DE102011008188B4

DE102011008188B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Qualitätskontrolle von Kunststoffen

Info

Publication number: DE102011008188B4
Application number: DE102011008188.7A
Authority: DE
Inventors: Dr.-Ing. Göttfert Axel
Original assignee: GOTTFERT WERKSTOFF PRUEFMASCHINEN GmbH; Gottfert Werkstoff-Pruefmaschinen GmbH
Current assignee: GOTTFERT WERKSTOFF PRUEFMASCHINEN GmbH; Gottfert Werkstoff-Pruefmaschinen GmbH
Priority date: 2011-01-10
Filing date: 2011-01-10
Publication date: 2015-04-02
Anticipated expiration: 2031-01-11
Also published as: DE102011008188A1

Abstract

Vorrichtung zur Qualitätskontrolle von Kunststoffen mit einem Extruder (1) zur kontinuierlichen Herstellung einer Kunststofffolie (2) aus Kunststoffgranulat oder Kunststoffpulver, einer Abkühleinrichtung oder Abkühlstrecke (3) zur Abkühlung der Kunststofffolie (2), einer optischen Messeinheit (4), durch die die Kunststofffolie (2) entlang einer Förderstrecke geführt wird, und einer Auswerteelektronik zur Auswertung von Messdaten der Messeinheit (4), wobei die Messeinheit (4) ein FTIR-Spektrometer mit einer IR-Lichtquelle und mit einem Detektor zur Detektion von IR-Spektren aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit (4) einer Transfereinrichtung (5) zugeordnet ist, auf der die Messeinheit (4) von einer außerhalb der Förderstrecke der Kunststofffolie (2) liegenden Ruhe- oder Kalibrierposition in eine innerhalb der Förderstrecke liegende Arbeits- bzw. Messposition verbringbar ist und dass das FTIR-Spektrometer mittels Referenzmustern (6, 9) kalibrierbar ist und dass ein Probenmagazin (7) zur Aufbewahrung von Referenzmustern (6) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Qualitätskontrolle von Kunststoffen mit einem Extruder zur kontinuierlichen Herstellung einer Kunststofffolie aus Kunststoffgranulat oder Kunststoffpulver, einer Abkühleinrichtung oder Abkühlstrecke zur Abkühlung der Kunststofffolie, einer optischen Messeinheit, durch die die Kunststofffolie entlang einer Förderstrecke geführt wird, und einer Auswerteelektronik zur Auswertung von Messdaten der Messeinheit, wobei die Messeinheit ein FTIR-Spektrometer mit einer IR-Lichtquelle und mit einem Detektor zur Detektion von IR-Spektren aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Qualitätskontrolle von Kunststoffen, wobei mit einem Extruder aus Kunststoffgranulat oder Kunststoffpulver kontinuierlich eine Kunststofffolie hergestellt wird, die Kunststofffolie durch eine Abkühleinrichtung oder eine Abkühlstrecke abgekühlt wird und entlang einer Förderstrecke durch eine optische Messeinheit geführt wird, wobei Messdaten der Messeinheit mit einer Auswerteelektronik ausgewertet werden, wobei als Messeinheit ein FTIR-Spektrometer mit einer IR-Lichtquelle und mit einem Detektor zur Detektion von IR-Spektren angewendet wird.
Aus der Praxis sind unterschiedliche Vorrichtungen zur Qualitätskontrolle von Kunststoffen bekannt. Diese reichen von einfachen optischen Messungen an Flachmaterial zum Auffinden von Fehlern durch Lichtstrahlen bis hin zur Untersuchung von Materialeigenschaften von Kunststoffen mit Hilfe der Infrarot-Spektroskopie. Hierbei handelt es sich um ein Untersuchungsverfahren, bei dem auf optischem Wege versucht wird, die Eigenschaften der Kunststoffe festzustellen.
So ist bspw. aus der DE 198 20 948 C1 eine Vorrichtung zur Qualitätskontrolle von Kunststoffgranulaten bekannt. Diese Vorrichtung weist einen Extruder zur kontinuierlichen Herstellung einer flachen Probenfolie aus Kunststoffgranulat und eine Vorrichtung zum definiert temperierten Abkühlen der Kunststofffolie auf. Die Kunststofffolie wird über mehrere Walzen durch ein abgekapseltes Messvolumen geführt, wobei dort die eigentliche Qualitätskontrolle stattfindet. Hierfür weist die Vorrichtung eine Infrarotlichtquelle zur Bestrahlung des Messvolumens und ein FTIR-Spektrometer mit Detektor zum spektral aufgelösten Aufsammeln von Infrarotlicht aus dem Messvolumen auf. Zwischen dem Messvolumen und der Infrarotlichtquelle ist ein Polarisator zur Erzeugung in der Ebene der Probenfolie linear polarisierten Infrarotlichts angeordnet. Die Kunststofffolie wird im Messvolumen mittels zweier Walzen geführt, die ebenso wie eine im Messvolumen befindliche Trommel drehbar gelagert sind. Über die Trommel bzw. die Walzen lässt sich die Folienrichtung und somit ein Winkel zwischen der Lichtquelle und der Folienlaufrichtung einstellen. Durch diese Verstellmöglichkeit soll zwischen der Laufrichtung der Kunststofffolie und den einfallenden Infrarotstrahlen der Brewster-Winkel eingehalten werden, was zu einer deutlichen Verbesserung der Qualität der Infrarot-Absorptionsspektren führen soll. Schließlich wird die Kunststofffolie auf einer Rolle aufgewickelt. Eine Auswertevorrichtung verarbeitet die von dem Detektor gelieferten Signale.
