DE102018126192A1 - Method and device for determining and regulating the entry angle of a melt hose into a calibration sleeve - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen und Regeln des Einlaufwinkels (α) eines Schmelzschlauchs (6) in die Kalibrierhülse (10) einer Kalibrier- und Kühleinheit (8), wobei eine Berechnungseinheit (31) anhand von ermittelten Werten (D1) den Soll-Einlaufwinkel (α_soll) bestimmt und an eine Steuereinheit (30) ausgibt, wobei die Steuereinheit (30) dem Soll-Einlaufwinkel entsprechend eine Antriebseinheit (26) zum Verfahren der Kalibrier- und Kühleinheit (8) in Längsrichtung ansteuert, wobei die Antriebseinheit (26) zum Einstellen eines Ist-Einlaufwinkels (α_ist) verfährt. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Bestimmen und Regeln des Einlaufwinkels (α) des Schmelzschlauchs (6) in die Kalibrierhülse (10) zum Ausführen des vorstehend definierten Verfahrens.The invention relates to a method for determining and regulating the inlet angle (α) of a melt hose (6) into the calibration sleeve (10) of a calibration and cooling unit (8), a calculation unit (31) using the determined values (D1) to determine the target Inlet angle (α_soll) is determined and output to a control unit (30), the control unit (30) controlling a drive unit (26) for moving the calibration and cooling unit (8) in the longitudinal direction in accordance with the desired inlet angle, the drive unit (26) moves to set an actual inlet angle (α_act). The invention also relates to a device for determining and regulating the inlet angle (α) of the melt hose (6) into the calibration sleeve (10) for carrying out the method defined above.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen und Regeln des Einlaufwinkels eines Schmelzschlauchs in eine Kalibrierhülse gemäß Anspruch 1, sowie eine Vorrichtung zum Bestimmen und Regeln des Einlaufwinkels gemäß Anspruch 11.The present invention relates to a method for determining and regulating the entry angle of a melt hose into a calibration sleeve according to claim 1, and a device for determining and regulating the entry angle according to
In Rohrextrusionslinien läuft ein aus der Ringspaltdüse eines Rohrkopfes eines Extruders austretender heißer, noch verformbarer Schmelzschlauch in eine Kalibrier- und Kühleinheit ein. Diese weist einen Vakuumtank auf, an dessen Eingang eine verstellbare Kalibrierhülse angeordnet ist, in der das herzustellende Rohr auf einen gewünschten Nenndurchmesser fixiert wird. Nach dem Austritt aus der Kalibrierhülse wird das Rohr im Vakuumtank weiter durch eingesprühtes Wasser gekühlt. Da das Rohr an dieser Stelle noch nicht formstabil ist, läuft es nach der Kalibrierhülse über im Vakuumtank angeordnete Rohrunterstützungen, so dass es zentriert eine ausgangsseitige Dichtung des Vakuumtanks durchläuft. Hierzu wird das Rohr von einem Raupenabzug durch den Vakuumtank und sich an den Vakuumtank anschließende Kühltanks gezogen.In pipe extrusion lines, a hot, still deformable melt hose emerging from the annular gap nozzle of a pipe head of an extruder runs into a calibration and cooling unit. This has a vacuum tank, at the entrance of which an adjustable calibration sleeve is arranged, in which the pipe to be manufactured is fixed to a desired nominal diameter. After exiting the calibration sleeve, the tube in the vacuum tank is further cooled by sprayed water. Since the pipe is not yet dimensionally stable at this point, it runs after the calibration sleeve over pipe supports arranged in the vacuum tank, so that it passes through a center seal on the outlet side of the vacuum tank. For this purpose, the pipe is pulled from a caterpillar take-off through the vacuum tank and cooling tanks connected to the vacuum tank.
