DE3903916A1 - Verfahren zur anpassung der masseausstosscharakteristik eines extruders an die drehzahlkennlinien der antriebsaggregate - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anpassung der Masseausstoßcharakteristik eines Extruders zur Verarbeitung von Kunststoff- oder Gummimischungen an die lineare Drehzahlkennlinie der Antriebsaggregate von mit dem Extruder eine Fertigungslinie bildenden weiteren Maschinen oder -gruppen.

Fertigungseinrichtungen für Kabel beispielsweise oder anderes langgestrecktes Gut bestehen aus einer Vielzahl in Durchlaufrichtung hintereinander angeordneter Maschinen oder Maschinengruppen, deren Antriebsaggregate so zu regeln sind, daß sich eine optimale Durchlauf- und Fertigungsgeschwindigkeit für das langgestreckte Gut erreichen läßt. Die eingesetzten Maschinen oder Maschinengruppen können Ablaufvorrichtungen sein, Verseileinrichtungen, Bandiervorrichtungen und Aufwickelmaschinen, aber auch Extruder, mit deren Hilfe Gummi- oder Kunststoffschichten auf das durchlaufende Gut aufgebracht werden. Während die für die Fertigungslinie wesentlichen Maschinenaggregate bzw. deren Antriebsmotoren lineare Drehzahlkennlinien aufweisen und entsprechend dieser Kennlinie regel- bzw. steuerbar sind, weist ein Extruder eine Kennlinie auf, die sich grundsätzlich von denen der anderen, in einer Fertigungslinie hintereinander angeordneten Maschinen unterscheidet. Hierzu trägt wesentlich der jeweils verwendete Werkstoff bzw. die jeweilige Werkstoffzusammensetzung bei, aber auch die Dicke der einzelnen vom Extruder auf den durchlaufenden Strang aufgebrachten Isolierschichten. Hieraus resultiert z. B. das Problem, daß bei einem Wechsel einer mit dem hergestellten Gut gefüllten Trommel oder Spule sowie der damit verbundenen Herabsetzung der Fertigungsgeschwindigkeit Schwankungen in der Isolierwandstärke nicht zu vermeiden sind. Je nach den Anforderungen, die an das hergestellte Produkt gestellt werden, können solche Schwankungen der Isolierung dazu führen, daß die während eines Trommelwechsels hergestellte Länge des durchlaufenden Gutes weggeworfen werden muß. Zwar ist möglich, nach Messung des extrudierten Profils eine Nachregelung der beteiligten Antriebsaggregate vorzunehmen, jedoch ergeben sich hierbei mehr oder weniger lange Totzeiten, die sich nicht ausregeln lassen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu finden, auf einfachem Wege für eine Anpassung der Regelmöglichkeit eines in der Fertigungslinie angeordneten Extruders an die anderen Antriebsaggregate der weiteren Maschinen zu finden.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß die Ist-/Sollwertabweichung der Drehzahl des Extruderantriebes zwischen tatsächlicher und linearer Regelcharakteristik bis zu seiner maximalen Drehzahl in gleichen prozentualen Folgeschritten dem jeweiligen Istwert hinzugefügt wird. Gegenüber der Nachregelung durch bekannte Profil-Meßeinrichtungen entfällt bei dem Verfahren nach der Erfindung die systembedingte Zeit zwischen der Meldung einer am Extruder durchzuführenden Korrektur, der Durchführung der Korrektur sowie dem später am Meßort festgestellten Ergebnis. Totzeiten zwischen der Feststellung von Durchmesserschwankungen z. B. und Korrektur dieser Schwankungen sind damit vermieden. Die Erfindung bringt zusätzlich eine gegenüber aufwendigen Rechnerlösungen wesentliche Vereinfachung der Anpassung der jeweiligen Kennlinien der Antriebsaggregate der Fertigungsstraße mit sich.

