DE3303014A1 - Verfahren und vorrichtung zur regelung des profils der vor dem ersten walzspalt eines kalanders vorhandenen kunststoffmenge - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur regelung des profils der vor dem ersten walzspalt eines kalanders vorhandenen kunststoffmenge

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DE3303014A1 DE19833303014 DE3303014A DE3303014A1 DE 3303014 A1 DE3303014 A1 DE 3303014A1 DE 19833303014 DE19833303014 DE 19833303014 DE 3303014 A DE3303014 A DE 3303014A DE 3303014 A1 DE3303014 A1 DE 3303014A1
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    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C43/00Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
    • B29C43/22Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor of articles of indefinite length
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    • B29C43/245Adjusting calender parameters, e.g. bank quantity
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C43/00Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
    • B29C43/22Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor of articles of indefinite length
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Description

  • Verfahren und Vorrichtung zur Regelung des Profils der vor dem
  • ersten Walzspalt eines Kalanders vorhandenen Kunststoffmenge Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung des Profils der vor dem ersten Walzspalt eines Kalanders vorhandenen Kunststoffmenge mit einem längs des Einfüllspalts schwenkbaren Tranportband für die Zufuhr von in Form von Brocken oder Streifen angelieferten Kunststoffen.
  • Kunststoffolien, insbesondere aus PVC-Material, wurden bisher bei der Herstellung mittels Kalandern vornehmlich auf Folienplanheit und Folienstärke geregelt. Eine derartige Regelung erfolgt über den letzten Walzspalt des Kalanders.
  • Es ist auch schon vorgeschlagen worden, .an den anderen Walzspalten des Kalanders die Knete hinsichtlich Form und Größe zu regeln. Hierfür wird ein Meßsystem eingesetzt, mit dem die Knetbrei-te.und damit der Vorrat an Kunststoffmaterial.vor dem jeweiligen Walzspalt erfaßt werden kann. Mittels der Dickenregelung und der Knetregelung ist eine weitere hende Automatisierung der Folienerzeugung durch Kalander möglich.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regelung des Profils der vor dem ersten Walzspalt eines Kalanders vorhandenen Kunststoffmenge zu entwickeln.
  • Die Aufgabe wird mit einem längs des Einfüllspalts schwenkbaren Transportband für die Zufuhr von in Form von Brocken angelieferten Kunststoffen dadurch gelöst, daß die Höhe des Profils der Kunststoffmenge über dem Einfüllspalt an festgelegten Stellen längs des Einfüllspalts gemessen wird, daß die Meßwerte einer Filterung mit begrenztem Gedächtnis unterzogen werden und daß die gefilterten Meßwerte in Relation zu der Summe aller Meßwerte als Istwerte des Profils von Einfüllspaltzonen vorgegebener Breite, die den festgelegten Stellen zugeordnet sind, mit für die jeweiligen Einfüllspaltzonen eingestellten Sollwerten zu Regelabweichungssignalen vereinigt werden, von denen die Geschwindigkeit der Transversalbewegung des Transportbands in den Einfüllspaltzonen im Sinne einer Reduzierung der jeweiligen Regelabweichung beeinflußt wird.
  • Mit diesen Maßnahmen wird der Materialfluß zum Kalander geregelt. Der Materialfluß besteht aus den quasikontinuierlich angelieferten Brocken oder Streifen. Die Regelung ist weitgehend unabhängig von dem nachfolgenden Verformungsprozeß und kann deshalb ohne Rückwirkung auf diesen realisiert werden. Eine laufende Beobachtung der Kunststoffmenge vor dem ersten Einfüllspalt und eine manuelle Steuerung der Zufuhr von Kunststoffmaterial ist nicht mehr notwendig. Damit wird auch die Schwierigkeit beseitigt, daß an einigen Stellen längs des Einfüllspalts kein Kunststoffmaterial vorhanden ist und der Kalander damit leer läuft.
