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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Meltblown-Vlieses gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Meltblown-Anlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
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Meltblown-Anlagen zur Herstellung von Meltblown-Vliesen sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt. Z.B. in der
DE102016001921 A1 ist eine solche Meltblown-Anlage beschrieben. Ein schmelzeflüssiges synthetisches Polymer wird in einer solchen Meltblown-Anlage mittels einer Schmelzepumpe einem Werkzeug unter Druck zugeführt. Das schmelzeflüssige Polymer wird mittels eines Extruders erzeugt, in welchem ein Kunststoffgranulat aufgeschmolzen wird und mittels welchem die Schmelze zur Schmelzepumpe hin gefördert wird. Dabei fließt der Kunststoff durch Schmelzeleitungen. Zwischen Extruder und Schmelzepumpe ist üblicherweise ein Siebwechsler angeordnet, mittels welchem Unreinheiten aus der Schmelze herausgefiltert werden. Als letztes durchströmt die Kunststoffschmelze im Werkzeug eine Düsenspitze, welche eine Reihe von Düsenbohrungen aufweist, durch welche das Polymer zu einer Vielzahl von Filamenten extrudiert wird. Diese Vielzahl von Filamenten bildet einen Filamentvorhang, welcher von beiden Seiten mit heißer Prozessluft beaufschlagt wird. Mittels dieser Prozessluft werden die einzelnen Filamente verstreckt. Dieser Prozess wird vom Fachmann auch als Schmelzblasen bezeichnet. Die Prozessluft wird der Düsenspitze über eine Prozessluftzufuhr zugeführt. Dazu dienen entsprechende Rohrleitungssysteme sowie Strömungskanäle im Werkzeug. Die beiden Strömungskanäle angrenzend zur Düsenspitze werden neben der Düsenspitze selbst durch zwei Luftmesser gebildet, welche Teil des Werkzeugs sind. Bereitgestellt wird diese Prozessluft mittels eines Kompressors, an welchen die Rohrleitungen der Prozessluftzufuhr angeschlossen sind. Die Vielzahl der Filamente wird auf einem Siebband einer Siebbandmaschine zu dem Meltblown-Vlies abgelegt. Der Bereich zwischen dem Werkzeug und dem Siebband, welchen die Prozessluft und die Filamente primär durchströmen, wird Freistrahl oder Meltblown-Freistrahl genannt. Dieser Freistrahl divergiert vom Werkzeug zum Siebband hin und bildet somit eine Keilform. Unterhalb des Siebbandes im Bereich der Ablage der Filamente ist in Meltblown-Anlagen eine Absaugeinrichtung angeordnet, wie Sie z.B. in der
DE19913162 C1 beschrieben ist. Im Stand der Technik sind des Weiteren sogenannte Sekundärluftzufuhren bekannt, durch welche in dem Freiraum zwischen Werkzeug und Siebband Luft von beiden Seiten des Filamentvorhangs zu diesem Filamentvorhang hin befördert wird. Dazu ist ein Sekundärluftgebläse vorgesehen. Viele der genannten Bauteile sind mit Heizungen ausgestattet. Schmelzeleitungen z.B. weisen Schmelzeleitungsheizungen auf, um ein Abkühlen der Schmelze zu verhindern. Des Weiteren sind viele bewegliche Bauteile wie Pumpen oder Gebläse mit Motoren ausgestattet, um diese anzutreiben. Diese Ansteuerung der Motoren und Heizungen erfolgt mit Hilfe einer Steuereinrichtung.
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In der in der
DE102016001921 A1 beschriebenen Steuereinrichtung sind verschiedene Betriebsmodi hinterlegt, welche durch in der Steuereinrichtung hinterlegte Algorithmen ohne Eingriff eines Bedieners einstellbar sind. Dazu sind in der Steuereinrichtung entsprechende Rezepte hinterlegt, welche Zielparameter der Prozessaggregate der Meltblown-Anlage beinhalten.
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Oft sind aber bei Betrieb einer Meltblown-Anlage lediglich zu erzielende Eigenschaften des herzustellenden Meltblown-Vlieses bekannt, und nicht die dazu notwendigen Parameter der Aggregate der Meltblown Anlage. Insofern sind diese Zieleigenschaften des Meltblown-Vlieses nur mittels eines langwierigen, iterativen Prozesses erreichbar, bei welchem die Eigenschaften des Meltblown-Vlieses immer wieder im Labor gemessen werden, um anschließend die Parameter der Meltblown-Anlage händisch anzupassen, um dem gewünschten Wert der Eigenschaft näherzukommen.
