DE2503172A1

DE2503172A1 - Verfahren und einrichtung zum erzeugen von pigmentierten thermoplastischen harzfilmen bzw. -folien

Info

Publication number: DE2503172A1
Application number: DE19752503172
Authority: DE
Inventors: Robert Ira Schwartz; Harry Richard Sheets
Original assignee: Mobil Oil Corp
Current assignee: ExxonMobil Oil Corp
Priority date: 1974-02-21
Filing date: 1975-01-27
Publication date: 1975-08-28
Also published as: IT1031429B; GB1482307A; DE2503172C2; NL179947C; JPS5420983B2; NL179947B; CA1048126A; ES433942A1; NL7502044A; JPS50115271A; FR2261857A1; BE825000A; FR2261857B1

Description

PATENTANWÄLTE

DR. WALTER KRAUS DIPLOMCHEMiKHR . DR.-.NS. ANNEKATE WE.SERT D₁PWHa PACHR.CHTUNB CHEM.E D-S MÜNCHEN 19 · FLÜSGENSTRASSE 17 · TELEFON 089/177061

1073 -

Mobil Oil Corporation, New York, N.Y. / USA

Verfahren und Einrichtung zum Erzeugen von pigmentierten thermoplastischen Harzfilmen bzw. -folien

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Erzeugen von pigmentierten thermoplastischen Harzfilmen bzw. -folien mit einer vorbestimmton Pigmentkonzentration, und zwar wird mit der Erfindung im einzelnen ein Verfahren zum Steuern der Pigmentierung von thermoplastischen Filmen bzw. Folien vorgeschlagen; zum Zwecke der kürzeren Ausdrucksweise wird nachfolgend jeweils nur der Begriff "Film" oder "Folie" verwendet, es kann aber stets für den einen dieser beiden Begriffe der andere Begriff eingesetzt werden, so daß also immer dort, wo von "Film" die Rede ist, auch der Begriff "Folien" erfaßt werden soll und umgekehrt.

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Thermoplastische Filme können dadurch hergestellt werden, daß man ein thermoplastisches Harz, und zwar oftmals in der Form von festen Tabletten bzw. stückigen Körpern in einen Extruder einspeist, der das Harz mechanisch bearbeitet und erhitzt, so daß es in einen plastischen Zustand übergeführt wird. Das geschmolzene Harz wird dann durch eine Strangpreßform stranggepreßt, so daß man einen dünnen thermoplastischen Film erhält.

Im Extruder kann Pigment hinzugefügt werden, so daß es mit dem thermoplastischen Material gemischt wird, wodurch die Farbe des stranggepreßten Films verändert wird. Derartige Pigmente bilden im allgemeinen weniger als 10%, und typischerweise etwa Λ%, des Gewichts des gesamten pigmentierten Films.

Da ri».s Pigment ziemlich teuer ist, und zwar normalerweise die Kosten hierfür das Mehrfache der Kosten des thermoplastischen Materials betragen, ist es aus Gründen der Wirtschaftlichkeit des Betrieb? wesentlich, die Menge an Pigment in jedem Teil des Films genau zu steuern. Früher wurde die zugefügte.. Pigmentmenge dadurch bestimmt, daß man die Farbe des Produkts visuell beobachtete, was zu einem ziemlich weiten Fehlerbereich führte.

Eine weitere Möglichkeit, die Menge des Pigments in dem pigmentierten Kunststoffilm zu bestimmen, besteht darin, den Film zu wiegen, um festzustellen, ob das Filmgewicht gleich dem Gesamtbetrag der erforderlichen Menge an Film und Pigment ist. Jedoch ist auch dieses Verfahren ungenau, da es davon ausgeht, daß die Dicke des Films konstant ist. Das ist nicht notwendigerweise so,

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lind eine sehr geringe Verminderung oder Erhöhung der Filmdicke, wie sie beispielsweise durch Verschleiß der Strangpreßform oder die Filmausbildung am Formausgang hervorgerufen werden kann, hat wesentliche Veränderungen in der Menge des stranggepreßten thermoplastischen Films zur Folge. Eine Änderung in der Formeinstellung von etwa 0,01 mm verändert die Dicke eines 0,5 mm-Films um 2,5%. Da die gesamte Menge an zugefügtem Pigment typischerweise ungefähr 1% des Gesamtgewichts des pigmentierten Films beträgt, ist es durch ein einfaches Wiegen des pigmentierten Films nicht möglich, eine Pigmentverringerung von einer Filmdickenverringerung zu unterscheiden. Tatsächlich ist es möglich, daß sich ein Überschuß an Pigment und ein Fehlbetrag an Film gut gegeneinander aufheben können, so daß man " ein Gesamtgewicht erhält, das gleich demjenigen für die richtigen Mengen an Pigment und Film ist, jedoch trotzdem einen unrichtig pigmentierten Film hat.

Die Dicke des pigmentierten Films kann in Verbindung mit einer Messung des Gewichts mechanisch gemessen werden, wenn man die Veränderungen in der Filmdicke bestimmen will. Eine Schwierigkeit, die mit der mechanischen Messung der Filmdicke verbunden ist, besteht darin, daß die Dicke quer über die Oberfläche der Filmfolie variiert. Das gilt, wie man leicht einsieht, insbesondere für einen Film, der von einer rotierenden Strangpreöform erzeugt wird, welche die Veränderung in der Filmdicke, die.durch irgendwelche Unregelmäßigkeiten in der Formöffnung erzeugt wird, quer über den gesamten Film verlagert, wenn die Strangpreßform rotiert. Infolgedessen ist eine große Anzahl von Dicken-Ablesun-

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gen bzw. -Messungen erforderlich. Auch hier kann es wieder dazu kommen, daß die Fehler, die durch einen Überschuß an Pigment und einen Fehlbetrag an thermoplastischem Film erzeugt werden, einander gegenseitig aufheben, so daß eine Dicke ermittelt wird, die scheinbar ein richtiges Verhältnis anzeigt.