  • Ferner wird ein zu hoher Füllstand vermieden, bei dem infolge zu langer Verweilzeit des Kunststoffmaterials vor dem Einfüllspalt ungünstige Einflüsse auf die nachfolgende Bearbeitung ausgeübt werden. Das Profil des Füllstands wird hierbei über die Zeitdauer, die das Transportband für eine Schwenkbewegung benötigt, beeinflußt.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Regelabweichungssignale für die einzelnen Einfüllspaltzonen mit den den Einfüllspaltzonen zugeordneten relativen Transportbandverweilzeiten vereinigt und auf eine vorgegebene Transversalschwenkzeit bezogen werden und daß aus den relativen Verweilzeiten mit den vorgegebenen Einfüllspaltzonenbreiten Absolutwerte der Schwenkgeschwindigkeiten für das Transportband in den Einfüllspaltzonen bestimmt werden, deren Anfang und Ende von einem den Beginn und das Ende der jeweiligen Einfüllspaltzone signalisierenden Transportbandpositionsgeber gesteuert wird. Damit kann der Volumenzustrom zu den Einfüllspaltzonen auf einfache Weise geregelt werden.
  • Vorzugsweise wird die Höhe der Profile mit Ultraschallköpfen gemessen, die in gleichmäßigen Zeitabständen Bündel von hochfrequenten Schallimpulsen aussenden. Mittels Ultraschall läßt sich die Füllhöhe des Kunststoffmaterials in dem Einfüllspalt über Abstandsmessungen feststellen.
  • Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Meßwerte ortsfester Ultraschallköpfe nach der Beziehung H(i) = H(i- 1) + aEh(i) - H(i - 1)7 gefiltert werden, wobei H das Ergebnis der Filterung, h die Laufzeit des Ultraschallechos, a ein Bewertungsfaktor und i die Reihenfolge der Messung bedeuten.
  • Eine weitere zweckmäßige Ausführungsform# besteht darin, daß die Meßwerte von syschron mit dem Transportband transversal bewegten Ultraschallköpfen nach der Beziehung gefiltert werden, wobei H das Ergebnis der Filterung, h die Laufzeit des Ultraschallechos, a ein Bewertungsfaktor, i die Reihenfolge der Messung und t (i) 1 tz das Verhältnis zwischen der bis zur Messung verstreichenden Zeit und der Gesamtzeit der transversalen Transportbandbewegung bedeuten.
  • Die vorstehend beschriebenen Maßnahmen beruhen auf der Erkenntnis, daß die Meßsignale der Ultraschallköpfe wegen der schnellen Änderungen der Füllstandshöhen durch die Bewegung der Kunststoffbrocken nicht direkt als Istwerte der Regelgröße geeignet sind. Die Meßwerte müssen erst nach der oben angegebenen Beziehung gefiltert werden, wobei diejenigen Werte, die bei Nichterkennung von Ultraschallechos auftreten, aussortiert werden.
  • Vorzugsweise wird der arithmetische Mittelwert der Summe der Meßwerte mit einem Füllhöhensollwert zu einem Regelabweichungssignal vereinigt, mit dem die Drehzahl eines Kunststoffbrocken erzeugenden Kneters im Sinne einer Verminderung der Regelabweichung beeinflußt wird. über die vorstehend erläuterte Regelung wird die Höhe des Profils auf einem einstellbaren Wert gehalten.
  • Eine Vorrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens besteht darin, daß Ultraschallköpfe für die Messung der Profilhöhen vorgesehen sind, daß die Ausgänge der Ultraschallköpfe an Abtast- und Halteschaltungen angeschlossen sind, an die ein Prozessor angeschlossen ist, der Eingabeelemente für Sollwerte enthält, und daß ein Ausgang des Prozessors mit einem Gleichstrommotor verbunden ist, der das Transportband transversal antreibt, das einen Positionsgeber für die Transversalbewegung aufweist, der mit einem Eingang des Prozessors verbunden ist.
  • Ausgestaltungen und Weiterbildungen der vorstehend erläuterten Vorrichtung sind in den Ansprüchen 8 bis 11 beschrieben.
  • Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben, aus dem sich weitere Merkmale sowie Vorteile ergeben.
  • Es zeigen Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines Kneters, dem ein transversal schwenkbares Transportband nachgeschaltet ist, Figur 2 eine Seitenansicht eines von dem Transportband gemäß Figur 1 mit Kunststoffbrocken gespeisten Kalanders im Schema, Figur 3 eine perspektivische Ansicht eines schwenkbaren Transportbandes mit einem Ultraschallkopf, Figur 4 eine Ansicht von vorne einer Kalanderwalze, über der Ultraschallköpfe angeordnet sind, Figur 5 eine schematische Ansicht eines schwenkbaren Transportbandes mit einem Ultraschallkopf und einer Kalanderwalze, an der ein Ultraschallkopf ortsfest angeordnet ist, Figur 6 ein Diagramm der Schwenkzeit des Transportbandes in Abhängigkeit von der Position des Transportbandes, Figur 7 ein Blockschaltbild eines Regelkreises zur Regelung des Profils vor dem Einfüllspalt eines Kalanders vorhandenen Kunststoffmenge.
