausdehnung oder Veränderung des Durchmessers der einzelnen Walzen im Betrieb bestimmen und unmittelbar im Betrieb lässt sich hierdurch ein Walzenspalt verändern bzw. ausregeln, in dem zumindest eine der beiden gegenüberliegenden Walzen vorzugsweise im Austrittsbereich gegenüber der anderen Walze verfahren wird, um einen Spalt zu verkleinern oder zu vergrössern.

Zudem hat sich ergänzend als vorteilhaft bei der vorliegenden Erfindung erwiesen, durch die exakt bestimmbare, temperaturbedingte Veränderung des Durchmessers auch die Geschwindigkeit der jeweiligen Walze an den neuen, sich geänderten Durchmesser anzupassen, so dass hierdurch die Geschwindigkeiten der sich gegenüberliegenden Walzen, sollten diese auch unterschiedliche Durchmesser aufweisen, absolut synchronisiert ist, was zu einer verbesserten Oberflächenbeschaffenheit und Genauigkeit sowie auch einer erhöhten Produktionsgeschwindigkeit und Durchsatz im Walzenglättwerk erheblich beiträgt.

Da insbesondere die Wärmedehnung von Walzen, insbesondere metallisch ausgebildeten Walzen linear zur Temperaturänderung ist, kann aus dem Mass der Änderung der Temperatur ein Temperaturausdehnungskoeffizient bestimmt werden.

Dieser beträgt beispielsweise für Stahl 12 × 10^–6 1/K. Da die Wärmeausdehnung in allen drei Raumrichtungen gleich gross ist, bedeutet dies für die Walze als rotationssymmetrischen Körper, dass dieser sich in der Länge um den gleichen Faktor ausdehnt, wie im Radius. Dieser erfährt demnach eine über den Umfang konstante Durchmesserzunahme. Diese beträgt beispielsweise bei einer Walze mit einem Durchmesser von 650 mm und einer Temperaturerhöhung von 50K 0,39 mm.

Wenn diese Durchmesserzunahme bei zwei gegenüberliegenden Walzen erfolgt, ergibt sich hiermit eine Spaltverengung des Spaltes um den gleichen Betrag von 0,39 mm.

Ein eingestellter Spalt von beispielsweise 3 mm hätte demnach nur noch eine Spaltbreite von 2,61 mm.

Daher wäre erforderlich, um einen 3 mm Spalt bzw. eine tatsächliche Dicke des extrudierten Materials bzw. der im Glättwerk zu glättenden Kunststoffschmelze von 3 mm zu erhalten, dass in der entsprechenden Steuerung ein Wert von 3,39 mm eingeben werden muss.

Zusätzlich wirkt sich die Zunahme des Walzendurchmessers auf die Walzenoberflächengeschwindigkeit aus. Die beispielsweise in der Steuerung einer Extrusionsanlage eingestellte Geschwindigkeit würde bei einem konstanten Faktor betreffend des jeweiligen Walzendurchmessers in eine Antriebsdrehzahl umgerechnet. Bevorzugt stimmt die gezeigte Liniengeschwindigkeit nicht mit der realen Liniengeschwindigkeit überein. Insbesondere dann, wenn zwei Walzen unterschiedliche Durchmesser haben, ist eine Folien- oder Plattengeschwindigkeit der einzelnen Walzen nicht immer konstant.

Daher kann es zu Stauchungen bzw. Dehnungen des Produktes sowie zu Veränderungen der Oberflächenbeschaffenheit, wie beispielsweise Rattermarken od. dgl. kommen.

Durch die entsprechend temperaturbedingte Anpassung der Geschwindigkeiten, kann dies ausgeregelt werden, in dem temperaturabhängig und abhängig von dem ausgedehnten neuen Durchmesser der Walze permanent im Betrieb auch die Geschwindigkeit, insbesondere bei sich gegenüberliegenden Walzen unterschiedlicher Durchmesser, automatisch im Betrieb regelbar angepasst wird.

Der tatsächliche Durchmesser der Walzen ist durch die Wärmedehnung abhängig von der aktuellen Walzentemperatur. Für unterschiedliche Walzendurchmesser bei verschiedenen Temperaturen kann durch beispielsweise eine lineare Funktion die Änderung des Durchmessers in Abhängigkeit von einer Temperatur bzw. einer Temperaturdifferenz ermittelt werden.