Die voranstehend beschriebene und bekannte Vorrichtung zur Qualitätskontrolle von Kunststoffen ist jedoch insoweit problematisch, als sie – insbesondere durch die komplexe Ausgestaltung des abgekapselten Messvolumens mit verschwenkbarer Walze und verschwenkbaren Rollen – einen aufwändigen und für Bedienpersonal nur schwer zugänglichen Aufbau aufweist. Dies führt nicht nur zu einem hohen Platzbedarf, sondern auch dazu, dass im Falle eines Folienrisses ein erneutes Einfädeln der Kunststofffolie für die ausführende Person in der Handhabung anspruchsvoll und zudem zeitaufwändig ist. Des Weiteren ist bei der bekannten Vorrichtung von Nachteil, dass durch die Führung der Kunststofffolie durch das Messvolumen Änderungen hinsichtlich Qualität und Materialzusammensetzung der Kunststofffolie lediglich in Längsrichtung detektierbar sind. Dies kann dazu führen, dass die an der fest vorgegebenen Messposition ermittelten Daten nicht bzw. nur unzureichend repräsentativ sind und die tatsächliche Qualität bzw. Materialzusammensetzung nicht vollständig wiedergeben. Im Ergebnis ist eine umfassende und verlässliche Qualitätskontrolle von Kunststoffen mit der bekannten Vorrichtung praktisch nicht bzw. nur unzureichend möglich.
Aus der EP 0 423 386 A1 sind eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer synthetischen Folie mit einer einheitlichen Dicke bekannt. Hierzu weist die Vorrichtung einen Extruder 1 zur kontinuierlichen Herstellung einer Kunststofffolie und eine sich an ein Formwerkzeug 2 anschließende Abkühlstrecke zur Abkühlung der Kunststofffolie auf. Ferner umfasst die Vorrichtung eine optische Messeinheit 8, durch die die Kunststofffolie geführt wird, und eine Auswerteelektronik zur Auswertung der von der Messeinheit gewonnen Messdaten. Die Messeinheit 8 dient zur Dickenmessung einer dem vollständigen Film 3a entnommenen Probe 3b. Die Messeinheit 8 weist einen Detektionssensor 8e und einen Lichtprojektor 8f auf. Ein Monitor 9 dient zur Darstellung von Informationen, während eine Eingabeeinrichtung 10 zur Eingabe von Funktionsdaten dient. In einem in 9 dargestellten Ausführungsbeispiel dieses Dokuments ist offenbart, dass die Messeinheit 8' zur Messung der Dicke des Films 3 derart ausgebildet sein kann, dass der Dickensensor 8e' und der Lichtprojektor 8f' mittels einer Transfereinrichtung in Form von Schienen 22a, 22b entlang der Breite der Folie 3' verfahrbar sind. Ein FTIR-Spektrometer oder eine IR-Lichtquelle offenbart dieses Dokument nicht.
Des Weiteren sind aus der US 5,142,151 A eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Messung des Aushärtegrades von Harz in einem Verbundwerkstoff bekannt. Hierbei wird ein FTIR-Spektrometer mit einer IR-Lichtquelle als Messeinrichtung zur Ermittlung des Aushärtegrads eingesetzt. Die dabei ermittelten Messergebnisse dienen als Steuersignal bspw. für eine Einstellung des Abstands zweier das Verbundmaterial einschließender Rollen oder zur Regelung einer das Verbundmaterial trocknenden Heizeinrichtung. In einem in 23 dieses Dokuments dargestellten Ausführungsbeispiel ist offenbart, die optische Messeinheit mit einer Transfereinrichtung in Form von zwei verfahrbaren Armen 2306, 2308 auszubilden, wobei in den Armen 2306, 2308 jeweils ein Spiegel 2312, 2314 enthalten ist, wodurch sich verschiedene Messpositionen am Verbundwerkstoff 2316 anfahren lassen. Die eigentliche Messeinheit 2302, d. h. das FTIR-Spektrometer 2310 und die Lichtquelle 2304, verbleibt in ihrer Position. Ein Extruder zur kontinuierlichen Herstellung einer Kunststofffolie, Referenzmuster zur Kalibration des FTIR-Spektrometers oder ein Probenmagazin zur Aufbewahrung von Referenzmustern sind diesem Dokument fremd.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Qualitätskontrolle von Kunststoffen derart auszugestalten und weiterzubilden, dass mit einfachen konstruktiven Mitteln eine schnelle, umfassende und zugleich verlässliche Qualitätskontrolle ermöglicht ist. Ein entsprechendes Verfahren ist anzugeben.