  • Eine Vorrichtung zur Regelung des Profils der ~vor dem ersten Walzspalt eines Kalanders vorhandenen Kunststoffmenge enthält ein transversal verschiebbares Transportband 1, das von einem Kneter 2 mit Kunststoffbrocken 8 beschickt wird. Der Kunststoff, PVC-Material, das mit dem Kalander zu einer Folie verarbeitet werden soll, wird als Pulver angeliefert und in den Trichter 4 des Kneters gefüllt. über eine nicht dargestellte Stopfschnecke wird das Kunststoffpulver dem Kneter 2 zugeführt. Die Drehzahl der Stopfschnecke ist an die Drehzahl des Kneters 2 gekoppelt.
  • Zur Erhöhung und Verminderung der Schneckendrehzahl des Kneters 2 können zwei Relais verwendet werden. Hiermit wird die Durchsatzmenge festgelegt. Das aus dem Kneter 2 kontinuierlich austretende Material wird durch ein pneumatisch bewegtes, nicht dargestelltes Messer abgeschert und fällt dann auf das über den Einfüllspalt zweier Kalanderwalzen 5, 6 traversierende Schwenkband, von welchem es nach Passieren eines Metallsuchdetektors 7 über den Einfüllspalt verteilt wird. Das Schwenkband wird durch einen Gleichstrommotor transversal bewegt, wobei mechanisch eine.Schwenkbreite eingestellt werden kann. Das Profil des Füllstandes kann über die Zeitdauer, welche das Band an den Umkehrpunkten durch Abschalten des Schwenkmotors verharrt, beeinflußt werden. Die Füllbreite wird zusätzlich durch einstellbare Einfüllbacken am Spalt eingestellt, damit über das Transportband 1 eingeworfene Brocken 8 nicht über eine bestimmte Spaltlänge hinaus gelangen können.
  • Es beeinflussen mehrere Parameter die Materialmenge und seine Verteilung, nämlich - Kneter- und Stopfschneckendrehzahl, - Schwenkbreite, - Stillstandszeiten an den Umkehrpunkten, - Position der Einfüllbacken.
  • Bei niedrigem Füllstand besteht die Gefahr des Leerlaufens an einer Stelle, insbesondere da-durch den über Rutschen zugeführten Heißbeschnitt häufig die einzelnen Brocken 8 zu einem großen Stück zusammengeklebt werden, welches schlechter als kleine Brocken eingezogen wird.
  • Bei hohem Füllstand hingegen kühlt zum einen das Material zu sehr aus, bis es eingezogen wird, zum anderen können vereinzelte Brocken das Fell an der einen Walze 5 berühren bzw. verkratzen und sogar bei Festkleben in den Walzspalt gezogen werden. Dadurch-können Inhomogenitäten in dem Endprodukt auftreten.
  • Um von der laufenden Beobachtung und der manuellen Bedienung unabhängig zu werden, wird der vorstehend beschriebene Teil des Materialflusses über eine Regelung automatisiert, welche den Füllstand und sein Profil über den Einfüllspalt konstant hält. Da die Materialmenge nicht durch Beeinflussung der Produktionsgeschwindigkeit, sondern über den Kneter eingestellt wird, kann dieses Vorhaben unabhängig von der Einstellung des Kalanders erfolgen.
  • Es ist zweckmäßig, einen Ultraschallkopf 9 am schwenkbaren Transportband 1 zu befestigen. Eine entsprechende Anordnung ist in Figur 3 dargestellt. Das Transportband 1 enthält einen Tragrahmen 10,nahe an dessen vorderem Ende 11 eine Brücke 12 befestigt ist. In der Mitte der Brücke 12 ist ein Rohr 13 befestigt, das an seinem einen Ende 14 mit dem Ultraschallkopf 9 verbunden ist. Das andere Ende 15 des Rohres 13 ist gekrümmt. In dem Rohr 13 wird der vom Ultraschallkopf 9 erzeugte Schall bis nahe an den Walzspalt zwischen den Walzen 5 und 6 geleitet.
  • Das Rohr 13 hat eine glatte Innenwand. Der Radius des gekrümmten Endes 15 ist an die vom Ultraschallkopf 9 erzeugte Schallfrequenz angepaßt.