Diese Funktion kann beispielsweise als Software in entsprechenden Steuerungen von Extrusionsanlagen hinterlegt werden. Hierdurch kann nicht nur die Anzeige des Walzenspaltes sowie auch die Bestimmung der Antriebsdrehzahl, d.h. der Geschwindigkeit der einzelnen Walzen aufgrund sich thermisch ausgedehnter unterschiedlicher Durchmesser im Betrieb automatisch berücksichtigt werden. Dabei kann die Temperatur der einzelnen Walzen im Betrieb, beispielsweise über die Wassertemperatur oder die Temperatur an der Oberfläche der Walzen oder die Temperatur der Schmelze in unterschiedlichsten Verfahren gemessen und permanent im Betrieb ermittelt werden, wobei diese permanent ermittelten Temperaturdaten der einzelnen Walzen, insbesondere der gegenüberliegenden Walzen im Austrittsbereich dann die entsprechende Korrektur von Walzenspalt und/oder Geschwindigkeit automatisch im Betrieb ermöglichen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in
1 eine schematisch dargestellte Seitenansicht auf ein Glättwerk, insbesondere ein Dreiwalzenglättwerk einer Extrusionsanlage.
Gemäss 1 weist eine Extrusionsanlage R ein Walzenglättwerk 1 auf, aus welchem aus einer Extrusionsdüse 2 extrudierte Kunststoffschmelze 3 einem Walzenglättwerk 1 zugeführt wird, dann abgekühlt und auf eine gewünschte Dicke gebracht und homogenisiert wird.
Dabei kann das Walzenglättwerk 1 unterschiedlichster Art, beispielsweise als Dreiwalzen-, Vierwalzen-, Fünfwalzenglättwerk od. dgl. ausgebildet sein. Hierauf sei die Erfindung nicht beschränkt.
Dabei weist das Walzenglättwerk 1 mehrere Walzen 4 auf, welche über nicht dargestellte Anschlüsse, vorzugsweise Wasseranschlüsse mit Flüssigkeit, Dampf od. dgl. temperaturveränderbar, insbesondere abkühlbar oder ggf. auch erwärmbar sind.
Dabei weisen die einzelnen Walzen 4 gleiche oder unterschiedliche Durchmesser D₁, D₂ auf, wie es beispielsweise in 1 gestrichelt angedeutet ist.
Bei der vorliegenden Erfindung hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, dass beispielsweise zwei gegenüberliegende Walzen 4, wie sie in 1 des Walzenglättwerkes 1 dargestellt sind, in dargestellter Doppelpfeilrichtung X hin und her bewegbar sind.
Dabei lässt sich ein Spalt S verändern, in dem zumindest eine der beiden gegenüberliegenden Walzen 4 in etwa gegen die andere Walze 4 verfahren bzw. bewegt wird.
Hierdurch lässt sich ein Spalt S, insbesondere eine Spaltbreite im Betrieb sowie eine Dicke D der Kunststoffschmelze 3 verändern.
Über entsprechende Hydraulikeinrichtung, Servomotoren, Kniehebelanordnungen, Spindeln od. dgl. lassen sich einzelne Walzen 4 des Glättwerkes 1 beispielsweise in dargestellter Doppelpfeilrichtung X hin und her bewegeben, um einen Spalt S vorzugsweise in einem Austrittsbereich 5 des Walzenglättwerkes 1 zu verändern.
Dabei soll jedoch auch daran gedacht sein, dass die Bewegung der gegenüberliegenden Walze 4 im Austrittsbereich 5 erfolgen muss, diese können jedoch auch in andere Richtungen verfahren bzw. bewegt werden, um einen Spalt S zu verändern, d.h., zu verkleinern oder zu vergrössern.
Da die einzelnen Walzen 4 über Kühlmedien, insbesondere Kühlwasser gekühlt und ggf. über Trägermedien erwärmt werden, lässt sich die Temperatur, insbesondere die Temperaturdifferenz der sich beiden gegenüberliegenden Walzen 4 im Austrittsbereich 5 sehr leicht über Temperaturmessung, Temperatursensoren od. dgl. bestimmen.
Ist die Temperatur in dem jeweiligen Betriebszustand beim Glätten im Glättwerk der einzelnen Walzen bekannt, so lässt sich hierdurch die Veränderung des Durchmessers D₁ und/oder D₂ bestimmen.
Durch die Durchmesserveränderung D₁ und/oder D₂ der Walzen 4 ändert sich entsprechend, je nach Temperaturdifferenz der einzelnen Walzen der Spalt S bzw. die Spaltbreite.
Um diese Änderung des Spaltes S bzw. der Spaltbreite entgegenzutreten, lässt sich permanent im Betrieb durch Temperaturermittlung der zumindest einen Walze 4 entsprechend die zumindest eine Walze 4 sich bewegen bzw. verfahren, um die Spaltbreite, bedingt durch die Temperaturdifferenz und Wärmeausdehnung der zum einen Walze 4 zu kompensieren bzw. einzustellen. Hierdurch wird gewährleistet, dass im Betrieb permanent eine gewünschte Dicke D der Kunststoffschmelze 3 sich sofort exakt einstellen lässt.
Ferner hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass zur Erhöhung der Fertigungsgeschwindigkeit und zur Optimierung der Oberflächenbeschaffenheit des extrudierten Kunststoffmaterials bzw. der Kunststoffschmelze 3 auch die Geschwindigkeiten der jeweiligen Walzen 4 bedingt durch die temperaturbedingten Durchmesserverängerungen angepasst werden. Diese Anpassung erfolgt temperaturabhängig im Betrieb automatisch und regelbar, vorzugsweise softwaregesteuert, in dem nach Temperaturermittlung die Durchmesseränderung bestimmt wird oder hinterlegt ist und aufgrund der Temperaturermittlung unmittelbar ein Rückschluss erfolgt auf den sich geänderten Durchmesser und somit auf die sich geänderte Umfangsgeschwindigkeit der einzelnen Walzen 4. Die Geschwindigkeit der Walzen wird dann unmittelbar im Betrieb permanent und regelbar temperaturabhängig angepasst.
Durch im wesentlichen die beiden Faktoren, Änderung des Spaltes S durch Verfahren der zumindest einen Walze 4 und Anpassung der Geschwindigkeiten der zumindest einen Walze im Betrieb, temperaturabhängig, ist eine höhere Produktionsgeschwindigkeit bei optimierter Oberflächenbeschaffenheit und Struktur der Kunststoffschmelze 3 möglich. Bezugszeichenliste