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Bei Filteranwendungen ist zum Beispiel die Luftdurchlässigkeit des Meltblown-Vlieses eine wichtige Meltblown-Vlies-Eigenschaft, wobei es mit den bekannten Meltblown-Anlagen relativ lange dauert, um den gewünschten Wert der Luftdurchlässigkeit einzustellen. Des Weiteren ist das Gelingen dieses Einstellvorgangs und die dazu notwendige Zeit stark von dem Fachwissen und der Erfahrung des jeweiligen Bedieners der Meltblown-Anlage abhängig.
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Es ist somit Aufgabe der Erfindung, ein gattungsgemäßes Verfahren und eine gattungsgemäße Meltblown-Anlage bereitzustellen, mittels welcher ein Sollwert der Luftdurchlässigkeit des Meltblown-Vlieses schnell, ohne Probleme und mit minimalem Personaleinsatz erreicht werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein gattungsgemäßes Verfahren gelöst, indem eine Luftdurchlässigkeit des Meltblown-Vlieses mittels eines unter- oder oberhalb des vorbeilaufenden Meltblown-Vlieses angeordneten Luftdurchlässigkeitssensors gemessen wird und dass mittels einer Steuereinrichtung durch automatisches Anpassen der Prozessluft und/oder der Absaugströmung durch das Siebband und/oder eines Abstandes zwischen Werkzeug und Siebband, ein Sollwert der Luftdurchlässigkeit des Meltblown-Vlieses erreicht wird.
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So wird präzise und schnell ein vorgegebener Zielwert für die Luftdurchlässigkeit eingestellt, ohne dass dabei ein Eingreifen eines Maschinenbedieners notwendig ist. Ein langwieriger und ungenauer iterativer Prozess mit zwischenzeitlichen Labormessungen der Luftdurchlässigkeit entfällt.
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Somit wird der Bedienaufwand der Meltblown-Maschine verringert und die Produktion von Vlies außerhalb der gewünschten Spezifikation vermindert.
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Die Erfindung wurde auch nicht durch die Veröffentlichung der
DE4312309 C2 nahegelegt. Die hier gezeigte Anlage zur Vliesherstellung dient lediglich dazu, ein über die Breite gleichmäßiges Vlies mit Bezug auf dessen Luftdurchlässigkeit herzustellen. Die hier beschriebenen Einstellparameter der lokalen Düsenplattentemperaturen und der lokalen Austrittspaltdicke der Prozessluft sind nicht dazu geeignet den Absolutwert der Luftdurchlässigkeit zu beeinflussen. Genau diesen automatisch einzustellen ist aber Ziel der Erfindung. Den Abstand zwischen Werkzeug und Siebband zu verändern, ist in der Vorrichtung aus der
DE4312309 C2 nicht vorgesehen. Dieser stellt aber eine wichtige Möglichkeit zur Anpassung der Luftdurchlässigkeit dar.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Luftdurchlässigkeit des Meltblown-Vlieses über den Druck oder Massenstrom eines durch das Meltblown-Vlies erzeugten Luftstromes bestimmt. Die Erzeugung dieses Luftstromes und die Messung von Druck oder Massenstrom erfolgt mittels des Luftdurchlässigkeitssensors. So ist eine präzise Messung der Luftdurchlässigkeit während der Produktion möglich. Die Genauigkeit der Regelung ist von der Genauigkeit des Luftdurchlässigkeitssensors abhängig und somit sehr gut.
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Durch eine weitere Ausführungsform der Erfindung wird die Sicherheit bei Betrieb der Meltblown-Anlage erhöht. Mittels des Luftdurchlässigkeitssensors wird ein etwaiger Vliesabriss erkannt, um die Meltblown-Anlage aufgrund dessen automatisch in einem Schutzmodus zu betreiben. Bei abrupter Erhöhung der Messwerte des Luftdurchlässigkeitssensors auf sehr hohe Werte, wird von einem Vliesabriss ausgegangen. Der Schutzmodus ist so ausgelegt, dass kein Schaden sowohl an Maschinenbedienern wie auch der Maschine selbst entsteht. Weiterhin wird die Produktionsmenge gedrosselt, so dass möglichst wenig Ausschuss hergestellt wird.