  • Vorzugsweise wird ein Ultraschallkopf 9 mit einem Durchmesser von 35 mm verwendet, der mit einem Rohr von 39 bis 70 mm Innendurchmesser verbunden ist. Die Schallfrequenz beträgt vorzugsweise 44 bis 150 kHz bei einer einstellbaren Wiederholrate zwischen 30 und 100 Hz. Es ist günstig, den Abstand zwischen Ultraschallkopf 9 und der maximal erreichbaren Höhe des Füllstands auf mindestens 60 cm einzustellen.
  • Bei der in Figur 4 dargestellten Anordnung sind vier ortsfeste Ultraschallköpfe 16, 17, 18, 19 in gleichem Abstand nebeneinander längs des Einfüllspalts der Kalanderwalzen 5, 6 angeordnet. Der Einfüllspalt 20 ist in Figur 2 dargestellt. Der Einfüllspalt 20 ist durch zwei seitseitliche Backen 21,22 begrenzt, die verstellbar angeordnet sind. Jedem Ultraschallkopf 16, 17, 18, 19 ist eine Zone A, B, C, D in Längsrichtung des Einfüllspalts 20 zugeordnet. Das Profil des im Einfüllspalt 20 vorhandenen Kunststoffs 23 ist in Figur 5 mit 24 bezeichnet. Mit den Ultraschallköpfen 16 bis 19 wird die Füllhöhe längs des Einfüllspalts 20 lückenlos erfaßt.
  • Die Zahl der Meßköpfe, die für eine lückenlose Erfassung des Profils 24 längs des Einfüllspalts 20 erforderlich ist, kann gegenüber der in Figur 4 gezeigten Anordnung noch vermindert werden.
  • Eine entsprechende Anordnung ist in Figur 5 dargestellt, bei der ein Ultraschallkopf 25 an einer Seite des Einfüllspalts ortsfest und ein Ultraschallkopf 26 an der Seite des Transportbands 1 angeordnet sind.
  • Auf diese Weise lassen sich auch die Grenzen des Einfüllspalts 20 an den Backen 21,22 überwachen. Die Wiederholrate der Ultraschallwellen ist dabei an die Traversierzeit des Transportbandes 1 anzupassen.
  • Wenn durch den Traversiervorgang der Einfüllspalt nicht laufend überwacht wird, wird die Schwenkzeit dem Materialfluß angepaßt, da Messung und Füllung des Walzspaltes gekoppelt sind. Falls eine solche Anpassung nicht erwünscht ist, ist der Einsatz mehrerer feststehender Einzelköpfe von der Dynamik des Meßsystems wie auch wegen der Entkopplung von Messung und Zuführung zu bevorzugen.
  • Die Nachteile einer Handsteuerung des Materialzuflusses zum ersten Walzspalt des Kalanders können vermieden werden, indem der Füllstand und sein Profil 24 längs des Einfüllspaltes 20 geregelt werden. Voraussetzung hierfür ist die Erfassung des Füllstandes mit Hilfe der bereits erläuterten Ultraschallköpfe.
  • Wegen der schnellen Änderungen durch die Bewegung der Brocken 8 im Einfüllspalt 20 können die Meßsignale der Ultraschallköpfe 9, 16 bis 19, 25 und 26 nicht direkt für die Regelung verwendet werden. Die aufgenommenen Meßwerte werden deshalb mit einem digitalen Tiefpaßfilter verarbeitet, wobei auch der Wert, der bei Nichterkennen des Echos ausgegeben wird, aussortiert wird.
  • Für einen feststehenden oder einen traversierenden Ultraschallkopf müssen unterschiedliche Filterungen eingesetzt werden.
  • Im folgenden Beispiel soll die komplexeste Anordnung diskutiert werden, nämlich der Einsatz von zwei feststehenden und einem traversierenden Meßkopf. Der Einfüllspalt wird in die vier Zonen A, B? C und D eingeteilt, wobei wegen des höheren Materialabflusses die Randzonen A, D eine geringere Breite als die Mittelzonen B, C aufweisen können. Aus der Figur 6 wird die unterschiedliche Anzahl von Meßwerten, die pro Zone für die Filterung zur Verfügung stehen, deutlich.
  • In der Figur 6 ist die Dauer der Schwenkzeit in Abhängigkeit von der Position des Transportbands 1 in den einzelnen Einfüllspaltzonen A, B, C, D dargestellt. Auf dem Kurvenzug sind die Zeitpunkte markiert, zu denen eine Messung.stattfindet. Hieraus ist die unterschiedliche Anzahl von Meßwerten je Zone deutlich zu erkennen.