Die Messung der Dicke durch Meßgeräte, welche mit Kernteilchen oder Strahlung arbeiten, ist bekannt. Beispielsweise ist in der US-Patentschrift 2 988 641 ein Rückstreustrahlungsmeßgerät zum Messen der Dicke von kalandriertem flächigen Material beschrieben. Die Änderungen der gemessenen Dicke können überwacht und dazu benutzt werden, die Einstellung der Kalanderwalzen mittels einer Rückkopplungsschleife zu steuern. Das Dikkenmeßgerät führt einen Vergleich mit einem Einstellpunkt-Steuergerät durch, welches seinerseits ein Strahlungsmeßgerät aufweist, das so eingestellt ist, daß es Änderungen in der Zusammensetzung des flächigen Materials überwacht. Diese Patentschrift betrifft jedoch nicht die Schwierigkeit der Regulierung der Pigmentmenge im Material.

Auch sind kontinuierlich arbeitende Gewichtsüberwachungseinrichtungen bekannt} so ist beispielsweise in der US-Patentschrift 2 726 922 von Merrill et al. eine kontinuierlich arbeitende Wiegevorrichtung bekannt, die so eingestellt werden kann, daß sie Abweichungen von einer vorbestimmten Dicke überwacht.

Mit der Erfindung wird ein Verfahren und eine Einrichtung zum Steuern der Pigmentierung eines extrudierten thermoplastischen Harzfilms zur Verfügung gestellt.

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Das Verfahren umfaßt die Messung der scheinbaren Dicke des pigmentierten Films mit einem mit Kernteilchen bzw. -strahlung arbeitenden Meßgerät und die Steuerung der Pigmenthinzufügung in Abhängigkeit von einem Vergleich zwischen der mit dem Kernteilchen- bzw. -strahlungsmeßgerät gemessenen Dicke und der vom Gewicht des Films bestimmten Dicke. Im einzelnen wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Dicke des Films mit einem Dickenmeßgerät gemessen, welches mit Kernteilchen oder mit Strahlung arbeitet, und es wird ein Vergleich dieser Dicke mit der Dicke durchgeführt, welche durch Messung des Gewichts des pigmentierten Films bestimmt worden ist. Die Menge des zum Zwecke der Herstellung des Films zum Harz hinzuzufügenden Pigments wird dann, wenn nötig, in Abhängigkeit von dem Vergleich bzw. in Ansprechung auf den Vergleich eingestellt.

Dac Verfahren ist für die kontinuierliche Herstellung von thermoplastischen Filmen gut geeignet, und es ist in der Lage, schnelle Korrekturen in Ansprechung auf Abweichungen von dem gewünschten Verhältnis von Pigment zu Harz herbeizuführen.

Die.Erfindung wird nachstehend anhand einiger in den Figuren 1 bis 5 der Zeichnung im Prinzip veranschaulichter, besonders bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Blockdarstellung der bei der Steuerung der Filmpigmentierung benutzten Verfahrensschritte;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Einrichtung, die zum Steuern

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der Filmpigmentierung verwendet werden kann;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Einrichtung zum Steuern der Filmpigmentierung;

Fig. 4 eine schematische "Veranschaulichung einer dritten Ausführungsform einer Einrichtung zum Steuern der Filmpigmentierung; und

Fig. 5 eine Blockdarstellung eines Unter- bzw. Nebenprogramms eines digitalen Rechners, das zur Steuerung der Filmpigmentierung benutzt werden kann.

Der thermoplastische Film ist normalerweise ein Polyolefin,· Polyvinylchlorid, ein Polyester oder ein Polyamid, wobei die Polyolefine am meisten benutzt werden. Die. am meisten gebräuchlichen Materialien sind Polyäthylen, Polypropylen, Polystyrol, Polyvinylchlorid oder Copolymere hiervon, wie beispielsweise Äthylen/Vinylchlorid, Äthylen/Vinylacetat oder Äthylen/Propylen. Auch können Mischungen von unterschiedlichen Polymeren verwendet werfen,.. Typische Arten von Pigmenten sind unter anderem folgende: Calciumcarbonat, CaCO,; Calciumsulfat, CaSO^; Bariumsulfat, BaSO^; Siliziumdioxid (Kieselerde), SiO₂; Calciumsilikat, CaSiO,; Aluminiumhydrat, Al(OH),; Aluminiumoxid, Al₂O,; Chromoxid, Cr₂O,; Bleisulfat, PbSO^; Bleicarbonat, PbCO,; Bleichromat, PbCr₂O,; Bleioxid, PbO; Bleisulfid, PbS; Bleiacetat, Pb(C₂H,0₂)₂; Zinkoxid, ZnO; Zinksulfid, ZnS; Tonerde, Al₂O,*2SiO₂; Glimmer, K₂O'3Al₂O₃'6SiO₂; Zinkgelb, 4ZnO·4Cr₂O₃*K₂O, ZnCrO.4Zn(OH)₂; Mangandioxid, MnO₂; Kalium-, Natrium- oder Ammonium-ferriferrocyanid, Kobaltaluminat und, noch typischer, Titan-

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dioxid, TiOg; Eisenoxide Fe₂O₃; Fe,O.; Fe₂O₅-HpO; Eisensulfate, Fe₂(SO^),*7H₂O; Eisenchromat, Fe₂(Cr₂O,),.

