DE3628056A1 - Verfahren zur ermittlung einer proportionalen veraenderung eines profils - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer proportionalen Veränderung eines aus einer Düse austretenden extrudierten ggf. kalibrierten und abgezogenen Profils.

Zur Ermittlung einer proportionalen Veränderung eines Profils oder der Maßhaltigkeit eines Profils sind be­ rührende und berührungslose Meßverfahren bekannt. Der Vorteil der berührungslosen Meß- und Regelverfahren liegt darin, daß das für ihre Regelung wichtige, profilspezi­ fische Maß schon zwischen Düse und Kalibrierung erfaßt wird. Berührende Meßverfahren erlauben dagegen nur einen Einsatz des Meßsystems an einer Stelle, an der das Extrudat schon soweit erkaltet ist, daß eine Berührung des Profils keine Beschädigung mehr mit sich bringt. Da dies in der Regel hinter der Kühlstrecke der Fall ist, erfolgt eine nicht unbedeutende Regelverzögerung. Fast alle bekannten berührungslosen Meß- und Regelverfahren regeln über eine Geschwindigkeitsänderung des Abzuges oder der Drehzahl des Extruders. Es sind aber auch Systeme bekannt, welche mit Temperaturänderungen des Extruders arbeiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein berührungs­ loses Meßverfahren dahingehend auszugestalten, daß jede proportionale Veränderung eines Profils (Verbreiterung oder Schwächung des Profils) sofort erkannt und zur Rege­ lung herangezogen wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Abweichung der geometrischen Abmessungen des Profils von einer Sollabmessung oder eine Abweichung eines an einem Vorrichtungsteil wirkenden Druckes von einem Solldruckwert erfaßt wird und in Abhängigkeit von der Abweichung eine Regelung der Geschwindigkeit einer Abzugseinrichtung oder der Drehzahl oder der Erwärmung eines Extruders erfolgt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Verfahren, wobei zwischen der Düse eines Extruders und einer Abzugs­ einrichtung eine Kalibrierung des Profils erfolgt, und wobei über einen Sender ein Signal an einen Empfänger abgegeben wird und zwischen dem Sender und dem Empfänger der zu über­ wachende Bereich des Profils verläuft, bekannt.

Eine proportionale Veränderung eines Profils wird direkt bei Austritt des Profils aus der Düse erfaßt. Die Signal­ strecke mißt dabei die Eintauchtiefe einer Profilkante in einen Signalkegel oder ein Signalbündel. Die in die Meß­ signalstrecke eintauchende Profilkante verändert die Aus­ gangsgröße der Meßstrecke. Je nachdem ob eine Verschmälerung oder Verbreiterung des Profils auftritt, d.h. je nachdem ob die Abzugsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Ausstoßgröße des Extruders zu hoch oder zu gering ist, weicht das von dem Empfänger aufgefangene Signal nach oben oder unten von einem Ausgangssignal ab. Mit Hilfe des er­ findungsgemäßen Verfahrens kann eine proportionale Ver­ änderung der Profilkante bis in den Bereich eines 1/100 mm erfaßt werden. Mit Hilfe einer geeigneten Regelelektronik wird die Meßgröße zur Regelung der Abzugsgeschwindigkeit oder der Drehzahl des Extruders verwendet.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird in der Normal­ stellung das Signalbündel oder der Meßstrahl etwa zur Hälfte von dem Profil abgeschirmt, so daß die Meßgröße auf ihrem Mittelwert eingestellt wird. Solange die proportionale Veränderung des Profils sich in dem eingestellten Toleranzbereich der Grundschwingung des Profils von 1/10 bis 2/10 mm bewegt, erfolgt keine Regelung, da keine Veränderung erfaßt wird. Dieser Mittelwert entspricht dem Soll-Wert, von dem aus die entsprechenden Abweichungen in der Stärke (Abnahme oder Zunahme) erfaßt werden. Dazu wird ständig der Ist-Wert der Meßgröße mit dem Soll-Wert der Meßgröße verglichen und aus der Abweichung wird die Regel­ größe bestimmt.

