DE3509806A1

DE3509806A1 - Vorrichtung zum regeln der wandstaerke eines kunststoffstranges eines extruders

Info

Publication number: DE3509806A1
Application number: DE19853509806
Authority: DE
Inventors: Volkmar Dipl.-Ing. 7259 Friolzheim Leutner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1985-03-19
Filing date: 1985-03-19
Publication date: 1986-10-02
Also published as: JPH0626843B2; DE3509806C2; JPS61215033A

Description

Vorrichtung zum Regeln der Wandstärke eines Kunststoff-
stranges eines Extruders Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Regeln der Wandstärke eines Kunststoffstranges eines Extruders nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine solche Vorrichtung aus der DE-PS 19 34 284 bekannt, mit der bei einer Kunststoffblasmaschine durch Änderung der Spaltbreite im Spritzkopf der Wandstärkenverlauf abhängig von der Länge des ausgetretenen Kunststoffstranges gesteuert wird. Hierbei wird die Länge des ausgetretenen Stranges ermittelt, indem ein längsbeweglicher, hydraulischer Kolben-Zylinder-Antrieb an seinem Kolbenstangenende einen Sensor trägt, der mit einem Strahlenbündel den Stranganfang abtastet und ihm über einen elektrohydraulischen Nachlaufregelkreis nachgeführt wird. Die zurückgelegte Wegstrecke des Kolben-Zylinder-Antriebs ergibt das Istwertsignal für die Lange des Kunststoffstranges, das in einem zweiten Regelkreis durch Ändern der Spaltbreite im Spritzkopf der Kunststoffblasmaschine zur Wanddickensteuerung des Stranges verarbeitet wird. Von Nachteil bei dieser Vorrichtung ist, daß die Längenmessung des Kunststoffstranges in aufwendiger Weise über einen längsbeweglichen hydraulischen Stellantrieb vorgenommen wird. Zudem ist für die Wanddickensteuerung noch ein zusätzlicher Funktionsgenerator erforderlich, der mit dem hydraulischen Stellantrieb gekoppelt ist. Außerdem erfordert der vom Stellantrieb getragene Sensor relativ viel Raum im Bereich des austretenden Kunststoffstranges, baut relativ teuer und ist anfällig gegen Verschmutzung. Ferner ist die Dynamik solcher Nachlaufsteuerungen dann begrenzt, wenn die Masse der bewegten Teile relativ groß wird.
Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sie in besonders einfacher, billiger und kompakter Weise die Längenmessung des ausgetretenen Kunststoffstranges ermöglicht. So läßt sich durch die Verwendung des Schrittmotors im Lageregelkreis ein gesondertes Längenmeßsystem einsparen, da bereits die Anzahl der dem Schrittmotor zugeführten Impulse eine Aussage. über die Länge des ausgetretenen Kunststoffstranges ergibt. In besonders günstiger Weise kann dabei der Schrittmotor direkt aus einem Rechner angesteuert werden. In vorteilhafter Weise läßt der um eine Drehachse schwenkbare Sensor gut in der Nähe des Spritzkopfes unterbringen. Der Aufwand für Bauraum und Kosten wird damit verringert, ebenso di.e Gefahr einer Verschmutzung im Bereich des Sensors.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich. Besonders vorteilhaft ist eine Ausbildung nach den Ansprüchen 5 bis 7, wodurch die Funktionen der Längenmessung des Kunststoffstranges und der Wanddickenprogrammierung mit ein und demselben Rechner vorgenommen werden.
Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Vorrichtung zum Regeln der Wandstärke eines Kunststoffstranges bei einer Kunststoffblasmaschine in vereinfachter Darstellung und Figur 2 einen Schnitt nach II-II in Figur 1.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels Die Figur 1 zeigt in vereinfachter Weise eine Vorrichtung 10 zum Regeln der Wandstärke eines Kunststoffstranges il, der aus einem vereinfacht dargestellten Spritzkopf 12 einer im übrigen nicht näher gezeichneten Kunststoffblasmaschine 13 austritt.
Der Stranganfang 14 des ausgetretenen Kunststoffstranges 11 wird von einem Gesichtsfeld 15 eines Sensors. 16 erfaßt, der um eine Drehachse 17 schwenkbar gelagert ist. Der Sensor 16 besteht aus einem im infraroten Spektralbereich arbeitenden optischen System, dessen elektrisches Signal an seinem Ausgang 18 im wesentlichen proportional ist dem Energieeinfall durch seine Optik, somit also der Eintauchtiefe des Stranganfangs 14 in das Gesichtsfeld 15. Die optische Achse des Sensors 16 ist auf den austretenden Kunststoffstrang 11 ausgerichtet und um die horizontale Drehachse 17 so verschwenkbar, daß sie dem Stranganfang 14 während des Extrusionsvorganges zu folgen vermag. Das Signal am Ausgang 18 des Sensors 16 wird über einen Analog/Digital-Wandler 19 einem Rechner 21 eingegeben.
Wie Figur 1 in Verbindung mit Figur 2 näher zeigt, wird der Sensor 16 über einen impulsgesteuerten Schrittmotor 22 und einem diesem nachgeschalteten Getriebe 23 zur Untersetzung der Drehbewegung angesteuert. Schrittmotor 22, Getriebe 23 und Sensor 16 sind dabei alle konzentrisch zur Drehachse 17 angeordnet. Die Drehachse 17 liegt in einigem Abstand vom Kunststoffstrang 11 und in einer Ebene senkrecht zu dessen Längsachse; zudem ist die Lage der Drehachse 17 relativ zum Kunststoffstrang 11 so ausgerichtet, daß die optische Achse des Sensors 16 bei dessen Verschwenken um die Drehachse 17 in der vertikalen Ebene des Kunststoffstranges 11 verläuft.