Die bevorzugte Art des mit Kernteilchen oder Strahlung arbeitenden Dickenmeßgeräts ist das "Ruckstreu"-Strahlungsmeßgerät . Dieses arbeitet in der Weise, daß es die Rückstreuung von ionisierender Strahlung von dem Film in einer Ionisationskammer ermittelt. Die ionisierende Strahlung ist normalerweise alpha-, beta- oder gammastrahlung, besonders bevorzugt wird beta-Strahlung verwendet, da diese weniger Gesundheitsnachteile bzw. -gefahren in sich birgt als die Verwendung der energiereicheren gamma-Strahlung. Die Strahlung wird normalerweise von einer radioaktiven Quelle geliefert, beispielsweise können folgende Strahlungsquellen verwendet werden: Ra-266 für alpha-Strahlen; Sr-90, C-14, Th-204, Kr-85 oder Pm-147 für beta-Strahlen oder Co-60 für gamma-Strahlen.

Das mit Rücksteuerung arbeitende Dickenmeßgerät richtet die Strahlung von einer Strahlungsquelle auf das Material, und die meisten der Strahlen gehen durch das Material hindurch, da es normalerweise ziemlich dünn und einigermaßen transparent für ionisierende Strahlung ist. Ein Teil der Strahlen jedoch wird in die Richtung, aus der sie gekommen sind, durch elastische Stöße innerhalb der Atomstruktur des Materials zurückgestreut. Diese zurückgestreuten Elektronen werden zusammen mit Elektronen, die von den Metall trägern unterhalb des Films reflektiert werden, in einer Ionisationskammer erfaßt, wobei letztere ein Ausgangssignal ergibt, das proportional zur Dicke des Materials ist. Aus diesem Ausgangssignal kann die Dicke des Materials bestimmt werden, nachdem eine geeignete Kalibrierung des Meßgeräts vorgenommen worden ist.

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Als eine Alternative zu einem Rückstreu-Dickenmeßgerät kann ein Durchgangsmeßgerät verwendet werden. Meßgeräte dieser Art beruhen auf der Absorption der Strahlung innerhalb des Materials, und infolgedessen ist es erforderlich, daß die Art und die Energie der Strahlung auf die Absorptionseigenschaften des Materials abgestimmt sind. Typische Arten von Strahlung, welche in Durch-, gangsmeßgeräten verwendet wird, sind alpha-, beta-, gamma-, Röntgen- und Infrarotstrahlung. Die in diesen Meßgeräten verwendeten Detektoren ergeben ein Ausgangssignal, das proportional zur Dicke des Materials ist, und nach einer Kalibrierung ergeben sie eine direkte Anzeige der Dicke.

Obwohl Strahlungsmeßgeräte, insbesondere die Rückstreu-Meßgeräte, recht zufriedenstellend für die Bestimmung der Dicke von homogenen Materialien sind, sind sie doch etwas ungenau, wenn sie zur Messung der Dicke von. heterogenen Materialien benutzt v/erden, d.h. von Materialien, die aus mehr als einer Molekülart bestehen. Der Grund hierfür ist, daß die Rückstreuung oder Absorption der Strahlung eine atomare Erscheinung ist und infolgedessen von den Atomen und damit von den Molekülen im Material abhängt. Bei einem Rückstreu-Dickenmeßgerät hängt die Rückstreuung von der Atomzahl des Materials ab, durch welches die Strahlung hindurchgeht. Bei einem typischen Pigment erzeugt eine Zunahme von ungefähr Λ% der zum thermoplastischen Film hinzugefügten Pigmentmenge eine scheinbare Zunahme von ungefähr 10?6 der Dichte und Dicke des pigmentierten Films, wenn sie mittels eines Rückstreu-Meßgeräts gemessen wird, das für Film allein kalibriert ist. Das liegt daran, daß das Pigment ein höheres Elektronen-Gewichts-Dichte-Verhältnis als der thermoplastische Film hat.

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Diese Erscheinung wird dazu benutzt, die Pigmentierung des Films zu steuern. Durch Vergleich der Filmdichte oder -dicke, wie sie mit dem Strahlungs-Dickenmeßgerät (vorzugsweise einem beta-Rückstreuungs-Meßgerät) gemessen worden ist, mit der Dicke, die durch Wiegen des Films bestimmt worden ist, kann die Pigmentmenge in dem Film bis auf sehr enge Toleranzen bestimmt werden. Beispielsweise zeigt bei Verwendung eines beta-Strahlen-Rückstreu-Meßgeräts eine Zunahme der beta-Strahlenablesung ohne eine Zunahme des Gewichts um eine ähnliche Größe an, daß die Pigmentmenge erhöht worden ist. Geht man von dem vorher gegebenen Beispiel aus, dann ergibt sich folgendes: . Wenn die beta-Anzeige um 10% größer wird, während das Gewicht um 1% zunimmt, ist es klar, daß man eine Zunahme von ungefähr 1% des zugefügten Pigments vorliegen hat. Wenn die beta-Strahlenanzeige um' 10% abnimmt und das Gewicht auch um 10% verringert ist, dann zeigt ein derartiger Vergleich, daß die Filmmenge um etwa 9% abgenommen hat. Zur letzten Illustration sei davon ausgegangen, daß die beta-Strahlenanzeige um 20%, dagegen das Gewicht um 11% zugenommen haben, das bedeutet, daß der Zusatz an Pigment um ungefähr 1% und der Film um ungefähr 10% zugenommen haben. Infolgedessen ergibt der Vergleich ein Maß für die Pigmentmenge im Film. Die zum Film hinzugefügte Pigmentmenge kann dann kontrolliert bzw. gesteuert werden, um irgendwelche Abweichungen .von der gewünschten Menge zu korrigieren.