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Ist der gewünschte Zielwert der Luftdurchlässigkeit aufgrund physikalischer Gegebenheiten nicht erreichbar, so wird mittels einer Steuereinrichtung eine Meldung ausgegeben. Diese Meldung beinhaltet Vorschläge, wie mit der Situation umgegangen werden kann.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Faserflug angrenzend zum Meltblown-Freistrahl mittels einer Faserflugüberwachungseinrichtung überwacht. Ein solcher Faserflug entsteht bei ungünstigen Produktionsbedingungen und führt zu einer Verschmutzung der Umgebung der Meltblown-Anlage wie auch zu schlechten Eigenschaften des Meltblown-Vlieses. Faserflug entsteht, wenn einzelne Filamente im Meltblown-Freistrahl unerwünscht abreißen. So entstehen Filamente sehr kurzer Länge, welche entweder in die Umgebung der Meltblown-Anlage fliegen und diese Verunreinigen und/oder welche trotzdem zu dem Meltblown-Vlies abgelegt werden, somit aber zu einer Verschlechterung von dessen Eigenschaften führen. Durch eine automatische Überwachung des Faserfluges kann der Personalaufwand zur Kontrolle der Meltblown-Anlage verringert werden. Bei derzeitigen Meltblown-Anlagen muss übermäßiger Faserflug durch einen Maschinenbediener erkannt werden, was weiterhin fehlerhaft und unpräzise ist. Insbesondere wenn verschiedene Personen die Meltblown-Anlage bedienen, erfolgt die Faserflugüberwachung nach unterschiedlichen Kriterien.
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Vorteilhafterweise wird bei Überschreitung eines Grenzwertes des Faserfluges eine Meldung mittels der Steuereinrichtung ausgegeben, so dass direkt Maßnahmen zur Reduzierung des Faserfluges ergriffen werden können. Der Maschinenbediener muss dazu zunächst nicht vor Ort, d.h. angrenzend des Meltblown-Freistrahls sein und kann sich mit anderen Themen beschäftigen. Aufgrund der Meldung und nachfolgender Anpassung der Maschinenparameter wird eine Verschmutzung der Halle in der die Meltblown-Anlage aufgestellt ist und die Produktion minderwertiger Meltblown-Vliese vermieden.
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In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird die Faserflugüberwachungseinrichtung in die Ansteuerung der Meltblown-Anlage integriert. Dabei wird zumindest ein Einstellparameter der Meltblown-Anlage derart geändert, dass der Faserflug minimal wird. Es wird also ein Optimierungsprozess hinsichtlich des Faserfluges durchgeführt, was eine Minimierung der Verschmutzung der Halle durch Fasern und eine Verbesserung der Produkteigenschaften zur Folge hat.
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Die Aufgabe wird ebenfalls durch eine gattungsgemäße Meltblown-Anlage nach Anspruch 8 gelöst, indem ein Luftdurchlässigkeitssensor unter- oder oberhalb des vorbeilaufenden Meltblown-Vlieses angeordnet ist und indem der Luftdurchlässigkeitssensor mit der Steuereinrichtung verbunden ist. So ist die Möglichkeit geschaffen, die Luftdurchlässigkeit des Meltblown-Vlieses als Datenwert zu verarbeiten. Damit ist er für Regelungen, für Optimierungsprozesse wie auch für eine automatisierte Datenauswertung zugänglich.
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Vorteilhafterweise ist in der Steuereinrichtung ein Regelungsalgorithmus hinterlegt, mittels welchem durch automatisches Anpassen der Prozessluft und/oder der Absaugströmung durch das Siebband und/oder eines Abstandes zwischen Werkzeug und Siebband, ein Sollwert der Luftdurchlässigkeit des Meltblown-Vlieses erreichbar ist. Insbesondere bei Filteranwendungen ist oft die Luftdurchdurchlässigkeit ein entscheidender Parameter des herzustellenden Meltblown-Vlieses. Diese Luftdurchlässigkeit kann so automatisch d.h. ohne hohen Personalaufwand und in kürzester Zeit erreicht werden. Das erhöht insgesamt die Produktivität der Meltblown-Anlage, und minimiert den Ausschuss beim Starten der Meltblown-Anlage und bei Produktwechseln.
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Vorteilhafterweise ist der Luftdurchlässigkeitssensor in einem Bereich angeordnet, in welchem das Meltblown-Vlies kontaktlos zwischen zwei Führungswalzen führbar ist. So sind keine weiteren Bauteile wie ein Siebband vorhanden, welche die Genauigkeit des Messergebnisses des Luftdurchlässigkeitssensors negativ beeinflussen. Das Meltblown-Vlies ist infolge dessen sehr genau auf den gewünschten Wert der Luftdurchlässigkeit einstellbar.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine Faserflugüberwachungseinrichtung angrenzend zum Meltblown-Freistrahl angeordnet. Eine Kamera ist Teil dieser Überwachungsvorrichtung. So können aufgrund ungünstiger Prozessbedingungen entstehende zu kurze Filamente erkannt werden, ohne dass dafür ein Maschinenbediener selbst den Meltblown-Freistrahl kontrolliert. Eine solche maschinelle Überwachung ist im Gegensatz zur manuellen Überwachung deutlich genauer und auch reproduzierbar. Die eingesetzte Kamera stellt eine einfache und günstige Möglichkeit dar diese Überwachung des Faserfluges optisch durchzuführen.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Kamera und eine Schwarzreferenz auf einander gegenüberliegenden Seiten des Siebbandes angeordnet. Die Kamera ist so senkrecht zum Meltblown-Freistrahl ausgerichtet. Mittels der Schwarzreferenz wird ein einheitlicher Hintergrund für die optische Auswertung des Faserfluges geschaffen, was die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit dieser Auswertung verbessert. Weiterhin wird ein möglichst hoher farblicher Kontrast geschaffen, was die gerade genannten Eigenschaften weiter verbessert. Die Filamente haben zumeist eine weiße Farbe, die Schwarzreferenz ist wie der Name schon suggeriert, schwarz eingefärbt.