Der Schrittmotor 22 und der Sensor 16 sind zusammen mit dem Rechner 21 zu einem Nachlaufregelkreis 24 verschaltet, in dem der Rechner 21 über einen Verstärker 25 den impulsgesteuerten Schrittmotor 22 ansteuert. Zu diesem Zweck steht der Rechner 21 über eine erste (26) sowie eine zweite Steuerverbindung 27 mit dem Verstärker 25 in Verbindung.
Zur Vorgabe von Daten an den Rechner 21 ist ein Eingabegerät 28 vorgesehen, während zur Anzeige von Daten der Rechner 21 mit einer Anzeigeeinheit 29 in Wirkverbindung steht.
Zur Rückmeldung des Istwertes des Blasspaltes 31 im Spritzkopf 12 steht der Rechner 21 mit einem zusätzlichen Istwertgeber in Verbindung. Ferner kann der Rechner 21 über einen D/A-Wandler 33 und einen Verstärker 34 ein elektrohydraulisches Servoventil 35 ansteuern, das mit Hilfe eines Hydromotors 36 die Spaltbreite 31 verstellen kann.
Die Wirkungsweise der Vorrichtung 10 wird wie folgt erläutert, wobei auf deren Funktion nur soweit eingegangen wird als zum Verständnis der Erfindung notwendig ist.
Der im Nachlaufregelkreis 24 liegende Sensor 16 wird vom impulsgesteuerten Schrittmotor 22 um die Drehachse 17 stets so verschwenkt, daß die optische Achse des Sensors 16 stets den Stranganfang 1k des austretenden Kunststoffstranges 1 abtastet. Hierbei werden die vom Stranganfang 14 ausgesandten, infraroten Strahlen, sobald sie in das Gesichtsfeld 15 des Sensors eindringen, vom Sensor 16 gemessen, der proportional zum Energieeinfall ein elektrisches Signal über seinen Ausgang 18 an den Rechner 21 meldet. Der Arbeitspunkt des Sensors 16 ist nun z.B. so gewählt, daß der Stranganfang 14 hierbei das halbe Sensorgesichtsfeld 15 durchdringt. Das vom Sensor an den Rechner gemeldete Signal wird dort mit einer Bezugsgröße verglichen und daraus ein erstes Steuersignal S sowie ein zweites Steuersignal R zur Ansteuerung des Verstärkers 25 gewonnen. Im Rechner 21 wird dabei die Größe des Differenzsignals in eine Impulsfrequenz umgesetzt, deren Signale S im Verstärker 25 verstärkt werden und entsprechend der Impulsfolge den Schrittmotor 22 betätigen. Abhängig vom Vorzeichen des Differenzsignals bildet der Rechner 21 das zweite Steuersignal R, das über den Verstärker 25 schließlich die Drehrichtung des Schrittmotors 22 abhängig vom Vorzeichen der Differenz bestimmt.
Unter der Voraussetzung, daß der Schrittmotor 22 die ihm zugeführten Impulse fehlerfrei in drehende Stellbewegungen umsetzt, ist somit die Anzahl der zugeführten Impulse ein Maß für die Länge des ausgetretenen Kunststoffstranges 11. Dies gilt deswegen, weil die optische Achse des Sensors 16 stets auf den Stranganfang 14 ausgerichtet bleibt.
Durch die Anordnung des Sensors 16 im Abstand vom Kunststoffstrang 11 und dessen Lage unterhalb vom Spritzkopf 12 ergeben sich geometrische Zusammenhänge, die zu einer Verzerrung zwischen dem eigentlichen Meßsignal und der tatsächlichen Länge führen. Dabei entspricht das eigentliche Meßsignal des Sensors 16 der Bogenlänge, während die tatsächliche Länge des ausgetretenen Kunststoffstranges 11 der Sekante entspricht. Diese Verzerrung kann jedoch im Rechner 21 ohne weiteres korrigiert werden.
Der Rücklauf des Sensors 16 zu seinem Ausgangspunkt erfolgt durch Vorgabe der festgestellten Impulszahl mit entgegengesetztem Vorzeichen aus dem Rechner 21. Bei vorliegender Vorrichtung 10 läßt sich somit durch-Verwendung des Schrittmotors 22 im lagegeregelten Nachlaufregelkreis 24 ein gesondertes Längenmeßsystem einsparen. Der Rechner 21 kann bereits aus den zur Ansteuerung des Schrittmotors 22 dienenden Impulsen die Länge des ausgetretenen Kunststoffstranges 11 ermitteln und das gemessene Impulsprofil als Ausgangsbasis für den Aufbau eines Wandstärkensollwertprofils des Kunststoffstranges 11 über dessen Länge verwenden. Aus dem Sollwertprofil für die Wandstärke und den Signalen des Istwertgebers 32 ermittelt der Rechner das Regelfehlersignal für den Lageregelkreis des Blasdornes 37 und steuert damit das Regelventil 35 an.
Neben den vier erwähnten Funktionen des Rechners 21, nämlich Lageregelung des Nachlaufregelkreises 24, Bildung des Wandstärkensollwertes, geometrische Korrektur des Meßsignals und Lageregelung des Blasdorns 37 kann der Rechner 21 auch von einem Zyklus zum anderen eine Optimierung durch Störgrößenaufschaltung vornehmen. Dabei läßt sich eine erhebli.che Verbesserung der Meßqualität erzielen, wenn das in einem Zyklus festgestellte Impulsdichteprofil über der Zeit in einem Speicher abgelegt wird und beim nächsten Zyklus additiv zum Fehlersignal als Sollwert verwendet wird, weil hierdurch der geschwindigkeitsproportionale Meßfehler eliminiert wird. Der Rechner 21, das Eingabegerät 28 und die Anzeigeeinheit 29 können somit für beide Funktionen der Längenmessung des Kunststoffstranges 11 und der Wanddickenprogrammierung vorgesehen werden.
Selbstverständlich sind Änderungen an der gezeigten Vorrichtung 10 möglich, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen.
So ist die Vorrichtung nicht auf die gezeigte Kunststoffblasmaschine begrenzt, sondern auch bei anderen Kunststoff-Extrudern anwendbar, wo gleichgerichtete Probleme auftreten.
Der Schrittmotor 22 kann beliebig ausgeführt sein.
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Claims

