DE2947293C2 - Verfahren zur Regelung der Foliendicke an einer Blasfolien-Extruderanlage - Google Patents

Verfahren zur Regelung der Foliendicke an einer Blasfolien-Extruderanlage

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DE2947293C2 DE2947293A DE2947293A DE2947293C2 DE 2947293 C2 DE2947293 C2 DE 2947293C2 DE 2947293 A DE2947293 A DE 2947293A DE 2947293 A DE2947293 A DE 2947293A DE 2947293 C2 DE2947293 C2 DE 2947293C2
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Foliendicke an einer Blasfolien-Extruderanlage nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs t.
Aus der DE-AS 21 40 194 ist eine Ringspaltdüse eines Extruders bekannt, die in getrennt regulierbare Temperiersegmente aufgeteilt ist, mit denen sich bei der Extrusion von Kunststoffen nach dem in dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Verfahren die Dickentoleranzverteilung über den Umfang des Extrudats beeinflussen läßt. Ein besonderes Problem bei der Durchführung dieses Verfahrens zur Regelung der Foliendicke an einer Blasfolien-Extruderanlage ergibt sich aus der lagerichtigen Zuordnung der Foliensektoren zu den mit den Temperiersegmenten versehenen Korrektursektoren am Düsenring. Die Erfinder haben herausgefunden, daß die Foliensektoren nicht einfach unter Berücksichtigung einer eventuellen Verdrallung des Folienschlauches infolge eines eventuellen reversierenden Abzugs entsprechend ihrer Laufrichtung und Aufweitung lagerichtig den zugehörigen Korrektursektoren am Düsenring zugeordnet werden können, weil die einzelnen Sektoren des extrudierten und aufgeblasenen Folienschlatsches dadurch relativ zu dem Düsenring eine Verdrehung erfahren, daß Dickstellen einen kleineren Sektor und Dünnstellen einen größeren Sektor einnehmen. Die Dick- und Dünnstellen beeinflussen einander, so daß allein die Berücksichtigung der durch einen eventuellen reversierenden Abzug verursachten Drehung der Folienblase eine lagerichtige Zuordnung der einzelnen Foliensektoren zu den entsprechenden Sektoren des Düsenrings nicht gestattet.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, das Verfahren zur Regelung der Foliendicke an einer Blasfolien-Extruderanlage dadurch zu verbessern, daß die Foliensektoren, über die die Dickentoleranzen gemessen worden sind, auch unter Berücksichtigung der Verlagerung der Foliensektoren in Umfangsrichtung infolge von Dünn- und Dickstellen den mit Stellgliedern versehenen Korrektursektoren des Düsenrings, aus denen diese extrudiert worden sind, lagerichtig zugeordnet werden können.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in dem Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Um gemessene Dickentoleranzen auszugleichen, kann zunächst von der Annahme ausgegangen werden, daß querschnittsflächengleiche Foliensektoren aus den diesen zugeordneten Korrektursektoren des Düsenrings mit gleicher Umfangslänge extrudiert worden sind. Ist der Düsenring in eine ausreichende Anzahl von Korrektursektoren unterteilt, kann davon ausgegangen werden, daß keine nennenswerten Schwankungen der Dickentoleranzen in den aus diesen extrudierten querschnittsflächengleichen Foliensektoren mehr vorhanden sind, wenn diese gleiche Umfangslängen aufweisen.
Die Stellglieder des Düsenrings können auch die Temperatur des jeweiligen Korrektursektors ändern, bis die Umfangslängen der querschnittsgleichen Folien-
Sektoren gleich lang sind. Diese Temperaturbeeinflussung der Korrektursektoren kann anstelle oder neben der Zentrierung des Düsenrings oder der Beeinflussung des Mengendurchsatzes durch den Düsenring vorgesehen werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei Blasfo-Iien-Extruderanlagen mit oder ohne reversierenden Folienabzüg verwendet werden. Bei reversierendem Folienabzug wird der als lagerichtig extrudiert angenommene Foliensektor durch entsprechende Rückdrehung seinem Korrektursektor zugeordnet Diese Rückdrehung kann rechnerisch oder durch entsprechende Drehung und Verdrehung der Meßeinrichtungen erfolgen. Da die erfindungsgemäße Regelung nennenswerte Schwankungen der Foiiendickentoleranzen ver- is meidet, macht diese den revsrsierenden Folienabzüg zur wendeiförmigen Verteilung von Dick- und Dünnstellen über den Folienwickel an sich entbehrlich.
