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Die Erfindung betrifft ein Kunststoff-Glättwerk zum Glätten einer Kunststofffolie oder Kunststoffplatte, mit (a) zumindest einer Glättwalze, (b) einem Glättwalzenantrieb zum Antreiben der Glättwalze, der einen Elektromotor und ein mit dem Elektromotor und der Glättwalze gekoppeltes Getriebe umfasst, und (c) einem Glättwalzen-Sensor zum Erfassung einer Bewegungsgröße, die eine Drehbewegung der Glättwalze charakterisiert. Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Glätten einer Kunststofffolie oder Kunststoffplatte, die insbesondere transparent sind.
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Gemäß einem zweiten Aspekt löst die Erfindung das Problem durch ein Verfahren zum Glätten einer Kunststofffolie oder Kunststoffplatte mit den Schritten (a) Glätten der Kunststofffolie oder -platte mittels einer Glättwalze, (b) Erfassen einer Bewegungsgröße, die eine Drehbewegung der Glättwalze charakterisiert und (c) Regeln einer Drehgeschwindigkeit der Glättwalze anhand der Bewegungsgröße.
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Glättwerke werden zum Glätten von in der Regel extrudierten Kunststoffblättern verwendet. Unter Kunststoffblättern werden Kunststofffolien und Kunststoffplatten verstanden, wobei von einer Kunststoffplatte gesprochen wird, wenn die Dicke zwischen 0,5 und 12 mm liegt. Liegt die Dicke unter 0,5 mm, wird von einer Folie gesprochen. Zur Herstellung von hochwertigen transparenten Kunststoffplatten ist es notwendig, dass die Gleichlaufschwankungen der Glättwalzen möglichst gering sind. Da das menschliche Auge gegenüber Änderungen der optischen Eigenschaften eines Objekts sehr empfindliche ist, führen bereits kleinste Änderungen der optischen Eigenschaften dazu, dass das, entstandene Produkt in hochqualitativen Anwendungen wie beispielsweise Kraftfahrzeugen nicht verwendet werden kann.
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Der Grund für die lokalen Änderungen der optischen Eigenschaften ist bislang nicht bekannt. Dickenschwankungen können ausgeschlossen werden. Es wird vermutet, dass Schwankungen der Antriebe die Ursache sind, ohne den genauen Wirkzusammenhang zu kennen. Aus der
US 4,327,149 ist bekannt, die Gleichlaufschwankungen dadurch zu reduzieren, dass für die vorher vorhandenen einzelnen Motoren, die die Glättwalzen antreiben, ein einziger Motor verwendet wird, der beispielsweise über Riemen mit den verschiedenen Glättwalzen verbunden ist. Es hat sich jedoch gezeigt, dass auch ein derartiger Antrieb nicht in der Lage ist, höchste optische Qualitäten zu liefern, wie sie beispielsweise notwendig wären, um Windschutzscheiben für Kraftfahrzeuge aus Kunststoff herzustellen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die optischen Eigenschaften von Kunststoffblättern zu verbessern.
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Die Erfindung löst das Problem durch ein gattungsgemäßes Glättwerk, bei dem der Glättwalzen-Sensor drehfest mit der Glättwalze verbunden ist.
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Gemäß einem zweiten Aspekt löst die Erfindung das Problem durch ein gattungsgemäßes Verfahren, bei dem das Erfassen der Bedingungsgröße ein Messen der Drehbeschleunigung direkt an der Glättwalze und ein Berechnen der Drehgeschwindigkeit der Glättwalze aus der Drehbeschleunigung umfasst.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein einziger Antrieb, der beispielsweise über einen Riementrieb mit den Glättwalzen verbunden ist, entgegen der Intuition nicht die günstigste Lösung ist, da im Riementrieb Schwingungen auftreten können, die zu einer Oszillation der Drehgeschwindigkeit der Glättwalzen führen. Hinsichtlich der Messung der Drehgeschwindigkeit der Drehwalze kann angenommen werden, dass digitale Drehwertgeber die höchste Genauigkeit erwarten lassen, wobei derartige Drehwertgeber vorzugsweise dort anzuordnen wären, wo eine besonders hohe Drehzahl vorliegt. Da die Antriebe der Glättwalzen in der Regel mittels eines Übersetzungsgetriebes mit der Glättwalze verbunden sind, wäre dann zu erwarten, dass eine Drehzahlmessung am Rotor des Elektromotors zu den höchsten Genauigkeiten führt. Es hat sich jedoch gezeigt, dass das nicht der Fall ist.