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In einer alternativen Ausführungsform ist die Kamera zum Siebband hin in Laufrichtung der Filamente bzw. parallel zum Meltblown-Freistrahl ausgerichtet. Dabei könnte die Kamera am Werkzeug oder an einer Sekundärluftzufuhr angeordnet sein. So kann auf die Schwarzreferenz verzichtet werden, was aber mit Einbußen hinsichtlich der Genauigkeit der Auswertung des Faserfluges verbunden ist. Anderseits weist eine solche Positionierung der Kamera am Werkzeug Vorteile hinsichtlich der Bedienung der Meltblown-Anlage auf, da sie diese wenig stört. Weiterhin besteht eine geringe Gefahr der Verschmutzung der Linse der Kamera, da die Bewegungsrichtung der Filamente von dieser Linse wegführt.
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Mittels der oben dargestellten Vorrichtungsmerkmale ist es möglich, insbesondere ein Meltblown-Vlies zur Filteranwendung besonders effizient, d.h. mit wenig Abfall bei Einstellung der Produkteigenschaften herzustellen. Weiterhin ist die für den Einsatz als Filter wichtige Luftdurchlässigkeit des Meltblown-Vlieses sehr konstant und genau einstellbar.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand einiger Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Meltblown-Anlage unter Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert.
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Es stellen dar:
- 1 schematisch eine Vorderansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Meltblown-Anlage
- 2 schematisch eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Meltblown-Anlage
- 3 schematisch eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Meltblown-Anlage
- 4 ein Struktogramm eines Algorithmus zur automatischen Einstellung der Luftdurchlässigkeit
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Eine erfindungsgemäße Meltblown-Anlage wird anhand der beiden 1 und 2 erläutert. 1 zeigt eine Vorder-, 2 eine Seitenansicht. In beiden Figuren werden die selben Bezugszeichen verwendet. Ein Maschinengestell 4 dient dazu die Aggregate der Meltblown-Anlage aufzunehmen. Neben der ebenerdigen Anordnung von Aggregaten ist die weitere Positionierung von solchen Aggregaten auf einer darüber liegenden Extruderebene 5 möglich. Auf der Extruderebene 5 ist ein Extruder 6 und ein Schmelzepumpe 9 angeordnet. Ein Auslass des Extruders 6 ist über eine Schmelzeleitung 8 mit einem Einlass des Werkzeugs 11 verbunden.
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Der Extruder 6, die Schmelzeleitung 8 und das Werkzeug 11 sind beheizt ausgeführt. Der Übersichtlichkeit halber sind die dazu notwendigen Heizungen nicht dargestellt. Der Extruder 6 weist zu seinem Antrieb einen Extrudermotor 7 auf. Bei Betrieb der Anlage wird ein synthetisches Polymer bzw. ein Kunststoff für gewöhnlich in Form eines Granulates dem Extruder 6 zugeführt. Als synthetische Polymere kommen z.B. Polypropylen, Polyethylen, Polybutylenterephthalat oder Polyethylenterephthalat zum Einsatz. Diese können in Reinform oder unter Zugabe Additiven verwendet werden. Innerhalb des Extruders 6 wird das Polymer aufgeschmolzen und zu einem Auslass des Extruders 6 hin befördert, an welchem es in schmelzeflüssiger Form vorliegt. Innerhalb eines Extruderzylinders rotiert dazu eine Extruderschnecke welche durch den Extrudermotor 7 angetrieben wird. Die Kunststoffschmelze strömt vom Extruder 6 durch die Schmelzeleitung 8 dem Werkzeug 11 zu. Unmittelbar vor dem Werkzeug 11 durchströmt die Kunststoffschmelze eine Schmelzepumpe 9. Die Schmelzepumpe 9 wird mittels eines Schmelzepumpenmotors 10 angetrieben und ist z.B. als Zahnradpumpe ausgeführt. Sie dient einer Vergleichmäßigung und Erhöhung des Druckes, mit welchem die Kunststoffschmelze durch das Werkzeug 11 hindurchströmt. Extruder 6, Schmelzeleitung 8, Schmelzepumpe 9 und Werkzeug 11 werden zusammenfassend schmelzeführende Bauteile genannt. Die hier dargestellte Auswahl und Zusammenstellung dieser schmelzeführenden Bauteile ist beispielhaft und könnte im Sinne der Erfindung auch anders ausgeführt sein. Die Heizungen der schmelzeführenden Bauteile dienen im Betrieb dazu, dass die Kunststoffschmelze unter möglichst konstanten Bedingungen durch diese Bauteile hindurchfließt. So wird insbesondere einem Wärmeverlust der Kunststoffschmelze entgegengewirkt.