  • Die aufgenommenen Meßwerte'werden digital gefiltert. Es wird eine Tiefpaßfilterung durchgeführt. Die Tiefpaßfilterung für die feststehenden Schallköpfe 16 bis 19 und 25 erfolgt durch eine Mittelwertbildung mit begrenztem Gedächtnis, um die Meßwerte der vorherigen Traversierung berücksichtigen zu können. Es wird laufend ein Wert H (i) am Filterausgang zur Verfügung gestellt, der sich aus dem vorherigen Ausgangswert H (i - 1) und der gewichteten Differenz zu den aktuellen Meßwerten h(i) errechnet.
  • H (i) = H (i - 1) + a x gh(i) - H (i Bei den traversierenden Schallköpfen 9 und 26 müssen die Meßwerte, welche entsprechend der Wiederholrate der Schallimpulse in gleichmäßigen Zeitintervallen, beispielsweise mit 10 Hz, geliefert werden, in Abhängigkeit von der Schwenkbandposition den einzelnen Zonen zugeordnet werden. Je nach der Schwenkgeschwindigkeit stehen daher unterschiedlich viele Meßwerte pro Zone zur Verfügung.
  • Bei jeder Schwenkung wird nun nach dem überfahren einer Zone A, B, C, D aus den aufgenommenen Meßwerten der arithmetische Mittelwert h(i) gebildet. Dieser Wert wird nun wieder digital gefiltert, wobei auch der vorherige gefilterte Wert H (i) = H (i - 1) berücksichtigt wird.
  • Außerdem geht neben einer Filterkonstante a das Verhältnis der Zonenverweilzeit t (i) zu der gesamten Schwenkzeit t in die Rechnung mit ein. Dadurch kann eine Anpassung an die unterschiedlichen Aufenthaltsdauern pro Zone A, B, C, D und den entsprechenden Volumenzustrom erreicht werden.
  • Die Figur 7 zeigt ein Blockschaltbiid eines Regelkreises zur Regelung des Profils 24 der im Einfüllspalt 20 eines Kalanders vorhandenen Kunststoffmenge 23. Der Einfüllspalt 20 ist dabei in die vier Zonen A, B, C, D eingeteilt.
  • Die Position des Transportbandes 1 wird über einen induktiven Wegaufnehmer erfaßt. Entsprechend der Stellung der Einfüllbacken, welche mit Hilfe potentiometrischer Drehgeber gemessen werden kann, ist der Umkehr punkt des Schwenkbandes definiert und kann in der Drehzahlregelung des Antriebes berücksichtigt werden. Um einen Handbetrieb weiterhin zu ermöglichen; müssen diese Umkehrpunkte unabhängig vom Regelungssystem zusätzlich über Endschalter erkannt werden können.
  • Ziel der Regelung ist es zum einen, den vorgegebenen Sollfüllstand einzuhalten, zum anderen, das zugeführte-Material gleichmäßig über den gesamten Walzspalt zu verteilen. Die Regelstrecke 27 wird vom Transportband 1 nebst dem Antriebsmotor und dem Einfüllspalt 20 gebildet.
  • Als Stellgrößen werden ein Drehzahlsteuersignal ns und der Volumenzustrom V über das Transportband 1 verwendet. Die Regelgröße ist das Profil 24, das durch die Ultraschallköpfe 9 bzw. 16 bis 19 bzw. 25, 26 erfaßt wird. Für den Fall der Einteilung in die vier Zonen A, B, C, D * * * * werden vier Meßwerte h1 , h2 , h3 , h4 z. B. von den Ultraschallköpfen 16 bis 19 erzeugt. Die Meßwerte h1 bis h4 werden durch ein digitales Filter 28 in die absoluten Füllhöhensignale h1, h2,h3, h4 umgewandelt. in einer Umwandlungsschaltung 29 werden einerseits der Mittelwert der Summe der absoluten Füllhöhen gebildet und andererseits an Hand dieses Mittelwerts relative Füllhöhen hl rel' h2rel> h3 rel und h4 rel gebildet. Die relativen Füllhöhen h1rel bis h4rel werden in Summenstellen 30 mit Sollfüllhöhen verglichen. Die Ergebnisse des Vergleichs werden als Regelabweichungen einem Füllstandsprofilregler 31 zugeführt, dessen Ausgangssignale mit Anfangswerten tirel 0 für die Verweildauern des Transportbands 1 in den Zonen A, B, C und D vereinigt werden. Das Ergebnis wird in einem Schwellenwertvergleicher 32 mit vorgegebenen Stellgrößenbeschränkungen verglichen. Der Vergleich 32 gibt vier relative Zonenverweilzeiten rel' t2rels t3rel und t4rel an eine Umwandlungsschaltung 33 aus, der noch ein Wert t#für die Gesamtschwenkzeit des Transportband 1 zugeführt wird. Die Umwandlungsschaltung 33 bildet absolute Verweilzeiten t1, t2, t3, t4 für die vier Zonen A, B, C, D aus, die mit den Zonenbreiten b1, b2, b3, b4 in einer Rechenanordnung 34 zu absoluten Schwenkgeschwindigkeitswerte V4I für die Zonen A, B, C, D umgerechnet werden.