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Vorteilhaft an der Erfindung ist, dass relativ einfache Antriebe verwendet werden können. Hat beispielsweise das Getriebe ein Spiel, so ist das anhand der Messdaten des Glättwalzen-Sensors erfassbar und ausregelbar.
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Unter der Kunststofffolie bzw. der Kunststoffplatte wird insbesondere ein Objekt aus Polycarbonat, PET (Polyethylenterepthalat) oder PMMA (Polymethylmethacrylat) verstanden. Die Kunststofffolie und die Kunststoffplatte können aber auch aus anderen Kunststoffen oder aus Blends aufgebaut sein.
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Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird unter einer Kunststoffplatte insbesondere ein Objekt mit zwei zueinander parallelen Flächen verstanden, die einen Abstand von 0,5 bis 12 mm voneinander haben. Es ist möglich, nicht aber notwendig, dass die Kunststoffplatte quaderförmig ist. Es ist durchaus möglich, dass die Kunststoffplatte eine Krümmung aufweist. Unter einer Kunststofffolie wird insbesondere ein Kunststoffobjekt verstanden, dessen Dicke kleiner ist als 0,5 mm. Unter dem Getriebe wird insbesondere ein Untersetzungsgetriebe verstanden. Geeignet ist ein Planetengetriebe. Beispielsweise beträgt die Untersetzung mehr als 1:30.
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Unter dem Merkmal, dass der Glättwalzen-Sensor drehfest mit der Glättwalze verbunden ist, wird insbesondere verstanden, dass eine Umdrehung der Glättwalze auch zu einer Umdrehung eines Sensorelements des Glättwalzen-Sensors führt. So ist der Glättwalzen-Sensor getriebefrei mit der Glättwalze verbunden. Zwar wäre es möglich, dass der Glättwalzen-Sensor über eine axial verschiebliche Hülse an die Glättwalze angebracht ist, günstiger ist aber, wenn der Glättwalzen-Sensor zumindest mit einem Sensorelement fest mit der Glättwalze verbunden ist. Auf diese Weise überträgt sich jede Änderung des Drehzustandes der Glättwalze direkt auf das Sensorelement des Glättwalzen-Sensors, so dass auch kleinste Abweichungen des Drehzustandes der Glättwalze von dem Soll-Drehzustand detektierbar sind.
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Unter der Kunststofffolie oder Kunststoffplatte werden insbesondere solche verstanden, die DIN ISO 11963 oder ISO 15988 entsprechen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Glättwalzen-Sensor ein Drehbeschleunigungssensor. Ein Drehbeschleunigungssensor ist ein Sensor, dessen Messwert sich ändert, wenn sich die Drehbeschleunigung ändert. In anderen Worten ist ein Drehbeschleunigungssensor insbesondere ein direkter Drehbeschleunigungssensor, also ein Sensor, der auf einem physikalischen Effekt basiert, der die Drehbeschleunigung direkt misst. Zwar wäre es grundsätzlich auch möglich, einen Drehwinkelgeber zu verwenden und die Beschleunigung durch zweifaches Ableiten nach der Zeit zu ermitteln, ein derartiger Sensor wird aber nicht als Drehbeschleunigungssensor im Sinne dieses Anspruchs verstanden, da er die Drehbeschleunigung nicht direkt misst. Mit einem Drehbeschleunigungssensor lässt sich frühzeitig erkennen, ob die Drehgeschwindigkeit sich ändern wird. Das ermöglicht eine schnelle Regelung und damit geringe Regelabweichungen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Glättwalzen-Sensor ein analoger Sensor, insbesondere ein Ferraris-Sensor. Er hat sich herausgestellt, dass sich mit einem analogen Sensor eine höhere Stabilität der Drehgeschwindigkeit erreichen lässt. Insbesondere ist der Glättwalzen-Sensor so ausgebildet, dass sich eine Abweichung von 10 Winkelsekunden pro Umdrehung der Glättwalze oder weniger detektieren lässt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besitzt das Glättwerk eine Regelvorrichtung, die mit dem Glättwalzen-Sensor und dem Glättwalzenantrieb verbunden und eingerichtet ist zum Regeln einer Drehgeschwindigkeit der Glättwalze auf einen vorgegebenen Sollwert anhand einer vom Sensor erfassten Drehbeschleunigung. Es hat sich herausgestellt, dass mit einer derartigen Regelvorrichtung die Drehgeschwindigkeit der Glättwalze so exakt auf den Sollwert geregelt werden kann, dass sich die optische Qualität der Kunststofffolie bzw. -platten deutlich erhöht.