Zur Einstellung der geometrischen Abmessungen des Rohres, insbesondere des Außendurchmessers und einer Wandstärke, können in der Extrusionslinie bestimmte Prozessparameter eingestellt werden. Der Rohraußendurchmesser wird hierbei durch einen Innendurchmesser der Kalibrierhülse festgelegt. Die Wandstärke wird durch eine am Raupenabzug eingestellte Abzugsgeschwindigkeit sowie einen im Extruder eingestellten Materialfluss bestimmt. Wird eine bestimmte geometrische Abmessung für das zu produzierende Rohr vorgegeben, kann beispielsweise ein entsprechendes Rezept geladen und aktiviert werden, in dessen Abhängigkeit die jeweiligen Prozessparameter eingestellt werden. Eine derartige Extrusionslinie mit einer beispielhaften Kalibrierhülse ist in
In einer Extrusionslinie nach dem Stand der Technik, mit verstellbarer Kalibrierhülse und weiteren flexiblen Einrichtungen, kann während des Fertigungsprozesses ein Dimensionswechsel von einem ersten Außendurchmesser auf einen zweiten Außendurchmesser stattfinden. Dies kann zum Beispiel durch einen Wechsel von einem ersten Rezept auf ein zweites Rezept erfolgen. Wird beispielsweise lediglich der Innendurchmesser der Kalibrierhülse verfahren, ergibt sich hierdurch eine Veränderung des Einlaufwinkels des Schmelzschlauchs in die Kalibrierhülse. Resultierend aus einem sehr kleinen Einlaufwinkel oder einem sehr großen Einlaufwinkel können Prozessinstabilitäten entstehen, die zu mangelhaften Rohren und somit zu erhöhtem Ausschuss sowie zu Abrissen des Schmelzschlauchs während des Extrusionsvorgangs und somit zum Abbruch des Extrusionsprozesses führen. Zu kleine Einlaufwinkel führen hierbei zu einer mangelhaften Abdichtung des Schmelzschlauchs zur Kalibrierhülse und somit zu einer Belüftung des Vakuumtanks, dem ein Abbruch des Extrusionsprozesses folgt. Zu große Einlaufwinkel führen zu Materialaufstauungen am Einlauf der Kalibrierhülse und führen dadurch zu Inhomogenitäten der Wandstärke sowie der Materialbeschaffenheit sowie zu Abrissen des Schmelzschlauchs.In an extrusion line according to the prior art, with an adjustable calibration sleeve and other flexible devices, a dimension change from a first outer diameter to a second outer diameter can take place during the production process. This can be done, for example, by changing from a first recipe to a second recipe. If, for example, only the inside diameter of the calibration sleeve is moved, this results in a change in the inlet angle of the melt hose into the calibration sleeve. As a result of a very small inlet angle or a very large inlet angle, process instabilities can arise which lead to defective pipes and thus to increased rejects as well as to the melt hose being torn off during the extrusion process and thus to the termination of the extrusion process. Inlet angles that are too small lead to inadequate sealing of the melt hose to the calibration sleeve and thus to ventilation of the vacuum tank, which is followed by termination of the extrusion process. Inlet angles that are too large lead to material build-up at the inlet of the calibration sleeve and thus lead to inhomogeneities in the wall thickness and material properties as well as to the melt hose being torn off.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit dem bzw. mit der auch bei einem Dimensionswechsel in laufender Produktion eines Rohres ein einfacher, zuverlässiger und sicherer Fertigungsprozess gewährleistet wird.The invention is therefore based on the object of specifying a method and a device with which a simple, reliable and safe manufacturing process is ensured even when there is a change in dimension in the ongoing production of a tube.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie mit einer Vorrichtung nach Anspruch 11 gelöst. Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen.This object is achieved by a method according to claim 1 and by a device according to
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere für den Einsatz in Extrusionslinien vorteilhaft, mit denen ein Dimensionswechsel bei laufender Produktion fahrbar ist. Sie bietet aber auch bei Extrusionslinien, die keinen Dimensionswechsel bei laufender Produktion ermöglichen, eine erhöhte Prozesssicherheit.The method according to the invention is particularly advantageous for use in extrusion lines with which a change in dimension can be carried out during production. However, it also offers increased process reliability for extrusion lines that do not allow dimension changes during ongoing production.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lässt sich der Einlaufwinkel eines Schmelzschlauchs in die Kalibrierhülse einer Kalibrier- und Kühleinheit bestimmen und auf einen Soll-Einlaufwinkels regeln.With the method according to the invention and with the device according to the invention, the entry angle of a melt hose into the calibration sleeve of a calibration and cooling unit can be determined and regulated to a desired entry angle.
Hierzu kann eine Berechnungseinheit anhand von ermittelten Werten, die zum Beispiel von vorab durchgeführten Simulationsrechnungen bzw. Algorithmen festgelegt werden oder aber aus vorigen Versuchen folgen, einen Soll-Einlaufwinkel bestimmen, der typischerweise zwischen 3° und 20° liegen kann, beispielweise bei 7°. Prozessparameter, die einen Einfluss auf den ermittelten Soll-Einlaufwinkel haben, sind zum Beispiel der Innendurchmesser der Kalibrierhülse, die Geometrie der Ringspaltdüse, insbesondere die Durchmesser, die den vorläufigen Innen- und Außendurchmesser und somit auch die Wandstärke des Rohres vorgeben, die Werkstofftemperatur sowie die Abzugsgeschwindigkeit und der Werkstoff des Rohres.For this purpose, a calculation unit can determine a target entry angle, which can typically be between 3 ° and 20 °, for example 7 °, on the basis of determined values, which are determined, for example, by previously performed simulation calculations or algorithms or which follow from previous experiments. Process parameters that have an influence on the determined inlet angle are, for example, the inside diameter of the calibration sleeve, the geometry of the annular gap nozzle, in particular the diameters, which specify the preliminary inside and outside diameter and thus also the wall thickness of the pipe, the material temperature and the Take-off speed and the material of the tube.
