DE3303766A1

DE3303766A1 - Verfahren und schaltung zum verbrauchsabhaengigen gewichtsdosieren mehrerer komponenten bei der extruderverarbeitung von polymeren

Info

Publication number: DE3303766A1
Application number: DE19833303766
Authority: DE
Inventors: Albert 5600 Wuppertal Schleberger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-02-04
Filing date: 1983-02-04
Publication date: 1984-08-09
Also published as: DE3303766C2

Description

verfahren und Schaltung zur verbrauchsabhängigen Gevichts-
dosieren mehrerer Koxponenten bei der Extruderverarbeitung von Polieren Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltung zum verbrauchsabhängigen Gewichtsdosieren mehrerer Komponenten bei der Extruderverarbeitung von Polymeren.
Bei der Extrusion thermoplastischer Kunststoffe zur Herstellung von Folien, Platten, Profilen usw. wird zunehmend die Technik des Einmischens von Zusatzkomponenten ange wendet. Man versteht hierunter die Einarbeitung von Farbstoffen, Additiven, organischen und nicht organischen Füllstoffen, Verstärkungsstoffen wie Glas- und Kohlefasern, Glaskugeln usw.. Darüber hinaus geht man neuerdings dazu über, durch Zusammenführen unterschiedlicher Polymerrohstoffe, wie z. B. ABS-PVC oder HDPE-LDPE usw., Legierungen herzustellen mit#dem Ziel, die Eingenschaften der auf diesem Wege hergestellten Halbzeuge den qestellten Anforderungen optimal anzupassen.
In allen angesprochenen Fällen kommt es entscheidend darauf an, daß die Rezepturen, die den Mischungen unterlegt sind, mit großer Präzision eingehalten werden, daß demnach die eingesetzten Einzelkomponenten in den zueinander stehenden Gewichtsverhältnissen genau zusammengeführt werden.
Diese Voraussetzung ist über die Prozeßführung der Extrusion nicht zu erfüllen, weil das Förderverhalten der Extruder durch eine Vielzahl von Störgrößen, wie z. 8.
Temperaturänderungen oder Anderungen des Gegendrucks usw., beeinflußt werden kann. Hinzukommen äußere Einflußgrößen, die auf den Extruder einwirken, die hauptsächlich in Schwankungen des Schüttgewichts der dem Extruder zugeführten Polymerrohstoffe zu sehen sind. Hieraus ist ersichtlich, daß die Schneckendrehzahl eines Extruders allein nicht als Leitwert bei hohen Genauigkeitsanforderungen herangezogen werden kann und somit die Herleitung einer entsprechenden Regelgröße nicht möglich ist. Die Folge heraus ist, daß der Extrusion ein getrenntes Mischverfahren zur Herstellung einer Mischung aus den Einzelkompo nenten vorgeschaltet werden muß, wobei die Gefahr besteht, daß bei der Übergabe der Mischung an den Extruder eine Entmischung der Einzelkomponenten stattfindet und auf diesem Wege die gewünschte Konstanz des Mischungsverhältnisses nicht eingehalten werden kann.
Wegen der unvollkommenen Raumerfüllung von Feststoffteilchen besteht kein eindeutiger Zusammenhang zwischen Menge und Volumen eines Stoffes. Man ist deshalb auf Wägungen angewiesen, wobei zwei und mehr gravimetrische Dosiersysteme zu einer Mehrkomponentendosieranlage zusammengefaßt sind.
Bisher bekannte gravimetrische Dosiersysteme arbeiten z. B. chargenweise in Mischerbehälter oder in einen Vorbehälter zur Schneckenpresse, aus dem dann bdarfabhängig entnommen werden kann. Der in der Praxis am meisten bewährte und seit Jahrzehnten eingesetzte gravimetrische Dosierer ist die Dosierbandwaage. Ihre verschiedenen Ausführungen beruhen darauf, daß der Förderstrom über ein Transportband geführt wird, wobei der auf dem Förderband liegende Produktanteil gemessen und gewogen wird. Es ist zu unterscheiden zwischen der geschwindigkeitsgeregelten und der gewichtsgeregelten Dosierbandwaage.