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Vorzugsweise besitzt das Getriebe ein Getriebespiel von höchstens 0,1°. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass das Getriebe vorgespannt ist. Zwar wäre auch ein Getriebe mit einem gewissen Getriebespiel einsetzbar, die Regelung würde dadurch jedoch deutlich erschwert und höchste Qualitäten für die Kunststofffolie bzw. -platte wären nur schwer erreichbar.
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Vorzugsweise besitzt der Glättwalzenantrieb einen Motorsensor zum Erfassen einer Motordrehgeschwindigkeit des Elektromotors und eine Motorregelung, die mit dem Motorsensor zum Regeln der Motordrehgeschwindigkeit auf eine Soll-Motordrehgeschwindigkeit verbunden ist, wobei die Motorregelung so ausgebildet ist, dass die Soll-Motordrehgeschwindigkeit anhand einer vom Glättwalzen-Sensor erfassten Drehgeschwindigkeit geregelt wird. Es ergibt sich damit eine zweistufige Regelung. In der übergeordneten Regelschleife wird die tatsächliche Drehgeschwindigkeit der Glättwalze mit einem Sollwert verglichen. Bei einer Abweichung wird die hierarchisch nachgeordnete Motorregelung mit einer neuen Soll-Motordrehgeschwindigkeit beaufschlagt, so dass sich die tatsächliche Motordrehgeschwindigkeit dieser Soll-Motordrehgeschwindigkeit annähert. Diese zweistufige Regelung hat sich als besonders geeignet herausgestellt, um höchste Gleichförmigkeit der Glättwalzen-Drehgeschwindigkeit zu erreichen. Die Motorregelung kann auf einem bekannten Regelprinzip beruhen. Beispielsweise kann es sich bei der Motorregelung um einen PID-Regler, einen PI-Regler oder einen anderen geeigneten Regler handeln.
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Vorzugsweise besitzt das Glättwerk eine zweite Glättwalze, einen zweiten Glättwalzenantrieb zum Antreiben der zweiten Glättwalze, der einen zweiten Elektromotor, der unabhängig vom ersten Elektromotor ansteuerbar ist, und ein mit dem zweiten Elektromotor gekoppeltes zweites Getriebe umfasst, und einen zweiten Sensor zum Erfassen einer Bewegungsgröße aufweist, die eine Drehbewegung der zweiten Glättwalze charakterisiert, wobei der zweite Sensor drehfest mit der zweiten Glättwalze verbunden ist. Das Glättwerk kann zudem eine dritte Glättwalze, eine vierte Glättwalze oder mehr Glättwalzen aufweisen, die jeweils einen zugeordneten Elektromotor aufweisen, der nur die entsprechende Glättwalze antreibt.
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Bei unterschiedlich dicken Kunststoffplatten müssen unterschiedliche Drehgeschwindigkeiten der Glättwalzen gewählt werden. Um eine besonders hohe Qualität der Kunststoffplatten gewährleisten zu können, wird vorzugsweise die Drehbeschleunigung in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit der Glättwalze erfasst, daraus zumindest eine Drehgeschwindigkeit ermittelt, bei der eine Resonanz eintritt und die Glättwalze bei Drehzahlen betrieben wird, die außerhalb der Resonanz-Drehgeschwindigkeit der Glättwalze liegen.
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Erfindungsgemäß ist zudem ein Verfahren zum Herstellen eines insbesondere transparenten Kunststoffteils, das die Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst und zusätzlich den Schritt eines Tiefziehens der so hergestellten Kunststofffolie oder der so hergestellten Kunststoffplatte umfasst. Beim Tiefziehen wirken sich Inhomogenitäten hinsichtlich der Dicke und/oder des Spannungszustandes und/oder der Eigenspannungen dahingehend aus, dass die Inhomogenitäten verstärkt werden. Beim Herstellen eines Tiefziehteils ist es daher besonders wichtig, Kunststoffplatten oder Kunststofffolien zu verwenden, deren optische und/oder physikalische Eigenschaft möglichst homogen ist.
