DE4236364C1 - Verfahren zur Regelung der Ausbringung einer Kunststoff-Extrusionsanlage - Google Patents
Verfahren zur Regelung der Ausbringung einer Kunststoff-ExtrusionsanlageInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Ausbringung
einer Kunststoff-Extrusionsanlage gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
Bei Extrusions- und Co-Extrusionsanlage zur Herstellung von
Platten, Profilen, Rohren usw. aus thermoplastischen Kunststoffen
ist die zeitliche Konstanz der Ausbringung des
Extrusionswerkzeuges von entscheidender Bedeutung für die
gleichbleibende Qualität des Produktes. Der Extruder, in der
Regel ein Schneckenextruder, in welchem das Kunststoffmaterial
geschmolzen wird, weist unvermeidliche Schwankungen in
der Fördermenge auf. Diese Schwankungen sind besonders stark
beim Anlauf der Anlage, können jedoch auch im Dauerbetrieb
auftreten, z. B. infolge von Schwankungen der zugeführten
Materialmenge oder durch sich ändernde Materialeigenschaften.
Um zu verhindern, daß solche Schwankungen in der Fördermenge
des Extruders zu Druckschwankungen der Kunststoffschmelze
vor dem Extrusionswerkzeug und damit zu Schwankungen
in der Ausbringung führen, wird zwischen den Extruder
und das Extrusionswerkzeug eine Schmelzepumpe eingesetzt,
vorzugsweise eine nahezu volumetrisch fördernde Zahnradpumpe.
Diese Schmelzepumpe gewährleistet eine zeitlich konstante
Förderung der Kunststoffschmelze zu dem Extrusionswerkzeug,
so daß die Schmelze mit konstantem Druck durch das
Extrusionswerkzeug gepreßt wird. Um eine konstante Materialförderung
zu der Schmelzepumpe sicherzustellen, wird der
Pumpenvordruck vor der Schmelzepumpe über die Drehzahl des
Extruders konstant geregelt.
Diese bekannte Regelung des Pumpenvordrucks der Schmelzepumpe
über die Drehzahl des als Stellglied wirkenden Extruders
ist im stationären Betrieb der Extrusionsanlage im allgemeinen
ausreichend und ergibt eine gute Konstanz der Ausbringung.
Schwierigkeiten ergeben sich jedoch beim Anfahren
der Anlage. Zunächst läuft die Schmelzepumpe noch sehr
langsam, wenn der Extruder angefahren wird. Beginnt die
Fördermenge des Extruders zu steigen, so würde der Pumpenvordruck
plötzlich schlagartig ansteigen, so daß die aus
Sicherheitsgründen notwendige Grenzdruckabschaltung aktiviert
würde. Deshalb wird der Extruder zunächst mit einer
langsamen Drehzahl angefahren, bis ein gewisser Pumpenvordruck
aufgebaut ist. Anschließend werden die Drehzahlen von
Extruder und Schmelzepumpe parallel hochgefahren, bis die
stationären Betriebsbedingungen erreicht sind. Dieses parallele
Hochfahren der Drehzahlen von Extruder und Schmelzepumpe
wird manuell durch eine Bedienungsperson gesteuert und
erfordert ein großes Geschick und eine große Erfahrung, da
die Fördermenge des Extruders beim Anfahren noch sehr ungleichmäßig
ist und demzufolge der Pumpenvordruck stark
schwankt. Die Bedienungsperson muß daher beim Hochfahren der
Extruderdrehzahl laufend die Drehzahl der Schmelzepumpe
nachstellen, um Spitzen des Pumpenvordruckes zu vermeiden,
die zu einer Grenzdruckabschaltung führen könnten. Schließlich
muß die Bedienungsperson entscheiden, wann sich die
Betriebsbedingungen so weit stabilisiert haben, daß die
automatische Regelung des Pumpenvordruckes über die Drehzahl
des Extruders eingeschaltet werden kann. Eine vorzeitige
Einschaltung der Regelung ist sinnlos, da der Extruder als
Stellglied für die Regelung des Pumpenvordrucks unbrauchbar
ist, solange der Extruder noch ungleichmäßig fördert. Ein zu
spätes Einschalten der Regelung bedeutet einen Verlust an
effektiver Produktionszeit.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, das Anfahren und
die Bedienung einer Extrusionsanlage einfacher und sicherer
zu machen.