Eine Dosier-Schneckenwaage kann mit Dosierbandwaagen verglichen werden, wobei jedoch das Band durch eine Förderschnecke ersetzt worden ist.
Die Arbeitsweise einer Differentialdosierwaage unterscheidet sich von den Dosierbandwaagen. Sie ist eine subtrahierend arbeitende, kontinuierliche Behälterwaage.
Der Antrieb des Austragsgerätes (Schnecke, Band, Rinne) wird über die Dosierregelung angesteuert, so daß die Entnahmemenge pro Zeiteinheit einer-vorgegebenen Sollwert kurve entspricht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Schaltung zum verbraiischsabhängi'gen Gewichtsdosieren mehrerer Komponenten bei der Extruderverarbeitung von Polymeren zu schaffen, mit deren Hilfe es möglich ist, mindestens zwei Komponenten einer Mischung in einem vorgegebenen, also genau festgelegten Mischungsverhältnis, bei der Extrusion konstant zu halten, unabhängig vom jeweiligen Arbeitspunkt des betreffenden Extruders und unabhängig von Störgrößen beaufschlagungen und Einflußgrößen. Hierzu wird eine Prozeßführung angestrebt, bei welcher das Förderverhalten mindestens eines Extruders in Übereinstimmung mit den darauf abgestimmten Förder- und Wiegeeinrichtungen für die Einzelkomponenten steht.
Ausgehend von einem Verfahren gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1 wird bezüglich des Verfahrens die Aufgabe erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Es ist hierbei unerheblich, ob die einzelnen Mengensträme im Trichter eines Extruders zusammengeführt werden, oder -aber ob die einzelnen Mengenströme unterschiedlichen Stellen einer Extrusionsanlage zugeführt werden, wie es z. B. bei der Herstellung von Legierungen der Fall ist.
Durch die verbrauchsabhängige Gewichtsdosierung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bleiben die Gewichtsan teile der einzelnen Komponenten an der Gesamtmenge des zu verarbeitenden Materials unabhängig vom Arbeitspunkt der Extrusionsanlage sowie unabhängig von Schwankungen stets in dem vorgegebenen Verhältnis konstant.
Nach der erfindungsgemäßen Verfahrensweise läßt sich auch eine Coextrusionsanlage betreiben, bei welcher z.
B. mehrere Extruder in eine Haupt-Komponente eines anderen Extruders hineinfördern oder zufördern. Dabei kann z.
B. mittels einer ständig in Eingriff befindlichen Differentialwaage, bei der die Hauptschnecke der Maschine als verbrauchsabhängiges Dosierorgan wirkt, die Hauptkomponente kontinuierlich erfaßt werden (Gewicht/Zeit). Der so ermittelte Augenblickswert, der z. B. 90 des Gemenges darstellt, ist geeignet, als Leitwert die Zuschlagkomponenten B (z. B. 6 des Gemenges) und C (z. 8. 4 des Gemenges) zu regeln.
Beispielsweise werden die Zusatzkomponenten mittels drehzahlgeregelter Dosier-Schneckenwaagen oder anderer Dosiereinrichtungen direkt in den von der Hauptschnecke erfaßten Massestrom eingeleitet. Da die Hauptkomponente A in dem angenommenen Beispiel kontinuierlichem (Gewicht/Zeit) erfaßt wird, können entsprechend den vorgegebenen Sollwerte die weiteren Zusatzkomponenten B und C ermittelt und über einen Regelkreis die dazugehörigen Dosiereinrichtungen die Dosierschnecken angesteuert werden. Es ist dabei unabhängig, ob die Einzelkomponenten unmittelbar in den Einfülltrichter eines Einzelextruders zugeführt werden, oder aber ob mit den Einzelkomponenten die einzelnen Extruder einer Coextrusionsanlage getrennt beschickt werden. Zum Beispiel lassen sich auf diese Art und Weise Mehrschichtverbundplatten, wie sie z. B. für die Kühlschrankherstellung o. dgl. verwendet werden, sehr genau in ihrer Dicke regeln und auch die Haftvermittler, die zwischen den einzelnen Schichten von Kunststoffplatten eingebracht werden müssen, dickenmäßig mit großer Genauigkeit konstant halten.