Die Beziehung zwischen der Dicke, welche durch das Strahlungsmeßgerät bestimmt worden ist, und der Dicke, die aus der Gewichtsmessung berechnet worden ist, kann leicht durch Kalibrierung der Instrumente unter Verwendung von bekannten Standards bestimmt werden. Die Beziehung ver-

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ändert sich natürlich in Übereinstimmung mit den verwendeten Materialien (Harz, Pigment) und der Art des Strahlungsmeßgeräts .

Die kontinuierliche Gewichtsmessung kann mittels einer Rollen- bzw. Walzenwiegevorrichtung durchgeführt werden. Wiegevorrichtungen dieser Art können dazu benutzt werden, die Gewichte von Filmen und anderen flächigen Materialien kontinuierlich zu überwachen. Sie umfassen ein Paar Rollen bzw. Walzen, über welche der Film läuft, und die Rollen bzw. Walzen sind an einer Einrichtung zum Bestimmen des Gewichts des auf den Rollen bzw. Walzen aufliegenden Films angebracht, beispielsweise an einem Wiegebalken oder einer empfindlichen Feder. Die Wiegevorrichtung kann mit einer elektrischen Sensoreinrichtung zur eji ektri sehen Überwachung des Gewichts und zum Erzeugen eines dem Gewicht des Films proportionalen Ausgangseignalör: ausgerüstet sein. Durch entsprechende Kalibrierung ist es möglich, dieses Signal als eine direkte Anzeige bzw. ein direktes Maß des Filmgewichts zu benutzen. Weiterhin ist, da die Rollen bzw. Walzen nicht die einzigen Teile sind, welche den Film tragen bzw. halten (an-"dere Rollen wzw. Walzen zum Vorschub des Films tragen bzw. halten ihn auch), eine Kalibrierung notwendig, wenn eine direkte Ablesung bzw. Anzeige des absoluten Filmgewichts erwünscht ist. Jedoch erfordert das vorliegende Verfahren keine absolute Anzeige des Filmgewichts (in Wirklichkeit handelt es sich um das Gewicht pro Flächeneinheit.), sondern es erfordert vielmehr nur eine relative Anzeige. Infolgedessen kann die Wiegevorrichtung auf einem Einstellpunkt eingestellt werden, und es können die Abweichungen von dem Einstellpunkt überwacht

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werden. Kontinuierliche Wiegevorrichtungen dieser Art sind beispielsweise in der US-Patentschrift 2 726 922 von Merrill et al. beschrieben, deren Inhalt durch diese Bezugnahme mit zum Offenbarungsinhalt der vorliegenden Anmeldung gemacht wird.

Als eine Alternative zu der kontinuierlichen Überwachungs-Wiegevorrichtung kann auch eine semi-kontinuierliehe Wiegevorrichtung verwendet werden. Diese umfaßt eine Wiegevorrichtung, welche das Gewicht einer bestimmten Filmmenge mißt, nachdem dieser von der kontinuierlichen Bahn abgeschnitten worden ist, die vom Extruder vorgeschoben wird. Diese Art von Wiegevorrichtungen gibt nicht die genaue und kontinuierliche Steuerung, wie sie die kontinuierliche Wiegevorrichtung ermöglicht (und wird daher aus theoretischen Gründen weniger bevorzugt), aber wenn die Laufgeschwindigkeiteh hoch genug sind und die-aufeinanderfolgenden Wiegungen genügend schnell ausgeführt werden, kann man tatsächlich eine zufriedenstellende Steuerung erzielen. Die Wiegungen können an einer oder mehreren abgeschnittenen Filmlängen ausgeführt werden, entweder wegen praktischer Zweckmäßigkeit oder -dazu, ein genügendes Gewicht an Filmmaterial zusammenzubringen, damit Ungenauigkeiten bei der Wiegung vermieden werden. Diese Art der Gewichtsbestimmung ist besonders brauchbar, wenn Artikel hergestellt werden, die eine abgeschnittene Filmlänge umfassen, beispielsweise Säcke oder Beutel von einem kontinuierlichen rohrförmigen Film.. Die Säcke oder Beutel HSnnen einzeln gewogen werden, nachdem sie von dem rohr- bzw. schlauchförmigen Film abgeschnitten worden sind, beispielsweise

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in Chargen■zu fünf. Das ergibt eine genügend genaue Steuerung der Pigmentierung.

Obwohl der Vergleich der Dichte und Dicke, die durch Wiegen und durch ein Strahlungsmeßgerät ermittelt worden sind, von Hand durchgeführt werden kann, wäre ein derartiges Verfahren außerordentlich langsam, was die Änderungen der Pigmentzufügung- in Ansprechung auf den Dikkenvergleich bzw. in Abhängigkeit von dem Dickenvergleich betrifft. Da eine Korrektur der Pigmentzufügung erwünscht ist, sobald ein Unterschied zwischen der Anzeige des Strahlungsmeßgeräts und der Anzeige der Wiegevorrichtung festgestellt wird, ist die Ausführung des Vergleichs mittels eines Rechners wegen der Geschwindigkeit und Genauigkeit desselben vorteilhaft. Die Anwendung eines Rechners bei dem Verfahren nach der Erfindung erhöht dessen Brauchbarkeit sehr stark. Entweder kann ein auf den speziellen Zweck abgestimmter Analogrechner oder ein in geeigneter Weise programmierter, zu allgemeinen Zwecken geeigneter Digitalrechner dazu verwendet werden, die Steueransprechungen zu bewirken. Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Verwendung eines für allgemeine Zwecke geeigneten Digitalrechners näher erläutert, aber es ist ohne weiteres ersichtlich, daß auch eine Analogsteuerung Verwendung finden kann.