Die voranstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. In Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren wird die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des nebengeordneten Anspruchs 8 gelöst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Qualitätskontrolle von Kunststoffen weist einen Extruder zur kontinuierlichen Herstellung einer Kunststofffolie aus Kunststoffgranulat bzw. Kunststoffpulver auf. Die Abkühlung der Kunststofffolie erfolgt durch eine Abkühleinrichtung oder eine Abkühlstrecke. Ferner weist die Vorrichtung eine eine optische Messeinheit auf, durch die die Kunststofffolie entlang einer Förderstrecke geführt wird. Zur Auswertung von Messdaten der Messeinheit dient eine Auswerteelektronik. Für die Vorrichtung ist erfindungsgemäß dabei von ganz besonderer Bedeutung, dass die Messeinheit einer Transfereinrichtung zugeordnet ist, auf der die Messeinheit von einer außerhalb der Förderstrecke der Kunststofffolie liegenden Ruhe- oder Kalibrierposition in eine innerhalb der Förderstrecke liegende Arbeits- bzw. Messposition verbringbar ist. Hierdurch ist es ermöglicht, dass die Messeinheit außerhalb der Förderstrecke eine Ruheposition einnimmt, in der auch eine Referenzierung gegenüber der Umgebung bzw. Kalibrierung der Messeinheit erfolgen kann. Zudem ist, wenn sich die Messeinheit in der Ruheposition befindet, eine gute Zugänglichkeit der Förderstrecke realisiert. Weiter erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass eine schnelle und umfassende Qualitätskontrolle von Kunststoffen dann erfolgen kann, wenn neben der Führung der Kunststofffolie durch die Messeinheit selbige gleichzeitig zur Laufrichtung der Kunststofffolie verfahrbar ist. Durch die Zuordnung der Messeinheit auf einer Transfereinrichtung ist die Messeinheit mit einfachen konstruktiven Mitteln verfahrbar ausgeführt. Durch Messungen an ausgewählten Positionen an der Kunststofffolie oder alternativ durch Anfahren beliebiger Positionen, bspw. durch eine Art „Zufallsgenerator”, der der Auswerteelektronik zugeordnet sein kann, ist eine flexible und verlässliche Qualitätskontrolle ermöglicht.
In weiter erfindungsgemäßer Weise ist das FTIR-Spektrometer mittels Referenzmustern kalibrierbar. Bei den Referenzmustern kann es sich bevorzugt um Kunststofffolien handeln, die zum Schutze vor Verschmutzung oder Beschädigung in einer Art Rahmen – ähnlich einem Diarahmen – gehalten werden. Die Kalibrierung erfolgt derart, dass aus einzelnen Messungen der Referenzmuster Kalibrierkurven für die zu erkennende bzw. zu diagnostizierende Substanz ermittelt wird. Alternativ hierzu ist denkbar, dass die Kalibrierung durch eine Veränderung des dem Extruder zugeführten Materials erfolgt. Hinsichtlich der Referenzmuster ist es vorteilhaft, wenn diese in einem Probenmagazin aufbewahrt werden. Dabei ist denkbar, dass das Probenmagazin zur Aufnahme der Referenzmuster mehrere Aussparungen bzw. Schlitze – ähnlich einem Diamagazin – aufweist. Hinsichtlich der Magazinkapazität sind unterschiedlichste Ausführungen denkbar, bspw. kleine Magazine mit 5 bis 10 Aufnahmeplätzen für Referenzmuster oder auch große Magazine mit Kapazität für bis zu 100 Referenzmuster.
Folglich ist mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Vorrichtung zur Qualitätskontrolle derart ausgestaltet und weitergebildet, dass mit einfachen konstruktiven Mitteln eine schnelle, umfassende und zugleich verlässliche Qualitätskontrolle ermöglicht ist.
Hinsichtlich der Messeinheit ist es von Vorteil, wenn diese bezogen auf die Umgebung bzw. das Umgebungslicht referenzierbar ist. Im Konkreten könnte die Referenzierung der Messeinheit an der Ruhe- oder Kalibrierposition erfolgen. Hinsichtlich des Referenzierungsablaufes bzw. der Referenzierungsvorschrift ist es denkbar, dass diese – ebenso wie die Kalibrierung der Messeinheit und die gesamte Vorrichtung – von der Auswerteelektronik gesteuert wird. Dabei ist es des Weiteren denkbar, dass die Referenzierung der Messeinheit bezogen auf die Umgebung vor einer Kalibrierung der Messeinheit erfolgt. Bei der Auswerteelektronik kann es sich um eine der Vorrichtung zugeordnete Mikroelektronik mit Anzeige- und Speichereinheit oder ganz allgemein um einen über eine Schnittstelle – bspw. Ethernet, USB oder Wireless-LAN – an die Vorrichtung angeschlossenen PC mit entsprechender Software zur Qualitätskontrolle handeln.
