EP3749501A1 - Verfahren zum betreiben eines extruders und extruder - Google Patents

Verfahren zum betreiben eines extruders und extruder

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Publication number
EP3749501A1
EP3749501A1 EP19701835.1A EP19701835A EP3749501A1 EP 3749501 A1 EP3749501 A1 EP 3749501A1 EP 19701835 A EP19701835 A EP 19701835A EP 3749501 A1 EP3749501 A1 EP 3749501A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
flow rate
time
recipe identifier
throughput
parameter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP19701835.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Harald Hepke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KraussMaffei Extrusion GmbH
Original Assignee
KraussMaffei Extrusion GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by KraussMaffei Extrusion GmbH filed Critical KraussMaffei Extrusion GmbH
Publication of EP3749501A1 publication Critical patent/EP3749501A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B29C2948/9298—Start-up, shut-down or parameter setting phase; Emergency shut-down; Material change; Test or laboratory equipment or studies

Definitions

  • the invention relates to a method for operating an extruder. According to a second aspect, the invention relates to an extruder.
  • the invention relates to a method for producing automobile tires and components of automobile tires, for example treads, by means of an extruder.
  • Extruders have a screw which travels in a cylinder to convey and thereby knead optionally extruded material, which is a rubber composition according to a preferred embodiment, and optionally to heat and finally discharge under pressure to a spray head.
  • the snail wears out. This increases a gap between the outer edge of the screw and an inner surface of the cylinder in which the screw is running. Through this gap flows to be extruded material against a
  • the throughput is that amount of extruded material that is released to the spray head during operation of the extruder.
  • the procedure is that the screw is usually changed too early.
  • the invention is based on the object to reduce disadvantages in the prior art.
  • the invention solves the problem by a method for operating an extruder comprising a screw, comprising the steps of (a) detecting a recipe identifier associated with material to be extruded and at least one operating quantity indicative of a desired screw rotational frequency f, the screw, (b) time-dependent detection of a flow rate parameter, from which a throughput of the extruder, in particular per revolution of the screw can be concluded, (c) detecting an error time tp, to which the Extruder is no longer operable due to excessive wear, and (d) calculating a limiting flow rate parameter Mi (tp) from the flow rate parameter M, linking the Grenz thoroughly- Parame ters Mi (tp) with the recipe identifier R, (and optionally the Error time tp) and storing the limit flow rate parameter M, ( ⁇ r).
  • the recipe identifier is understood as meaning, in particular, a date, for example a number, an amount of numbers or a vector, which codes the information necessary for processing a particular material. In particular, it is determined from the recipe identifier, which material is to be extruded and thus supplied to the extruder.
  • the recipe identifier also encodes a product dimension.
  • the recipe code also encodes an operating variable from which the desired screw rotational frequency of the screw can be determined.
  • the operating variable is the desired screw rotational frequency itself.
  • the operating variable may be the output of the extruder to be set, a nominal throughput in weight per unit of time, and / or a nominal production speed.
  • the recipe code encodes a corresponding operating variable. In other words, it is sufficient that the recipe identifier
  • the time-dependent detection of the throughput parameter is understood in particular to mean that the throughput parameter is recorded at least once per minute, preferably at least once per 10 seconds, preferably at least once per second. It is possible that the time-dependent detection is performed on the basis of an external signal, for example from a central control unit.
  • the throughput indicates which mass of extruded material per unit time or per revolution of the screw is discharged from the extruder.
  • time it is either the real time or one
  • Machine time meant that increases with the real time in operation strictly monotonous. However, unlike the real time, the machine time may stall, for example, when the extruder is not operated or reset, for example after a screw change.
  • the error time is preferably indicated in the machine time, for example in number of hours since the last change of the screw of the corresponding extruder.
  • the error time is that time at which the extruder delivers extruded material that no longer meets the required quality of the product and / or to which the extruder no longer reaches a predetermined target production speed.
  • this quality refers to whether the material is completely unvulcanized. It is possible, but not necessary, for the quality of the product to be described in objectively measurable parameters.
  • the error time is that time at which a predetermined maximum temperature of the extruded material is at least locally exceeded. It is possible, but not necessary, for the temperature of the extruded material to be measured and for the time of failure thereby to be determined from this temperature, in particular by setting the time of exceeding the maximum temperature as the time of error.
  • the screw rotation frequency After some wear, the screw rotation frequency must be increased to reach the target production speed. If a further increase in the screw rotational frequency is not possible because this would lead to too high a thermal load, the production speed drops below the target production speed. This is one possible criterion for assuming a too worn worm.
  • the cutoff parameter is calculated from the throughput parameter, it is understood, in particular, that the cutoff parameter is set equal to the throughput parameter at a time that is within a DC wear interval around the fault time.
  • the DC wear interval is a time interval in which it can be assumed that the wear of the worm has not changed significantly.
  • the interval length of the DC wear interval is at most three months, in particular at most one month and / or at least one day.
  • the threshold flow rate parameter is linked to the recipe identifier
  • the corresponding data are stored so that when querying the threshold flow rate parameter is uniquely identifiable to which recipe identifier this belongs. It is convenient, but not necessary, for the error time t P to be linked to the limiting flow rate parameter and the recipe recognition.
  • the limit flow rate parameter associated with the recipe identifier and, if applicable, the time of error forms an error record.
  • Material processed within the equal wear interval at the time of error the flow rate parameter associated with the corresponding recipe identifier and a timestamp for inferring the error time, as an equivalent flow rate parameter Miq q ( tp) stored.
  • this throughput parameter is linked to the error time tp itself, even if the material is not processed exactly at the error time.