Der durch die Berechnungseinheit ermittelte Soll-Einlaufwinkel wird an eine Steuereinheit ausgegeben, die des Weiteren Messwerte zum Ermitteln eines Ist-Einlaufwinkel erhält, die sie beispielsweise über ein Abstands- oder Positionsmessgerät, das den Abstand zwischen dem Rohrkopf und der Kalibier- und Kühleinheit misst oder aber durch Messwerte eines Antriebsmotors einer Antriebseinheit erhält. Die Steuereinheit bildet eine Differenz zwischen dem Soll-Einlaufwinkel und dem Ist-Einlaufwinkel und gibt Ansteuersignale an die Antriebseinheit aus, die mit der Kalibrier- und Kühleinheit verbunden ist, um den Ist-Einlaufwinkel dem Soll-Einlaufwinkel anzupassen. Die Antriebseinheit, die einen Antriebsmotor und geeignete Antriebsmittel aufweist, wie z. B. eine Gewindespindel, kann die Kalibrier- und Kühleinheit verfahren und somit den Abstand zwischen dem Einlauf der Kalibrierhülse und dem Rohrkopf verändern und hierdurch den Ist-Einlaufwinkel an den Soll-Einlaufwinkel anpassen.The target entry angle determined by the calculation unit is output to a control unit, which furthermore receives measured values for determining an actual entry angle, which it receives, for example, via a distance or position measuring device that measures the distance between the pipe head and the calibration and cooling unit measures or is obtained from measured values of a drive motor of a drive unit. The control unit forms a difference between the desired entry angle and the actual entry angle and outputs control signals to the drive unit, which is connected to the calibration and cooling unit, in order to adapt the actual entry angle to the desired entry angle. The drive unit, which has a drive motor and suitable drive means, such as. B. a threaded spindle, the calibration and cooling unit can move and thus change the distance between the inlet of the calibration sleeve and the pipe head and thereby adjust the actual inlet angle to the target inlet angle.
Die erfindungsgemäß zu regelnde Größe ist der Einlaufwinkel des Schmelzschlauchs in die Kalibrierhülse, es versteht sich jedoch von selbst, dass sich aus einem vorläufigen Schmelzschlauchaußendurchmesser, der durch die Ringspaltdüse vorgegeben wird, dem Rohrinnendurchmesser der Kalibrierhülse, die den endgültigen Rohraußendurchmesser vorgibt und dem Abstand zwischen dem Einlauf der Kalibrierhülse und dem Rohrkopf, der Einlaufwinkel ergibt, so dass der Einlaufwinkel für eine Regelung des Einlaufwinkels nicht explizit berechnet werden muss. Ersatzweise kann das erfinderische Verfahren auch mit dem genannten Abstand sowie mit dem vorläufigen Rohraußendurchmesser sowie mit dem endgültigen Rohraußendurchmesser betrieben werden. Das ins Verhältnis Setzen des vorläufigen Rohraußendurchmessers und des endgültigen Rohraußendurchmessers und das Zuordnen eines entsprechenden Abstandes entspricht also dem Ermitteln eines Einlaufwinkels.The variable to be controlled according to the invention is the inlet angle of the melt hose into the calibration sleeve, but it goes without saying that a preliminary melt hose outer diameter, which is predetermined by the annular gap nozzle, determines the inner pipe diameter of the calibration sleeve, which specifies the final outer pipe diameter, and the distance between the two Entry of the calibration sleeve and the tube head, which results in the entry angle, so that the entry angle does not have to be calculated explicitly for regulating the entry angle. Alternatively, the inventive method can also be operated with the stated distance and with the preliminary tube outer diameter and with the final tube outer diameter. The relationship between the provisional outer tube diameter and the final outer tube diameter and the assignment of a corresponding distance thus corresponds to the determination of an inlet angle.
