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Vorrichtung und Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen von viskosem
Plattenmaterial Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum kontinuierlichen
Regeln der Größe eines Staus in dem Spalt zwischen zwei Kalanderwalzen.
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Bei der Herstellung einiger viskoser Erzeugnisse durch einen Kalandervorgang
ist es wichtig, daß das fertige Erzeugnis frei von Luftblasen ist. Dies ist insbesondere
bei der Herstellung von Platten oder Bahnen aus photopolymerisierbaren Verbindungen
von Bedeutung. Das Verfahren nach der Erfindung wird erläutert und beschrieben im
Zusammenhang mit der Herstellung von photopolymerisierbaren Verbindungen und Elementen,
wie sie in den USA-Patentschriften 2 760 863, 2 791 504, 2 893 868, 2 902 365, 2
927 022 und 2 012 952 beschrieben sind.
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Bei der Herstellung von photopolymerisierbaren Verbindungen hat sich
herausgestellt, daß ein enges Verhältnis zwischen der Größe des Kalanderstaus in
dem Spalt zwischen zwei Kalanderwalzen und dem Eintritt von Blasen besteht. Die
Beschickung beim Kalander einer solchen Verbindung erfolgt in der Form von kleinen
Partikeln oder"Schnitzeln".
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Während des Durchlauf 5 der Beschickung durch den ersten Walzenspalt
im Kalanderbetrieb werden viele kleine Lufttaschen in die entstehende Bahn eingeschlossen.
Diese Lufttaschen werden aus der Bahn ausgearbeitet, wenn sie sich in richtig bemessenen
Staus in den nachfolgenden Walzenspalten des Kalanders drehen. Wenn die Staus zu
klein sind, reißen sie und schließen zusätzliche Luft ein, die sich in dem
fertigen
Erzeugnis als Blasen zeigt. Des weiteren ist festgestellt worden, daß Schichten,
die als"Pfannkuchen"bekannt sind, an der Fläche des Staus gebildet werden, wenn
die Größe des Staus zu groß ist. Diese Pfannkuchen können nicht verwendet werden
und müssen entfernt werden, üblicherweise von Hand. Deshalb ist es erwünscht, die
optimale Größe des Staus für das zu kalandernde Material zu erhalten und aufrechtzuerhalten.
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Bei einem bekannten Verfahren erfolgt das Regeln der Größe des Staus
durch direkte visuelle Beobachtung oder indirekte Beobachtung über Fernsehen durch
eine gelernte Bedienungsperson. Die Bedienungsperson hat, nachdem sie den Stau beobachtet
und mit dem Verstand festgestellt hat, daß die Abmessung zu klein oder zu groß war,
die Abmessung des ursprünglichen Walzenspaltes entweder vergrößert oder verringert,
um die Strömung des Polymerisats zu regulieren, oder die Zuführungsgeschwindigkeit
eingeregelt, um die gewünschte Staugröße zu erhalten. Dieses Verfahren hat viele
Nachteile wobei einer darin besteht, daß die dauernde Aufmerksamkeit einer gelernten
Bedienungsperson erforderlich ist. Bei vielen Kalandervorgängen mit Kunststoffmaterialien
beträgt der Durchmesser des Teiles des Staus, der beobachtet werden kann, zwischen
0,64 und 1,49 cm und auchfür gelernte Bedienungspersonen sind die Änderungen der
Größe, welche die Bildung von Blasen bewirken,'sehr klein und können in vielen Fällen
durch visuelle Beobachtung nicht festgestellt werden. Wegen der menschlichen Mitwirkung
führt bei diesem Verfahren ein Wechsel der Bedienungsperson üblicherweise zu einer
Änderung dessen, was als optimale Staugröße betrachtet wird. Darüberhinaus ergibt
dieses Verfahren nicht eine dauernde Aufzeichnung, die verwendet werden kann, um
die optimale Staugröße unter verschiedenen Bedingungen zu bestimmen.
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Die Vorrichtung zum Regeln der Staugröße nach der Erfindung ist gekennzeichnet
durch eine Abtasteinrichtung zum Abtasten der Staugröße des Materials in dem Spalt
zwischen zwei Kalanderwalzen, die ein Signal erzeugt, das der Größe des Staus entspricht,
durch Einrichtungen zum Erzeugen eines Regelsignals durch Vergleichen des Staugrößensignals
mit einem konstanten optimalen Staugrößensignal und durch Einrichtungen zum Ändern
des Abstandes zwischen den Kalanderwalzen nach Empfangen des Regelsignals, wodurch
die Staugröße geändert wird.
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Eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt, und zwar sind Fig. 1 eine Seitenansicht des Kalanderbetriebes und Fig.