  • Material to be extruded which belongs to different prescription identifiers, may react differently to the wear of the extruder. It is commonly known heuristically that a particular material sensitive or insensitive to wear. If it is known that the material reacts insensitive to wear, it can be processed, although the previous material could no longer be processed.
  • the new material with the new recipe identifier is processed only for the purpose of determining whether even with this material, the wear of the extruder is already so great that the required throughput can not be achieved with the specified quality.
  • This data results in a collection of data that can be extracted in the form of a throughput map at which specific throughput the material having a particular recipe identifier can no longer be processed.
  • the method preferably comprises the steps
  • the detection of the throughput parameters at the time within the DC wear interval is based on the knowledge that the wear within of the DC wear interval only to a negligibly small extent. Each time the recipe is changed, it will give an indication of the influence that the viscosity in the other properties of the material with a given recipe identifier has on the throughput at an unknown but given wear. On the basis of this data, a conclusion can be drawn as to which wear is to be expected if the material is changed over with an already presumed recipe code. In particular, by the method steps mentioned above, a throughput parameter for a material with a first, current recipe identifier can be used to infer the expected throughput parameter through the material with a second, future recipe identifier.
  • Throughput parameter for the material with the current recipe identifier at the current time of change of the throughput parameters for the material with the future recipe identifier at the current change time is obtained. In this way, an estimated flow rate parameter is obtained.
  • a warning message is issued if the throughput parameter, which has been calculated in this way for the material with the future recipe, falls below a predetermined minimum throughput parameter associated with the recipe identifier.
  • This minimum throughput parameter is preferably the limit flow rate parameter that is obtained when a time of error has been detected for the corresponding recipe identifier. If no error time has been detected, a predetermined estimated value which was estimated, for example, is preferably used as the minimum throughput parameter.
  • the following steps are performed: (a) determining the closest time to which the throughput parameter with the current recipe identifier is equivalent Throughput parameter for the future recipe identifier exists, (b) determining a difference between the throughput parameters, (c) adding a wear progress value calculated from this difference to the throughput parameter of the current one
  • the wear progress value is equal to the difference.
  • this difference is multiplied by a correction value, which is calculated for example from the wear curves for the two recipe identifiers.
  • the basis for this method is the assumption that the differences in the throughputs change little with increasing wear.
  • warning message By issuing a warning message, it is understood, in particular, that a signal perceivable or imperceptible by humans is emitted, which encodes the circumstance that it is to be expected that the predefined quality will not be reached when the future material is extruded. It is possible that the warning message will be sent to a remote central computer, such as a computer that is in the hands of or serviced by a manufacturer or maintenance company of the extruder, so that the
  • Delivery of a new snail can be triggered.
  • the closest point in time is determined, to which for the Throughput parameter with the current recipe identifier an equivalent throughput parameter for the future recipe identifier exists, then the quotient of the throughput parameters is determined. This quotient becomes a
  • the wear progress factor may be the quotient itself.
  • the wear progress factor is multiplied by the flow rate parameter of the current recipe identifier to obtain a second estimated flow rate parameter. If the second estimated flow rate parameter is below the threshold flow rate parameter of the future material with the future recipe flag, the warning message is issued.
  • Flow rate parameter does not necessarily mean that the first flow rate parameter must be calculated. It is just a simpler form of naming. It is also possible that the first and the second estimated flow rate parameters are calculated, and for the comparison with the
  • Boundary flow rate parameter is used from both estimated flow rate parameters.
  • the method comprises the steps (a) for at least one
  • predetermined recipe identifier which may be referred to as a reference recipe, determining the throughput parameter as a function of time, in particular also throughput parameters when extruding materials and other recipe identifiers, and (b) calculating a defect time estimate to which the Minimal throughput parameters for the given recipe identifier would be less than the minimum throughput parameter associated with the recipe identifier, by extrapolating the throughput parameter versus time. It is favorable if the error time estimated value is output in the form of a message.
  • the method comprises the step of obtaining fit parameters for a given set of recipes which are fitted according to the throughput parameter with a parameterized model function, whereby the extrapolation of the throughput parameter takes place on the basis of the model function with the fit parameters.
  • the model function can be a linear function.
  • the throughput parameter is described as a linear function versus time measured in operating hours.
  • the model function contains terms of higher order, in particular those which depend on the quadratic or third power of the time.
  • the method comprises the step of zeroing the time after replacement of the screw. It is possible to carry out said process only over the period over which a given screw is used. But it can be assumed with good reasons that the wear behavior of the screw is substantially the same, so from the wear behavior of a screw on the wear behavior of the following
  • Snail can be closed.
  • the invention also solves the problem by a method of operating an extruder having a screw, comprising the steps of: (a) detecting a recipe ID Ri associated with material to be extruded and at least one operating quantity indicative of a desired screw rotational frequency f , which is determinable of the screw to be preset in the extrusion, encodes (b) time-dependent
  • the throughput parameters for the corresponding recipes are accordingly recorded in the procedure for the material with the second recipe identifier and stored in the equivalent enforcement characteristic field.
  • the method preferably comprises the steps of (a) determining a recipe as reference recipe identifier and (b) determining the DC wear interval from the change times t Wk of the recipe reference recipe identifier.
  • a recipe which is preferably the most commonly used recipe relative to which the enforcement parameters are referenced.
  • the method comprises the steps of (a) detecting an error time point tp at which the extruder is no longer operable with the desired screw rotational frequency due to excessive wear (because otherwise the required quality of the product is no longer guaranteed), (b ) Determining the flow rate parameter Mi (tp) at a time t P in the equal wear interval l a , (c) determining the minimum flow rate parameter M n from this flow rate parameter M i ( ⁇ r), in particular by setting minimum flow rate equal Parameters Mi min and throughput parameters Mj (t P ).