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Das Werkzeug 11 weist einen zweiteiligen Werkzeuggrundkörper auf. An dessen unterem Ende ist eine Düsenspitze 12 angeordnet. In beide Hälften des Werkzeuggrundkörpers sind Ausnehmungen eingearbeitet, welche einen Kanal bilden, durch welchen die Kunststoffschmelze bei Betrieb der Anlage von einem am oberen Ende des Werkzeugs 11 liegenden Einlass zur Düsenspitze 12 hinfließt. Die Düsenspitze 12 weist eine Reihe von Düsenbohrungen auf, durch welche die Kunststoffschmelze zu einer Vielzahl von Filamenten 2 in die Umgebung unterhalb des Werkzeugs 11 extrudiert wird. Diese Vielzahl der Filamente 2 bildet einen Filamentvorhang 3. Die Ausnehmungen im Werkzeug 11 sind derart ausgeführt, dass alle Düsenbohrungen weitestgehend gleichmäßig durchströmt werden. Neben den Kanälen zur Schmelzeführung sind im Werkzeug 11 des Weiteren Kanäle einer Prozessluftzufuhr 14 angeordnet. Weitere Kanäle dieser Prozessluftzufuhr 14 befinden sich außerhalb des Werkzeugs 11. Mittels dieser Prozessluftzufuhr 14 wird im Betrieb eine Prozessluft 18 zur Düsenspitze 12 hingeführt. Die Außenkontur der Düsenspitze 12 ist im Bereich der Düsenbohrungen V-förmig ausgeführt, wie es in 2 zu sehen ist. Entlang dieser V-förmigen Außenkontur strömt Prozessluft 20 von beiden Seiten und über die komplette Breite auf den Filamentvorhang 3 zu, um im weiteren Strömungsverlauf die einzelnen Filamente 2 zu verstrecken. Die Kanäle der Prozessluftzufuhr 14 werden angrenzend an die Düsenspitze 12 durch die Düsenspitze 12 selbst und durch auf gegenüberliegenden Seiten der Kanäle angeordnete Luftmesser 13 gebildet. Es sind zwei Luftmesser 13 vorhanden, für jede Seite der Düsenspitze 12 eines. Innerhalb des Werkzeugs 11 sind hier nicht dargestellte Werkzeugheizungen angeordnet, um das Werkzeug 11 zu temperieren.
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Unterhalb des Werkzeuges 11 ist ebenerdig eine Siebbandmaschine 22 positioniert. Diese Siebbandmaschine 22 besteht aus mehreren Walzen, mittels welcher ein Siebband 24 kontinuierlich am Werkzeug 11 vorbeigeführt wird. Zumindest eine der Walzen ist dazu mittels eines Siebbandmaschinenmotors 23 antreibbar. Die aus der Düsenspitze 12 austreten Filamente 2 werden auf dem Siebband 24 zu einem Meltblown-Vlies 1 abgelegt, welches durch die Bewegung des Siebbandes 24 von der Ablagestelle weggeführt wird. Das Siebband 24 ist derart ausgeführt, dass die Filamente 2 es nicht durchdringen können, aber dass es trotzdem luftdurchlässig ist. Im Bereich der Filamentablage, ist angrenzend an das Siebband 24 eine Absaugeinrichtung 26 angeordnet. Die Absaugeinrichtung 26 liegt auf der der Filamentablage abgewandten Seite des Siebbandes 24. Mittels der Absaugeinrichtung 26 wird die Art der Ablage der Filamente 2 beeinflusst, so dass das Meltblown-Vlies 1 die gewünschten Eigenschaften annimmt. Die Absaugeinrichtung 26 besteht aus einem Raum, welcher lediglich zum Siebband 24 hin geöffnet ist und welcher des Weiteren mit einem Sauggebläse 27 gekoppelt ist. Mittels dieses Sauggebläses 27 ist ein Unterdruck innerhalb des Raumes der Absaugeinrichtung 26 erzeugbar. Dazu wird das Sauggebläse 27 mittels eines Sauggebläsemotors 28 angetrieben. Um die Ablage der Filamente 2 besonders feinfühlig beeinflussen zu können, könnte die Absaugeinrichtung 26 in mehrere Räume unterteilt sein, welche jeweils mit einem separaten