DE3303766C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum verbrauchsabhängigen
Dosieren mehrerer Komponenten bei der Extruderverarbeitung
von Polymeren, bei dem eine als Haupt-Komponente vorbestimmte
Komponente kontinuierlich im Verbrauch (Gewicht/Zeit) erfaßt
wird, die Zusatz-Komponenten in Abhängigkeit von den ge
messenen Verbrauchswerten der Hauptkomponente und dem vor
bestimmten prozentualen Gewichts-Mischungs-Verhältnis in
gewichtsmäßigen Anteilen kontinuierlich bestimmt werden und
die so bestimmten Komponenten dem Extrusionsprozeß zugeführt
werden.
Bei der Extrusion thermoplastischer Kunststoffe zur Her
stellung von Folien, Platten, Profilen usw. wird zunehmend
die Technik des Einmischens von Zusatzkomponenten ange
wendet. Man versteht hierunter die Einarbeitung von Farb
stoffen, Additiven, organischen und nicht organischen Füll
stoffen, Verstärkungsstoffen wie Glas- und Kohlefasern,
Glaskugeln usw. Darüber hinaus geht man neuerdings dazu
über, durch Zusammenführen unterschiedlicher Polymerroh
stoffe, wie z. B. ABS-PVC oder HDPE-LDPE usw., Legierungen
herzustellen mit dem Ziel, die Eigenschaften der auf diesem
Wege hergestellten Halbzeuge den gestellten 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 Extru
sion nicht zu erfüllen, weil das Förderverhalten der Extruder
durch eine Vielzahl von Störgrößen, wie z. B. Temperatur
änderungen oder Änderungen des Gegendrucks usw., beeinflußt
werden kann. Hinzu kommen äußere Einflußgrößen, die auf den
Extruder einwirken, die hauptsächlich in Schwankungen des
Schüttgewichts der dem Extruder zugeführten Polymerroh
stoffe 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 hieraus ist, daß der Extrusion
ein getrenntes Mischverfahren zur Herstellung einer Mischung
aus den Einzelkomponenten vorgeschaltet werden muß, wobei
die Gefahr besteht, daß bei der Übergabe der Mischung an
den Extruder eine Entmischung der Einzelkomponenten statt
findet und auf diesem Wege die gewünschte Konstanz des
Mischungsverhältnisses nicht eingehalten werden kann.
Wegen der unvollkommenen Raumerfüllung von Feststoff
teilchen besteht ein 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 Mischbehälter oder in einen Vorbehälter
zur Schneckenpresse, aus dem dann bedarfsabhängig entnommen
werden kann. Der in der Praxis am meisten bewährte und seit
Jahrzehnten eingesetzte gravimetrische Dosierer ist die Dosier
bandwaage. 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 ge
schwindigkeitsgeregelten und der gewichtsgeregelten Dosier
bandwaage.
Eine Dosier-Schneckenwaage kann mit Dosierbandwaagen ver
glichen werden, wobei jedoch das Band durch eine Förder
schnecke ersetzt worden ist.
Die Arbeitsweise einer Differentialdosierwaage unter
scheidet sich von den Dosierbandwaagen. Sie ist eine sub
trahierend arbeitende, kontinuierliche Behälterwaage.
Der Antrieb des Austragsgerätes (Schnecke, Band, Rinne) wird
über die Dosierregelung angesteuert, so daß die Entnahmemenge
pro Zeiteinheit einer vorgegebenen Sollwertkurve entspricht.
Aus Z.: Kunstoffberater, 9/1975, Seiten 504 und 505, ist ein
Verfahren zum verbrauchabhängigen Dosieren mehrerer Komponenten
bei der Extruderverarbeitung von mehreren Polymeren vorbe
kannt. Bei dem vorbekannten Verfahren wird eine als Haupt-
Komponente vorbestimmte Komponente kontinuierlich im Verbrauch
(Gewicht/Zeit) erfaßt. Zusatz-Komponenten werden in Abhängig
keit von den gemessenen Verbrauchswerten der Haupt-Komponente
und dem vorbestimmten prozentualen Gewichts-Mischungs-
Verhältnis in gewichtsmäßigen Anteilen kontinuierlich bestimmt.