  • In einer Schwenkbandansteueranordnung 35 werden die Geschwindigkeitswerte t! 3t, I##, I\/31> 1241 mit dem von einem Transportbandpositionsgeber 36 erzeugten Signal zu dem Drehzahlsteuersignal ns verarbeitet.
  • Das Drehzahlsteuersignal gibt zugleich die Drehrichtung für den Antriebsmotor des Transportbands 1 an.
  • Der Mittelwert der Summe der absoluten Füllhöhen wird einer weiteren Summierstelle 37 zugeführt, der als Sollwert ein mittlerer Füllhöhenwert vorgegeben wird. Die Summierstelle 37 erzeugt ein Regelabweichungssignal, das einem Regler 38 zugeführt wird, der als Stellgrößen die Stopfschneckendrehzahl uSR und die Kneterdrehzahl nK ausgibt. Regelstrecke ist der Kneter und das Transportband, mit denen ein Volumenstrom gebildet wird, der der Kneterdrehzahl proprotional ist. Die Regelstrecke hat deshalb das in Figur 7 mit 39 bezeichnete Proportionalverhalten und ein mit 40 bezeichnetes Totzeitverhalten, das von der Transportgeschwindigkeit der Bahn 1 abhängt.
  • Da das Transportband 1 den traversierenden Ultraschallkopf 9 bzw. 26 tragen soll, wird eine feste Gesamtschwenkzeit tr, für einen Schwenkvorgang vorgegeben, um zu gewährleisten, daß spätestens nach dieser Zeit jeweils neue Meßwerte vorliegen. Diese Gesamtzeit wird in die einzelnen Zonenverweilzeiten ti aufgeteilt. Am Ende einer Traversierung werden aus dem durch die Messung gewonnenen Profil die Verweilzeiten des nächsten Schwenkvorgangs bestimmt.
  • Die gefilterten absoluten Füllstandswerte hi werden für zwei Regelkreise, Füllhöhensollwert und Sollprofil weiter aufbereitet.
  • Für die Füllhöhenregelung wird als Regelgröße ein Mittelwert hz der einzelnen Zonenfüllstandswerte gebildet und mit dem Sollwert verglichen. Abhängig von der Regelabweichung wird die Kneterdrehzahl sowie, falls erforderlich, die Stopfschneckendrehzahl verändert.
  • Dadurch wird der Volumenzustrom und nach einer entsprechenden Transporttotzeit der Füllstand im Walzspalt beeinflußt. Die Struktur des Füllhöhenregelkreises erfordert wegen der langen Totzeit den Einsatz eines Pl-Reglers zur Ansteuerung des Kneters und der Stopfschnecke.
  • Zur Regelung des Füllstandprofils werden die Zonenfüllstandswerte auf den Mittelwert h# bezogen und so relative Größen hi rel geschaffen, die unabhängig vom absoluten Füllstand sind. Diese prozentualen Werte können mit einem Sollwert verglichen werden, z. B. bei Gleichverteilung.
  • hi, soll = 25% (i= 1, 2, 3, 4); Als Füllstandsprofilregler werden vier Proportionalregler mit gleichem Verstärkungsfaktor verwendet: ast~, rel = k . hi, d wobei nt rel die Änderung der relativen Zonenverweilzeit ti rel 1, k die Reglerverstärkung und hi, d die Zonenregelabweichung ist.