In Figur 1 sind die Verfahrensschritte veranschaulicht. Das Harz wird durch einen Harzeinlaß 11 in einen Extruder 10 eingespeist, während das Pigment durch einen Pigmenteinlaß 12 in den Extruder gelangt. Das Harz wird in dem Extruder erhitzt, geschmolzen und innig mit dem Pigment vermischt, und die pigmentierte Mischung wird durch die Strangpreßform in normaler Weise stranggepreßt. Der

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pigmentierte stranggepreßte Film 13 läuft dann zu einem Strahlungs-Dickenmeßgerät 14, vorzugsweise einem beta-Strahlen-Rückstreuungs-Meßgerät, welches ein Ausgangssignal erzeugt, das teilweise die Dicke des Films repräsentiert. Jedoch hängt, wie oben bereits erwähnt wurde, diese Bestimmung auch von der Pigmentmenge im Film ab. Das Ausgangssignal von dem Meßgerät 14 wird über die Leitung 15 zu einer Vergleichseinrichtung 16 gegeben, die auch über die Leitung 17 ein Ausgangssignal von der Wiegevorrichtung 18 erhält.

Die Vergleichseinrichtung 16 führt einen Vergleich zwi- . sehen der durch das Strahlungsmeßgerät bestimmten Dicke und der durch die Gewichtsmessung ermittelten Dicke durch. Von diesem Vergleich kann man eine Anzeige der Pigmentmenge im Film bzw. ein Signal, welches die Pigmentmenge im Film repräsentiert, erhalten. Dieses Signal kann über die Leitung 19 einem Steuerapparat bzw. -mechanismus 20 eingegeben werden, welcher bestimmt, ob eine Abweichung von dem gewünschten Pigmentgehalt vorliegt, und welcher dann, wenn dieses der Fall ist, eine geeignete Steuergröße entwickelt. Die Steuergröße, welche die Form eines Ausgangs signal s besitzt, wird über die Leitung 24 an ein Steuerventil 22 gegeben, das die Pigmentmenge reguliert, die dem Extruder 10 durch den Pigmenteinlaß 12 zugeführt wird.

Die schematische Darstellung der Figur 1 hat natürlich aus Illustrationszwecken die einfachste Form. Normalerweise besitzt der Steuerapparat bzw. -mechanismus Eingänge, welche die Rate der Harzeinspeisung, den Extruderausgang usw. kennzeichnen, damit eine vollständige

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Steuerung über das Verfahren aufrechterhalten wird. Wenn die Vergleichseinrichtung und die Steuereinrichtung bzw. der Steuermechanismus digitale Einrichtungen sind, dann werden Analog-zu-digital-Wandler in die Leitungen 15 und 17 sowie ein Digital-zu-analog-Wandler in die Leitung 24 zum Steuerventil 22 eingefügt. Derartige Maßnahmen sind natürlich als solche bekannt.

Es sei nun auf Figur 2 Bezug genommen, wonach das Pigment und das Harz des thermoplastischen Films in einem Einfülltrichter 25 gemischt werden, der seinen Inhalt einem Extruder 26 mit einem Strangpreßformkopf 27 zuführt. Das in den Einfülltrichter 25 von einem Pigmentvorrat 28 eingespeiste Pigment wird mittels eines Pigmentsteuerventils 29 kontrolliert. Der pigmentierte Film kommt aus dem Strangpreßformkopf 27 in Form einer Blase 30 heraus, die durch Walzen 31 und 32 zusammengedrückt wird, so daß sich ein abgeflachter Schlauch ergibt. Der stranggepreßte Film läuft unter einem beta-Strahlen-Rückstreuungs-Dickenmeßgerät hindurch, das eine beta-Strahlen aussendende Quells 33 besitzt, die von einer Abschirmung 34 für radioaktive Strahlen umgeben ist. Der Rückstreu-Detektor 35ι welcher die Menge der reflektierten beta-Strahlung mißt, befindet- sich oberhalb der Quelle 33 und ist von ihr durch die Abschirmung 34 abgeschirmt. Der Detektor überträgt ein entsprechendes digitales und/oder analoges Signal über eine Leitung 37, einen Analog/Digital-Wandler 38 und die Leitung 39 zu einer Vergleichseinrichtung 36. .

Der stranggepreßte Film wird mittels einer kontinuierlich arbeitenden Wiegevorrichtung oder einem Gewichtssensor

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40, hier schematisch veranschaulicht, gewogen. Diese .Wiegevorrichtung ist vorzugsweise vom Rollen- bzw. Walzen-■fcyp» wie sie weiter unten näher erläutert wird. Die Wiegevorrichtung erzeugt ein Ausgangssignal, das über die Leitung 41, einen Analog-zu-digital-Wandler 42 und die Leitung 43 in die Vergleichseinrichtung 36 eingegeben wird.