Aber auch das Zumischen von Farbstoffen, Additiven, organischen und nicht organischen Füllstoffen, Verstärkungs stoffen wie Glas- und Kohlefasern, Glaskugeln usw., lassen sich durch die verbrauchsabhängige Gewichtsdosierung für jeden Mengenstrom mit großer Genauigkeit konstant halten, so daß die einmal vorgegebene gewichtsprozentualen Verhältnisse, in denen die Zusatzkomponenten zu einem Hauptstrom stehen, unabhängig von Schwankungen in der Beschickung des Extruders oder in dessen Entnahme konstant gehalten werden können.
Bei der Verfahrensweise gemäß Patentanspruch 2 werden die Zusatz-Komponenten errechnet. Dies kann für jeden Augenblick des Prozesses geschehen, so da13 sich eine kontinuierliche Errechnung der Zusatz-Komponenten ergibt, was zweckmäßigerweise in einem Rechner geschieht, so daß die Zusatz-Komponenten nach dem jeweils aktuell errechneten Wert mit ihren vorbestimmten Mengenströmen dem Extrusionsprozeß zugeführt werden.
Was die die Schaltung ansprechende Aufgabe anbelangt, so wird diese durch die in Patentanspruch 3 oder 4 wiedergegebenen Merkmale gelöst.
Hierbei handelt es sich um Schaltungen, die sowohl eine Handsteuerung, als auch eine - vollautomatische - Regelung des Prozesses erlauben. Dies kann z. B. dadurch geschehen, daß nach Anfahren eines Extruders und Erreichen seines Arbeitspunktes die von Hand nachgeführte Dosierung für die Hauptkomponente auf "Regelung" umgeschaltet wird.
Sodann sind die weiteren Dosiereinrichtungen, die zuvor z. 8. über Verhältnissteller auf die gewünschten Sollwerte eingestellt werden, im Eingriff. An dem oder den Verhältnissteller(n) wird also der gewichtsprozentuale Anteil des jeweiligen Mengenstromes für die Zusatz-Komponente am Gesamtgemenge vorgegeben. Von nun an werden die Zusatzkomponenten des Gemisches jeweils im gewählten Verhältnis zur Hauptkomponente dem Dosiertrichter bzw. Extruder o. dgl. zugefördert, unabhängig von Schwankungen in der Entnahme durch den Extruder o. dgl..
In der Zeichnung ist die Erfindung - teils schematisch -an Ausführungsbeispielen veranschaulicht. Es zeigen: Fig. 1 eine Extruderanlage, bei welcher zwei Zusatz-Komponenten in einen Einfülltrichter eines Extruders mit einer Haupt-Komponente zusammengeführt werden; Fig. 2 eine Extruderanlage, bei welcher die Hauptkomponente einem Einfülltrichter eines Extruders zugeführt wird, während zwei Mengenströme von Zusatz-Komponenten dem Extruder zugeführt werden, um beispielsweise Legierungen herzustellen; Fig. 3 einen Regelkreis (Blockschaltbild) für die Ausführungsform nach Fig. 1 oder 2; Fig. 4 ein weiteres (Blockschaltschild) und Fig. 5 ein Diagramm Mit dem Bezugszeichen 1 ist bei sämtlichen Ausführungsformen ein Extruder bezeichnet, der einen Einfülltrichter 2 aufweist, dem ein Dosiergerät 3 zugeordnet ist, das bei den dargestellten Ausführungsformen einen Behälter 4 aufweist, der das in den Einfülltrichter 2 zu fördernde Gut, das die Haupt-Komponente A bildet, beinhaltet. Der Behälter 4 des Dosiergerätes 3 ist an einer Lastmeßdose 5 angeordnet. Das Dosiergerät 3 kann vorliegend als Dosierdifferentialwaage arbeiten. Im Bedarfsfalle sind selbstverständlich auch andere geeignete Dosiergeräte einsetzbar.