  • Hieraus wird unter Berücksichtigung der Anfangswerte ti, rel, 0 und der Schwenkzeit t y die Verweilzeit ti für die jeweiligen Zonen errechnet. Aus der Zonenbreite, die sich aus dem Abstand der Einfüllbacken ergibt, wird nun die erforderliche Schwenkgeschwindigkeit bestimmt, da jede Zone mit konstanter Geschwindigkeit durchfahren werden soll und daraus ein entsprechender Drehzahlsollwert für den Schwenkantrieb bereitgestellt wird. Beim überschreiten der Zonengrenze wird diese errechnete Zonendrehzahl n5, ì vorgegeben. Die jeweilige Position des Bandes wird hierbei durch einen induktiven Weggeber erfaßt.
  • Die Abweichungen ergeben sich aus der Dynamik des Bandes und sind abhängig von seinem Trägheitsmoment und der Leistung des Antriebes.
  • Für einen optimalen Regelungsbetrieb wird die Schwenkzeit entsprechend dem Materialfluß automatisch eingestellt werden.
  • Bei Reduzierung der Kneterdrehzahl verringert sich der Materialdurchfluß,und damit wird auch der Abstand zwischen den Brocken größer, da die Geschwindigkeit des Transportbandes konstant ist. Zur gleichmäßigen Befüllung des ersten Walzspaltes ist dann auch die Schwenkgeschwindigkeit zu erniedrigen. Eine entsprechende Anpassung von Kneterdrehzahl, d. h. Dichte der Kunststoffbrocken auf dem Transportband, an die Schwenkzeit kann mit einer linearen Kennlinie erfolgen, deren Grenzen empirisch ermittel werden.
  • Analog kann auch der Zusammenhang zwischen Kneter- und Stopfschneckendrehzahl behandelt werden.
  • Wenn die Materialmenge nicht laufend verändert werden soll, d. h.
  • Kneter und Stopfschnecke nach jedem Traversiervorgang verstellt werden sollen, wird die Regelung deren Drehzahl erst bei Überschreiten bestimmter eingegebener Intervallgrenzen verändern. Die Füllhöhenprofilregelung jedoch paßt laufend die einzelnen Zonenverweilzeiten entsprechend den Meßwerten an, in denen die Werte der vorherigen Traversierung berücksichtigt ist.
  • Die Ausgänge der Ultraschallköpfe 9, 16 bis 19 und 25, 26 sind mit nicht dargestellten Abtast- und Halteschaltungen verbunden, den A/D-Wandler nachgeschaltet sind, an die ein Prozessor angeschlossen ist, der die Filterung, die Bestimmung relativer Füllhöhen h1 rel...
  • h rel die Bildung der Regelabweichungen, die Bestimmung der relativen und der absoluten Verweilzeiten sowie die Berechnung der Schwenkbandgeschwindigkeiten und der Drehzahlwerte ausführt.
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Claims (15)

  1. Verfahren und Vorrichtung zur Regelung des Profils der vor dem ersten Walzspalt eines Kalanders vorhandenen Kunststoffmenge S Verfahren zur Regelung des Profils der vor dem ersten Walzspalt eines Kalanders vorhandenen Kunststoffmenge mit einem längs des Walzspalts schwenkbaren Transportband für die Zufuhr von in Form von Streifen oder Brocken angelieferten Kunststoffen, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Profils (24) der Kunststoffmenge über dem Walzspalt an festgelegten Stellen längs des Einfüllspalts (20) gemessen wird, daß die Meßwerte einer Filterung mit begrenztem Gedächtnis unterzogen werden und daß die gefilterten Meßwerte in Relation zu der Summe aller Meßwerte als Istwerte des Profils (24) von Einfüllspaltzonen (A, B, C, D) vorgegebener Breite, die den festgelegten Stellen zugeordnet sind, mit für die jeweiligen Einfüllspaltzonen (A, B, C, D) eingestellten Sollwerten zu Regelabweichungssignalen vereinigt werden, von denen die Geschwindigkeit der Transversalbewegung des Transportbands (1) in den Einfüllspaltzonen (A, B, C, D) im Sinne einer Reduzierung der jeweiligen Regelabweichung beeinflußt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelabweichungssignale für die einzelnen Einfüllspaltzonen (A, B, C, D) mit den den Einfüllspaltzonen zugeordneten relativen Transportbandverweilzeiten vereinigt und auf eine vorgegebene Transversalschwenkzeit bezogen werden und daß aus den relativen Verweilzeiten mit den vorgegebenen Einfüllspaltzonenbreiten Absolutwerte der Schwenkgeschwindigkeiten für das Transportband (1) in den Einfüllspaltzonen bestimmt werden, deren Anfang und Ende von einem den Beginn und das Ende der jeweiligen Einfüllspaltzone signalisierenden Transportbandpositionsgeber (36) gesteuert wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Profils (24) in den jeweiligen Einfüllspaltzonen mittels Ultraschallköpfen (9, 16 - 19, 25, 26) über die Schallaufzeiten gemessen wird, wobei in gleichmäßigen Zeitabständen Bündel von hochfrequenten Schall impulsen ausgesendet und die Laufzeiten der Echosignale als Meßwerte verwendet werden.