Die Vergleichseinrichtung 36 vergleicht das Ausgangssignal von dem Strahlungsdickenmeßgerät mit dem Ausgangssignal von der Wiegevorrichtung und bestimmt gemäß einem vorbestimmten Schema, ob irgendwelche Abweichungen von dem gewünschten Pigmentgehalt vorliegen. Wenn letzteres der Fall ist, dann gibt die Vergleichseinrichtung 36 über die Leitung 45, den Digital-zu-analog-Wandler 46 und die Leitung 47 zur Servosteuerung 44 ein Steuersignal ab. Die Servosteuerung betätigt über die Leitung 48 das Pigment- -steuerventil 29, so daß dadurch der geeignete Steuervorgang ausgeführt wird.

Figur 3 zeigt, wiederum in schematischer Form, den Extruder, das Dickenmeßgerät und die kontinuierlich arbeitende Wiegevorrichtung zum Steuern der Pigmentzufügung über einen geeigneten Steuerkreis bzw. mittels einer geeigneten Steuerschaltung. Der Extruder 60 schmilzt das Harz und mischt es mit dem zugesetzten Pigment. Die geschmolzene Harzmischung wird durch eine rotierende Strangpreßform 61 zum Zwecke der Ausbildung eines rohr- bzw. schlauchförmigen Films 62 stranggepreßt. Der Film kann durch Druckbeaufschlagung des Inneren des Rohrs bzw. Schlauche orientiert werden, wie an sieh bekannt. Einschnürungswalzen 63 und 64 fangen die Luft in dem aufgeblasenen Schlauch ab und drücken den Schlauch flach,

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so daß man einen abgeflachten Schlauch 65 erhält, der in der durch die Pfeile angedeuteten Richtung vorgeschoben wird.

Ein beta-Strahlen-Rückstreuungs-Dickenmeßgerät 68 ist über dem Film bei dessen Austritt aus der Strangpreßform gehaltert. Das Meßgerät 68 ergibt Dickenmeßwerte über den gesamten Umfang des aufgeblasenen Films herum, da die Strangpreßform rotiert. Das Ausgangssignal dieses Meßgeräts wird über das Kabel 69 zu den Signalverarbeitungsschaltungen geführt.

Mit dieser Art von Dickenmeßgerät erhält man ein Signal, welches die mittlere oder integrierte Filmdicke repräsentiert. Infolgedessen führen irgendwelche eventuell auftretende lokale Abweichungen der Pigmentkonäentration nicht zu einem unnötigen Ansprechen der Steuerung. In ähnlicher Weise kann ein zeitverzöge.rtes Ansjprechen in der Steuereinrichtung bzw. dem Steuermechanismus vorgesehen sein, so daß kurzdauernde Abweichungen .keine unnötige Korrektur hervorrufen. Daher können Flächen- und Zeitintegration dazu benutzt werden, ein unnötiges Ansprechen der Steuerung zu verhindern, .^urch welphes tatsächlich der Gesamtstandard der Pigmen^ierung erheblich gestört werden könnte.

Der Film wird mittels einer kontinuierlich arbeitenden Wiegevorrichtung oder einem Gewichtssensor gewogen, umfassend ein Paar Walzen 70 und 71 in einem Halterahmen 72, die so angeordnet sind, daß der abgeflachte Film über die Walzen läuft und auf ihnen aufliegt. Der Halterahmen 72 hängt von einer Stange 73 eines Waagebalkens 74 herab, der seinerseits mittels einer geeigneten BaI-

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kenaufhängung um eine Achse 75 verschwenkbar ist. An dem der Stange 73 abgewandten Ende des Waagebalkens 74 ist eine Feder 76 vorgesehen, deren Belastung mittels einer Schraube 77 eingestellt werden kann, die ihrerseits mit einem gerändelten Knopf 78 versehen ist. An diesem Ende des Waagebalkens 74 ist außerdem eine Stange 79 angebracht, die sich nach abwärts in einen Ausgleichs- oder Differentialtransformator 80 erstreckt, in dem sie einen Eisenkern trägt, der im Nullpunkt gleichmäßig zwischen den beiden Transformatorwicklungen liegt. Änderungen im Gewicht des Films bewirken, daß sich der Kern im Transformator bewegt, und dadurch wird eine Änderung des elektrischen Gleichgewichts hervorgerufen, die dann als analoges Ausgangssignal ermittelt werden kann. Die Nullposition kann durch den Steuerknopf 78 eingestellt werden, so daß es möglich ist, unterschiedliche Filmgewichte zugrunrie zu legen.

Diese Art von Gewichtssensor gibt nur eine relative Anzeige bz.·.. ein relatives Signal, was jedoch für die vorliegenden Zwecke ausreichend ist, da die Anzeige bzw. das Signal auf das gewünschte Gewicht eingestellt werden k8r>n,._? und wenn eine Anzeige des absoluten Gewichts erforderlich ist, dann kann dieses Signal bzw. diese Anzeige kalibriert werden.