Sauggebläse in Verbindung stünden. Üblich wären dabei drei Räume, welche in der Seitenansicht nebeneinander liegen würden. Um einen kontinuierlichen Strom der Prozessluft 20 durch die Prozessluftzufuhr 14 zum Filamentvorhang 3 hin zu erzeugen, ist zu Beginn der Prozessluftzufuhr 14 ein Kompressor 15 angeordnet, mittels welchem ein entsprechender Luftmassenstrom erzeugbar ist. Der Kompressor 15 könnte beispielsweise als Schraubenkompressor ausgeführt sein, welcher mittels eines Kompressormotors 16 antreibbar ist. Um die Prozessluft 18 auf die gewünschte Temperatur zu bringen, ist zwischen Kompressor 15 und Werkzeug 11 ein Lufterhitzer 17 angeordnet, bei dessen Durchströmung die Prozessluft 18 erwärmt wird. Die Prozessluftzufuhr 14 weist im Strömungsverlauf vor dem Werkzeug 11 eine Abzweigung auf, so dass die Zufuhr der Prozessluft 18 von beiden Seiten zum Filamentvorhang 3 hin möglich ist. In der Prozessluftzufuhr 14 sind ein Prozesslufttemperatursensor und ein Prozessluftdrucksensor angeordnet, so dass mittels der gemessenen Werte der Kompressormotor 16 und der Lufterhitzer 17 angesteuert bzw. geregelt werden können. Ein wichtiger Parameter bei der Herstellung von Meltblown-Vliesen 1 ist der Abstand zwischen Werkzeug 11 und Siebbandmaschine 22, welcher auch DCD (Die-Collector-Distance) genannt wird. Um dieses DCD einstellen zu können, ist die Extruderebene 5, an welcher das Werkzeug 11 montiert ist, höhenverstellbar ausgeführt, was durch die angrenzenden Doppelpfeile symbolisiert ist. Dazu notwendige Einrichtungen sind der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt.
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Zwischen dem Werkzeug 11 und der Siebbandmaschine 22 ist eine Sekundärluftzufuhr 19 angeordnet. Mittels dieser Sekundärluftzufuhr 19 wird den einen Filamentvorhang 3 bildenden Filamenten 2 von beiden Seiten über die komplette Breite des Vorhanges sogenannte Sekundärluft zugeführt. Diese Sekundärluft wirkt sich auf die Abkühlung und die Verstreckung der Filamente 2 aus. Diese Sekundärluft wird mittels eines Sekundärluftgebläses 20 bereitgestellt. Zum Antrieb des Sekundärluftgebläses 32 dient ein Sekundärluftgebläsemotor 21. Die Ansteuerung bzw. Regelung des Sekundärluftgebläsemotors 21 geschieht mit Hilfe von Sensoren, welche innerhalb der Sekundärluftzufuhr 19 angeordnet sind. Die Meltblown-Anlage kann in verschiedenen Betriebsmodi betrieben werden. Ein Betriebsmodus ist dabei ein Betriebspunkt der Meltblown-Anlage, bei welchem alle Parameter konstante Werte aufweisen, wobei sowohl die Anlagenkomponenten, wie auch die Fluidströme zu betrachten sind.
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Es gibt einen Betriebsmodus „Aus“, einen Wechselmodus, verschiedene Produktionsmodi sowie einen Spül-Modus und einen Schutz-Modus. Diese Modi werden in der
DE102016001921 A1 ausführlich beschrieben, worauf an dieser Stelle Bezug genommen wird. Um zwischen verschiedenen Betriebszuständen bzw. Betriebsmodi zu wechseln, werden in einer Steuereinrichtung
30 hinterlegte Prozeduren abgerufen und ausgeführt. Dieses Abrufen geschieht mittels eines Touchdisplays
31, welches mit der Steuereinrichtung
30 verbunden ist. Das Touchdisplay
31 weist dazu verschiedene Bedienseiten auf. Alle Prozessaggregate inklusive deren Motoren und Sensoren sind mit der Steuereinrichtung
30 verbunden, um deren zentrale Ansteuerung und Regelung zu ermöglichen.