Die Messeinheit weist ein FTIR-Spektrometer mit einer Infrarot- bzw. IR-Lichtquelle und mit einem Detektor zur Detektion von IR-Spektren auf. Bei einem Ausführungsbeispiel liegen sich die IR-Lichtquelle und der Detektor in vorteilhafter Weise gegenüber, wobei zwischen diesen beiden Elementen die Kunststofffolie hindurchgeführt ist. Der Detektor registriert das durch die Kunststofffolie transmittierte IR-Licht. Über die Auswerteelektronik werden anhand der durchgeführten Messungen Intensitätsverläufe bzw. Messkurven bestimmt bzw. errechnet. Hinsichtlich der IR-Lichtquelle ist es von Vorteil, wenn diese Licht aus dem mittleren Infrarotbereich (MIR) und/oder aus dem nahen Infrarotbereich (NIR) aussendet. Die Wahl des Infrarotbereichs richtet sich nach den zu prüfenden Kunststoffen, wobei je nach Zusammensetzung der Kunststoffe die Spektren bzw. Absorptionsspektren unterschiedlich gut identifizierbar sind. Der mittlere Infrarotbereich (MIR) umfasst Infrarotlicht der Wellenlängen 3 bis 50 μm und der nahe Infrarotbereich (NIR) umfasst Infrarotlicht mit den Wellenlängen 0,78 bis 3 μm.
Im Konkreten kann das Probenmagazin der Transfereinrichtung zugeordnet sein. Hierdurch ist eine einfache und zentrale Anbindung an das Probenmagazin realisiert. Ferner ist es von Vorteil, wenn zur automatischen Zuführung der Referenzmuster vom Probenmagazin zum FTIR-Spektrometer eine Zuführeinrichtung vorgesehen ist. Hierdurch ist eine automatische Zuführung der Referenzmuster vom Probenmagazin zum Messfenster des FTIR-Spektrometers ermöglicht. Das automatische Zuführen der Referenzmuster, die sich daran anschließende Kalibrierung und letzten Endes das Ablegen des Referenzmusters in das Probenmagazin führen dazu, dass die Kalibrierung des FTIR-Spektrometers vollautomatisch ablaufen kann. Hierbei könnte die Steuerung durch die Auswerteelektronik erfolgen. Hinsichtlich der Ausgestaltung der Zuführeinrichtung ist es denkbar, dass diese eine Art Greifelement bzw. Rahmenelement zur Aufnahme der Referenzmuster aufweist, wobei die Referenzmuster aus dem Probenmagazin entnommen, zum Messfenster des FTIR-Spektrometers geführt und dort gehalten werden.
Im Konkreten kann das Probenmagazin bezogen auf die Transfereinrichtung verfahrbar sein, vorzugsweise in vertikaler Richtung. Hierdurch kann die Aussparung bzw. der Schlitz des Probenmagazins mit dem gewünschten Referenzmuster direkt zur Zuführeinrichtung bzw. zum Greifelement der Zuführeinrichtung verfahren werden, so dass die Zuführeinrichtung einen einfachen und raumsparenden Aufbau aufweisen kann. Alternativ ist es denkbar, dass das Probenmagazin sowohl vertikal als auch horizontal verfahrbar ist, insbesondere bei einer hohen Anzahl von aufzubewahrenden Referenzmustern, wobei das Probenmagazin dann in Form einer Matrix ausgestaltet sein kann. Durch vertikale und horizontale Verfahrbarkeit des Probenmagazins gegenüber der Transfereinrichtung ließe sich somit jede Aussparung bzw. jeder Schlitz des matrixartigen Probenmagazins zur Zuführeinrichtung verfahren.
In vorteilhafter Weise weist das FTIR-Spektrometer eine Einzelaufnahme zur manuellen Zuführung einzelner Referenzmuster auf. Insofern ist auch eine manuelle Zuführung von Referenzmustern ermöglicht, wobei diese Referenzmuster – entsprechend der durch die Zuführeinrichtung automatisch zugeführten Referenzmuster – in Folienform oder auch als Granulatproben manuell in das Messfenster eingebracht werden können. Somit kann die Messeinheit sowohl anhand von Kunststofffolien als auch anhand von Granulat kalibriert werden. Hinsichtlich des Detektors ist es ferner von Vorteil, wenn dieser einen nicht hygroskopischen Quarz aufweist. Durch Verwendung eines nicht hygroskopischen Quarzes entfällt die Notwendigkeit einer kompletten Kapselung des Quarzes und ist dieser gegenüber Feuchtigkeitseinflüssen unempfindlich. Insofern erhöht sich durch Verwendung eines solchen Quarzes die Reproduzierbarkeit und die gleichbleibende Genauigkeit der Messung. Dadurch, dass eine komplette Kapselung des nicht hygroskopischen Quarzes nicht erforderlich ist, gestaltet sich ein Einfädeln einer gerissenen Folie hinsichtlich der Handhabung einfach und zeitsparend. Im Konkreten sind die Messungen des FTIR-Spektrometers diskontinuierlich, wobei vorzugsweise die Messfrequenz bzw. die Abtastrate regelbar ist. Anhand der einzelnen Messungen an den jeweiligen Positionen erfolgt in vorteilhafter Weise eine Mittelung. Ferner ist es denkbar, dass die Messungen an den unterschiedlichen Positionen quer zur Folienbahn statistisch ausgewertet werden. Hierdurch ist ein Verlauf hinsichtlich Qualität bzw. Zusammensetzung der Kunststofffolie bezüglich der Folienbreite zu ermitteln.