2 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Vorrichtung zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Gemäß Fig. 1 wird bei einem geneigten, Z-förmigen Kalander mit vier
Walzen die Beshhickung 11 in den ersten Spalt 12 zwischen den Kalanderwalzen 1 und
2 eingebracht. Die Beschickung wird zu dem Kalander durch ein Förderband 13 transportiert.
Nachdem die Beschickung durch den ersten Spalt gelaufen ist, nimmt sie die Form
eines Filmes oder einer Bahn 14 an. Diese Bahn läuft dann durch zwei aufeinanderfolgende
Spalte 15 und 16, worin sie wiederum gemischt und auf das vorgeschriebene Maß verringert
wird. Der ffbergang von einer Walze zur nächsten wird im allgemeinen durch Kombinationen
von Temperatur-, Geschwindigkeits-, oder Oberflächenbearbeitungsunterschieden in
bekannter Weise erreicht. Die Bahn wird dann durch eine kleine Walze 17 abgezogen
und ist für die weitere Verarbeitung fertig.
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Bei dem dargestellten Kalander ist die Walze 3 fest angeordnet und
dreht
sich in der dargestellten Richtung. Die drei anderen Walzen sind in den angezeigten
Richtungen bewegbar, was ermöglicht, daß die Größe der drei Spalte, durch welche
die Bahn läuft, eingestellt werden kann Zusätzlich können die Walzen schräg gestellt
sein, dh, die Achse einer Walze dreht sich in geringem Maße außerhalb der Ebene
der anderen Walzen. Dies vergrößert die Öffnung des Spaltes an den Enden der Walzen
relativ zu der Öffnung in der Mitte und gleicht die Durchbiegung der Walzen aus.
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In dem zweiten Spalt 15 und in dem dritten Spalt 16 führen die D
Strömungseigenschaften des Materials in der Beschickung und die Größe des Spaltes
zu einem Auswuchs 18 des -Materials über die gesamte Länge des Spaltes. Dieser Auswuchs
wird als Kalanderstau oder"Zigarre" in bekannter Weise bezeichnet. Die Staus sind
entweder Faltungsstaus oder Rotationsstaus, abhängig von der Strömungseigenschaft
des verwendeten Materials. Bei der Herstellung von photopolymerisierbaren Verbindungen
ist der gebildete Stau ein Rotationsstau und der Stau erstreckt sich über den größten
Teil der Länge des Spaltes. Die Größe des Staus kann gleichförmig über die ganze
Länge des Spaltes sein oder sie kann in der Mitte am größten sein und in der Größe
nach den Enden des Spaltes zu abfallen.
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Bei der Herstellung solcher Verbindungen muß die Größe der sich drehenden
Staus 18 gesteuert werden, um die Bildung von Blasen oder NPfannkuchen zu vermeiden.
Bei der dargestellten Ausführungsform nach Fig. 1 wird die -Größe des Staus durch
die Abtastvorrichtungen 19 für die Staugröße an dem zweiten Spalt 15 und dem dritten
Spalt 16 gemessen. Bei einigen Kalanderbetrieben ist es für die gewünschte Qualitätskontrolle
ausreichend, die Staugröße nur an einem Spalt zu regeln, und zwar an demjenigen,
welcher dem Anfangsspalt des Kalanders am nächsten liegt,
Eine geeignete
Vorrichtung, die zum Messen der Kalanderstaugröße verwendet wird, ist Gegenstand
der gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung ....... Bei deren bevorzugter Ausführungsform
ist die Meßvorrichtung im wesentlichen eine rollenartige Sonde, die an der Fläche
des sich drehenden Staus in der Nähe der Mitte anliegt. Die Rolle ist mechanisch
an einem Weicheisenkern angelenkt, der sich in einem Differentialtransformator in
der Weise bewegt, daß eine Anderung der Staugröße zu einer proportionalen Änderung
der in dem Transformator induzierten Spannung führt.
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Fig. 2 zeigte eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, bei der
die Staugröße nur in einem Walzenspalt geregelt wird.
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Der Ausgang des Differentialtransformators der Abtastvorrichtung 19
ist ein Wechselstromsignal, das eine Größe hat, die sich als Funktion der Staugröße
ändert. Das Ausgangssignal wird auf einen aus einer Siliziumdiode bestehenden Halbwellengleichrichter
20 gegeben, worin es in ein Gleichstromsignal mit einem Bereich von 0 bis 50 mV
umgewandelt und gegebenenfalls zu einer Gleichspannungs-Aufzeichnungseinrichtung
21 gegeben wird. Ein Voltmeter für O bis 1 mV mit einer Streifenaufzeichnungseinrichtung,
wie es beispielsweise von der Fa. Honeywell hergestellt wird, kann verwendet werden.