Bevorzugterweise wird der Soll-Einlaufwinkel des Schmelzschlauchs in die Kalibrierhülse bereits während der Verstellung der Kalibrierhülse und somit während der Verstellung des Rohraußendurchmessers ermittelt und eingestellt, so dass nicht nur nach der Umstellung des Rohraußendurchmessers ein sicherer Prozess sowie ein mangelfreies Rohr ermöglicht werden kann, sondern auch Prozessbedingungen, die zum Abbruch des Extrusionsprozesses führen können, während der Verstellung der Kalibrierhülse vermieden werden können.Preferably, the target inlet angle of the melt hose into the calibration sleeve is already determined and adjusted during the adjustment of the calibration sleeve and thus during the adjustment of the outer tube diameter, so that not only can a safe process and a defective tube be made possible after the outer tube diameter has been changed, but also Process conditions that can lead to the termination of the extrusion process while the calibration sleeve can be avoided.
Insbesondere wird bevorzugt, dass der Soll-Einlaufwinkel während der Verstellung der Kalibrierhülse konstant gehalten wird, also der Abstand zwischen dem Einlauf der Kalibrierhülse und dem Rohrkopf direkt zum Verhältnis des vorläufigen Rohraußendurchmessers zum Innendurchmesser der Kalibrierhülse angepasst werden kann. Alternativ kann der Soll-Einlaufwinkel hierzu auch variabel eingestellt werden, wenn z. B. während der Verstellung der Kalibrierhülse weitere Prozessparameter zu einem sich verändernden idealen Soll-Einlaufwinkel führen.In particular, it is preferred that the target inlet angle is kept constant during the adjustment of the calibration sleeve, that is to say the distance between the inlet of the calibration sleeve and the pipe head can be directly adapted to the ratio of the preliminary pipe outer diameter to the inner diameter of the calibration sleeve. Alternatively, the target inlet angle can also be set variably if, for. B. during the adjustment of the calibration sleeve further process parameters lead to a changing ideal target entry angle.
In einer bevorzugten Ausführungsform ermittelt die Berechnungseinheit einen Soll-Einlaufwinkel nicht nur in Abhängigkeit des Rohraußendurchmessers, sondern auch in Abhängigkeit der endgültigen Wandstärke des Rohres und/oder aber in Abhängigkeit des Massespalts der Ringspaltdüse, da sich in Abhängigkeit der vorläufigen und der endgültigen Wandstärke des Rohres unterschiedliche Geometrien oder auch Biegelinien des Rohres zwischen dem Einlauf der Kalibrierhülse und dem Auslauf der Ringspaltdüse ausbilden können.In a preferred embodiment, the calculation unit determines a target inlet angle not only as a function of the pipe outer diameter, but also as a function of the final wall thickness of the pipe and / or as a function of the mass gap of the annular gap nozzle, since the provisional and the final wall thickness of the pipe vary can form different geometries or bending lines of the tube between the inlet of the calibration sleeve and the outlet of the annular gap nozzle.
In einer bevorzugten Ausführungsform können die durch die Berechnungseinheit ermittelten Soll-Einlaufwinkel auch auf Werkstoffparametern basieren, da unterschiedliche Werkstoffe sich hinsichtlich ihrer Biegelinie, aber auch hinsichtlich ihres Fließ- und Haftverhaltens, vor allem am Einlauf der Kalibrierhülse, unterscheiden können.In a preferred embodiment, the target inlet angles determined by the calculation unit can also be based on material parameters, since different materials can differ in terms of their bending line, but also in terms of their flow and adhesion behavior, especially at the inlet of the calibration sleeve.
Des Weiteren ist bevorzugt, dass die Berechnungseinheit bei der Ermittlung des Soll-Einlaufwinkels die Prozesstemperatur, also insbesondere die Werkstofftemperatur des Schmelzschlauchs zwischen dem Rohrkopf und dem Einlauf der Kalibrierhülse, berücksichtigt, da die Prozesstemperatur einen Einfluss auf die Biegelinie und das Haftverhalten des Schmelzschlauchs, vor allem am Einlauf der Kalibrierhülse, haben kann.It is further preferred that the calculation unit takes into account the process temperature, i.e. in particular the material temperature of the melt hose between the pipe head and the inlet of the calibration sleeve, when determining the desired inlet angle, since the process temperature has an influence on the bending line and the adhesive behavior of the melt hose everything at the inlet of the calibration sleeve.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Ist-Einlaufwinkel mittels eines Winkelmessgeräts ermittelt, dessen Messverfahren z.B. auf optischen oder akustischen physikalischen Größen beruht, wobei das Messverfahren z.B. axial oder radial zur Extrusionsrichtung ausgerichtet sein kann. Der gemessene Ist-Einlaufwinkel kann der Steuereinheit
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der Abstand zwischen dem Rohrkopf und der Kalibrierhülse mittels eines Abstands- oder Positionsmessgeräts ermittelt und der Steuereinheit zugeführt werden. Hierdurch kann der Abstand zwischen dem Rohrkopf und der Kalibrierhülse besonders genau und sicher bestimmt werden.According to a preferred embodiment, the distance between the pipe head and the calibration sleeve can be determined by means of a distance or position measuring device and fed to the control unit. As a result, the distance between the pipe head and the calibration sleeve can be determined particularly precisely and reliably.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lässt sich der Einlaufwinkel eines Schmelzschlauchs in die Kalibrierhülse einer Kalibrier- und Kühleinheit mit dem soeben beschriebenen Verfahren bestimmen und regeln.With the device according to the invention, the inlet angle of a melt hose can be in Determine and regulate the calibration sleeve of a calibration and cooling unit using the procedure just described.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Seitenansicht einer Extrusionslinie; -
2a einen ersten Einlaufwinkel in eine Kalibrierhülse; -
2b einen zweiten Einlaufwinkel in eine Kalibrierhülse; -
3 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
1 a schematic side view of an extrusion line; -
2a a first entry angle into a calibration sleeve; -
2 B a second entry angle into a calibration sleeve; -
3rd a flowchart of the method according to the invention.