  • a throughput parameter is obtained which is known that the material with the associated recipe identifier can not be processed at the given wear.
  • inventive method there is also a method for operating an extrusion line which has a first extruder, a second extruder and at least one third extruder, the method being carried out for the majority of the extruders, in particular for all extruders.
  • an extruder is also provided with a cylinder, at least one screw running in the cylinder, and a control unit which is arranged to automatically carry out a method according to the invention.
  • the control unit has a digital memory in which a program is stored, which encodes the method.
  • control unit is provided with a
  • Data network connected or connectable to send the throughput parameters or parameters calculated therefrom, in particular Fit parameters, to a spatially spaced central computer.
  • the central computer may, for example, be located more than one kilometer away from the control unit nearest to it. This allows the manufacturer of the extruder or a
  • an extrusion system with at least three extruders, each having at least one screw, as well as a control unit, which is set up for automatically performing an inventive
  • Figure 1 shows an inventive extrusion system with inventive
  • FIG. 2 shows a diagram in which the course of the throughput parameters for a plurality of recipe identifiers is plotted over time
  • FIG. 3 shows a diagram similar to that according to FIG. 2, wherein the time over which a recipe is processed in each case is shorter than in the case of FIG. 2.
  • FIG. 1 shows an extrusion system 10 according to the invention with a first extruder 12.1, a second extruder 12.2 and a third extruder 12.3.
  • the first extruder has a first screw 14.1, which runs in a cylinder 16.1.
  • a material supply 18.1 to be extruded material 20.1 is fed to the extruder 12.1.
  • the extruder 12.1 has a drive 22.1 in the form of an electric motor for rotating the worm 14.1.
  • a control unit 24.1 controls the drive 22.1 so that it causes a predetermined screw rotational frequency f.
  • the control unit 24.1 can communicate with a central computer 26. It is possible that an intermediate computer 28 is used for this purpose.
  • the control unit 24 comprises a digital memory in which a program is stored which, when working, causes the method described below to be executed.
  • a recipe identifier R is detected by extruded material.
  • the index i is a run index, which could also be referred to as a recipe index, as it numbers the different recipes.
  • a recipe contains, for example, an indication of the constituents of the material 20.1 which is fed to the extruder 14.1.
  • the recipe R also includes an indication of a desired screw rotational frequency fi. soii , which should be preset when extruding material 20.1.
  • this desired screw rotational frequency f.sub.o.sub.ii refers to a predetermined throughput m, which relates to the amount of material which is discharged by the extruder 12.1 per revolution of the screw 14.1. From the throughput m and the screw rotational frequency f, it is thus possible to calculate a mass throughput which is measured in kilograms per unit of time and indicates how many kilograms of extruded material per unit of time is output by the extruder 12.1.
  • the extruder 12.1 delivers the extruded material by means of a line 30.1 to a spray head 32.
  • the other extruders of the extrusion system 10 in the present case, the extruder 12.2 and 12.3, via corresponding lines 30.2, 30.3 each extruded material to the spray head 32, where from the combined streams a profile 34 is injected.
  • the profile 34 runs on a conveyor 36, for example a belt conveyor, for further processing.
  • a scale 38 determines the weight of a portion of the profile 34 so that a line weight G, also called the meter weight, of the profile 34 can be determined. Since the proportion of the material coming from a specific extruder is known on the profile, from this information and the measured meter weight and a speed with which the profile 34 moves, the throughput in kilograms per unit time of all extruders can be determined. The speed at which the profile 34 moves is also measured, for example, by measuring a rotational speed of a roller over which the profile 34 rolls.
  • the extruders 12.2 and 12.3 and any further existing extruders are each constructed the same, but it is also possible that they differ in their design. However, the essential characteristics of the extruders relevant to the invention are those described above.
  • the respective control units 24 detect the respective worm rotational speed. f ,.
  • the throughput in mass per unit time is given and according to a preferred embodiment is part of the recipe, can be calculated from the screw rotational frequency f, the throughput per screw revolution, namely as a quotient of throughput in weight or mass per unit time at the target throughput according to recipe.
  • the nominal flow rate is given in mass or weight per minute. If it comes to wear, then the screw rotation frequency f, must be increased in order to achieve the desired throughput. This is usually done manually, but can also be done automatically.
  • FIG. 2 shows schematically that the throughput parameter M decreases with the time t measured in operating hours.
  • material with the recipe identifier Ri is first extruded. It can be seen that the target throughput is just under 500 grams per screw revolution.
  • This recipe identifier is detected by the control unit 24, for example, by being entered by an operator via an operator interface. From the recipe identifier Ri, the control unit 24 determines the first to be selected screw rotational frequency - During the extrusion of the throughput parameter M in the form of mass penetration per screw revolution is detected continuously, for example once a second or once per 10 seconds.
  • the respective current throughput parameter Mi (tw-i) is initially stored. Thereafter, the material according to a second recipe identifier R 2 is processed. At the beginning of processing, the throughput parameter M 2 (t Wi ) is determined. The same occurs at a time t W 2 when changing from the material with the second recipe identifier to the material with the third recipe identifier R 3 .
  • the screw rotational frequency f 2 would have to be selected to be so high, In order to achieve the predetermined target throughput that would lead to excessive heating of the material to be extruded and local vulcanization.
  • the flow rate parameter M is M 2 (t P ) at this time. It is stored as a limit flow rate parameter. For a later recurring processing of the material according to the recipe identifier R 2, it is then known that it must be ensured that the throughput parameter M 2 is always above this limit flow rate parameter M 2 min .
  • FIG. 1 shows the case in which the materials are exchanged so rarely with respect to the corresponding recipe identifiers that the wear already clearly advances during the processing of only one material.