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Ein neuer Modus ist Teil der Produktionsmodi und dient dazu automatisch eine gewünschte Luftdurchlässigkeit des Meltblown-Vlieses 1 zu erreichen. Dazu ist zwischen zwei der Siebbandmaschine 22 nachgeordneten Führungswalzen 37 ein Luftdurchlässigkeitssensor 29 angeordnet. Das Meltblown-Vlies 1 läuft so permanent an dem Luftdurchlässigkeitssensor 29 vorbei. Mittels des Luftdurchlässigkeitssensors 29 wird ein Luftstrom durch das Meltblown-Vlies 1 erzeugt. Dazu wird im Luftdurchlässigkeitssensor 29 entweder ein Über- oder ein Unterdruck erzeugt. Der erzeugte Luftstrom ist unter anderem abhängig von der Luftdurchlässigkeit des Meltblown-Vlieses 1. Durch Messung des Druckes oder des Massenstromes innerhalb des Luftdurchlässigkeitssensors 29 kann auf diese Luftdurchlässigkeit des Meltblown-Vlieses 1 geschlossen werden. Der Luftdurchlässigkeitssensor 29 ist zu Weiterverarbeitung des Messwertes der Luftdurchlässigkeit mit der Steuereinrichtung 30 verbunden. Die Umrechnung des Messwertes des Druckes oder des Massenstromes in den Wert der Luftdurchlässigkeit erfolgt entweder im Luftdurchlässigkeitssensor 29 selbst, oder in der Steuereinrichtung 30. In der Steuereinrichtung 30 ist weiterhin ein Algorithmus hinterlegt, mittels welchem die automatische Einstellung der Luftdurchlässigkeit des Meltblown-Vlieses 1 erreicht wird.
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Der Algorithmus wird unter Zuhilfenahme des in 4 gezeigten Struktogrammes erläutert. Zunächst wird ein Sollwert für die Luftdurchlässigkeit des Meltblown-Vlieses 1 eingelesen. Dieser wird von einem Maschinenbediener über das Touchdisplay 31 eigegeben. Im Struktogramm wird Luftdurchlässigkeit mittels LD abgekürzt. Im darauffolgenden Schritt wird eine Messung der aktuellen Luftdurchlässigkeit durchgeführt. So liegt der Wert der Luftdurchlässigkeit des zu diesem Zeitpunkt am Luftdurchlässigkeitssensor 29 vorbeilaufenden Meltblown-Vlieses 1 in der Steuereinrichtung 30 vor. Der nächste Schritt ist eine Sicherheitsabfrage. Ist der Messwert der Luftdurchlässigkeit größer als 5000 l/m2s, so wird davon ausgegangen kein Meltblown-Vlies 1 am Luftdurchlässigkeitssensor 29 vorbeiläuft. Somit kann von einem Vliesabriss ausgegangen werden, aufgrund dessen die Meltblown-Anlage automatisch mittels der Steuereinrichtung 30 in den Schutz-Modus überführt wird. Ist der Messwert der Luftdurchlässigkeit kleiner als 5000 I/m2s so wird als nächstes abgefragt, ob der Sollwert bereits erreicht wurde. Wenn ja, wird der Algorithmus beendet. Wenn der Sollwert noch nicht erreicht wurde, wird einer oder werden mehrere Parameter aus der Gruppe der Prozessluft 18, der Absaugströmung 25 und des Abstandes zwischen Werkzeug 11 und Siebband 24 (DCD) angepasst. Auf die Art und Weise dieser Anpassung soll an dieser Stelle nicht weiter eigegangen werden. Aus der Regelungstechnik ist eine Vielzahl von Verfahren bekannt, um die Parameter hinsichtlich der Erreichung des Sollwertes zu verändern. Die berechneten Parameter werden hinsichtlich in der Steuereinrichtung 30 hinterlegter Grenzwerte überprüft. So wird sichergestellt, dass die Meltblown-Anlage nicht mit Einstellungen betrieben wird, welche gefährlich für Mensch oder Maschine sind. Hinsichtlich dieser Kriterien sind die Grenzwerte festgelegt. Wenn aufgrund der Grenzwerte die gewünschte Luftdurchlässigkeit nicht erreicht werden kann, so wird der Algorithmus nach einer entsprechenden Meldung beendet. Diese Meldung wird über das Touchdisplay 31 übermittelt. Sind die Grenzwerte noch nicht erreicht, so wird mit veränderten Prozessparametern eine erneute Messung der Luftdurchlässigkeit durchgeführt. Dies geschieht nach einer gewissen Zeit, so dass sich das Meltblown-Vlies 1 mit seiner Luftdurchlässigkeit an die veränderten Parameter angepasst hat. Damit ist der Regelkreis geschlossen und die automatische Erreichung der gewünschten Luftdurchlässigkeit sichergestellt.