Das erfindungsgemäße Regelverfahren, bei dem die Dickentoleranzen über den Umfang des Folienschlauches zunächst nicht lagerichtig zu den Stelleinrichtungen am Düsenring gemessen und diesen anschließend lagerichtig zugeordnet werden, läßt sich in besonders vorteilhafter Weise unter Einsatz von Mikroprozessoren verwirklichen. Zu diesem Zweck ist vorgesehen, daß der Folienumfang der aufgeblasenen oder flachgelegten Schiauchfolie in Foliensektoren gleicher Umfangslänge, deren Anzahl mindestens so groß ist wie die Anzahl der Korrektursektoren und die Meßsektoren bilden, über deren Umfangslänge die Foliendicke gemessen wird, aufgeteilt wird, daß für jeden Foliensektor aus den gemessenen Foliendicken sein Dickenmittelwert gebildet wird, daß anschließend Foliensektoren mit korrigierten Breiten, die im Verhältnis der mittleren Foliendicke zu dem jeweiligen Dickenmittelwert ver- 3^ größen oder verkleinert werden, gebildet werden, daß die korrigierten Breiten als Dünnstellen bzw. Dickstellen aufaddiert werden und die Gesamtsumme durch die Anzahl der Korrektursektoren geteilt wird und daß über die den Korrektursektoren zugeordneten Folien-Sektoren neue Dickenmittelwerte gebildet werden, die ein Maß für den Korrekturbefehl für die Stellvorrichtung des lagerichtig zugeordneten Korrektursektors darstellen. Durch die Umrechnung der Breiten der über den Folienumfang gleichmäßig abgeteilten Foliensektoren im Verhältnis der Dicken-Tcil-Mittelwerte zur mittleren Foliendicke werden die Sektorbreiten bei Dünnstellen reduziert und bei Dickstellen vergrößert. Wird nun die Summe aller Breiten der umgerechneten Teilsektoren gebildet und diese Summe entsprechend >n der Anzahl der Korrektursektoren am Düsenring geteilt, so werden Foliensektoren gebildet, die, solange unterschiedliche Dickentoleranzen gemessen werden, unterschiedliche Längen in Umfangsrichtung aufweisen. Die Foliensektorer. mit dem absoluten Dickenminimum und/oder -maximum werden als lagerichtig in bezug auf den zugeordneten Korrektursektor am Düsenring, also dem Sektor des Düsenspalts, aus dem diese als extrudiert angenommen werden, registriert. Alle übrigen umgerechneten Teilsektoren werden entsprechend der Lage des Toleranzminimums bzw. -maximums seitlich verschoben. Die Dicken-Teil-Mittelwerte der jetzt lagerichtigen Poliensektoren bilden das Maß für den Korrekturimpuls der den Korrektursektoren des Düsenrings zugeordneten Stellglieder. £5
Zweckmäßigerweise beträgt die Anzahl der Meßsektoren an der Folienblasp ein Mehrfaches, mindestens iedoch ein Vierfaches, der Anzahl der Korrektursektoren an der Düse des Folienblaskopfes.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 5 bis 8 beschriebe;« worden. Für die Gegenstände sämtlicher Unteransprüche wird nur Schutz zusammen mit dem Gegenstand des Patentanspruchs 1 beansprucht
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert In dieser zeigt
F i g. 1 eine Seitenansicht einer Blasfolienanlage mit Einrichtungen zum Erfassen der Dickentoleranzen in schematischer Darstellung,
F i g. 2 eine schematische Darstellung der Verknüpfung zwischen der Dickenmeß-Vorrichtung und den Stellgliedern zur Korrektur des Düsenspalts,
F i g. 3 eine quantitative Darstellung der Verhältnisse zwischen dem Dickentoleranzverlauf in der Blasfolie und dem Düsenspalt und
Fig.4 eine schematische Darstellung der Umformung der Meßwerte zur lagerichtigen Zuordnung auf die Korrektursektoren am Düsenring.