  • different materials with different recipe identifications are changed so frequently that wear during processing of the material with a particular recipe identifier is small.
  • This case is schematically indicated in the diagram according to FIG. It can be seen that during a DC wear interval l a, the wear decreases only so little that it can be regarded as constant. For this reason, in good approximation, the throughput parameters M 3, eq (tp), M 2 (tp), M 4, etc. q (tp) are considered to belong to the same wear condition as.
  • the quotient of the throughput parameters is formed instead of the difference, in the present case this would be M 3 (t W n) / M 4 (t W n). If material with a recipe ID is used very often, it makes sense to regard this recipe ID as the reference recipe ID.
  • FIG. 2 schematically shows the measuring points at which the throughput parameters are determined at least for the recipe with the recipe identifier R 2 . If a large number of these parameters exist, then the wear curve can be adapted with a model curve, which in the present case is shown with dashed lines. For example, as in the case shown in FIG. 2, it is a straight line. With sufficiently many measuring points, the parameters of the model function can be selected so that the model function is optimally adapted to the measured data. This curve fitting belongs to the prior art and will therefore not be described further.
  • fit parameters are obtained which describe the time course of the throughput parameter M for the material with the recipe identifier R. As soon as these have been obtained, it is possible to determine from that time that the preset or determined minimum flow rate parameter Mi min would also be undershot. This value can be queried automatically or on a corresponding request from the user via the user interface of the respective control unit 24 or via the intermediate computer 28 or by the central computer 26.

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  • Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Extruders (10), der eine Schnecke (14) aufweist, mit den Schritten: (a) Erfassen einer Rezeptkennung (Ri), die zu extrudierendem Material (20) zugeordnet ist und zumindest eine Betriebsgröße, aus der eine Soll-Schneckendrehfrequenz (fi,soll) der Schnecke (14), die bei der Extrusion voreinzustellen ist, bestimmbar ist, kodiert, (b) zeitabhängiges Erfassen eines Durchsatz-Parameters (M), aus dem auf einen Durchsatz (m) des Extruders (12) geschlossen werden kann, (c) Erfassen eines Fehlerzeitpunkts (tp), zu dem das Material (20) aufgrund eines zu hohen Verschleißes des Extruders (12) nicht mehr mit einer vorgegebenen Qualität herstellbar ist und (d) Berechnen eines Grenzdurchsatz-Parameters (Mi(tp)) aus dem Durchsatz-Parameter (M), Verknüpfen mit der Rezeptkennung (Ri) und Speichern des Grenzdurchsatz-Parameters (Mi(tp)).

Description

Verfahren zum Betreiben eines Extruders und Extruder
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Extruders. Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung einen Extruder.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren zum Herstellen von Autoreifen und Komponenten von Autoreifen, beispielsweise Laufstreifen, mittels eines Extruders. Extruder besitzen eine Schnecke, die in einem Zylinder läuft, um zu extrudierendes Material, bei dem es sich gemäß einer bevorzugten Ausfüh rungsform um eine Kautschukmischung handelt, zu fördern und dabei zu kneten, gegebenenfalls zu erwärmen und schließlich unter Druck an einen Spritzkopf abzugeben.
Die Schnecke verschleißt. Dadurch vergrößert sich ein Spalt zwischen der äußeren Kante der Schnecke und einer Innenfläche des Zylinders, in dem die Schnecke läuft. Durch diesen Spalt fließt zu extrudierendes Material entgegen einer
Materialflussrichtung. Um einen vorgegebenen Durchsatz zu erreichen, muss eine Drehfrequenz der Schnecke erhöht werden, je größer der Verschleiß ist. Der Durchsatz ist diejenige Menge an extrudiertem Material, die beim Betrieb des Extruders an den Spritzkopf abgegeben wird.
Je höher der Strom an zu extrudierendem Material ist, der durch den Spalt entge gen der Materialflussrichtung fließt, und je höher in Reaktion darauf die Drehfre quenz der Schnecke eingestellt wird, um einen vorgegebenen Soll-Durchsatz zu erreichen, desto mehr Wärme wird in das zu extrudierende Material eingebracht. Zwar ist es möglich und gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfah rens vorgesehen, dass das zu extrudierende Material mittels einer Kühlvorrichtung des Extruders gekühlt wird. Dennoch führt eine Erhöhung der Schneckendrehfre quenz in aller Regel dazu, dass die Temperatur des extrudierenden Materials an dem Punkt, an dem das Material den Extruder verlässt, steigt. Wird eine kritische Temperatur überschritten, so führt dies dazu, dass die Kau tschukmischung teilweise vulkanisiert und damit für die weitere Verarbeitung unbrauchbar wird. Aus diesem Grund muss die Schnecke ausgetauscht werden, wenn der Verschleiß zu weit fortgeschritten ist. Die Messung des Verschleißes ist bislang aufwändig. Dazu ist es beispielweise notwendig, die Schnecke auszubauen und zu vermessen. Aus diesem Grund wird die Schnecke nach einer vorgegebenen Anzahl an Betriebsstunden unabhängig vom tatsächlich vorliegenden Verschleiß gewechselt. Damit wird vermieden, dass der Verschleiß während der Produktion zu hoch wird und damit eine Produktionspause entsteht. Nachteilig an diesem
Vorgehen ist, dass die Schnecke in der Regel zu früh gewechselt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, Nachteile im Stand der Technik zu vermindern.