Gemäß bevorzugten Ausführungsformen wird als Signalstrecke eine Lichtstrom-Meßstrecke, eine Infrarotstrecke oder dergleichen verwendet. Um störende Einflüsse auszuschalten, wird bei der Messung das Gleichfeldumlicht eliminiert.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform des er­ findungsgemäßen Verfahrens wird der auf die Kalibrierungsvor­ richtung über das Profil ausgeübte Druck erfaßt und zur Regelung herangezogen. Wenn die Abzugsgeschwindigkeit zu hoch oder die Drehzahl des Extruders zu gering ist, erfolgt ein Materialstau vor der Kalibrierung und der auf die Kalibrierung ausgeübte Druck, der vorzugsweise über eine zwischen der Kalibrierung und einem Widerlager angeordnete Druckdose ermittelt wird, nimmt einen zu geringen Wert an. Damit ver­ bunden ist eine Ausbildung des Profils mit zu geringen Ab­ messungen, so daß eine Verringerung der Abzugsgeschwindig­ keit und/oder eine Erhöhung der Drehzahl des Extruders er­ folgen muß.

Bei der Herstellung beispielsweise von Profilen aus PVC- Schaum wird gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungs­ form der Staudruck des zu extrudierenden Materials kurz vor Austritt aus der Düse beispielsweise über einen Druckfühler ermittelt und als Regelgröße verwendet. Ist der Druck größer als der Soll-Wert, kann das Profil stärker als gewünscht extrudieren; die Drehzahl des Extruders muß verringert werden. Ist der Druck geringer als der Soll-Wert, muß die Drehzahl des Extruders erhöht werden, damit die gewünschten Profilabmessungen erreicht werden.

Da eine Abweichung von dem Soll-Wert aber nur sehr kurzfristig auftreten kann, die evtl. durch Unreinheiten im Material hervorgerufen wird, erfolgt die Ausführung der Regelung vor­ zugsweise nach einer Verzögerungszeit. Erst nach Verstreichen dieser Verzögerungszeit erfolgt eine Korrektur der Ausgangs­ stellgröße. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Verzögerungs- und/oder Korrekturzeitgröße manuell einstell­ bar.

In Weiterbildung der Erfindung nimmt die Elektronik eine progressive Anpassung der Verzögerungs- und Korrekturzeit­ werte in Abhängigkeit von der Überschreitungsgröße des Ist-Wertes vor. Dies bedeutet, daß mit größer werdender Signalabweichung, d.h. mit größer werdendem Unterschied des Ist-Signals vom Soll-Signal, der Korrekturwert größer und die Verzögerungszeit kleiner werden.

Zur Ausführung des Verfahrens wird das Ausgangssignal des Empfängers, d.h. der Ist-Meßwert, an eine Regelelektronik abgegeben. Der aus der Ausgangsgröße gewonnene Meßwert ist dabei mittels Offset-Kompensation in seiner Null-Lage verschiebbar. Damit ist eine elektronische Verstellung der Nullpunktlage möglich, so daß eine nachträgliche Feineinstellung der Maße und des Gewichtes des Profils erfolgen kann.

Während der Herstellung des Profils, d.h. während dessen Laufs von der Düse durch die Kalibrier-, Kühl- und Abzugs­ einrichtung ist die Feinveränderung der Maße sowie des Gewichtes des Profils möglich. Darüber hinaus wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Möglichkeit geschaffen, bei einer länger dauernden abnormalen Überschreitung des maximal vorwählbaren Soll-Wertes, was einem kritischen Betriebszustand gleichkommt, ein auswertbares Signal zur Verfügung zu stellen.