Bei der in F i g. 1 schematisch dargestellten Anlage fördert die Strangpresse 1 die zu verarbeitende thermoplastische Schmelze über den Anschluß 2 in den Folienblaskopf 3 mit dem Düsenring 4, wo die Schmelze zu dem folienschlauch 5 ausgeformt wird. In Höhe der Folienerstarrungslinie 6 ist eine schematisch angedeutete Folienkaübriervorrichtung 7 angeordnet, die den Durchmesser des Folienschlauches 5 und damit die Breite der flachgelegten Folienbahn 10 bestimmt. Mittels der Flachlegeplatten 8 wird der Folienschlauch 5 flachgelegt, durch die Abzugswalzen 9 und die nachfolgenden reversierenden Abzugswalzen 9 abgezogen und als flachgelegte Folienbahn 10 über die Leitwalzen 11 dem stationären Wickler 12 zugeführt und aufgewickelt.
Vorzugsweise oberhalb der Kalibriervorrichtung 7 ist der Meßkopf 14 an einer Ringtraverse 15 angeordnet, wobei der Bewegungspfeil 16 die Meßbewegung um ± 360° darstellt. Die Meßbewegung wird der durch den reversierenden Abzug bewirkten Drehbewegung des Folienschlauches 5 überlagert, so daß jeweils eine Dickenmessung über den vollen Umfang des Folienschlauches 5 erfolgt.
Eine die einfache Foliendicke ermittelnder Msßkopf 14 kann beispielsweise auch in einer der Flachlegeplatten 8 angeordneten Position 14' oder hinter der reversierenden Abzugswalzen 9 an einem Randbereich der flachgelegten Folienbahn 10 als Meßsystem 14" angeordnet werden, wobei im letzten Fall die doppelte Foliendicke gemessen wird, die mit hinreichender Genauigkeit als Dickenmeßwert für die einfach liegend.; Folienbahn 10 genutzt werden kann, da die Messung di/eki ain Randbereich, in dem sprunghafte Änderungen der Foliendicke nicht zu erwarten sind, erfolgt. Die Dickenmessung über den vollen Umfang des Folienschlauches 5 ergibt sich aufgrund dessen Verdrehung durch den reversierenden Abzug.
Das Meßsignal cW drehend angeordneten Meßkopfes 14 wird über die Meßleitung 17 mit der die Reversierbewegüng ermöglichenden Kabelschleife 17' zu dem Dickenprofil-Anzeigeschrank 18 geleilet und auf dem Dickentoleranz-Diagramm 19 dargestellt. Das Dickenmeßsignal kann als elektrischer Wert über die Anschlußleitung 20 e:nem Mikroprozessor 21 zugeführt werden, der die Meßsignale entsprechend umformt und die Stellbefehle über die Anschlußleitungen 22', 22" ,..
^d Zentriervorrichtuneen bzw. Stelleliedern 23'...
23"ZuIeUeI.
Ein Meßsignalumlauf über 360°-Foliemimfang, der in dem Dickenprofil-Anzeigeschrank 18 in Dickentoleranz-Diagrammform 19 dargestellt wird, wird durch den Mikroprozessor 21 in eine bestimmte Anzahl von Foliensektoren xF aufgeteilt, die gleiche Winkel und somit gleiche Umfangslängen aufweisen. Anschließend werden entsprechend dem Verlauf der Dickenmeßwerte über die Foliensektoren xrdie mittleren Foliendicken 5', jedes Folien- oder Foliensektors xF gebildet, wobei die Dünnstellen 24" als Teil-Mittelwerte 24' und die Dickestellen 25" als Teil-Mittelwerte 25' dargestellt werden. Zweckmäßigerweise beträgt die Anzahl der Foliensektoren .vrein Mehrfaches, vorzugsweise mindestens jedoch ein Vierfaches, der Anzahl der Korrektur- r, Sektoren λα. am Düsenring.