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e. k e n n z e i c h n e t daß die Meßwerte ortsfester Ultraschallköpfe (16 - 19, 25) nach der Beziehung H(i)= H(i -1) + arh(i) - H(i- 1)1 gefiltert werden, wobei H das Ergebnis der Filterung, h die Laufzeit des Ultraschallechos, a ein Bewertungsfaktor und i die Reihenfolge der Messung bedeuten.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerte von synchron mit dem Transportband tranversal bewegten Ultraschallköpfen (9, 26) nach der Beziehung gefiltert werden, wobei H das Ergebnis der Filterung, h die Laufzeit des Ultraschallechols, a ein Bewertungsfaktor, i die Reihenfolge der Messung und t(i)1t das Verhältnis zwischen der bis zur Messung verstreichenden Zeit und der Gesamtze-it der transversalen Transportbandbewegung bedeuten.
  6. 6. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der arithmetische Mittelwert der Summe der Meßwerte mit einem Füllhöhensollwert zu einem Regelabweichungssignal vereinigt wird, mit dem die Drehzahl eines Kunststoffbrocken erzeugenden Kneters (2) im Sinne einer Verminderung der Regelabweichung beeinflußt wird.
  7. 7. Vorrichtung mit einem transversal längs des ersten Walzspalts eines Kalanders schwenkbaren Transportband für die Zufuhr von in Form von Brocken angelieferten Kunststoffen zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Ultraschallköpfe (9, 16 - 19, 25,26) für die Messung der Profilhöhen (24) vorgesehen sind, daß die Ausgänge der Ultraschallköpfe (9, 16 - 19, 25, 26) an Abtast- und Halteschaltungen angeschlossen sind, an die ein Prozessor angeschlossen ist, der Eingabeelemente für Sollwerte enthält, und daß ein Ausgang des Prozessors mit einem Gleichstrommotor verbunden ist, der das Transportband (1) transversal antreibt, das einen Positionsgeber (36) für die Transversalbewegung aufweist, der mit einem Eingang des Prozessors verbunden ist.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß längs des Einfüllspalts (20) Ultraschallköpfe (16 - 19) in gleichem mäßigem Abstand voneinander angeordnet sind und daß die Länge des Einfüllspalts (20) durch Einfüllbacken (21, 22) begrenzt ist.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß auf dem Transportband (1) ein Ultraschallkopf (9, 26) befestigt ist und daß die Länge des Einfüllspafts 620) durch Einfüllbacken (21, 22) begrenzt ist.
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ultraschallkopf (25) ortsfest an einem Ende des Einfüllspalts und ein zweiter Ultraschallkopf (26) mit dem Transportband (1) transversal bewegbar angeordnet ist.
  11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kneter (27), der von einer Stopfschnecke gespeist wird, an seinem Ausgang ein rotierendes Messer aufweist und daß die vom Messer abgetrennten Kunststoffbrocken (8) dem Transportband (2) zugeführt werden.
  12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallköpfe (9, 16 - 19, 25, 16) im Abstand vom Walzspalt angeordnet sind und daß zwischen den Ultraschallköpfen (9, 16 -19, 25, 26) und dem Einfüllspalt (20) jeweils Rohre (13) zur Schalleitung angeordnet sind.
  13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Ultraschallköpfe (9, 16 - 19, 25, 26) mit einem Durchmesser von 35 mm verwendet werden, die an Rohre (13) von 39 bis 70 mm Lnnendurchmesser angeschlossen sind.
  14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallfrequenz zwischen 44 und 150 kHz liegt und eine Wiederholrate von 30 bis 100 Hz eingestellt ist.
  15. 15. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder einem der folgenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c'h n e t, daß der Abstand der Ultraschallköpfe von der höchsten Füllhöhe im Einfüllspalt (20) mindestens 60 cm beträgt.
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