Dieses Problem wird mit einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 gelöst, das erfindungsgemäß die Merkmale des
kennzeichnenden Teiles des Anspruchs 1 aufweist.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen 2 bis 6 angegeben. Eine zweckmäßige Extrusionsanlage
zur Durchführung des Verfahrens ist in den Ansprüchen
7 und 8 gekennzeichnet.
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, den Druck vor der
Schmelzepumpe alternativ über die Drehzahl des Extruders
oder über die Drehzahl der Schmelzepumpe zu regeln. Fördert
der Extruder nicht gleichmäßig, so wird der Pumpenvordruck
mit der Schmelzepumpe als Stellglied geregelt, während der
Extruder mit der vorgegebenen Drehzahl läuft. Dies hat den
Vorteil, daß sich der Prozeß aufgrund des mit konstanter
Drehzahl laufenden Extruders schneller stabilisert. Unstetigkeiten
der Fördermenge des Extruders führen nicht zu
Änderungen der Extruderdrehzahl, die dann wieder mit einer
entsprechenden Verzögerung auf den Sollwert gefahren werden
müßte. Außerdem eignet sich die Schmelzepumpe bei Unstetigkeiten
der Fördermenge des Extruders besser als Stellglied,
da die Schmelzepumpe erst anläuft, wenn ein Druck vor der
Pumpe aufgebaut ist, d. h. Material vor der Schmelzepumpe
vorhanden ist. Insbesondere reagiert der Pumpenvordruck sehr
direkt auf Drehzahländerungen der Schmelzepumpe, während der
Pumpenvordruck auf Drehzahländerungen des Extruders nur mit
Verzögerung anspricht. Durch die Regelung der Drehzahl der
Schmelzepumpe können Förderschwankungen des Extruders daher
sehr schnell und direkt ausgeglichen werden.
Erfindungsgemäß werden die Förderschwankungen des Extruders
beobachtet und der Pumpenvordruck der Schmelzepumpe wird
durch Steuerung der Drehzahl der Schmelzepumpe geregelt,
wenn starke zeitliche Schwankungen der Fördermenge des
Extruders auftreten. Hat sich die Förderung des Extruders
stabilisert, so daß der Pumpenvordruck keine störenden
kurzzeitigen Schwankungen zeigt, so wird die Regelung umgeschaltet
und der Pumpenvordruck durch Steuerung der Drehzahl
des Extruders geregelt.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann beim Anfahren der
Extrusionsanlage der Extruder schnell auf die stationäre
Soll-Drehzahl hochgefahren werden. Da der Pumpenvordruck
sehr schnell auf Drehzahländerungen der Schmelzepumpe anspricht,
besteht keine Gefahr, daß Förderschwankungen des
Extruders bei dem schnellen Hochfahren zu einem zu hohen
Pumpenvordruck und damit zu einer Grenzdruckabschaltung
führen. Das Hochfahren der Extrusionsanlage muß nicht mehr
manuell gesteuert werden, so daß der personelle Aufwand
verringert und der Betrieb zuverlässiger wird.
Vorzugsweise erfolgt das Umschalten zwischen Regelung über
die Schmelzepumpendrehzahl oder über die Extruderdrehzahl
automatisch aufgrund einer Beobachtung und Bewertung der
Schwankungen vorzugsweise des Pumpenvordrucks, gegebenenfalls
auch der Drehzahlen. Das automatische Umschalten hat
den Vorteil, daß beim Anfahren frühzeitig auf den stationären
Betrieb mit konstanter Drehzahl der Schmelzepumpe umgeschaltet
werden kann. Dadurch wird die Produktivität der
Anlage gesteigert. Außerdem hat das automatische Umschalten
den Vorteil, daß eventuell während des stationären Betriebs
auftretende Schwankungen automatisch durch Umschalten auf
die Regelung über die Pumpendrehzahl aufgefangen werden.
Dadurch können Ausschußproduktion aufgrund von Förderschwankungen
des Extruders während des Dauerbetriebs und insbesondere
Grenzwertabschaltungen bei stärkeren Förderschwankungen
vermieden werden. Durch diese automatische Umschaltung kann
die Extrusionsanlage gegebenenfalls zumindest zeitweise auch
mannlos gefahren werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten
Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur eine schematische
Darstellung des Verfahrens zeigt.