Die Bezugszeichen 6 bzw. 7 bezeichnen ebenfalls Dosiergeräte, die gleichfalls je einen Behälter 8 bzw. 9 für das von diesen Dosiergeräten 6, 7 zu fördernde Gut aufweisen, die als Zusatz-Komponenten B und C definiert werden.
Die Behälter 8 bzw. 9 sind jeweils an einer Lastmeßdose 10 bzw. 11 angeordnet, so daß die Dosiergeräte 6 bzw.
7 vorliegend ebenfalls als Dosier-Differentialwaagen arbeiten, die jeweils einer Dosierschnecke 12 bzw. 13 zufördert.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 werden die Zusatz-Komponenten B und C ebenfalls in den Einfülltrichter 2 gefördert, während bei der Ausführungsform nach Fig. 2 lediglich die Hauptkomponente A in den Einfülltrichter 2 und die Zusatz-Komponenten B und C in den Extruder 1 gefördert werden. Mit 14 bzw. 15 sind motorische Antriebe bezeichnet, die ggf. regelbar ausgebildet sind, um die Drehzahlen der Dosierschnecken 12, 13 zu regeln. Auch ein motorischer Antrieb 16 des Extruders 1 kann regelbar ausgebildet sein, um die Förderleistung des Extruders 1 regeln zu können. Des weiteren kann der nicht dargestellte Abzug für das z. 8. langgestreckte Extrudat (Band, Platte, Folie, Schlauch, Kabelmantel o. dgl.) regelbar ausgebildet sein, um die Abzugsgeschwindigkeit regeln zu können.
Außerdem ist mit dem Bezugszeichen 17 in Fig. 3 ein Regler und/oder Rechner bezeichnet.
In Fig. 4 bezeichnen 18 und 19 Regler und/oder Rechner für die Dosiergeräte 6 bzw. 7, während ein Regler und/oder Rechner 20 dem Dosiergerät 3 zugeordnet ist.
Mit 21 und 22 sind Verhältnissteller gekennzeichnet.
In Fig. 5 ist auf der Ordinaten mit dem Buchstaben U die elektrische Spannung und auf der Abszissen mit dem Buchstaben m die Menge bezeichnet. Go ist ein oberer Bezugspunkt und Gu ein unterer Bezugspunkt.
Bei sämtlichen im Rahmen des Erfindungsgedankens (Aufgabe und Lösung) liegenden Ausführungsformen wird die Haupt-Komponente A im Verbrauch (Gewicht/Zeit) erfaßt. Die Zusatz-Komponenten B und C werden in der jeweils gewünschten Menge (Gewicht/Zeit) in Abhängigkeit von dem für die Haupt-Komponente A erfaßten Augenblickswert errechnet und kontinuierlich über geeignete Fördereinrichtungen, vorliegend über die den Dosiergeräten 6 bzw. 7 zugeordneten Dosierschnecken 12 bzw. 13, der Extrusionsanlage zugeführt.
Zu dem in Fig. 3 dargestellten Regelkreis (Blockschaltbild) wird folgendes ausgeführt: Der als Wägebehälter ausgebildete Behälter 4, der zumindest funktionell Teil des Einfülltrichters 2 ist, belastet die Lastmeßdose 5, die unter Last kontinuierlich eine definierte Spannung U abgibt, die ein Maß für das augenblickliche Gewicht des Gutes der Hauptkomponente A darstellt, wobei ein Überlaufen bzw. Unterfüttern des Einfülltrichters 2 durch Einstellung von Go bzw. Guverhindert wird. Zuvor werden die als Sollwert in den Rechner 17 eingegebenen Werte so verarbeitet, daß die Zusatz-Komponenten B und C mittels ihrer Wägebehälter 8 bzw. 9, über die ihnen jeweils zugeordnete Lastmeßdose 10 bzw. 11 jeweils eine definierte Spannung U an den Rechner 13 abgeben und in Abhängigkeit von dem für die Haupt-Komponente A erfaßten Augenblickswert durch den Rechner 17 kontinuierlich automatisch errechnet und kontinuierlich über die in ihrem Förderverhalten mittels der Antriebe 14 bzw. 15 regelbaren Dosiergeräte 6 bzw. 7 der Extruderanlage zuführbar sind.