In Figur 4 ist, wiederum schematisch, ein anderes Strahlungs-Dickenmeßgerät und eine andere Wiegevorrichtung dargestellt. Mit dem Extruder 90 wird die pigmentierte Harzmischung durch die Strangpreßform 91 zum Zwecke der Ausbildung eines schlauchförmigen Films 92 stranggepreßt, welcher seinerseits durch Einschnürungswalzen 93 und 94 zusammengedrückt wird, so daß man einen flachen

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schlauchförmigen Film 95 erhält, der sich in der Richtung bewegt, welche durch die Pfeile angedeutet ist. Ein integrierendes oder mittelwertbildendes beta-Strahlen-Rückstreuungs-Dickenmeßgerät mit einem wandernden Kopf 96 auf zwei quer verlaufenden Schienen 97 ist über dem Film angeordnet. Der Kopf 96, der die beta-Strahlenquel-Ie und den Ionisationskammerdetektor enthält, kann längs der Schienen verschoben werden, und zwar beispielsweise mittels einer Gewindespindel oder einem Kolben und Zylinder (nicht dargestellt), so daß ein bestimmter Teil des Films untersucht werden kann, oder der Kopf 96 kann kontinuierlich längs der Schienen hin- und hergeschoben werden, so daß man ein sich auf die gesamte Breite des Films beziehendes mittleres Ausgangssignal erhält. Das Ausgangssignal vom Detektor gelangt über das Kabel 98 zur Vergleichseinrichtung und zum Steuerapparat bzw. -mechanismus.

Der abgeflachte Film läuft dann über das Bett 99 einer

Fallschneideeinrichtung und kann durch das Messer,.100 der. Fallschneideeinrichtung dann abgeschnitten werden. J)ie Teile des Films, die abgeschnitten worden sind, fallen auf die Schale 101 einer Wiegevorrichtung, die auf -■ ilijrer Unterseite geeignete (nicht dargestellte) Gewichtssensoren aufweist. Das Ausgangssignal von den Sensoren kann durch das schematisch mittels der gestrichelten Linie 102 angedeutete Kabel entnommen werden. Die abgeschnittenen Teile des Films können entweder von Hand oder durch geeignete automatische Einrichtungen entfernt werden, nachdem sich ein oder mehrere Teile auf der Schale der Wiegevorrichtung befunden haben. Der Steuerapparat bzw. -mechanismus kann so kalibriert werden, daß unterschiedliche Anzahlen von abgeschnittenen Teilen auf die Schale der Wiegevorrichtung abgegeben

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werden, je nach dem, was erwünscht ist.

Wie weiter oben bereits erwähnt wurde, kann der Vergleich zwischen den durch das Strahlungsmeßgerät und das Filmgewicht ermittelten Gewichte entweder mittels eines auf den speziellen Zweck abgestimmten Analogrechners erfolgen, oder der Vergleich kann, sofern eine geeignete Digitalisierung der Eingangsdaten vorgenommen wird, mittels eines für allgemeine Zwecke geeigneten Digitalrechners erfolgen, der in geeigneter Weise programmiert ist. Ein typisches Unter- bzw. Nebenprogramm für einen zu allgemeinen Zwecken anwendbaren Digitalrechner (Honeywell 316) ist in schematischer Form in Figur 5 veranschaulicht und wird nachstehend wie folgt beschrieben;

Farbsteuerungsimpulse/Op254 mm Abweichung IDUM(I)

Beutel- bzw. Sackgewicht g χ 10 IDUM(3)

Beutel- bzw. Sackbreite IDUM(5)

Minimum der Impulse für Farbsteuerung IDUM(6)

Maximum der Impulse für Farbsteuerung IDUM(7)

Länge von zwei Beuteln bzw. Säcken ,. ASÜM(3) Mittleres Signal bzw. mittlere Ablesung

rtes Rückstreu-Meßgeräts GSUM(IO)

Filmdichte DENS

Zeile Nr.

1 C .... Color Control (CTRL 1)

2 W= IDUM(3)

3 W= W/4535.9

4 F= IDUM(5)

5 F= F/1200

6 C .... Calculate the Div from Avg Fab

Gauge Reading

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Zeile Nr.

7 G= W/(O,5xASUM(3) x Dens χ F)-GSUM(IO)

8 C .... Check +/- Div

9 IF(G) 1,7,2

10 1 1=1

11 Go to 3

12 2 1 = 2

13 C Calculate Color Ctrl Pulses

14 3 F= IDUM(I)

15 ICTRL = ABS(G)*F

16 C Check M^n and Max Ctrl Pulse

17 IF (ICTRL - IDUM (6))7, 7, 4

18 4 IF (ICTRL - IDUM (7))6,. 6, 5

19 5 ICTRL = IDUM(7)

20 C .... Set Control Table

21 6 NCTRL (I) = ICTRL

22 7 RETURN ' "J

23 ' END yZ_s

(1) Zeile 1 ist eine das Farbsteuerungs-Ur⁴L^r- bzw. Nebenprogramm einlegende Erläuterung.

(2) Zeile 2 macht ¥ dem Beutel- bzw. S&ekgewicht in Dekagramm gleich. -"

(3) Zeile 3 wandelt W in Einheiten von 0,45359 kg um.

(4) Zeile 4 setzt F mit der Beutel- bzw. Sackbreite gleich.

(5) Zeile 5 wandelt F in Einheiten von 0,3048 m um.

(6) Zeile 6 ist eine Erläuterung, welche die Unterkategorie der Berechnung der Differenz der vom beta-Strahlen-Rückstreuungs-Meßgerät und der

. Wiegevorrichtung ermittelten Dickenwerte bzw. -signale einlegt.

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(7) In Zeile 7 wird G gleichgesetzt der Beutel· bzw. Sackbreite W, geteilt durch die Beutel- bzw. Sacklänge (0,5 x der Länge von zwei Beuteln bzw. Säcken), multipliziert mit der Filmdichte und nochmals multipliziert mit der Beutel- bzw,, Sackbreite (so daß auf diese -Weise die Beutel- bzw. Sackdicke bestimmt wird, wie sie sich aus dem Beutel- bzw. Sackgewicht ergibt) minus dem Mittelwert der Anzeige bzw. des Signals des beta-Strahlenmeßgeräts.