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Mittels der Steuereinrichtung 30 ist es möglich e-mails oder anders geartete elektronische Nachrichten an einen definierten Verteilerkreis zu versenden. So können alle Meldungen, welche über das Touchdisplay 31 ausgegeben werden, auch per e-mail versendet werden.
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In den Figuren eins und zwei ist des Weiteren eine Faserflugüberwachungseinrichtung 34 dargestellt, dessen Funktion im Folgenden erläutert wird. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Faserflugüberwachungseinrichtung 34 eine Kamera 35 und eine Schwarzreferenz 36 auf. Die Kamera 35 ist mit der Steuereinrichtung 30 verbunden, so dass die aufgenommen Daten analysiert und weiterverarbeitet werden können. Die Kamera 35 und die Schwarzreferenz 36 sind derart angeordnet, dass in deren Zwischenraum die Gefahr am größten ist, dass Faserflug 32 auftritt. Dies ist in einem Bereich oberhalb des Siebbandes 24 und angrenzend zum Meltblown-Freistrahl 33 der Fall. Um diesen Bereich abzudecken, ist die Kamera 35 auf der einen Seite des Siebbandes 24 und die Schwarzreferenz 36 auf der gegenüberliegenden Seite angeordnet.
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Mittels der aufgenommenen Bilder wird in der Steuereinrichtung 30 ein Wert für den Faserflug 32 ermittelt. Dieser Wert kann auf unterschiedliche Weise genutzt werden. Zum Beispiel kann eine Warnung mittels der Steuereinrichtung 30 ausgegeben werden, wenn der Wert des Faserfluges 32 einen vorher festgelegten Grenzwert überschreitet.
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Weiterhin könnten andere Prozesswerte vom Wert des Faserfluges 32 abhängen. Z.B. könnte die Prozessluft 18 nur bis zu einem zulässigen Wert des Faserfluges 32 erhöht werden. Auf diese Weise kann ein größeres Prozessfenster für die Prozessluft 18 ermöglicht werden. Ohne die Faserflugüberwachungseinrichtung 34 muss der Grenzwert für die Prozessluft 18 konservativ gewählt werden, um auch bei ungünstigen weiteren Prozessparametem übermäßigen Faserflug 32 zu verhindern. Durch die Faserflugüberwachungseinrichtung 34 kann bei günstigen weiteren Prozessparametern ein größerer Massenstrom der Prozessluft 18 bereitgestellt werden ohne dass übermäßiger Faserflug 32 entsteht. Gleiches gilt analog zur Prozessluft 18 auch für die weiteren Parameter der Meltblown-Anlage. Insgesamt wird so dem Umstand Rechnung getragen, dass der Faserflug 32 von mehreren Parametern abhängt. Durch diese Grenzwertbildung kann die Luftdurchlässigkeit des Meltblown-Vlieses 1 Werte annehmen, die mit den konservativen Grenzwerten nicht erreichbar sind.
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Als aufwendigste Variante kann der Faserflug in die Algorithmen zur Ansteuerung der Meltblown-Anlage integriert werden. Zum Beispiel könnten die Prozessparameter hinsichtlich eines minimalen Wertes des Faserfluges 32 automatisch optimiert werden. Ausgewählte Prozessparameter wie die Prozessluft 18 und/oder die Absaugströmung 25 durch das Siebband 24 und/oder der Abstand zwischen Werkzeug 11 und Siebband 24 (DCD) werden dazu in im Stand der Technik bekannte Optimierungsalgorithmen integriert.
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3 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Meltblown-Anlage. Es werden die selben Bezugszeichen verwendet wie in den 1 und 2. Da sich das erste und das zweite Ausführungsbeispiel in weiten Teilen gleichen, wird im Folgenden nur auf die Unterschiede eingegangen. Der Unterschied liegt in der Ausprägung der Faserflugüberwachungseinrichtung 34. Auf eine Schwarzreferenz wird in diesem Ausführungsbeispiel verzichtet. Die Kamera 35 ist an einem Gehäuse der Sekundärluftzufuhr 19 angeordnet. Dabei ist die Kamera 35 parallel zum Meltblown-Freistrahl 33 und zum Siebband 24 hin ausgerichtet. Eine solche Anordnung erfordert eine andere Art der Bildauswertung. Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel stört die Kamera 35 etwaige Bedienaktivitäten an der Siebbandmaschine 22 nicht. Des Weiteren ist die Gefahr der Verschmutzung der Linse der Kamera 35 zum Beispiel durch den Faserflug 32 selbst bei dieser Anordnung geringer.
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Selbstverständlich sind im Sinne der Erfindung auch andere Positionen der Kamera 35 möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016001921 A1 [0002, 0003, 0031]
- DE 19913162 C1 [0002]
- DE 4312309 C2 [0010]