Was den aus Fig. 4 ersichtlichen Regelkreis anbelangt, so wird dazu folgendes bemerkt: Auch bei dieser Vorrichtung gibt die Lastmeßdose 5 kontinuierlich eine definierte Spannung U ab, die ein Maß für das augenblickliche Gewicht der Einzelkomponenten, vorliegend also der durch das Dosiergerät 3 gelieferten Haupt-Komponente A und der beiden durch die Dosiergeräte 6 und 7 gelieferten Zusatz-Komponenten B und C ist.
Ein Überlaufen oder ein Unterfüttern des Einfülltrichters 2 des Extruders 1 wird ebenfalls durch die elektrischen Begrenzungen Go bzw. Gu vertindert, die frei gewählt werden können. Diese beiden Grenzwerte Go und Gu sind auch für die Ausführungsform in Fig. 5 markiert, wobei auf der Abszisse die Menge m, die dem Einfülltrichter 2 zugeführt wird, aufgetragen ist.
Nach dem Anfahren des Extruders 1 und Erreichen seines aus der Zeichnung nicht erkennbaren Arbeitspunktes, kann die von Hand nachgeführte Dosierung über das Dosiergerät 3 auf "Regelung" umgeschaltet werden.
Danach werden die Verhältnissteller 21 und 22 auf die gewünschten Sollwerte eingestellt. Von nun an werden die Zusatz-Komponenten B und C des Gemisches jeweils im frei vorgewähltem Verhältnis zu der durch das Dosiergerät 3 dem Einfülltrichter 2 zugeförderten Haupt-Komponente A, und zwar unabhängig von Schwankungen in der Entnahme durch den Extruder 1, dem Einfülltrichter 2 zugefördert.
Die in der Beschreibung und in den Patentansprüchen beschriebenen sowie in der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
Bezugszeichenliste 1 Extruder 2 Einfülltrichter 3 Dosiergerät 4 Behälter, Wägebehälter 5 Lastmeßdose 6 Dosiergerät 7 8 Behälter, Wägebehälter 9 10 Lastmeßdose 11 12 Dosierschnecke 13 11 14 Motor 15 16 17 Regler, Rechner 18 19 20 21 Verhältnissteller 22 A Haupt-Komponente B Zusatz-Komponente C t, Go Oberer Punkt Gu Unterer Punkt U Spannung M Menge

Claims

Patentansprüche Verfahren zum verbrauchsabhängigen Gewichtsdosieren mehrerer Komponenten bei der Extruderverarbeitung von Polymeren, dadurch gekennzeichnet, a) daß eine als Haupt-Komponente (A) vorbestimmte Komponente kontinuierlich im Verbrauch (Gewicht/Zeit) erfaßt wird; b) und daß die Zusatz-Komponenten (B, C) in der jeweils gewünschten Menge in Abhängigkeit von dem Augenblickswert der Haupt-Komponente (A) und dem vorbestimmten Gewichts-Mischungs-Verhältnis, in dem die einzelnen Komponenten (A bzw. B, C) (Haupt- und Zusatz-Komponenten) an der Gesamtmischung o. dgl. beteiligt sind, bestimmt werden; c) und daß die so gewichtsmäßig bestimmten Zusatz-Komponenten (B, C) dem Extrusionsprozeß zugeführt werden; d) wobei die Zusatz-Komponenten (B, C) in ihren vorgegebenen, gewichtsmäßigen Anteilen an der Gesamt-Mischung o. dgl. konstant gehalten werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatz-Komponenten (B, C) in ihrem jeweils gewünschten prozentualen Mengenanteil an der Gesamtmenge der Mischung o. dgl. in Abhängigkeit von dem für die Haupt-Komponente (A) erfaßten Augenblickswert automatisch errechnet und kontinuierlich über geeignete Fördereinrichtungen (12, 13) dem Extrusionsprozeß zugeführt werden.