Die in der
Nach dem Austritt aus der Ringspaltdüse
Durch das Anliegen des Schmelzschlauchs
Nach dem Verlassen der Kalibrierhülse
Ausgangsseitig weist der Vakuumtank
Die Kalibrier- und Kühleinheit
Die Kalibrier- und Kühleinheit
Zur Ansteuerung der Antriebseinheit
In der
Der Auslauf der Düse
Der Innendurchmesser
Für einen sicheren Prozessablauf ist der Einlaufwinkel
Wird ein zu kleiner Winkel
Zum Bestimmen eines Ist-Einlaufwinkels α-ist, ist an der Kalibrierhülse
Gemäß
Wird bei der Umstellung vom ersten Rezept
Das Rezept
BezugszeichenlisteReference list
- 11
- Extruder-EinheitExtruder unit
- 22nd
- AufgabetrichterFeed hopper
- 33rd
- ExtruderschneckeExtruder screw
- 44th
- RohrkopfPipe head
- 55
- Thermoplastischer KunststoffThermoplastic plastic
- 66
- Rohr, SchmelzschlauchPipe, melting hose
- 77
- RaupenabzugCaterpillar take-off
- 88th
- Kalibrier- und KühleinheitCalibration and cooling unit
- 99
- VakuumtankVacuum tank
- 1010th
- KalibrierhülseCalibration sleeve
- 1111
- KühltankCooling tank
- 1212th
- RohrunterstützungenPipe supports
- 1313
- Verstellbarer EinlaufAdjustable inlet
- 1414
- Dichtungpoetry
- 1919th
- WinkelmessgerätAngle measuring device
- 2020th
- RingspaltdüseAnnular gap nozzle
- 2121
- Düsejet
- 2222
- Dornmandrel
- 2626
- AntriebseinheitDrive unit
- 2727
- AntriebsmotorDrive motor
- 2828
- AntriebsmittelDrive means
- 2929
- Abstands- oder PositionsmessgerätDistance or position measuring device
- 3030th
- SteuereinheitControl unit
- 3131
- BerechnungseinheitCalculation unit
- 3232
- BenutzerschnittstelleUser interface
- A1A1
-
Abstand (zwischen dem Einlauf der Kalibrierhülse
10 und dem Auslauf der Düse21 )Distance (between the inlet of the calibration sleeve10th and the nozzle outlet21 ) - D1D1
-
Innendurchmesser der Kalibrierhülse
10 Inner diameter of the calibration sleeve10th - D2D2
-
Innendurchmesser der Düse
21 Inside diameter of thenozzle 21 - DaThere
- Rohraußendurchmesser, SchmelzschlauchaußendurchmesserPipe outside diameter, melt hose outside diameter
- DiTue
- Rohrinnendurchmesser, SchmelzschlauchinnendurchmesserInner pipe diameter, inner melt hose diameter
- LULU
- ÜbergangslängeTransition length
- MM
- WandstärkeWall thickness
- R1R1
-
Rezept
1 recipe1 - R2R2
-
Rezept
2 recipe2nd - VV
- VolumenstromVolume flow
- vv
- RohrabzugsgeschwindigkeitPipe take-off speed
- WW
- Winkelangle
- α α
- EinlaufwinkelEntry angle
- α_istα_act
- ist-Einlaufwinkelis entry angle
- α_sollα_set
- soll-Einlaufwinkeltarget entry angle
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102005002820 B3 [0003]DE 102005002820 B3 [0003]
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