Sind für die Herstellung eines Produktes, beispielsweise eines mehrschichtigen elektrischen Kabels, mehrere Extruder mit unterschiedlichen Kennlinien notwendig, die über einen oder mehrere Spritzköpfe das Isoliermaterial auf die durchlaufende Kabelseele aufbringen, ist in der Praxis die Messung einzelner Schichtprofile oft nicht möglich, so daß diese Messungen erst am fertigen Produkt durchgeführt werden müssen. Die Erfindung erlaubt es hierbei, die Fertigungsanlage bei niedriger Produktions- oder Fertigungsgeschwindigkeit einzufahren, wobei die Sicherheit gegeben ist, daß die Wanddicke z. B. der beschriebenen Schichten eines Kabels auch bei maximaler Fertigungsgeschwindigkeit konstant bleibt. Dies führt zu einer wesentlichen Verkürzung der Anfahrtzeiten der Maschinenanlage sowie der für das Anfahren benötigten Kabellängen und damit zu einer weiteren Minderung von anfallendem Schrott.

In Durchführung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Masseausstoß des Extruders in während der Änderung der Abzugsgeschwindigkeiten einer nachgeschalteten Folgemaschine konstant ist. Dabei bildet die maximal mögliche Drehzahl des Antriebsaggregates dieses Extruders die obere Grenze der Regelmöglichkeit, jedoch ergeben sich nach der Erfindung bis zu dieser Grenze lineare stabile Regelungsverhältnisse.

Wesentlich für die Erfindung ist die Gleichheit der Schritte der Sollwerteingaben. Um dies sicherzustellen, werden zweckmäßig an sich bekannte elektronische Datengeräte als Sollwertgeber verwendet. Dabei ist entscheidend, daß die prozentuale Abweichung der Formel

genügt, wobei

AZVT [sec] die Anlagenzusatzverstellzeit,
AGBK [Schritt/sec] die Anlagengeschwindigkeitsverstellkonstante,
k₁ eine Rechnerkonstante,
IALE die Ist-Ausstoßleistung und
m SALE die max. Soll-Ausstoßleistung

des Extruders ist.

Die Erfindung sei anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Die Fig. 1 zeigt in einem Diagramm, auf dessen Ordinate die Ausstoßmenge (kg/min) und auf dessen Abzisse die Abzugsgeschwindigkeit (m/min) angegeben ist, die natürliche Kennlinie 1 eines Extruders. Wie aus diesem Diagramm ersichtlich, ändert sich mit der Abzugsgeschwindigkeit, d. h. z. B. mit der Fertigungsgeschwindigkeit einer Maschinenanlage, die Ausstoßmenge des Extruders zwar ebenfalls, aber nicht in einem linearen Verhältnis. D. h., die durch die Ausstoßmenge des Extruders bewirkte Schichtdicke einer z. B. extrudierten Kunststoffisolierung bleibt bei einem Wechsel bzw. einer Änderung der Abzugsgeschwindigkeit nicht konstant, vielmehr sind entsprechend der Durchlaufgeschwindigkeit, z. B. der Kabelseele, durch einen Extruder erhebliche Schwankungen in der Wanddicke der aufgebrachten Isolierung zu erwarten.

Um das zu vermeiden und sicherzustellen, daß völlig unabhängig von der Abzugsgeschwindigkeit die einmal eingestellten Wanddicken während des Extrusionsvorganges erhalten bleiben, sieht die Erfindung vor, daß die natürliche Kennlinie 1 des Extruders korrigiert wird.

Diese Korrektur besteht in einer nicht linearen Anhebung des Sollwertes der Extruderdrehzahl bei linearer Erhöhung der Abzugs- oder Fertigungsgeschwindigkeit sowie in einer nicht linearen Verringerung des Sollwertes für den Fall, daß die Abzugsgeschwindigkeit linear verringert wird. Zu diesem Zweck wird über geeignete Datenverarbeitungsmittel, beispielsweise geeignete Mikroprozessoren, die prozentuale Abweichung der Ausstoßleistung des Extruders gegenüber der Leistung, die bei einer linear erreichten Drehzahl des Antriebes hätte erreicht werden müssen, errechnet und der Sollwertführung des Extruders in zeitlichen gleichen Folgeschritten so zugeführt, daß das extrudierte Profil, beispielsweise die Isolierung eines elektrischen Kabels, in seiner Wanddicke konstant bleibt, wenn die Geschwindigkeit der Fertigungsanlage generell linear verändert wird. Der Berechnung zugrunde gelegt wird dabei die bereits angesprochene Formel, in der die Anlagenzusatzverstellzeit, die Anlagengeschwindigkeitsverstellkonstante, die Istausstoßleistung sowie die maximale Sollausstoßleistung des Extruders Berücksichtigung finden.