Die Abkühleinrichtung kann im Konkreten mindestens eine gekühlte Walze aufweisen. Hierbei ist es denkbar, dass die Walze oder im Falle mehrerer Walzen die jeweiligen Walzen auf bestimmten Temperaturen gehalten werden, so dass ein definiert temperiertes Abkühlen der Kunststofffolie ermöglicht ist und auf diesem Wege ungewollte Reaktionen verhindert werden. Im Falle einer Abkühlstrecke erfolgt die Abkühlung an der Umgebungsluft, wobei hier eine Blaseinrichtung zur Abkühlung dienen könnte. Hinsichtlich des Extruders kann im Konkreten eine verstellbare Schlitzdüse vorgesehen sein, die vorzugsweise einen Kleiderbügelverteiler aufweist. Die Verwendung eines Kleiderbügelverteilers hat den Vorteil, dass die Schmelzbelastung innerhalb des Werkzeuges möglichst gleichmäßig und gering gehalten wird. Alternativ zur Schlitzdüse kann ein Dornhalterwerkzeug mit Folienblaskopf zur Herstellung eines Folienschlauchs, der zusammengelegt wird, Verwendung finden.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Qualitätskontrolle von Kunststoffen, wobei Kunststoffgranulat bzw. Kunststoffpulver aufgeschmolzen wird und mit einem Extruder kontinuierlich eine Kunststofffolie hergestellt wird. Anschließend wird die Kunststofffolie mit einer Abkühleinrichtung oder einer Abkühlstrecke abgekühlt entlang einer Förderstrecke durch eine optische Messeinheit geführt. Die Messdaten der Messeinheit werden mit einer Auswerteelektronik ausgewertet. Das erfindungsgemäße Verfahren wird insbesondere bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung angewendet. Hinsichtlich des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es von ganz besonderer Bedeutung, dass die einer Transfereinrichtung zugeordnete Messeinheit auf der Transfereinrichtung von einer außerhalb der Förderstrecke liegenden Ruhe- oder Kalibrierposition in eine innerhalb der Förderstrecke liegende Arbeits- bzw. Messposition verbracht wird. Wie zuvor bereits erwähnt, dient das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere zur Anwendung bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Insoweit sei zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Ausführungen zur erfindungsgemäßen Vorrichtung verwiesen, die sich auch in verfahrensmäßiger Hinsicht lesen.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die den Ansprüchen 1 und 8 nachgeordneten Ansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigen
1 eine schematische Ansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Seitenansicht,
2 eine schematische Ansicht des Ausführungsbeispiels aus 1 in einer Draufsicht,
3 bis 5 einen Ausschnitt des Ausführungsbeispiels aus 1 in einer Draufsicht in unterschiedlichen Zuständen bzw. mit verschiedenen Positionen der Messeinheit
1 zeigt eine schematische Ansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Seitenansicht. Dabei weist die Vorrichtung zur Qualitätskontrolle von Kunststoffen einen Extruder 1 zur kontinuierlichen Herstellung einer Kunststofffolie 2 aus Kunststoffgranulat bzw. Kunststoffpulver auf, wobei der Extruder 1 eine verstellbare Schlitzdüse mit Kleiderbügelverteiler aufweist. Dabei kann das dem Extruder zugeführte Kunststoffgranulat bzw. Kunststoffpulver einem Hauptstrom einer kunststoffverarbeitenden Maschine entstammen oder aber kann das Kunststoffpulver bzw. Kunststoffgranulat dem Extruder zur Qualitätsmessung manuell zugeführt werden. Im Falle der manuellen Zuführung des Kunststoffgranulats bzw. -pulvers arbeitet die Vorrichtung zur Qualitätskontrolle quasi „autark”. Für den Fall, dass das dem Extruder zugeführte Material einer kunststoffverarbeitenden Maschine abgezweigt wird, verkörpert die Vorrichtung zur Qualitätskontrolle von Kunststoffen quasi einen „Nebenstrom”.