Die Erfindung löst das Problem durch ein Verfahren zum Betreiben eines Extruders, der eine Schnecke aufweist, mit den Schritten (a) Erfassen einer Rezeptkennung, die zu extrudierendem Material zugeordnet ist und zumindest eine Betriebsgröße, aus der eine Soll-Schneckendrehfrequenz f, der Schnecke, die bei der Extrusion voreinzustellen ist, bestimmbar ist, kodiert, (b) zeitabhängiges Erfassen eines Durchsatz-Parameters, aus dem auf einen Durchsatz des Extruders, insbesondere pro Umdrehung der Schnecke geschlossen werden kann, (c) Erfassen eines Fehlerzeitpunkts tp, zu dem der Extruder aufgrund eines zu hohen Verschleißes nicht mehr betreibbar ist, und (d) Berechnen eines Grenzdurchsatz-Parameters Mi(tp) aus dem Durchsatz-Parameter M, Verknüpfen des Grenzdurchsatz-Parame ters Mi (tp) mit der Rezeptkennung R, (und gegebenenfalls dem Fehlerzeitpunkt tp) und Speichern des Grenzdurchsatz-Parameters M,(ίr).
Vorteilhaft an diesem Verfahren ist, dass auf diese Weise eine Information darüber erhalten wird, bei welchem Durchsatz die eingebrachte thermische Leistung bei einem vorgegebenen Rezept so groß wird, dass eine vorgegebene Qualität des extrudierten Produkts nicht mehr gegeben ist. lm Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird unter der Rezeptkennung insbe sondere ein Datum, beispielsweise eine Zahl, eine Menge an Zahlen oder ein Vektor verstanden, dass diejenigen Informationen kodiert, die zum Verarbeiten eines bestimmten Materials notwendig sind. Insbesondere ist anhand der Rezept kennung festgelegt, welches Material zu extrudieren ist und damit dem Extruder zugeführt wird.
Vorzugsweise kodiert die Rezeptkennung zudem eine Produktabmessung.
Die Rezeptkennung kodiert zudem eine Betriebsgröße, aus der die Soll- Schneckendrehfrequenz der Schnecke bestimmbar ist. Beispielsweise handelt es sich bei der Betriebsgröße um die Soll-Schneckendrehfrequenz selbst. Alternativ kann es sich bei der Betriebsgröße um die einzustellende Leistung des Extruders, einen Solldurchsatz in Gewicht pro Zeiteinheit und/oder eine Soll- Produktionsgeschwindigkeit handeln. Es ist jedoch grundsätzlich denkbar und von der Erfindung umfasst, dass die Rezeptkennung eine entsprechende Betriebsgröße kodiert. In anderen Worten ist es ausreichend, dass die Rezeptkennung
ausschließlich dem zu extrudierenden Material zugeordnet ist.
Unter dem zeitabhängigen Erfassen des Durchsatz-Parameters wird insbesondere verstanden, dass der Durchsatz-Parameter zumindest einmal pro Minute, vorzugs weise zumindest einmal pro 10 Sekunden, vorzugsweise zumindest einmal pro Se kunde, erfasst wird. Es ist möglich, dass das zeitabhängige Erfassen aufgrund eines externen Signals durchgeführt wird, beispielsweise von einer zentralen Steuereinheit.
Unter dem Merkmal, dass aus dem Durchsatz-Parameter auf den Durchsatz des Extruders geschlossen werden kann, wird insbesondere verstanden, dass der Durchsatz angibt, welche Masse an extrudiertem Material pro Zeiteinheit oder pro Umdrehung der Schnecke vom Extruder abgegeben wird. Wenn von der Zeit gesprochen wird, so ist entweder die reale Zeit oder eine
Maschinenzeit gemeint, die mit der realen Zeit im Betrieb streng monoton zunimmt. Anders als die reale Zeit kann die Maschinenzeit jedoch Stillstehen, beispielsweise wenn der Extruder nicht betrieben wird oder zurückgesetzt wird, beispielsweise nach einem Schneckenwechsel.
Der Fehlerzeitpunkt wird vorzugsweise in der Maschinenzeit angegeben, beispielsweise in Zahl der Stunden seit dem letzten Wechsel der Schnecke des entsprechenden Extruders.
Der Fehlerzeitpunkt ist derjenige Zeitpunkt, zu dem der Extruder extrudiertes Material abgibt, das nicht mehr der geforderten Qualität des Produkts entspricht und/oder zu dem der Extruder eine vorgegebene Soll-Produktionsgeschwindigkeit nicht mehr erreicht. Diese Qualität bezieht sich beispielsweise darauf, ob das Material vollständig unvulkanisiert ist. Es ist möglich, nicht aber notwendig, dass die Qualität des Produkts in objektiv messbaren Parametern beschrieben ist.
Maßgeblich ist lediglich, dass der Fehlerzeitpunkt denjenigen Zeitpunkt kodiert, zu dem das extrudierte Material als nicht mehr akzeptabel betrachtet wird.
Beispielsweise ist der Fehlerzeitpunkt derjenige Zeitpunkt, zu dem eine vorgegebe ne Maximal-Temperatur des extrudierten Materials zumindest lokal überschritten wird. Es ist möglich, nicht aber notwendig, dass die Temperatur des extrudierten Materials gemessen und der Fehlerzeitpunkt dadurch aus dieser Temperatur bestimmt wird, insbesondere dadurch, dass der Zeitpunkt des Überschreitens der Maximal-Temperatur als der Fehlerzeitpunkt gesetzt wird.
Ab einem gewissen Verschleiß muss die Schneckendrehfrequenz erhöht werden, um die Soll-Produktionsgeschwindigkeit zu erreichen. Ist eine weitere Erhöhung der Schneckendrehfrequenz nicht möglich, weil das zu einer zu hohen thermischen Belastung führen würde, sinkt die Produktionsgeschwindigkeit unter die Soll- Produktionsgeschwindigkeit. Das ist ein mögliches Kriterium, um von einer zu stark verschlissenen Schnecke auszugehen. Unter dem Merkmal, dass der Grenzdurchsatz-Parameter aus dem Durchsatz- Parameter berechnet wird, wird insbesondere verstanden, dass der Grenzdurch satz- Parameter gleich dem Durchsatz-Parameter zu einem Zeitpunkt gesetzt wird, der innerhalb eines Gleichverschleiß-Intervalls um den Fehlerzeitpunkt liegt. Das Gleichverschleiß-Intervall ist ein Zeitintervall, bei dem davon ausgegangen werden kann, dass sich der Verschleiß der Schnecke nicht signifikant geändert hat.