Ferner wird die Möglichkeit ge­ schaffen, relative Veränderungen des Materialausstoßes zu erfassen. Dies erfolgt dadurch, daß zum Zeitpunkt der Umschaltung von Hand- auf Automatikbetrieb der re­ gistrierte Materialausstoß relativ zu jeder der vorwählbaren nachgemessenen Veränderungen erfaßt wird. Nach Verstreichen einer prozentualen Abweichung und einer bestimmten Zeit wird ein Ausgangssignal zur Verfügung gestellt.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit einer Vorrichtung betrieben werden, die ausgehend von einer Lichtquelle einen Lichtmeßstrahl erzeugt, der von einem lichtempfind­ lichen Element aufgefangen und in ein geeignetes Signal umgesetzt wird, das der Regelelektronik zugeführt wird. Bei der Regelung eines Profils wird der Materialfluß an einer festgelegten Profilecke zwischen der Düse und der Kalibrierung mit dem Meßstrahl überwacht und nach dem Aus­ richten des Meßkopfes auf das richtige Profilmaß wird der Meßstrahl durch Einschalten der elektronischen Steuerung im Regelgerät konstant gehalten, indem die Abzugsge­ schwindigkeit über das Regelgerät gesteuert wird. Das Regelgerät verfügt dabei vorzugsweise über einen verstell­ baren Toleranzbereich.

Die aus der Regelelektronik ausgegebene Ansteuerspannung für den Extruder oder den Abzug kann vorzugsweise aufgrund der gemessenen Profilkante auf den jeweils optimalen Wert nachgeführt werden.

Bei einer Überschreitung des vorgewählten Toleranzwertes wird ein Korrekturimpuls zur Veränderung der Ansteuerspannung ab­ gegeben. Dieser Korrekturimpuls verändert die Ansteuer­ spannung um den Betrag Δ U, wobei die Veränderung mit der Länge des Korrekturimpulses variiert.

In der Praxis werden für den Abzug im allgemeinen Raupenab­ züge eingesetzt, die mit einer Ansteuerspannung von z.B. 10 Volt arbeiten, wobei je nach Dimensionierung des Antriebes max. Abzugsgeschwindigkeiten zwischen ca. 3 m/min und 300 m/min erreicht werden.

Wird bei der Regelung der Extrusionsstrecke nun immer mit einer konstanten Veränderung Δ U in Abhängigkeit der Soll- Wert-Überschreitung gearbeitet, ist in der Praxis nicht für alle Fälle ein optimales Regelverhalten gewährleistet.

Daher wird vorzugsweise die Steilheit der Verstellgröße von Δ U den jeweils gegebenen Anforderungen angepaßt, und es stehen mehrere Kurvenscharen der Ansteuerspannung zur Ver­ fügung. Vorzugsweise kann zwischen einer Vielzahl verschiedener Steilheiten gewählt werden, die jeweils noch einmal intern feinabgeglichen werden können, je nach erforderlichem Ein­ satzfall.

Bei einer Über- bzw. Unterschreitung der vorgewählten Toleranzwerte erfolgte bisher eine Korrektur der Ansteuer­ spannung in die jeweils erforderliche Richtung, und zwar so lange wie die Ist-Größe größer als die Soll-Größe war. Dies konnte dazu führen, daß aufgrund der Korrekturimpulse bei rück­ läufiger Überschreitungsgröße kurz vor Erreichen des Soll- Wertes noch Korrekturimpulse abgegeben werden konnten, was unter Umständen zu einem Überschwingen der Regelung führen konnte.

In Weiterbildung der Erfindung werden nur Korrekturimpulse abgegeben, wenn die Ist-Wert-Größe außerhalb der Soll-Wert- Größe ansteigt oder stagniert. Bei rückläufiger Ist-Wert- Größe, also hin zum Soll-Wert, werden die Korrekturimpulse unterbunden, so daß ein Überschwingen der Regelung vermieden wird.

Es ist möglich, über eine Leucht­ skala die momentane Profilschwankung abzulesen, um mit einem Blick festzustellen, ob sich die Abmessungen des Profil­ querschnitts gerade über, unter oder im Toleranzbereich bewegen. Ferner ist es möglich, die Ansprechverzögerung des Regelgerätes stufenlos einzustellen, um auszuschließen, daß eine nur kurzzeitig auftretende Schwankung, die bei­ spielsweise durch eine Verunreinigung des Materials hervor­ gerufen wird, sofort einen Regelvorgang auslöst, der selbst eine ungewollte Veränderung des Profils bewirken würde. Um stark schwankende Profile schneller wieder in den einge­ stellten Toleranzbereich zurückzuführen, ist es möglich, die Impulslänge des Regelvorganges stufenlos zu verändern.