Durch Übertragung auf einen Umfang von 360" werden die in die Rechnung eingehenden Werte entsprechend den nachfolgenden Beiriiciiiungeii uinieiisionslos gemacht: >n
Durch volumetrische Betrachtungen läßt sich nachweisen, daß die Verbindungslinien 261 ... 26X", die die einzelnen Korrektursektoren .t\ begrenzen oder mittig in diesen verlaufen, auf dem Aufweitungsbereich 5' bei den Dickstellen 25" der Folie als konvergierende Linien _>, 27 und bei Dünnstellen 24" der Folie als divergierende Linien 28 verlaufen, wie dies aus F i g. 3 in dimensionsloser Darstellung, also auf einen Einheitsfoliendurchmesser reduziert, ersichtlich ist. Bei Folienbereichen mit der Dickentoleranz ±0% verlaufen diese Linien als parallele Linien 29. die jedoch wegen der benachbarten Dickstellen 25" und Dünnstellen 24" seitlich geneigt sind.
Beobachtungsgemäß werden die Foliensektoren Xf mit der absolut größten Dickstelle 25" bzw. Dünnstelle 24" lagerichtig den zugehörigen Korrektursektoren .u riifjpQrdnet. Unter diesen Korrektursektoren x~ sind die aus den Korrektursektoren w am Düsenring 4 extrudierteri Foliensektoren xF zu verstehen. Die zwischen den Korrektursektoren χκ mit absoluten Dickstellen 25" bzw. Dünnstellen 24" befindlichen Nachbarsektoren werden unter seitlicher Verschiebung zwischen die durch das Toleranz-Maximum bzw. -Minimum festgelegten Stellen eingeordnet.
Aus Analogie-Betrachtungen ergeben sich folgende -15 Beziehungen:
Folien-Volumen über alle xF Foliensektoren, Länge und Breite = 1
50
(2)
60
5m = mittlere Gesamt-Foliendicke
Xf = Anzahl der Foliensektoren,
Breite eines Sektors = 1
Sx = mittlere Foliendicke des Foliensektors xF &5
Σ xf = χκ
(3)
= korrigierte Breite der Foliensektoren xf
> 1 bei ~s\ > s,„
= 1 bei ί'λ = s,„
< 1 bei 7s; < s„
xK = Anzahl der Korrektursektoren,
Breite eines Sektors = 1
Unter Betrachtung beispielsweise nur der Dünnstellen 24" ergibt sich etwa folgende Arbeitsweise für den partiellen Arbeitsspeicher des Mikroprozessors 21:
5', S sm: Speicher eröffnet
im"-< Sm'- korrigierte Breiten xt „,_,,
gespeichert
Υ,, = min: Sektor b als lagerichtig gespeichert
(nach Abschluß der Speicherung)
~s'i 1.2. j ''' < sm'- korrigierte Breiten xF , , ,
j'. = Sn,: Speicherung Ende.
Für die Dickstellen 25" ergibt sich eine entsprechende Arbeitsweise des Mikroprozessors 21. Dieser ist entsprechend den nachfolgender. Schritten zu programmieren:
Der Mikroprozessor 21 errechnet zunächst die mittlere Foliendicke s\ der Foliensektoren 24', 25'.
Im nächsten Schritt werden die korrigierten Breiten Trder Foliensektoren χ-.rnach der Gleichung (2) gebildet und als Dünnstelle 24" bzw. als Dickstelle 25" aufaddiert.
Die Gesamtsumme der korrigierten Breiten xf die einem 360°-Umfang entsprechen, wird anschließend durch die Anzahl der Korrektursektoren χ κ dividiert.