Die Kunststofffolie 2 wird zur Abkühlung über eine Abkühleinrichtung 3 geführt, die zwei auf eine vorgegebene Temperatur gekühlte Walzen zur definiert temperierten Abkühlung der Kunststofffolie 2 aufweist. Im weiteren Verlauf der Kunststofffolienbahn wird die Kunststofffolie 2 entlang einer Förderstrecke durch eine Messeinheit 4 geführt, wobei die Führung der Kunststofffolie durch die Messeinheit mittels Walzen erfolgt. Die Messeinheit weist ein FTIR-Spektrometer mit einer IR-Lichtquelle und mit einem Detektor zur Detektion von IR-Spektren auf. Dabei sind die IR-Lichtquelle und der Detektor – bezüglich der Darstellung in 1 – in vertikaler Richtung gegenüberliegend angeordnet, wobei diese beiden Komponenten in ihrer Mitte die Kunststofffolie 2 einschließen. Die Messeinheit 4 ist einer Transfereinrichtung 5 zugeordnet und ist zur Aufnahme von Messungen von der Ruhe- oder Kalibrierposition außerhalb der Kunststofffolie in verschiedene Mess- oder Arbeitspositionen innerhalb der Kunststofffolie 2 verfahrbar. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Messeinheit im Wesentlichen horizontal und rechtwinklig zur Kunststofffolie verfahrbar, jedoch sind beliebige Verfahrrichtungen bzw. -winkel denkbar. Die Transfereinrichtung 5 ist mit einer Art Arme bzw. Auslegern ausgestattet, wobei die Messeinheit 4 auf diesen Armen bzw. Auslegern verfahren werden kann. Die Messeinheit 4 weist zusammen mit der Transfereinrichtung 5 eine Art U-Gestalt auf, wobei die offene Seite des „U” zur Seite in Richtung Rand der Kunststofffolie zeigt. Durch die zu einer Seite hin offene Ausgestaltung kann die Messeinheit in den Bereich der Kunststofffolie gebracht werden. Die U-Gestalt schließt die Kunststofffolie dann in ihrer Mitte ein.
Neben einer Referenzierung des FTIR-Spektrometers gegenüber der Umgebung bzw. gegenüber des Umgebungslichtes ist es erforderlich, dass das FTIR-Spektrometer anhand von Referenzmustern kalibriert wird, die als Normal und zum Vergleich zu den kontinuierlichen Messergebnissen herangezogen werden. Diese Referenzmuster 6 sind bei dem hier vorliegenden Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Qualitätskontrolle von Kunststoffen in einem Probenmagazin 7 aufbewahrt. Das Probenmagazin 7 ist dabei der Transfereinrichtung 5 zugeordnet, und ist gegenüber der Transfereinrichtung 5 in vertikaler Richtung verfahrbar. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist das Probenmagazin 7 mehrere Aussparungen bzw. Schlitze zur Aufbewahrung von Probenfolien bzw. Probenrahmen, die die Probenfolien in der Art eines Diarahmens aufnehmen, auf. Zwischen der Messeinheit 4 und dem Probenmagazin 7 ist eine Zuführeinrichtung 8 angeordnet, welche zur automatischen Zuführung der Referenzmuster 6 aus dem Probenmagazin 7 zum FTIR-Spektrometer bzw. zum Messfenster x des FTIR-Spektrometers dient. Dies erfolgt derart, dass durch die vertikale Verfahrbarkeit des Probenmagazins 7 die Aussparung mit dem gewünschten Referenzmuster 6 unmittelbar auf die Höhe der Zuführeinrichtung gebracht wird, wonach die Zuführeinrichtung 8 das Referenzmuster 6 über Greifarme bzw. ein Rahmenelement zum FTIR-Spektrometer bzw. zum Messfenster x des FTIR-Spektrometers führt und dort hält. Durch die vertikale Verfahrbarkeit des Probenmagazins 7 weist die Zuführeinrichtung 8 einen einfachen und zugleich platzsparenden Aufbau auf. Im weiteren Verlauf wird die Kunststofffolie 2 mit mehreren Walzen umgelenkt und schließlich zu einer Rolle 10 geführt, wo die Kunststofffolie aufgewickelt wird.
2 zeigt eine schematische Ansicht des Ausführungsbeispiels aus 1 in einer Draufsicht. In dieser Darstellung ist die Ausgestaltung der Transfereinrichtung 5 und der verfahrbaren Messeinheit 4 veranschaulicht. Hierbei weist die Transfereinrichtung 5 zwei im Wesentlichen parallele Arme bzw. Ausleger auf, wobei dazwischen die Messeinheit 4 aufgenommen ist. Die Messeinheit 4 ist relativ zur Transfereinrichtung 5 bzw. zu den Armen des Stelltischs 5 in der Art eines Schlittens oder einer Laufkatze verfahrbar. Der in dieser Ansicht dargestellte Zustand entspricht der Ruhe- oder Kalibrierposition der Vorrichtung zur Qualitätskontrolle von Kunststoffen bzw. dem Zustand, in dem die Messeinheit 4 bezogen auf die Umgebung referenziert wird. Hierbei befindet sich die Messeinheit 4 bzw. das Messfenster x der Messeinheit 4 außerhalb des Bereichs der Kunststofffolie 2. In diesem Zustand erfolgt die Referenzierung des FTIR-Spektrometers gegenüber dem Einfluss des Umgebungslichts. Das bzw. die Referenzmuster 6 befinden sich während der Referenzierung noch innerhalb des Probenmagazins 7.