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Das Gleichstromsignal wird auf einen elektro-pneumatischen Wandler
22 gegeben. Dieser Wandler erzeugt aus dem Gleichstromeingang ein proprtionales
pneumatisches Ausgangssignal im Bereich von 0,21 bis 1, 05 kg/cm2. Ein geeignete
Wandlereinheit ist ein Wandler der Fa. Moore Products, Modell 7711 E/P, der im Bulletin
7701 beschrieben ist, das von der Fa. Moore Products, Philadelphia, Pennsylvania
veröffentlicht ist.
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Das pneumatische Signal wird auf eine proportionale pneumatische Plus-Rückstell-Regeleinrichtung
23 gegeben. Diese Regeleinrichtung vergleicht zuerst in analoger Weise das Signal,
das die gemessene Staugröße oder die primäre Rückkopplung darstellt, mit einem Bezugssignal.
Das Bezugssignal ist ein von Hand eingestelltes Signal und stellt die gewünschte
oder optimale Staugröße-dar. Wenn eine Differenz zwischen den beiden Signalen besteht,
wird diese Differenz in der Regeleinrichtung verstärkt. Für eine gegebene Abweichung
von dem Einstellpunkt enthält der Ausgang der Regeleinrichtung somit die Abweichung
multipliziert mit einem Faktor, der von der Verstärkung, auf welche die Regeleinrichtung
eingestellt ist, abhängt, und die Abweichung multipliziert mit einem Faktor, der
von der Rückstelleinstellung der Regeleinrichtung, die in Bezug auf die Zeit integriert
ist, abhängt. Eine Regeleinrichtung, die für diesen Zweck verwendet werden kann,
ist das Moore Products Nullmatic, Modell 56 M. Eine Beschreibung der Regeleinrichtung
und ihrer Arbeitsweise ist enthalten in dem Instruktionsbuch SD50-3"Nullmatic Controllers",
das von der Fa. Moore Products Co. 1958 veröffentlicht worden ist, und in den USA-Patentschriften
2 312 201, 2 35g 236, 2 518 244 und 2 520 468.
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Das Ausgangssignal der Regeleinrichtung wird auf eine Walzeneinstelleinrichtung
24 gegeben. Diese Einrichtung tastet die Winkelstellung oder Drehung der Welle 27
ab, die mit dem Motor 28 der Walzeneinstelleinrichtung verbunden ist, d. h. mit
dem Motor, der die Spaltgröße regelt. Die Einstellung erzeugt dann eine Federkraft,
die der abgetasteten Winkelstellung proportional ist. Die Federkraft wird in der
Walzeneinstelleinrichtung mit dem Ausgangssignal der Regeleinrichtung vergliehen
und jede Differenz führt zu einem endgültigen Regelsignal, das zum Betätigen des
Motors 28 abgegeben wird. Die Verwendung der
Walzeneinstelleinrichtung
ist besonders wichtig. Die Einstelleinrichtung gibt eine geregelte Variable, deren
Größe sich als Zeitintegral der Differenz zwischen der Eingangs- und der Ausgang
Zuführgeschwindigkeit des speziellen Spaltes ändert, für den die Staugröße gemessen
wird. (Für eine gegebene Eingangszuführgeschwindigkeit des Polymerisats, wUrdewfalls
der spezielle Walzenabstand an dem Spalt eine geringere Entfernungsgeschwindigkeit
verursacht, z. B. der Auswuchs kontinuierlich mit der Zeit ansteigen.) Falls die
Größe für diese Steuerung nicht variabel sein würde, würde der Spalt im Verhältnis
zu der Abweichung in der gewünschten Größe des Stauauswuchses angepasst werden müssen
oder das System würde übermäßig schwingen oder in einer im wesentlichen schlechten
Weise arbeiten. Eine geeignete Walzeneinstelleinrichtung ist beschrieben in Product
Speoification" P81-1 und P99-5, die von der Fa. Bailey Meter Co. 1954 veröffentlicht
worden sind.
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Die Walzeneinstelleinrichtung 24 ist mit der Welle 27 durch Kupplungseinrichtungen
31 verbunden, z.B. eine Differentalkupplungseinheit oder eine elektrische Schlupfkupplung.
Wenn der elektrische Schlupf verwendet wird, wird die Kupplung während des anfänglichen
Startens der Maschine gelöst, da die Welle 27 während dieser Zeit mehrere Umdrehungen
ausgeführt hat und den Bereich des Weges des mechanischen Gestänges der Walzeneinstelleinrichtung
24 übersteigt. Wenn die Maschine in das angenäherte Gleichgewicht gebracht worden
ist, wird die elektrische Schlupfkupplung erregt und das Regelsystem hält den geeigneten
Spaltabstand aufrecht. Da kleine Winkelbewegungen der Welle 27 kritisch sind, ist
es notwendig, den gewünschten Bereich der Drehung der Welle 27 auf die mechanische
Empfindlichkeit der Walzeneinstelleinrichtung 24 anzupassen, um sicherzustellen,
daß die Leistung der Regelung nicht wesentlich durch Spiel, Reibung usw.
in
der Walzeneinstelleinrichtung 24 verringert wird. Eine geeignete elektrische Kupplung
der Type PFK 60 wird von der Pa. Simplatrol Products Corporation hergestellt.