(8) Zeile 8 ist eine Erläuterung, die aussagt, daß der Wert von G zum Zwecke der Feststellung bewertet wird, ob er negativ, null oder positiv ist.

(9) Zeile 9 bestimmt, daß dann, wenn die Differenz in der Dicke des pigmentierten Films G, wie sie bestimmt wird durch die aufgrund des Gewichts ermittelte Dicke weniger der durch das beta-Strahlenmeßgerät ermittelten Dicke, negativ ist, der Rechner auf die Feststellung 1 (Zeile 10) gerichtet wird, wenn G null ist, dann wird der Rechner auf die Feststellung 7 (Zeile 22) gerichtet, welche ihrerseits den Rechner zurück zum Hauptprogramm weist, keine Farbsteuerungskorrektur ist erforderlich; wenn G positiv ist, dann wird der Rechner auf die Feststellung 2 (Zeile 12) gerichtet.

(10) Zeile 10 setzt I mit 1 gleich.

(11) Zeile 11 verweist den Rechner zur Feststellung

(12) Zeile 12 setzt I mit 2 gleich.

(13) Zeile 13 ist eine Erläuterung, durch welche die Unterkategorie des Unter- bzw. Nebenprogramms als "berechne Steuerimpulse" eingelegt wird.

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(14) Zeile 14 setzt F mit dem Wert "Färbsteuerungsimpulse/0, 0254 mm Abweichung" gleich.

(15) Zeile 15 setzt ICTRL mit dem absoluten Wert von G (Differenz zwischen der durch Wiegen ermittelten Dicke und der durch beta-Strahlen ermittelten Dicke in Einheiten von 0,0254 mm) χ dem Wert Farbsteuerung simpulse/O, 0254 mm Abweichung gleich.

(16) Zeile 16 ist ein Hinweis, durch den eine Unterkategorie des Unter- bzw. Nebenprogramms als eine Kontrolle für das Minimum und das Maximum an Steuerimpulsen eingelegt wird.

(17) Zeile 17 bedeutet Subtraktion der minimalen Steuerimpulse von ICTFlL. Wenn das Ergebnis negativ oder null ist, dann wird der Rechner darauf verwiesen, über die Feststellung 7 zum Hauptzweck zurückzukehren; wenn das Ergebnis positiv ist,.dann wird der Rechner zur Feststellung 4 (Zeils 18) verwiesen.

(18) Zeile 18 bedeutet Subtraktion der maximalen Impulse für die Farbsteuerung von ICTRL. Wenn das Ergebnis negativ oder null ist, dann wird der Rechner auf die Feststellung 6 (Zeile 21)^; verwiesen; wenn das Ergebnis positiv ist, dann Wird der Rechner auf die Feststellung 5 (Zeile 19); verwiesen.

Zusammengefaßt betrifft die Erfindung insbesondere ein Verfahren und eine Einrichtung, worin die totale Elektronendichte eines pigmentierten thermoplaötischen Films mittels eines mit Kernteilchen- bzw. -wellenstrahlung arbeitenden Dickenmeßgeräts gemessen wird, von welchem Meßwert ein Wert der Produktdichte und -dicke abgeleitet

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werden kann. Die Menge des Pigments, welches dem Harz des thermoplastischen Films in einem Extruder beigemischt wird, wird in Ansprechung auf einen Vergleich zwischen der Dicke, wie sie mittels des mit Kernteilchen- bzw. -wellenstrahlung arbeitenden Meßgeräts ermittelt worden ist, und der Dicke, die aus dem tatsächlichen Produktgewicht bestimmt worden ist, gesteuert.

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Claims

Patentansprüche

1J Verfahren zum Erzeugen von pigmentierten thermovpiastisehen Harzfilmen bzw. -folien mit einer vorbestimmten Pigmentkonzentration, gekennzeichnet durch die Messung der Dicke des pigmentierten Films mittels eines Strahlungs-Dickenmeßgeräts, Messung des Gewichts des Films bzw. der Folie und Berechnung bzw. Bestimmung der Filmdicke hieraus, und Einstellung der Pigmentmenge in Ansprechung auf den Vergleich.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Dicke des Films mittels beta-Strahlen-Rückstreuung gemessen wird.
3. Einrichtung zum Erzeugen von pigmentierten thermoplastischen Harzfilmen bzw. -folien mit eir.ca vorbestimmten Pigmentkonzentration, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durcL -"

(1) ein Strahlen-Dickenmeßgerät (14; 33J 34; 35» 68; 96), welches ein Ausgangssignal abgibi/, das proportional zur Film- bzw. Foliendicke ist;

(2) einen Gewichtssensor (18; 40; 70; 71j"72; 101), der ein Ausgangssignal abgibt, welches proportional zum Film- bzw. Foliengewicht ist;-

(3) eine Vergleichseinrichtung (16), die mit dem Strahlungs-Dickenmeßgerät und dem Gewichtssensor verbunden ist, sowie mit einem Pigmentsteuerventil (29) oder mit

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einer sonstigen Pigmentdosierungseinrichtung, wobei eine Schaltung (44) zum Betätigen des Pigmentsteuerventils bzw. der sonstigen Pigmentdosierungseinrichtung in Ansprechung auf die Vergleichseinrichtung vorgesehen ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch g e k e η η ■ zeichne, t , daß das Strahlungs-Dickenmeßgerät (14; 33; 34; 35; 68; 96) ein beta-Strahlen-Rückstreuungs-Meßgerät ist. ' '

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