In dem in den F i g. 3 und 4 dargestellten Beispiel liegt die Dickstelle 25" der Folie lagerichtig zum Korrektursektor 3 und die Dünnstelle lagerichtig zum Korrektursektor 10, die durch Einkreisung hervorgehoben sind.
In den so festgelegten Korrektursektoren λ*(Fig.4) werden neue Teilmittelwerte J", gebildet, die ein Maß für den Korrekturbefehl für die lagerichtig zugeordnete Zentriervorrichtung bzw. die Stellglieder 23' ... 23* darstellen.
Da mit fortschreitender Verbesserung der Dickentoleranzen die ausgeprägten Dickentoleranz-Minima bzw. -Maxima allmählich gegen 0 gebracht werden, ist es vorteilhaft, bei den sich dann ergebenden flacheren Toleranz-Minima und -Maxima diese an sich lagerichtigen Foliensektoren Xf in der Position zu vermitteln und die übrigen Foliensektoren xf unter seitlicher Verschiebung durch den Mikroprozessor 21 einzufügen.
Bei Einstellung des Düsenrings 4 auf gleichmäßige Spaltweite ergeben sich die entstehende Folien-Dickentoleranzen aufgrund unterschiedlicher Schmelzetemperaturen bzw. Schmelzeviskositäten. Dickstellen 25" entstehen in Bereichen mit niedriger Schmelzetemperatur bzw. hoher Viskosität. Dünnstellen 24" entstehen im Bereich hoher Schmelzetemperatur bzw. niedriger Viskosität. Diese unterschiedlichen Viskositäten beeinflussen die Querreck-Verhältnisse an der Folienblase
derart, daß sich die Dünnstcllen 24" aufgrund der niedrigen Viskositäten ungleich stärker ausrecken als die Dickstellen 25", so daß durch die hohen Viskositäten bei Dickstellen 2b" das Ausrecken behindert wird. Diese unterschiedlichen Querreck-Kräfie in den verschiedenen Foliensektoren \f beeinflussen jedoch nicht die vorstehenden volumetrischen Betrachtungen im Foliendickfcm /erlauf. Sie können durch Korrekturfaktoren bei der Ermittlung der korrigierten Breiten *>■ dadurch berücksichtigt werden, daß bei Dickstellen 25" die korrigierte Breite 3> um den Korrekturfakior geringfügig weiterverbreitert und bei Dünnstellen 24" die korrigierte Breite S>-geringfügig weiter reduziert wird.
Als Stellglieder 23'... 23^dCr Korrektursektoren .v* am Düsenring können beispielsweise durch Getriebemotoren betätigte Zentrierschrauben eingesetzt werden, wodurch jedoch konstruktionsbedingt nur eine relativ grobe Einteilung ermöglicht wird. Ferner ist dieses Zetiiriersysiem relativ vetsenieißgeiänruei.
Eleganter ist der Einsatz von Heiz- und/oder Kühlsektoren, die in erheblich engerer Teilung am Umfang des Düsenringes 4 angeordnet werden können. Diese haben den Vorteil, weitgehend verschleißfrei zu arbeiten.
Mit hinreichendem Zentriereffekt kann beispielsweise nur das Prinzip der Sektoienkühlung eingesetzt werden, da hierbei zunächst die Dünnstellen 24" gegen 0 gebracht werden, sich anschließend durch die automatische Regelung der Abzugsgeschwindigkeit (der mittleren Foliendicke) erneute — geringere — Dünnstellen 24" ergeben, die dann wiederum automatisch ausgeregelt werden, da nach diesem Verfahren auch die Dickstellen 25" schrittweise beseitigt werden. Es ist jedoch ebenso möglich, zusätzlich an den Dickstellen 25" die Sektoren-Heizung anzuwenden, wodurch der Toleranz-Ausgleich schneller erreicht wird.
Die Meß- und Regelgenauigkeit wird um so besser, je größer das Verhältnis von Foliensekf.oren xr zu den Korrektursektoren gewählt wird.