Die 3 bis 5 zeigen einen Ausschnitt des Ausführungsbeispiels aus 1 in einer Draufsicht in unterschiedlichen Zuständen bzw. mit verschiedenen Positionen der Messeinheit. Anschließend an die in 2 dargestellte Referenzierung der Messeinheit bzw. des FTIR-Spektrometers erfolgt die Kalibrierung des FTIR-Spektrometers mit den Referenzmustern 6, 9. Hierfür wird ein Referenzmuster 6 vom Probenmagazin 7 über die Zuführeinrichtung 8 automatisch zum Messfenster x geführt. Alternativ oder zusätzlich können Referenzmuster 9 auf manuellem Wege zum Messfenster x gebracht werden, so dass auch anhand von Referenzmustern 9 eine Kalibrierung erfolgen kann. Während die automatisch eingebrachten Referenzmuster 6 als Kunststofffolien in einer Art Diarahmen ausgebildet sind, eröffnet die manuelle Zuführung von Referenzmustern 9 die Möglichkeit, dass die Referenzmuster auch als Granulatproben eingebracht werden können.
Aus den einzelnen Messungen mit den Referenzmustern wird eine Kalibrierkurve bzw. eine Absorptionskurve für die zu erkennende Substanz ermittelt. Durch die spätere – in den 4 und 5 dargestellte – Messung der Infrarotsspektren an der Kunststofffolie 2 kann durch den Vergleich mit den Kalibrierkurven bzw. den gewonnenen Kalibrations-Absorptionsspektren ein Vergleich stattfinden und so die Identifizierung verschiedener Substanzen durchgeführt werden.
4 stellt den Zustand dar, der auf Referenzierung gegenüber der Umgebung bzw. Kalibrierung mit den Referenzmustern folgt. So wird die Messeinheit 4 in Richtung der Kunststofffolie 2 verfahren, wobei sich das Messfenster x in 4 im Randbereich der Kunststofffolie 2 befindet. Entsprechend entstammen die durch das FTIR-Spektrometer aufgenommenen Messdaten dem Randbereich der Kunststofffolie 2. Zur späteren Auswertung der Messdaten werden die aufgenommenen Messdaten an den einzelnen Positionen bzw. der Folienbreite gemittelt.
In 5 ist die Messeinheit 4 noch weiter zur Folienmitte hin verfahren, wobei die in 5 darstellte Position keine Endposition der Verfahrbarkeit der Messeinheit 4 darstellt. Die Messeinheit 4 kann über die in 5 dargestellte Position hinaus verfahren werden, so dass auch der – in 5 dargestellte – untere Folienrand erreicht werden kann. Das Messfenster x der Messeinheit 4 befindet sich in etwa in der Folienmitte der Kunststofffolie 2. Auch die an dieser Position aufgenommenen Messdaten werden gemittelt. Anschließend werden die bereits gemittelten Messungen der unterschiedlichen Positionen quer zur Folienbahn mit der Auswerteelektronik statistisch ausgewertet. Hierdurch lässt sich eine relative bzw. absolute Abweichung der gemessenen Infrarot-Absorptionsspektren mit den vorherigen Kalibrations-Absorptionsspektren ermitteln und lässt sich somit herausstellen, in welchen Bereichen der Kunststofffolie die Abweichungen am größten sind. Hierdurch können bei gering verträglichen Zusatzstoffen im Material der Kunststofffolie Konzentrationsänderungen in Querrichtung der Folie, bspw. im Randbereich, sicher erkannt werden und werden Entmischungsvorgänge auf diesem Wege sicher identifiziert.
Bei einem Wechsel des zu prüfenden Kunststoffmaterials bzw. Kunststoffpulvers ist die Einfädelung der Folie durch die offene und nicht gekapselte Bauweise der Messeinheit einfach und schnell durchführbar und werden keine hohen Anforderungen an das Bedienpersonal gestellt. Vor dem Messvorgang erfolgt – bei anderem als dem zuvor getesteten Kunststoffmaterial – eine erneute Referenzierung bzw. Kalibrierung des FTIR-Spektrometers. Der Wechsel zwischen Messvorgang und Kalibrierung erfolgt durch ein automatisches Verfahren der Messeinheit, die zur Referenzierung bzw. Kalibrierung automatisch in die – in 2 bzw. 3 dargestellte – Ruhe- oder Kalibrierposition verfahren wird. Bei Beginn des Messvorgangs verfährt die Messeinheit 4 erneut in den Bereich der Kunststofffolie 2.
Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung sowie auf die beigefügten Ansprüche verwiesen.
Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass das voranstehend beschriebene Ausführungsbeispiel lediglich zur beispielhaften Erörterung der beanspruchten Lehre dient, diese jedoch nicht auf das Ausführungsbeispiel einschränkt.