Die Extrusionsanlage zum Strangpressen von Platten, Profilen,
Schläuchen, Rohren usw. aus thermoplastischem Kunststoff
weist einen Extruder Ex auf, der insbesondere als
Schneckenförderer ausgebildet ist. Dem Extruder Ex wird der
Kunststoff als Granulat zugeführt. Der Kunststoff wird in
dem Extruder Ex geschmolzen und einer Schmelzepumpe Sp
zugeführt, die die Kunststoffschmelze mit konstantem Volumenstrom
und damit konstantem Druck einem Extrusionswerkzeug
zuführt. Die Schmelzepumpe Sp ist insbesondere eine nahezu
volumetrisch fördernde Zahnradpumpe.
Der Pumpenvordruck p vor der Schmelzepumpe Sp hängt von den
Drehzahlen n des Extruders Ex und der Schmelzepumpe Sp ab.
Wie in der Zeichnung durch die Kennzeichnungen + und - der
entsprechenden Pfeile angedeutet ist, bewirkt eine Erhöhung
der Drehzahl n des Extruders Ex einen Anstieg des Pumpenvordrucks
p, während eine Erhöhung der Drehzahl n der Schmelzepumpe
Sp eine Verringerung des Pumpenvordrucks p bewirkt.
Dem Extruder Ex ist ein Regler REx zugeordnet, der die
Drehzahl n des Extruders Ex als Stellgröße bestimmt. Ebenso
ist der Schmelzepumpe Sp ein Regler RSp zugeordnet, der
die Drehzahl n der Schmelzepumpe Sp als Stellgröße vorgibt.
Über eine Umschaltlogik Ul können alternativ entweder der
Regler REx des Extruders Ex aktiviert und der Regler
RSp der Schmelzepumpe Sp deaktiviert werden, wie dies in
der Zeichnung dargestellt ist, oder der Regler RSp an
die Schmelzepumpe Sp angeschaltet und der Regler REx von
dem Extruder Ex getrennt werden. Der Pumpenvordruck p wird
gemessen und als Druck-Ist-Wert Xp den Reglern REx
und RSp zugeführt, so daß je nach Schaltstellung der
Umschaltlogik Ul der Pumpenvordruck p über die Drehzahl n
des Extruders Ex oder über die Drehzahl n der Schmelzepumpe
Sp geregelt wird.
Der für die Prozeßbedingungen erforderliche Pumpenvordruck p
wird dabei als Druck-Soll-Wert wp den Reglern REx
bzw. RSp vorgegeben.
Ebenso kann ein den Konstruktions- und Prozeßbedingungen
entsprechender optimaler Drehzahl-Soll-Wert wn dem
Extruder Ex und der Schmelzepumpe Sp vorgegeben werden. Die
Umschaltlogik Ul schaltet die Drehzahl-Soll-Wert-Vorgabe
dabei so, daß jeweils dem Aggregat (Extruder Ex oder Schmelzepumpe
Sp) der zugehörige Drehzahl-Soll-Wert wn vorgegeben
wird, dessen Drehzahl n nicht durch den zugehörigen
Regler gesteuert wird. Wird somit (in dem in der Zeichnung
dargestellten Schaltzustand) die Drehzahl n des Extruders Ex
durch den Regler REx gesteuert, so wird die Drehzahl n
der Schmelzepumpe Sp auf den zugehörigen Drehzahl-Soll-Wert
wn eingestellt, während die Drehzahl-Soll-Wert-Vorgabe
des Extruders Ex nicht aktiviert ist. Wird umgekehrt die
Drehzahl n der Schmelzepumpe Sp durch den Regler RSp
gesteuert, so wird dem Extruder Ex ein Drehzahl-Soll-Wert
wn vorgegeben.
Die Umschaltung zwischen der Regelung über den Extruder Ex
und über die Schmelzepumpe Sp erfolgt stoßfrei, so daß das
Umschalten den Prozeßablauf nicht störend beeinflußt. Hierzu
wird beim Umschalten die momentane Ist-Drehzahl des bisher
als Stellglied arbeitenden Aggregats als Drehzahl-Soll-Wert
wn für den weiteren Betrieb dieses Aggregats übernommen.