Beispielsweise beträgt die Intervalllänge des Gleichverschleiß-Intervalls höchstens drei Monate, insbesondere höchstens einen Monat und/oder zumindest einen Tag.
Unter dem Merkmal, dass der Grenzdurchsatz-Parameter mit der Rezeptkennung verknüpft wird, wird insbesondere verstanden, dass die entsprechenden Daten so gespeichert werden, dass beim Abfragen des Grenzdurchsatz-Parameters eindeu tig feststellbar ist, zu welcher Rezeptkennung dieser gehört. Es ist günstig, nicht aber notwendig, dass auch der Fehlerzeitpunkt tP mit dem Grenzdurchsatz- Parameter und der Rezeptkennung verknüpft wird. Der mit der Rezeptkennung und gegebenenfalls mit dem Fehlerzeitpunkt verknüpfte Grenzdurchsatz-Parameter bildet einen Fehler-Datensatz.
Günstig ist es, wenn das Rezept die Produktionsgeschwindigkeit kodiert, mit der das zu extrudierende Material abgegeben werden muss.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird für Rezeptkennungen von
Material, das innerhalb des Gleichverschleiß-Intervalls um den Fehlerzeitpunkt verarbeitet wird, der Durchsatz-Parameter, der mit der entsprechenden Rezept kennung und einem Zeitstempel verknüpft ist, anhand dessen auf den Fehler zeitpunkt geschlossen werden kann, als äquivalenter Durchsatz-Parameter Mi äq(tp) gespeichert. Insbesondere wird dieser Durchsatz-Parameter mit dem Fehler zeitpunkt tp selbst verknüpft, auch wenn das Material nicht genau zum Fehler zeitpunkt verarbeitet wird. Zu extrudierendes Material, das zu unterschiedlichen Rezeptkennungen gehört, kann unterschiedlich empfindlich auf den Verschleiß des Extruders reagieren. Häufig ist heuristisch bekannt, dass ein bestimmtes Material empfindlich oder unempfindlich auf Verschleiß reagiert. Ist bekannt, dass das Material unempfindlich auf Verschleiß reagiert, kann es verarbeitet werden, obwohl das vorhergehende Material bereits nicht mehr verarbeitet werden konnte.
Es ist auch möglich, dass das neue Material mit der neuen Rezeptkennung nur zu dem Zweck verarbeitet wird, um festzustellen, ob auch bei diesem Material der Verschleiß des Extruders bereits so groß ist, dass der geforderte Durchsatz nicht mit der vorgegebenen Qualität erreichbar ist. Diese Daten führen zu einer Daten sammlung, der in Form eines Durchsatz-Kennfelds entnommen werden kann, bei welchem spezifischen Durchsatz das Material, das eine bestimmte Rezeptkennung aufweist, nicht mehr verarbeitet werden kann.
[Anspruch 3] Das Verfahren umfasst vorzugsweise die Schritte
(a) zu einem Wechselzeitpunkt tw Wechseln des zu extrudierenden Materials von einem aktuellen Material mit einer aktuellen Rezeptkennung R, auf ein zukünftiges Material mit einer zukünftigen Rezeptkennung Rj,
(b) Erfassen des Durchsatz-Parameters Mj(tw) für das Material mit der aktuellen Rezeptkennung R, zum Wechselzeitpunkt tw oder einem dazu äquivalenten Wech selzeitpunkt tw,ä, der innerhalb des Gleichverschleiß-Intervalls lä um den
Wechselzeitpunkt tw liegt,
(c) Erfassen des Durchsatz-Parameters Mj(tw) für das Material mit der zukünfti gen Rezeptkennung Rj zum Wechselzeitpunkt tw oder einem dazu äquivalenten Wechselzeitpunkt tw,ä, der innerhalb des Gleichverschleiß-Intervalls lä um den Wechselzeitpunkt (tw) liegt, und
(d) Speichern eines Äquivalentdurchsatz-Kennfelds, das den Durchsatz-Parame ter Mi(tw) für das Material mit der aktuellen Rezeptkennung R, zum Wechsel zeitpunkt tw oder äquivalenten Wechselzeitpunkt tw,ä mit dem Durchsatz-Para meter Mj(tw) für das Material mit der zweiten Rezeptkennung Rj zum Wechsel zeitpunkt (tw) oder äquivalenten Wechselzeitpunkt (tw,ä) verknüpft.
Dem Erfassen der Durchsatz-Parameter zum Zeitpunkt innerhalb des Gleichver- schleiß-lntervalls liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass sich der Verschleiß innerhalb des Gleichverschleiß-Intervalls nur zu einem vernachlässigbar kleinen Umfang ändert. Bei jedem Wechsel des Rezepts wird damit eine Angabe darüber erhalten, welchen Einfluss die Viskosität in den übrigen Eigenschaften des Materials mit einer vorgegebenen Rezeptkennung auf den Durchsatz bei einem unbekannten, aber gegebenen Verschleiß hat. Auf Basis dieser Daten kann ein Rückschluss gezogen werden, welcher Verschleiß zu erwarten ist, wenn das Material mit einer bereits vermessenen Rezeptkennung umgestellt wird. Insbesondere kann durch die genannten Verfahrensschritte aus einem Durchsatz-Parameter für ein Material mit einer ersten, aktuellen Rezeptkennung auf den zu erwartenden Durchsatz- Parameter durch das Material mit einer zweiten, zukünftigen Rezeptkennung geschlossen werden.