Bezugszeichenliste

1: Extruder
2: Kunststofffolie
3: Abkühleinrichtung, Abkühlstrecke
4: Messeinheit
5: Transfereinrichtung
6: Referenzmuster
7: Probenmagazin
8: Zuführeinrichtung
9: Referenzmuster
10: Rolle
x: Messfenster

Claims

Vorrichtung zur Qualitätskontrolle von Kunststoffen mit einem Extruder (1) zur kontinuierlichen Herstellung einer Kunststofffolie (2) aus Kunststoffgranulat oder Kunststoffpulver, einer Abkühleinrichtung oder Abkühlstrecke (3) zur Abkühlung der Kunststofffolie (2), einer optischen Messeinheit (4), durch die die Kunststofffolie (2) entlang einer Förderstrecke geführt wird, und einer Auswerteelektronik zur Auswertung von Messdaten der Messeinheit (4), wobei die Messeinheit (4) ein FTIR-Spektrometer mit einer IR-Lichtquelle und mit einem Detektor zur Detektion von IR-Spektren aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit (4) einer Transfereinrichtung (5) zugeordnet ist, auf der die Messeinheit (4) von einer außerhalb der Förderstrecke der Kunststofffolie (2) liegenden Ruhe- oder Kalibrierposition in eine innerhalb der Förderstrecke liegende Arbeits- bzw. Messposition verbringbar ist und dass das FTIR-Spektrometer mittels Referenzmustern (6, 9) kalibrierbar ist und dass ein Probenmagazin (7) zur Aufbewahrung von Referenzmustern (6) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit (4) bezogen auf die Umgebung vorzugsweise an der Ruhe- oder Kalibrierposition referenzierbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die IR-Lichtquelle Licht aus dem mittleren Infrarotbereich (MIR) und/oder aus dem nahen Infrarotbereich (NIR) aussendet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Probenmagazin (7) der Transfereinrichtung (5) zugeordnet ist und/oder dass eine Zuführeinrichtung (8) zur automatischen Zuführung der Referenzmuster (6) vom Probenmagazin (7) zum FTIR-Spektrometer vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Probenmagazin (7) bezogen auf die Transfereinrichtung (5) vorzugsweise in vertikaler Richtung verfahrbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das FTIR-Spektrometer eine Einzelaufnahme zur manuellen Zuführung einzelner Referenzmuster (9) aufweist, dass der Detektor einen nicht hygroskopischen Quarz aufweist und/oder dass Messungen des FTIR-Spektrometers diskontinuierlich sind, wobei vorzugsweise die Messfrequenz bzw. die Abtastrate regelbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkühleinrichtung (3) mindestens eine gekühlte Walze aufweist, dass dem Extruder (1) eine verstellbare Schlitzdüse vorzugsweise mit Kleiderbügelverteiler zugeordnet ist und/oder dass Walzen zur Führung der Kunststofffolie durch die Messeinheit dienen.
Verfahren zur Qualitätskontrolle von Kunststoffen, wobei mit einem Extruder (1) aus Kunststoffgranulat oder Kunststoffpulver kontinuierlich eine Kunststofffolie (2) hergestellt wird, die Kunststofffolie (2) durch eine Abkühleinrichtung oder eine Abkühlstrecke (3) abgekühlt wird und entlang einer Förderstrecke durch eine optische Messeinheit (4) geführt wird, wobei Messdaten der Messeinheit (4) mit einer Auswerteelektronik ausgewertet werden, wobei als Messeinheit ein FTIR-Spektrometer mit einer IR-Lichtquelle und mit einem Detektor zur Detektion von IR-Spektren angewendet wird, insbesondere mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die einer Transfereinrichtung (5) zugeordnete Messeinheit (4) auf der Transfereinrichtung (5) von einer außerhalb der Förderstrecke der Kunststofffolie (2) liegenden Ruhe- oder Kalibrierposition in eine innerhalb der Förderstrecke liegende Arbeits- bzw. Messposition verbracht wird und dass das FTIR-Spektrometer mit Referenzmustern (6, 9) kalibriert wird und dass die Referenzmuster (6) in einem Probenmagazin (7) aufbewahrt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Referenzierung der Messeinheit (4) bezogen auf die Umgebung vorzugsweise an der Ruhe- oder Kalibrierposition und weiter vorzugsweise vor einer Kalibrierung der Messeinheit (4) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass von der IR-Lichtquelle Licht aus dem mittleren Infrarotbereich (MIR) und/oder aus dem nahen Infrarotbereich (NIR) ausgesendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzmuster (6) vom vorzugsweise der Transfereinrichtung zugeordneten Probenmagazin (7) durch eine Zuführeinrichtung (8) automatisch dem FTIR-Spektrometer zugeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Probenmagazin (7) bezogen auf die Transfereinrichtung (5) zur Zuführung der Referenzmuster (6) vorzugsweise in vertikaler Richtung verfahren wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Referenzmuster (9) dem FTIR-Spektrometer über eine Einzelaufnahme manuell zugeführt werden, dass im Detektor ein nicht hygroskopischer Quarz verwendet wird und/oder dass die Messung des FTIR-Spektrometers diskontinuierlich erfolgt, wobei vorzugsweise die Messfrequenz bzw. die Abtastrate geregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkühlung in der Abkühleinrichtung (3) mit mindestens einer gekühlten Walze durchgeführt wird, dass im Extruder (1) eine verstellbare Schlitzdüse vorzugsweise mit Kleiderbügelverteiler oder ein Dornhalterwerkzeug mit Folienblaskopf zur Herstellung eines Folienschlauchs angewendet wird und/oder dass die Kunststofffolie (2) mittels Walzen durch die Messeinheit (4) geführt wird.