Claims

Verfahren zur Kompensation der Wärmedehnung von Walzen (4) eines Walzenglättwerkes (1) einer Extrusionsanlage (R) zum Bearbeiten von Kunststoffschmelzen (3), dadurch gekennzeichnet, dass ein Spalt (S) zweier benachbarter Walzen (4) eines Walzenglättwerkes (1) in Abhängigkeit der Temperatur zumindest einer Walze (4) angepasst bzw. verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund der Temperaturdifferenzen gegenüberliegender Walzen (4) und aufgrund unterschiedlicher Wärmedehnung der einzelnen Walzen (4) ein Spalt (S) aufgrund der Veränderung des Spaltes (S), bedingt durch Wärmedehnung, verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Veränderung des Spaltes (S) zumindest eine der beiden Walzen (4) des Walzenglättwerkes (1) gegenüber der anderen Walze (4) im Betrieb verfahren wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Betrieb auch bei Temperaturänderungen der jeweiligen Walzen (4) und somit eine Temperaturveränderung bedingte Änderung des Durchmessers (D₁) der zumindest einen Walze (4) ein Spalt (S), insbesondere eine Spaltbreite automatisiert, verändert bzw. automatisch ausgeregelt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch thermische Ausdehnung und Veränderung des Durchmessers (D₁, D₂) zumindest einer Walze (4) eines Walzenglättwerkes (1) die Geschwindigkeit zumindest einer Walze (4) an den thermisch veränderten Durchmesser (D₁, D₂) angepasst wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit jeder Walze (4) bei thermischer Veränderung auf ihren neuen Durchmesser (D₁, D₂) angepasst wird, um das extrudierte Kunststoffmaterial (3) homogen aus dem Walzenglättwerk (1) auszubringen.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (S) sowie die Geschwindigkeit der zumindest einen Walze (4) temperaturabhängig und in Abhängigkeit von einer thermischen Ausdehnung und Veränderung des Durchmessers (D₁, D₂) der zumindest einen Walze (4) des Walzenglättwerkes (1) permanent im Betrieb angepasst bzw. geregelt werden.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass über Temperatursensoren die Temperaturen, insbesondere die Oberflächentemperaturen der einzelnen Walzen (4) des Walzenglättwerkes (1) exakt im Betrieb und permanent bestimmt werden, wobei aufgrund der Temperaturen, Temperaturdifferenzen und Ausdehnungsverhalten bzw. Änderungsverhalten der Durchmesser (D₁, D₂) der Walzen (4) ein Spalt (S) bzw. die Geschwindigkeiten der Walzen (4) veränderbar sind.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur jeder Walze (4) über die Temperatur des Kühlmittels oder Wärmeträgers, insbesondere der Wassertemperatur im Betrieb permanent ermittelt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturdifferenzen zweier gegenüberliegenden Walzen (4), durch welche die Kunststoffschmelze (3) geglättet wird, bestimmt wird, um die jeweiligen Geschwindigkeiten der einzelnen Walzen (4) bei Durchmesseränderung anzupassen und den Spalt (S) durch Bewegen zumindest einer Walze (4) gegenüber der anderen Walze (4) automatisch im Betrieb permanent anzupassen und zu regeln.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der Temperaturdifferenzen bzw. der Temperaturen der einzelnen Walzen (4) die Geschwindigkeit der Walzen (4) sowie ein Spalt (S) zwischen den zwei gegenüber liegenden Walzen (4) im Betrieb automatisch geregelt, insbesondere softwaregesteuert ausgeregelt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass durch Messung der Walzendurchmesser (D₁, D₂) bei unterschiedlichen Temperaturen eine lineare Funktion ermittelt wird, die der Ansteuerung und Regelung der Spaltenbreite des Spaltes (S) sowie der entsprechenden Anpassung und Regelung der einzelnen Geschwindigkeiten der einzelnen Walzen (4) dient.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung der Walzen (4) im Betrieb hinsichtlich Geschwindigkeit und Spaltbreite im Betrieb softwaregesteuert automatisch erfolgt und durch Temperaturbestimmung an der jeweiligen Walze (4) durch eine hinterlegte Funktion jeweils temperaturabhängig eine Veränderung der Spaltbreite bzw. des Spaltes (S) zweier gegenüberliegender Walzen (4) und eine Anpassung der Geschwindigkeiten der Walzen (4) bei Änderung der Durchmesser (D₁, D₂) automatisch im Betrieb erfolgt.