[Anspruch 4] Günstig ist es, wenn vor einem Wechsel von Material mit der aktuellen Rezeptkennung auf das Material mit der zukünftigen Rezeptkennung (i) der aktuelle Durchsatz-Parameter für das Material mit der aktuellen Rezeptkennung erfasst wird und (ii) das Äquivalentdurchsatz-Kennfeld interpoliert wird, sodass aus dem
Durchsatz-Parameter für das Material mit der aktuellen Rezeptkennung zum aktuellen Wechselzeitpunkt der Durchsatz-Parameter für das Material mit der zukünftigen Rezeptkennung zum aktuellen Wechselzeitpunkt erhalten wird. Auf diese Weise wird ein geschätzter Durchsatz-Parameter erhalten.
Günstig ist es, dass eine Warnmeldung ausgegeben wird, wenn der Durchsatz- Parameter, der auf diese Weise für das Material mit der zukünftigen Rezeptken nung berechnet worden ist, einen vorgegebenen Minimal-Durchsatzparameter, der der Rezeptkennung zugeordnet ist, unterschreitet. Bei diesem Minimal-Durch satzparameter handelt es sich vorzugsweise um den Grenzdurchsatz-Parameter, der erhalten wird, wenn ein Fehlerzeitpunkt für die entsprechende Rezeptkennung erfasst wurde. Wurde kein Fehlerzeitpunkt erfasst, so wird als Minimal-Durch satzparameter vorzugsweise ein vorgegebener Schätzwert verwendet, der beispielsweise geschätzt wurde. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden vor einem Wechsel von einem aktuellen Material mit einer aktuellen Rezeptkennung auf ein zukünftiges Material mit einer zukünftigen Rezeptkennung die folgenden Schritte durchgeführt: (a) Bestimmen des nächstgelegenen Zeitpunkts, zu dem für den Durchsatz-Parameter mit der aktuellen Rezeptkennung ein äquivalenter Durchsatz-Parameter für die zukünftige Rezeptkennung existiert, (b) Bestimmen einer Differenz zwischen den Durchsatz-Parametern, (c) Addieren eines Verschleißfortschrittswerts, der aus dieser Differenz berechnet wird, zum Durchsatz-Parameter der aktuellen
Rezeptkennung, sodass ein geschätzter Durchsatz-Parameter für die zukünftige Rezeptkennung erhalten wird, und (d) wenn der geschätzte Durchsatz-Parameter unterhalb des Grenzdurchsatz-Parameters des zukünftigen Materials mit der zukünftigen Rezeptkennung liegt, Ausgeben einer Warnmeldung.
Unter dem Berechnen des Verschleißfortschrittswerts aus der Differenz zwischen den beiden Durchsatz-Parametern wird insbesondere im einfachsten Fall verstan den, dass der Verschleißfortschrittswert gleich der Differenz ist. Es ist jedoch auch möglich, dass diese Differenz mit einem Korrekturwert multipliziert wird, der bei spielsweise aus den Verschleißkurven für die beiden Rezeptkennungen errechnet wird. Grundlage für dieses Verfahren ist die Annahme, dass die Differenzen in den Durchsätzen sich mit zunehmendem Verschleiß wenig ändern.
Unter dem Ausgeben einer Warnmeldung wird insbesondere verstanden, dass ein vom Menschen wahrnehmbares oder nicht wahrnehmbares Signal abgegeben wird, das den Umstand kodiert, dass damit zu rechnen ist, dass beim Extrudieren des zukünftigen Materials die vorgegebene Qualität nicht erreicht wird. Es ist möglich, dass die Warnmeldung an einen räumlich beabstandeten Zentralrechner gesendet wird, beispielsweise einen Rechner, der bei einem Hersteller oder Wartungs unternehmen des Extruders steht oder von diesem bedient wird, sodass die
Lieferung einer neuen Schnecke ausgelöst werden kann.
Alternativ oder zusätzlich wird vor einem Wechseln von dem aktuellen Material auf das zukünftige Material der nächstliegende Zeitpunkt bestimmt, zu dem für den Durchsatz-Parameter mit der aktuellen Rezeptkennung ein äquivalenter Durchsatz- Parameter für die zukünftige Rezeptkennung existiert, danach wird der Quotient der Durchsatz-Parameter bestimmt. Aus diesem Quotienten wird ein
Verschleißfortschrittsfaktor berechnet, wobei der Verschleißfortschrittsfaktor der Quotient selbst sein kann. Der Verschleißfortschrittsfaktor wird mit dem Durchsatz- Parameter der aktuellen Rezeptkennung multipliziert, sodass ein zweiter geschätz ter Durchsatz-Parameter erhalten wird. Wenn der zweite geschätzte Durchsatz- Parameter unterhalb des Grenzdurchsatz-Parameters des zukünftigen Materials mit der zukünftigen Rezeptkennung liegt, wird die Warnmeldung ausgegeben.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Bezeichnung als zweiter geschätzter
Durchsatz-Parameter nicht bedeutet, dass zwangsläufig der erste Durchsatz- Para meter berechnet werden muss. Es handelt sich lediglich um eine einfachere Form der Benennung. Es ist auch möglich, dass der erste und der zweite geschätzte Durchsatz-Parameter berechnet werden, wobei für den Vergleich mit dem
Grenzdurchsatz-Parameter ein, gegebenenfalls gewichteter, Mittelwert aus beiden geschätzten Durchsatz-Parametern verwendet wird.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren die Schritte (a) für zumindest eine
vorgegebene Rezeptkennung, die als Referenz-Rezept bezeichnet werden kann, Bestimmen des Durchsatz-Parameters in Abhängigkeit von der zeit, insbesondere auch aus Durchsatz-Parametern beim Extrudieren von Materialien und anderen Rezeptkennungen, und (b) Berechnen eines Fehlerzeitpunkt-Schätzwerts, zu dem der Minimal-Durchsatzparameter für die vorgegebene Rezeptkennung den Minimal- Durchsatzparameter, der der Rezeptkennung zugeordnet ist, unterschreiten würde, durch Extrapolieren des Durchsatzparameters in Abhängigkeit von der Zeit. Günstig ist es, wenn der Fehlerzeitpunkt-Schätzwert in Form einer Meldung ausgegeben wird.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren den Schritt, dass für eine vorgegebene Menge an Rezepten, die gemäß dem Durchsatz-Parameter mit einer para- metrisierten Modellfunktion angefittet werden, Fit-Parameter erhalten werden, wobei das Extrapolieren des Durchsatz-Parameters anhand der Modellfunktion mit den Fit-Parametern erfolgt.