Die so bestimmten Komponenten werden dem Extrusionsprozeß
zugeführt. Dieses Verfahren arbeitet nur ungenau, so daß
es den heutigen Qualitätsanforderungen nicht mehr genügt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zum gebrauchsabhängigen Dosieren mehrerer
Komponenten bei der Extruderverarbeitung von Polymeren
der eingangs genannten Art zu schaffen, mit deren Hilfe eine
wesentliche größere Genauigkeit des Mischungsverhältnisses
über die Zeit erreicht werden kann, und zwar unabhängig vom
jeweiligen Arbeitspunkt des betreffenden Extruders und
unabhängig von Störgrößen, Beaufschlagungen und Einflußgrößen.
Ausgehend von einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruches 1 wird diese Aufgabe durch die kennzeich
nenden Merkmale dieses Anspruches gelöst.
Es ist hierbei unerheblich, ob die einzelnen Mengenströme
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 Gewichtsanteile 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. B. 4% des Gemenges) zu regeln.
Die Verbrauchswerte der unmittelbar in den Extruder eingeführten Hauptkompo
nente (A) werden durch den von der Extruderschnecke im Zuführbereich erfaßten Masse
strom bestimmt. Die Zusatzkomponenten werden mittels drehzahl
geregelter Dosier-Schneckenwaagen oder anderer Dosierein
richtungen direkt in den von der Hauptschnecke erfaßten Masse
strom eingeleitet. Da die Hauptkomponente A
kontinuierlich (Gewicht/Zeit) erfaßt wird, können
entsprechend den vorgegebenen Sollwerten die weiteren Zusatz
komponenten B und C ermittelt und über einen Regelkreis die
dazugehörigen Dosiereinrichtungen ange
steuert werden.
Beim Zumischen von Farbstoffen, Additiven, organi
schen und nicht organischen Füllstoffen, Verstärkungsstoffen
wie Glas- und Kohlefasern, Glaskugeln usw. lassen sich so durch
die verbrauchsabhängige Gewichtsdosierung die Anteile für jeden Mengen
strom mit großer Genauigkeit konstant halten, so daß die
einmal vorgegebenen gewichtsprozentualen Verhältnisse, in
denen die Zusatzkomponenten zu einem Hauptstrom stehen, unab
hängig von Schwankungen in der Beschickung des Extruders
oder in dessen Entnahme konstant gehalten werden können.
In Patentanspruch 2 ist eine vorteilhafte Vorrichtung zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben.
Bei einer solchen Vorrichtung
kann nach dem Anfahren
des Extruders und Erreichen seines Arbeitspunktes die von
Hand nachgeführte Dosierung für die Hauptkomponente auf
"Regelung" umgeschaltet werden. Sodann sind die weiteren Dosier
einrichtungen, die zuvor z. B. über Verhältnissteller auf
die gewünschten Sollwerte eingestellt werden, im Eingriff.
An dem oder den Verhältnissteller(n) wird also der gewichts
prozentuale 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 od. dgl. zugefördert, unabhängig von Schwankungen
in der Entnahme durch den Extruder od. dgl.
Die Erfindung wird nachfolgend durch
Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine Extruderanlage, bei welcher zwei Zusatz-
Komponenten in einem 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 Ausfüh
rungsform nach Fig. 1 oder 2;
Fig. 4 ein weiteres Blockschaltbild und
Fig. 5 ein Diagramm.