Die Umschaltung über die Umschaltlogik Ul kann von einer
Bedienerebene Be manuell über einen Betriebsart-Wahlschalter
Bw betätigt werden. Von dieser Bedienerebene Be werden auch
die Druck-Soll-Werte Wp und die Drehzahl-Soll-Werte
wn als Führungsgrößen eingegeben.
Die Anlage ist von dem manuellen Betrieb, bei welchem die
Regelung über die Extruder-Drehzahl oder über die Schmelzepumpen-
Drehzahl manuell durch den Betriebsart-Wahlschalter
Bw vorgegeben wird, auf einen automatischen Betrieb umschaltbar.
In diesem automatischen Betrieb beobachtet und
überwacht ein Rechner C den Betriebs- und Prozeßzustand der
Extrusionsanlage und gibt der Umschaltlogik Ul den Befehl
zum Umschalten auf die jeweils optimale Betriebsart, d. h.
auf die Regelung über die Extruder-Drehzahl oder über die
Schmelzepumpe-Drehzahl.
Dem Rechner C wird der jeweils aktuelle gemessene Ist-Wert
Xp des Pumpenvordruckes p zugeführt. Der Rechner C überwacht
den Pumpenvordruck p und bewertet dessen Schwankungen jeweils
über ein vorgegebenes Zeitfenster. Hat der Pumpenvordruck
p, insbesondere beim Anfahren des Extruders Ex den
vorgegebenen Druck-Soll-Wert wp noch nicht erreicht oder
treten innerhalb des Zeitfensters Schwankungen des Pumpenvordruckes
p auf, die den Druck-Soll-Wert Wp um einen
vorgegebenen Grenzwert überschreiten, so schaltet der Rechner
C über die Umschaltlogik Ul auf die Betriebsart um, bei
welcher der Pumpenvordruck p über die Drehzahl n der Schmelzepumpe
Sp geregelt wird. Hat sich die Förderung des Extruders
Ex stabilisiert, so daß der Pumpenvordruck p stabil
innerhalb des vorgegebenen Grenzwertes mit dem Druck-Soll-Wert
wp übereinstimmt, so schaltet der Rechner C auf die
Betriebsart um, in welcher der Pumpenvordruck p über die
Drehzahl n des Extruders Ex geregelt wird.
Die Regelung über die Extruder-Drehzahl kann im stationären
Betrieb Langzeit-Drifts der Prozeßparameter ausgleichen,
wobei die konstante vorgegebene Drehzahl n der Schmelzepumpe
Sp für konstante Bedingungen an dem Extrusionswerkzeug
sorgt. Beim Anfahren und beim Abfahren der Anlage und bei
kurzzeitigen Störungen während des Betriebs tritt automatisch
die Regelung über die Drehzahl n der Schmelzepumpe Sp
in Funktion. Das Hochfahren und Herunterfahren der Anlage
kann daher schnell und problemlos erfolgen. Kurzzeitige
Störungen im Dauerbetrieb führen nicht zu einer Zwangsabschaltung,
sondern werden abgefangen, bis sich die Prozeßparameter
wieder stabilisiert haben.
Zweckmäßigerweise überwacht der Rechner C auch die Drehzahlen
n des Extruders Ex und der Schmelzepumpe Sp. Auch diese
Drehzahlen n können gegebenenfalls als Kriterien für den
Prozeßzustand und für die Wahl der Betriebsart herangezogen
werden. Insbesondere bedeuten starke Schwankungen der Drehzahl
n des jeweils als Stellglied arbeitenden Aggregats
(Schmelzepumpe Sp oder Extruder Ex) daß der Prozeß nicht
stabil abläuft und die Betriebsart der Regelung über die
Drehzahl n der Schmelzepumpe Sp gewählt werden muß. Weiter
können die Drehzahlen n als Kriterium dafür herangezogen
werden, ob der stationäre Zustand mit den vorgegebenen
Drehzahl-Soll-Werten wn erreicht ist.