Ansprüche 1. Vorrichtung zum Regeln der Wandstärke eines Kunststoffstranges eines Extruders, insbesondere einer Kunststoffblasmaschine, bei der durch Änderung der Spaltbreite des Spritzkopfes in Abhängigkeit von der Länge des ausgetretenen Kunststoffstranges die Wandstärke beeinflußbar ist und bei der zur kontinuierlichen Längenmessung des ausgetretenen Stranges ein den Stranganfang abtastender Sensor vorgesehen ist, der in einem ein Stellglied aufweisenden Nachlaufregelkreis liegt, in dem abhängig von den Signalen das Stellglied verstellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (14) um eine Drehachse (17) schwenkbar gelagert ist, die im Abstand vom ausgetretenen Kunststoffstrang (ii) und in einer Ebene senkrecht zur Längsachse des Stranges (11) verläuft und daß das Stellglied als impulsgesteuerter Schrittmotor (22) für Rotationsbewegung ausgebildet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Schrittmotor (22) und Sensor (16) ein Getriebe (23), insbesondere zur Untersetzung, angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Schrittmotor (22), Sensor (16) und insbesondere Getriebe (23) koaxial zueinander angeordnet sind.
k. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (16) ein im infraroten Spektralbereich arbeitendes optisches System ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schrittmotor (22) über einen Rechner (21) ansteuerbar ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (21) Mittel aufweist, um das der Bogenlänge entsprechende Meßsignal des Sensors (16) auf die tatsächliche Länge des Kunststoffstranges (11) zu korrigieren.
7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (21) mit der Einrichtung (32, 35, 36) zur Wanddickensteuerung in Wirkverbindung steht.