Über die Elektronik erfolgt eine progressive Regelung, deren Voreinstellung linear durchgeführt wird. Dies bedeutet, daß bei einem Profil, das weit aus dem eingestellten Toleranzbereich hinausläuft, die Impulslänge automatisch verlängert wird, um so ein schnelles Zurückführen des Profils in den Bereich der Maßhaltigkeit zu ermöglichen.

Ferner kann die Korrekturzeitlänge über die Regelelektronik derart bemessen werden, daß eine Korrektur über den Sollwert hinaus vermieden und ein schnelles Einpendeln auf den Soll­ wert erreicht wird.

Claims (21)

1. Verfahren zur Ermittlung einer proportionalen Veränderung eines aus einer Düse austretenden extrudierten ggf. kalibrierten und abgezogenen Profils, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine Abweichung der geometrischen Abmessungen des Profils von einer Soll­ abmessung oder eine Abweichung eines an einem Vor­ richtungsteil wirkenden Druckes von einem Solldruck­ wert erfaßt wird und in Abhängigkeit von der Abweichung eine Regelung der Geschwindigkeit einer Abzugsein­ richtung oder der Drehzahl oder der Erwärmung eines Extruders erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei zwischen der Düse eines Extruders und einer Abzugseinrichtung eine Kalibrierung des Profils erfolgt, und wobei über einen Sender ein Signal an einen Empfänger abgegeben wird und zwischen dem Sender und dem Empfänger der zu überwachende Bereich des Profils verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß über die Signalstrecke zwischen Sender und Empfänger die Eintauchtiefe einer Profilkante erfaßt und in Ab­ hängigkeit von der Größe der Abdeckung eines Meßstrahls oder eines Signalbündels die Regelung der Geschwindigkeit der Abzugseinrichtung oder der Drehzahl des Extruders vorgenommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in der Normalstellung das Signal­ bündel etwa zur Hälfte von dem Profil abgeschirmt wird, so daß die Meßgröße auf ihren Mittelwert eingestellt ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Signalstrecke eine Lichtstrom­ meßstrecke verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Gleichfeldumlicht eliminiert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der auf die Kalibrierungsvorrichtung über das Profil ausgeübte Druck erfaßt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Druck über eine zwischen der Kalibrierung und einem Widerlager angeordnete Druckdose erfaßt wird.

8. Verfähren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Staudruck des zu extrudierenden Materials kurz vor Austritt aus der Düse ermittelt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von dem Soll- Wert die Ist-Größe des Meßwertes mit dem Soll-Wert ver­ glichen und aus der Abweichung die Regelgröße bestimmt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ausführung der Regelung nach einer Verzögerungszeit erfolgt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Wert der Verzögerungszeit einstellbar ist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von der Überschreitungsgröße des Ist-Wertes eine progressive Anpassung der Verzögerungs- und Korrekturzeitwerte vor­ genommen wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Empfängers an eine Regelelektronik gegeben wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der aus der Ausgangs­ größe gewonnene Meßwert mittels Offset-Kompensation in seiner Null-Lage zur nachträglichen Feineinstellung der Maße und des Gewichtes des Profils verschiebbar ist.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturzeitlänge zur Vermeidung eines Aufschaukelns veränderbar ist.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Regel­ elektronik ausgegebene Ansteuerspannung für den Extruder oder die Abzugseinrichtung auf den optimalen Wert nach­ geführt wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Überschreitung eines vorgegebenen Toleranzwertes ein Korrekturimpuls zur Veränderung der Ansteuerspannung abgegeben wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Veränderung der Ansteuerspannung mit der Länge des Korrekturimpulses variiert.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Steilheit der Verstell­ größe der Veränderung der Ansteuerspannung auswählbar ist.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Auswahl aus einer Vielzahl von verschiedenen Steilheiten erfolgt.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß Korrekturimpulse nur abgegeben werden, wenn die Ist-Wert-Größe außerhalb der Soll-Wert-Größe ansteigt oder stagniert.