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Das Regelsignal von der Walzeneinstelleinrichtung wird verwendet,
um zwei Druckschalter 25 und 26 zu betätigen, die in dem elektrischen Kreis liegen,
der die Energie dem Walzeneinstellmotor 28 zuführt.
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Wenn somit die Winkelstellung der Welle für die gewünschten Staugrößen
richtig ist, betätigt der Ausgang der Einstelleinrichtung keinen der Druckschalter
und der Spalt- oder Walzeneinstellmotor wird nicht erregt. Wenn der Ausgang einen
Fehler in der Wellenstellung anzeigt, schließt in Abhängigkeit davon, welcher Fehler
eingebracht wird, einer der Druckschalter und die Motoren zum Einstellen des Spaltes
laufen entweder einwärts oder auswärts, um einen Fehler zu korrigieren.
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Der Motor zum Einstellen des Spaltes betätigt zwei nicht dargestellte
Bührungsschrauben, von denen eine an jedem Ende des Kalanders angebracht ist und
die miteinander durch ein geeignetes Getriebe 29 verbunden sind. Somit wird der
Spalt gleichzeitig an jedem Ende des Kalanders geändert.
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Der Betrieb der gesamten Steuereinheit kann in Bezug auf den Betrieb
der Kalandereinheit periodisch wiederholt werden, um zu vermeiden, daß der Walzeneinstellmotor
dauernd arbeitet und möglicherweise überhitzt wird. Der Leistungseingang zu dem
Walzeneinstellmotor wird über einen von Hand eingestellten proportionalen Zeitgeber
30 zugeführt und die Motoren zum Einstellen des Walzenspaltes werden nur für einen
Teil der Zeit betätigt, während der die Einheit in Betrieb ist. Die automatische
Regeleinheit kann z. B. für 20% eines Grundzyklus von 30 oder 60 Sekunden in Betrieb
sein.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist mit einer Abtasteinrichtung nach
Art eines Fühlers im- Zusammenhang mit einem Differentialtransformator beschrieben
worden. Es können aber auch andere Einrichtungen, die kontinuierlich und genau die
Staugröße abtasten und ein Signal erzeugen, das der Staugröße proportional ist,
verwendet werden. Die erforderliche Berührung zwischen dem Fühler und dem Stau soll
nicht die fertige Bahn beschädigen. Falls jedoch eine solche Berührung die Bahn
beschädigen sollte, können andere Einrichtungen verwendet werden. Die Größe des
Staus kann auch durch Luftmessung, ultraviolette Strahlung, Kernetrahlung, Schallabsorption
oder dielektrische Absorption abgetastet werden, wobei ein entsprechendes Signal
erzeugt wird.
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Elektronische Einrichtungen können anstelle der pneumatischen Einrichtungen
verwendet werden, s. B. anatelle einer pneumatischen Regeleinrichtung eine elektronische
Additionsschaltung und ein Funktionsverstärker, wobei eine elektrische oder hydraulische
Regeleinrichtung verwendet werden kann, um das Korrektursignal zu ergeugen.
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Eine elektrische Einheit kann die Winkelstellung der Welle abtasten
und Relais in dem Eingangskreis der Leistungseinheit betätigen, wobei elektrische
Relais anstelle von Druckschaltern verwendet werden können. Eine Differenzierwirkung
kann hinzugefügt werden, um die Regelempfindlichkeit bei einer der Ausführungsformen
der Erfindung weiter zu verbessern. Eine weitere Ausführungsform mit gleicher Leistung
besteht darin, eine Messung des Spaltabstandes für den Eingang zu der Einstelleinrichtung
28 anstelle der Winkelstellung der Welle zu verwenden.
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Die Erfindung hat gegenüber der visuellen Art der Regelung der Staugröße
mit einer Einstellung durch eine Bedienungsperson viele Vorteile, indem sie die
Änderung der Staugröße weaentlich vervielfacht, wobei
sofort sichtbar
gemacht wird, wenn eine kleine Änderung der Staugröße aufgetreten ist. Die Erfindung
weist des weiteren eine wirksame Vorrichtung zum Korrigieren der Staugröße auf.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sie eine erforderliche Einrichtung
schafft, um die optimale Staugröße zu bestimmen und innerhalb enger Abmessungen
für jedes zu kalandernde Material aufrechtzuerhalten.