Die Fig. 2 veranschaulicht die Fertigungslinie zur Herstellung eines elektrischen Kabels in einem Blockschaltbild. Hierin bedeuten 3 ein Abwickler, 4 eine Abzugsraupe für die Kabelseele, 5 der Extruder zum Aufbringen der Isolierung und 6 die Abzugsscheibe, die das Kabel durch die Fertigungslinie bewegt. Während die Antriebsaggregate für den Abwickler 3, die Raupe 4 sowie die Abzugsraupe 6 eine lineare Regelungscharakteristik aufweisen und so ihre Sollwertveränderung über eine f/U-Wandlung erhalten, wobei f die Regelungsfrequenz und U die Umdrehung der Fertigungseinrichtung 3, 4 und 6 ist, reicht diese Regelung für den Extruder 5 in der Fertigungslinie, wie ausgeführt, nicht aus. Vielmehr ist es zur Kompensation der Nichtlinearität des Drehzahl-Masseausstoßverhaltens des Extruders 5 notwendig, die Sollwertführung dieses in Reihe mit den anderen Maschinen geschalteten Maschinenelementes zusätzlich über das Element 7 durchzuführen. Dieses Element 7 kann auch eine spezielle Rechnerkarte beinhalten oder aber auch in einem Mikroprozessor vorhandene Software, mittels der die in der Fig. 1 angegebene natürliche Kennlinie 2 des Extruders auf die linear regelbare Kennlinie 2 angehoben wird.

Ziel der Erfindung ist es beispielsweise bei der Herstellung elektrischer Kabel und Leitungen, die Isolierwandstärke konstant zu halten, während die Liniengeschwindigkeit VL etwa bei einem Trommel- oder Spulenwechsel, verändert wird. Das bedeutet, daß das auf dem Leiter des Kabels oder der Leitung aufgebrachte Isoliergewicht ebenfalls konstant bleiben muß. Da aber die Austragsmenge des Extruders in der Regel keine lineare Abhängigkeit von der Veränderung des Sollwertes zeigt, wird in Durchführung der Erfindung eine lineare Veränderung der Austragsmenge des Extruders erzwungen.

Dies geschieht in der Weise, daß in die Austragskurve des Extruders die theoretische lineare Extrudersollaustragskennlinie eingetragen und die prozentuale Abweichung zwischen den jeweiligen Soll- und Istwerten ermittelt wird, entsprechend der Beziehung

wobei IALE die Ist-Austragsleistung und m SALE die maximale Soll-Ausstoßleistung des Extruders ist.

Ergibt sich hierbei z. B. ein Wert für die Abweichung von 20%, bedeutet dies, daß der Extrudersollwert während einer linearen Anhebung vom Anfahrwert, z. B. 12%, bis auf 100% seines Sollwertes zusätzlich um maximal 20% angehoben werden muß. Bei einer linearen Absenkung muß die Anhebung im gleichen Maße zurückgenommen werden.

Claims (3)

1. Verfahren zur Anpassung der Masseausstoßcharakteristik eines Extruders zur Verarbeitung von Kunststoff- oder Gummimischungen an die linearen Drehzahlkennlinien der Antriebsaggregate von mit dem Extruder eine Fertigungslinie bildenden weiteren Maschinen oder -gruppen, dadurch gekennzeichnet, daß die Ist-/Sollwert Abweichung der Drehzahl des Extruderantriebes zwischen tatsächlicher und linearer Regelcharakteristik bis zu seiner maximalen Drehzahl in gleichen prozentualen Folgeschritten dem jeweiligen Istwert hinzugefügt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Masseausstoß des Extruders in während der Abzugsgeschwindigkeit einer nachgeschalteten Folgemaschine konstant ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die prozentuale Abweichung der Formel genügt, wobeiAZVT [sec] die Anlagenzusatzverstellzeit,
AGBK [Schritt/sec] die Anlagengeschwindigkeitsverstellkonstante,
K₁ eine Rechnerkonstante,
IALE die Ist-Ausstoßleistung und
m SALE die max. Soll-Ausstoßleistungdes Extruders ist.