Sobald die Dickentoleranzcn gegen 0 gebracht worden sind, verlaufen in dimensionsloser Darstellung die Verbindungslinien 261 ... 26X" zueinander praktisch parallel. In diesem Betriebszustand ist der Einsatz rcVcFSicFcfiucf r\filrigcri-tJ.icrncfiic in ucT υιΰ5ιΟιί6ΓίΰΓιι<ϊ* ge (Blaskopf oder reversierende Abzugsvorrichtung) nicht mehr erforderlich, da die erreichte Wickelqualität für die Weiterverarbeitung der Blasfolie vollkommen ausreichend ist. Auf die übliche manuelle Zentrierung des Düsenrings kann verzichtet werden, so daß dieser fest montiert werden kann.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Regelung der Foliendicke an einer Blasfolien-Extruderanlage mit einem in mit Stellgliedern versehenen Korrektursektoren aufgeteilten Düsenring, wobei der Mengendurchsatz durch die Querschnittsfläche oder die Temperatur des jeweiligen Korrektursektors geändert werden kann und bei dem die Foliendicken über den "> Folienumfang gemessen und entsprechend der Anzahl der Korrektursektoren diesen Foliensektoren zugeordnet werden, dadurch gekennzeichnet, daß Foliensektoren (xf) gleicher Querschnittsfläche gebildet werden, daß der Folien- irsektor (xf) nut einem Dickenmaximum bzw. Dickenminimum zur Bestimmung des diesem zugeordneten Korrektursektors (χκ) am Düsenring (4) als lagerichtig extrudiert angenommen und die folgenden querschnittsflächengleichen Foliensektoren (xij 4er Reihe nach den diesen folgenden Korrektursektoren (χκ) zugeordnet werden und daß die Stellglieder (23' ... 2SN) so lange beaufschlagt werden, bis die Umfangslängen der querschnittsflächengleichen Foliensektoren (xf)gleich lang sind.
Z Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei reversiercndem Folienabzug der als lagerichtig extrudiert angenommene Foliensektor (xf) durch entsprechende Rückdrehung seinem Korrektursektor (xf) am Düsenring (4) zugeordnet wird.
3. Verfahuin nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über d:.e den korrektursektoren (xK) am Düsenring (4) zugeordneten Foliensektoren (xf) Teilmittelwerte (24', 25') gebild 1 werden, die jeweils ein Maß für den Korrekturbefehl für die Stellglieder (23' ... 23"; der Korrektursektoren (xK) am Düsenring (4) darstellen.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Foliensektoren (xf) an der Folienblase ein Mehrfaches, mindestens jedoch ein Vierfaches, der Anzahl der den Korrektursektoren (χκ) am Düsenring (4) zugeordneten Stellglieder (23'... 23") beträgt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur lagerichtigen Zuordnung der gemessenen Foliendickentoleranzen zu den Korrektursektoren (χκ)λπ\ Düsenring (4) an den Stellen des absoluten Dickentoleranz-Minimums bzw. -Maximums die zugehörigen Teil-Mittelwerte (24', 25') je TO zur Hälfte beidseits zugeordnet und die übrigen Teil-Mittelwerte (24', 25') unter seitlicher Verschiebung eingefügt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufarbeitung der Dicken- " meßsignale zur Regelung der Stellglieder (23' ... 23"^ ein Mikroprozessor (21) mit P-I-D-Verhalten vorgesehen ist, dessen Totzeiten und Proportionalbereiche frei wählbar sind.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren gleichwertigen Maxima und/oder Minima der Dickentoleranzen diese an sich lagerichtigen Foliensektoren (xf)\t\ der Position vermittelt und die übrigen unter seitlicher Verschiebung durch den Mikroprozessor (21) eingefügt M werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Dickstellen (25") die korrigierte Breite (xf) um den Korrekturfaktor geringfügig weiter verbreitert und bei Dünnstellen (24") die korrigierte Breite (xf) geringfügig weiter reduziert wird.
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