Claims (8)
1. Verfahren zur Regelung der Ausbringung einer Kunststoff-
Extrusionsanlage mit einem das thermoplastische
Kunststoffmaterial zuführenden Extruder (Ex), mit einem
Extrusionswerkzeug und mit einer zwischen den Extruder
(Ex) und das Extrusionswerkzeug geschalteten, nahezu
volumetrisch fördernden Schmelzepumpe (Sp), wobei der
Pumpenvordruck (p) der Schmelzepumpe (Sp) als Regelgröße
über die Drehzahl (n) des als Stellglied wirkenden
Extruders (Ex) geregelt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß der Pumpenvordruck (p) auch über die Drehzahl (n)
der Schmelzepumpe (Sp) regelbar ist und daß der Pumpenvordruck
(p) umschaltbar über den Extruder (Ex) oder die
Schmelzepumpe (Sp) als Stellglied geregelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Abweichungen des Pumpenvordrucks (p) von einem
Druck-Soll-Wert (wp) und die Schwankungen des Pumpenvordrucks
(p) beobachtet werden, daß auf die Regelung
mit der Schmelzepumpe (Sp) als Stellglied geschaltet
wird, wenn die Abweichung bzw. die Schwankungen einen
vorgegebenen Grenzwert überschreiten, und daß auf die
Regelung mit dem Extruder (Ex) als Stellglied umgeschaltet
wird, wenn die Abweichung oder die Schwankungen
innerhalb des vorgegebenen Grenzwertes liegen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Abweichungen der Drehzahl (n) der Schmelzepumpe
(Sp) und/oder des Extruders (Ex) von einem vorgegebenen
Drehzahl-Soll-Wert (wn) und die Schwankungen
dieser Drehzahlen (n) beobachtet werden, daß auf die
Regelung mit der Schmelzepumpe (Sp) als Stellgröße
umgeschaltet wird, wenn die Abweichungen oder die
Schwankungen einen vorgegebenen Grenzwert überschreiten,
und daß auf die Regelung mit dem Extruder (Ex) als
Stellglied umgeschaltet wird, wenn die Abweichungen bzw.
Schwankungen innerhalb des vorgegebenen Grenzwertes
liegen.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schwankungen des Pumpenvordrucks (p) bzw.
der Drehzahlen (n) jeweils über ein vorgegebenes Zeitfenster
bewertet werden und daß das Umschalten der
Regelung automatisch erfolgt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem automatischen
Umschalten und einem manuellen Umschalten der Betriebsart
der Regelung gewählt werden kann.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Umschalten zwischen den
Betriebsarten der Regelung stoßfrei erfolgt.
7. Extrusionsanlage zur Durchführung des Verfahrens nach
einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Extruder
(Ex), einer Schmelzepumpe (Sp), einem Extrusionswerkzeug
und einem die Drehzahl (n) des Extruders (Ex) steuernden
Regler (REx), gekennzeichnet durch einen die Drehzahl
(n) der Schmelzepumpe (Sp) steuernden Regler
(RSp) und durch eine Umschaltung (Umschaltlogik Ul),
die alternativ den Regler (REx) des Extruders (Ex)
oder den Regler (RSp) der Schmelzepumpe (Sp) aktiviert.
8. Extrusionsanlage nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch
einen Rechner (C), der den Betriebszustand der Anlage
beobachtet und bewertet und die Umschaltung (Ul) automatisch
betätigt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4236364A DE4236364C1 (de) | 1992-10-28 | 1992-10-28 | Verfahren zur Regelung der Ausbringung einer Kunststoff-Extrusionsanlage |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4236364A DE4236364C1 (de) | 1992-10-28 | 1992-10-28 | Verfahren zur Regelung der Ausbringung einer Kunststoff-Extrusionsanlage |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4236364C1 true DE4236364C1 (de) | 1993-10-28 |
Family
ID=6471540
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4236364A Expired - Fee Related DE4236364C1 (de) | 1992-10-28 | 1992-10-28 | Verfahren zur Regelung der Ausbringung einer Kunststoff-Extrusionsanlage |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4236364C1 (de) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4721589A (en) * | 1983-09-22 | 1988-01-26 | Harrel, Inc. | Extruder viscosity control system and method |
DE3833776A1 (de) * | 1987-10-08 | 1989-04-20 | Barmag Barmer Maschf | Vorrichtung zur extrusion einer thermoplastischen schmelze |
-
1992
- 1992-10-28 DE DE4236364A patent/DE4236364C1/de not_active Expired - Fee Related
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DE3833776A1 (de) * | 1987-10-08 | 1989-04-20 | Barmag Barmer Maschf | Vorrichtung zur extrusion einer thermoplastischen schmelze |
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D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
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8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
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