Mit dem Bezugszeichen 1 ist bei sämtlichen Ausführungs
formen ein Extruder bezeichnet, der einen Einfülltrichter
2 aufweist, dem ein Dosiergerät 3 zugeordnet ist, das bei
den dargestellten Ausführungsformen einen Vorratsbehälter
4 aufweist, der das in den Einfülltrichter 2 zu fördernde
Gut, das die Haupt-Komponente A bildet, beinhaltet. Der
Vorratsbehälter 4 des Dosiergeräts 3 ist an einer Lastmeß
einrichtung 5 angeordnet. Das Dosiergerät 3 kann
als Dosierdifferentialwaage arbeiten. Im Bedarfsfalle sind
selbstverständlich auch andere geeignete Dosiergeräte ein
setzbar.
Die Bezugszeichen 6 bzw. 7 bezeichnen Dosiereinrichtungen,
die gleichfalls je einen Vorratsbehälter 8 bzw. 9 für das
von diesen Dosiereinrichtungen 6, 7 zu fördernde Gut auf
weisen, die als Zusatz-Komponenten B und C definiert werden.
Die Vorratsbehälter 8 und 9 sind jeweils an einer Lastmeß
einrichtung 10 bzw. 11 angeordnet, so daß die Dosierein
richtungen 6 bzw. 7 ebenfalls als Dosier-Diffe
rentialwaagen arbeiten, die jeweils einer Dosiereinrichtung
12 bzw. 13 zufördern.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 werden die Zusatz-Kompo
nenten 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
regelbar ausgebildet sind, um die Drehzahlen der Dosierein
richtung 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. B. langgestreckte
Extrudat (Band, Platte, Folie, Schlauch, Kabelmantel od. dgl.)
regelbar ausgebildet sein, um die Abzugsgeschwindigkeit regeln
zu können.
Außerdem ist mit dem Bezugszeichen 17 in Fig. 3 ein Rechner
bezeichnet.
In Fig. 4 bezeichnen 18 und 19 Regler und/oder Rechner für
die Dosiereinrichtungen 6 bzw. 7, während ein Regler und/
oder Rechner 20 dem Dosiergerät 3 zugeordnet ist.
Mit 21 und 22 sind Verhältnissteller bezeichnet.
In Fig. 5 ist auf der Ordinate mit dem Buchstaben U die
elektrische Spannung und auf der Abszisse mit dem Buchstaben
M die Menge bezeichnet. G o ist ein oberer Bezugspunkt und
G u ein unterer Bezugspunkt.
Bei sämtlichen
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 Dosier
einrichtungen 6 bzw. 7 zugeordneten Dosiereinrichtungen 12
bzw. 13, der Extrusionsanlage zugeführt.
Zu dem in Fig. 3 dargestellten Regelkreis (Blockschaltbild)
wird folgendes ausgeführt:
Der als Wägebehälter ausgebildete Vorratsbehälter 4, der zu
mindest funktionell Teil des Einfülltrichters 2 ist, belastet
die Lastmeßeinrichtung 5, die unter Last kontinuierlich eine
definierte elektrische Spannung U abgibt, die ein Maß für
das augenblickliche Gewicht des Gutes der Hauptkomponente A
darstellt, wobei ein Überlaufen bzw. Unterfüttern des Ein
fülltrichters 2 durch Einstellung von frei wählbaren elektrischen Begrenzungen G o bzw. G u verhindert
wird. Zuvor werden die als Sollwerte in den Rechner 17 ein
gegebenen Werte so verarbeitet, daß die Zusatz-Komponenten B
und C mittels ihrer Vorratsbehälter 8 bzw. 9, über die ihnen
jeweils zugeordnete Lastmeßeinrichtung 10 bzw. 11 jeweils
eine definierte elektrische Spannung U an die Dosiereinrichtung
13 abgeben und in Abhängigkeit von dem für die Haupt-Kom
ponente A erfaßten Augenblickswert durch den Rechner 17
kontinuierlich automatisch errechnet und kontinuierlich über
die in ihrem Förderverhalten mittels der Antriebe 14 bzw.
15 regelbaren Dosiereinrichtungen 6 bzw. 7 der Extruder
anlage zuführbar sind.