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Erfindungsgemäß ist zudem ein Verfahren zum Herstellen eines Kondensators, bei dem eine Kunststofffolie verwendet wird, die nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird.
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Erfindungsgemäß ist zudem eine Kunststofffolien- und/oder Kunststoffplatten-Herstellvorrichtung mit einem Extruder für den Kunststoff und ein erfindungsgemäßes Glättwerk.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt
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1 einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Glättwerk und
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2 eine Detailansicht von 1.
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1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Glättwerk 10, das eine erste Glättwalze 12 und einen ersten Glättwalzenantrieb 14 zum Antreiben der Glättwalze 12 besitzt. Der Glättwalzenantrieb 14 umfasst einen Elektromotor 16 und ein Getriebe 18 in Form eines Planetengetriebes.
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Das Glättwerk 10 umfasst zudem eine zweite Glättwalze 20, die über einen zweiten Glättwalzenantrieb 22 angetrieben wird. Der zweite Glättwalzenantrieb 22 besitzt einen zweiten Elektromotor 24 und ein zweites Getriebe 26.
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Der Elektromotor 16 ist mit dem Getriebe 18 fest verbunden und die Einheit aus beiden stützt sich über eine Drehmomentstütze 28 an einem Gestell 30 des Glättwerks 10 ab. Es ist zudem zu erkennen, dass das Glättwerk 10 eine dritte Glättwalze 32 besitzt.
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1 lässt zudem einen Motorsensor 34 in Form eines Drehwinkelgebers erkennen, mittels dem eine Motordrehgeschwindigkeit des Motors 16 berechenbar ist. Die Messsignale des Motorsensors 34 werden an eine schematisch eingezeichnete Motorregelung 36 übertragen, in der ein elektronischer Schaltkreis zum Regeln der Motordrehgeschwindigkeit auf einen Sollwert vorgesehen ist.
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2 zeigt eine Detailansicht der ersten Glättwalze 12, bei der ein Glättwalzen-Sensor 38 zu erkennen ist. Der Glättwalzen-Sensor 38 umfasst ein Sensorelement 40 in Form einer Scheibe, die fest auf der Glättwalze 12 befestigt ist. Das Sensorelement 40 durchsetzt teilweise ein Sensorgehäuse 42. Das Sensorelement 40 und das Sensorgehäuse 42 bilden zusammen den Glättwalzen-Sensor 38, der auf dem Ferraris-Prinzip beruht. Beschleunigt die Glättwalze 12 ihre Drehbewegung, so ändert sich ein vom Glättwalzen-Sensor 38 abgegebenes Signal, das über eine nicht eingezeichnete Leitung an die Motorregelung 36 weitergeleitet wird.
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Aus den Signalen des Glättwalzen-Sensors 38 integriert die Motorregelung 36 eine Drehgeschwindigkeit der Glättwalze 12 und vergleicht den so erhaltenen Wert mit einem Soll-Wert. Ergibt sich eine Abweichung, so ändert die Motorregelung 36 eine Soll-Motordrehgeschwindigkeit des Motors 16, so dass sich die Drehgeschwindigkeit der Glättwalze 12 ebenfalls ändert.
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2 zeigt, dass das Sensorgehäuse 42 an einem Lagerkörper 44 befestigt ist, mittels dem die Glättwalze 12 am Gestell 30 befestigt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Glättwerk
- 12
- Glättwalze
- 14
- Glättwalzenantrieb
- 16
- Elektromotor
- 18
- Getriebe
- 20
- zweite Glättwalze
- 22
- zweiter Glättwalzenantrieb
- 24
- zweiter Elektromotor
- 26
- zweites Getriebe
- 28
- Drehmomentstütze
- 30
- Gestell
- 32
- dritte Glättwalze
- 34
- Motorsensor
- 36
- Motorregelung
- 38
- Glättwalzen-Sensor
- 40
- Sensorelement
- 42
- Sensorgehäuse
- 44
- Lagerkörper
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN ISO 11963 [0013]
- ISO 15988 [0013]