3. Schaltung für eine Extruderanlage zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit mindestens einem, ggf. in seiner Schneckendrehzahl regelbaren Kunststoffextruder, einem dem betreffenden Extruder zugeordneten Wägebehälter und mehreren Wägebehältern für die Zuführung der einzelnen Komponenten in den Extruderprozeß (Haupt- und Zusatzkomponenten), dadurch gekennzeichnet, daß der Einfülltrichter (2) oder ein Teil (4) desselben als Wägebehälter ausgeführt wird und mit einer Lastmeßdose (5) gekoppelt ist, die unter Last kontinuierlich eine definierte Spannung (U) abgibt, die ein Maß für das augenblickliche Gewicht der Hauptkomponente (A) darstellt, wobei ein Überlaufen bzw. Unterfüttern des Einfülltrichters (2) durch frei wählbare elektrische Begrenzungen (G,, Gu) verhinderbar ist, und daß die zuvor als Sollwert in einen Rechner (17) eingegebenen Werte so verarbeitet werden, daß die Zusatzkomponenten (B, C) mittels Wägebehälter (8, 9), die mit Lastmeßdosen (10, 11) gekoppelt sind, erfaßt werden und unter Last eine Spannung (U) an den Rechner (17) abgegeben und in Abhängigkeit von dem für die Hauptkomponente (A) erfaßten Augenblickswert durch den Rechner (17) kontinuierlich automatisch errechnet und kontinuierlich über die in ihrem Förderverhalten mittels der Antriebe (14, 15) regelbaren Dosiergeräte (6, 7) der Extruderanlage (.1) zuführbar sind.
4. Schaltung für eine Extruderanlage zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit mindestens einem, ggf. in seiner Schneckendrehzahl regelbaren Kunststoffextruder, einem dem betreffenden Extruder zugeordneten Wägebehälter und mehreren Dosiergeräten für die Zuführung der einzelnen Komponenten in den Extrusionsprozeß (Haupt- und Zusatz-Komponenten), dadurch gekemnzeichnet, daß der Einfülltrichter (2) oder ein Teil (4) desselben als Wägebehälter ausgeführt und mit einer Lastmeßdose (5) gekoppelt ist, die unter Last kontinuierlich ein definierte Spannung (U) abgibt, die ein Maß für das augenblickliche Gewicht der Einzelkomponenten (B, C) oder des Gemisches aus den Komponenten (Haupt-und Zusatz-Komponenten (A, B, C) darstellt, wobei ein Überlaufen bzw. Unterfüttern des Einfülltrichters (2, 4) durch frei vorwählbare elektrische Begrenzungen (Go, Gu) verhinderbar ist, und daß nach z. B.

von Hand erfolgtem Anfahren des betreffenden Extruders (1) und Erreichen seines Arbeitspunktes die von Hand nachgeführte Dosierung über das Dosiergerät (3) für die Haupt-Komponente (A) auf "Regelung" umschaltbar ist und sodann die weiteren Dosiereinrichtungen (6, 7) für die Zusatz-Komponenten (B, C), die zuvor über mindestens einen Verhältnissteller (21, 22) auf die gewünschten Sollwerte eingestellt wurden, in Eingriff bringbar sind, wonach die Zusatz-Komponenten (B, C) in Abhängigkeit von dem für die Haupt-Komponente (A) erfaßten Augenblickswert durch mindestens einen Rechner (17) kontinuierlich automatisch errechnet und kontinuierlich über die in ihrem Förderverhalten regelbaren Dosiergeräte (6, 7) der Extruderanlage (1) zuförderbar sind.