Was den aus Fig. 4 ersichtlichen Regelkreis anbelangt, so
wird dazu folgendes bemerkt:
Auch bei dieser Vorrichtung gibt die Lastmeßeinrichtung 5
kontinuierlich eine definierte Spannung U ab, die ein Maß
für das augenblickliche Gewicht der Einzelkomponenten, vor
liegend also der durch das Dosiergerät 3 gelieferten Haupt-
Komponente A und der beiden durch die Dosiereinrichtungen
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 G o bzw. G u verhindert, die frei gewählt werden
können. Diese beiden Grenzwerte G o und G u sind auch für die
Ausführungsform in Fig. 5 markiert, wobei auf der Abszisse
die Menge M, die dem Einfülltrichter 2 zugeführt wird, auf
getragen 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 ge
wünschten Sollwerte eingestellt. Von nun an werden die Zusatz-
Komponenten B und C des Gemisches jeweils im frei vorgewählten
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 Einfüll
trichter 2 zugefördert.
Claims (2)
1. Verfahren zum verbrauchsabhängigen Dosieren mehrerer
Komponenten bei der Extruderverarbeitung von Polymeren,
bei dem eine als Haupt-Komponente (A) vorbestimmte
Komponente kontinuierlich im Verbraucht (Gewicht/Zeit)
erfaßt wird, die Zusatz-Komponenten (B, C) in Abhängig
keit von den gemessenen Verbrauchswerten der Haupt-
Komponente (A) und dem vorbestimmten prozentualen
Gewichts-Mischungs-Verhältnis in gewichtsmäßigen
Anteilen kontinuierlich bestimmt werden und die
so bestimmten Komponenten dem Extrusionsprozeß
zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß
die Hauptkomponente (A) unmittelbar in den Extruder
eingeführt wird, und daß die Verbrauchswerte der
Hauptkomponente (A) durch den von der Extruderschnecke
im Zuführbereich erfaßten Massestrom bestimmt
werden.
2. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach
Anspruch 1, mit einem Kunststoffextruder, mit
Vorratsbehältern für die einzelnen Komponenten,
mit Dosiereinrichtungen für die Zusatzkomponenten
und mit Geräten zum gewichtsmäßigen Erfassen der
Verbrauchswerte der Hauptkomponente und zum Bestimmen
der Anteile der Zusatzkomponenten in Abhängigkeit
von den gemessenen Verbrauchswerten, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Vorratsbehälter (4) für
die Hauptkomponenten (A) unmittelbar an dem Extruder
(1) angeschlossen und als Wägebehälter mit einer
Lastmeßeinrichtung (5) ausgeführt ist, die unter
Last kontinuierlich eine definierte elektrische
Spannung (U) abgibt und die zum gesteuerten Beschicken
des Vorratsbehälters (4) frei wählbare elektrische
Begrenzungen (G o , G u ) aufweist, daß auch die Vorrats
behälter (8, 9) für die Zusatzkomponenten (B, C)
als Wägebehälter mit je einer Lastmeßeinrichtung
(10, 11) ausgebildet sind, die unter Last eine
elektrische Spannung (U) abgibt, und daß ein mit
den Lastmeßeinrichtungen (5, 10, 11) verbundener,
die Meßwerte mit vorgegebenen Sollwerten vergleichender
Rechner (17) vorgesehen ist, durch den in Abhängigkeit
von den für die Hauptkomponente (A) erfaßten Verbrauchs
werten kontinuierlich die Antriebe (14, 15) der
Dosiereinrichtungen (6, 7) für die Zusatzkomponenten
(B, C) regelbar sind, wobei die Vorratsbehälter
(8, 9) der Zusatzkomponenten (B, C) unmittelbar
an die Dosiereinrichtungen (12, 13) angeschlossen
sind.
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Applications Claiming Priority (1)
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DE3303766C2 true DE3303766C2 (de) | 1989-06-29 |
Family
ID=6190023
Family Applications (1)
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