Im einfachsten Fall kann die Modellfunktion eine lineare Funktion sein. In diesem Fall wird der Durchsatz-Parameter beschrieben als lineare Funktion in Abhängigkeit von der Zeit, die in Betriebsstunden gemessen wird. Es ist jedoch auch möglich, dass die Modellfunktion Terme höherer Ordnung enthält, insbesondere solche, die quadratisch oder in dritter Potenz von der Zeit abhängen.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren den Schritt eines Nullsetzens der Zeit nach einem Austausch der Schnecke. Es ist möglich, das genannte Verfahren lediglich über den Zeitraum durchzuführen, über den eine vorgegebene Schnecke benutzt wird. Es kann aber mit guten Gründen angenommen werden, dass das Verschleiß verhalten der Schnecken wesentlich gleich ist, sodass aus dem Verschleiß verhalten einer Schnecke auf das Verschleißverhalten der nachfolgenden
Schnecke geschlossen werden kann.
Die Erfindung löst das Problem zudem durch ein Verfahren zum Betreiben eines Extruders, der eine Schnecke aufweist, mit den Schritten: (a) Erfassen einer Re zeptkennung Ri, die zu extrudierendem Material zugeordnet ist und zumindest eine Betriebsgröße, aus der eine Soll-Schneckendrehfrequenz f, der Schnecke, die bei der Extrusion voreinzustellen ist, bestimmbar ist, kodiert, (b) zeitabhängiges
Erfassen eines Durchsatz-Parameters Mj(t), aus dem auf einen Durchsatz Am des Extruders, insbesondere auf einen Durchsatz pro Umdrehung der Schnecke, ge schlossen werden kann, (c) zu einem Wechselzeitpunkt tWi Wechseln des zu ex trudierenden Materials auf ein Material mit einer zweiten Rezeptkennung Rj, (d) Er fassen des Durchsatz-Parameters Mj(tWi) für das Material mit der ersten Rezept kennung R, zum Wechselzeitpunkt tWi oder einem dazu äquivalenten Wechselzeit punkt tWi ,ä, der innerhalb eines Gleichverschleiß-Intervalls lä, insbesondere inner halb von einer Woche, um den Wechselzeitpunkt twi liegt, (e) Erfassen des
Durchsatz-Parameters Mj(tWi) für das Material mit der zweiten Rezeptkennung Rj zum Wechselzeitpunkt tWi oder einem dazu äquivalenten Wechselzeitpunkt tw-i,ä, der innerhalb des Gleichverschleiß-Intervalls um den Wechselzeitpunkt twi liegt, (f) Speichern eines Äquivalentdurchsatz-Kennfelds K, das den Durchsatz-Parame ter M,(twi) für das Material mit der ersten Rezeptkennung R, zum Wechselzeitpunkt twi oder dem äquivalenten Wechselzeitpunkt twi.ä mit dem Durchsatz-Parameter Mj(twi) für das Material mit der zweiten Rezeptkennung Rj zum Wechselzeitpunkt twi.ä verknüpft.
Sofern innerhalb des Gleichverschleiß-Intervalls lä weitere Materialwechsel statt finden, so werden die Durchsatz-Parameter für die entsprechenden Rezepte ent sprechend dem Vorgehen bei dem Material mit der zweiten Rezeptkennung erfasst und in dem äquivalenten Durchsetz-Kennfeld gespeichert.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren die Schritte (a) Bestimmen einer Rezeptken nung als Referenz-Rezeptkennung und (b) Bestimmen der Gleichverschleiß-Inter- valle aus den Wechselzeitpunkten tWk der Rezeptreferenz-Rezeptkennung. In ande ren Worten existiert ein Rezept, bei dem es sich vorzugsweise um das am häufigsten benutzte Rezept handelt, relativ zu dem die Durchsetz-Parameter referenziert werden.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren die Schritte (a) Erfassen eines Fehlerzeit punkts tp, zu dem der Extruder aufgrund eines zu hohen Verschleißes nicht mehr mit der Soll-Schneckendrehfrequenz betreibbar ist (weil sonst die geforderte Quali tät des Produkts nicht mehr gewährleistet ist), (b) Bestimmen des Durchsatz-Para meters Mi(tp) zu einem Zeitpunkt tP im Gleichverschleiß-Intervall lä, (c) Bestimmen des Minimaldurchsatz-Parameters M^n aus diesem Durchsatz-Parameter M,(ΐr), insbesondere durch Gleichsetzen von Minimaldurchsatz-Parameter Mi min und Durchsatz-Parameter Mj(tP). Vorteilhaft hieran ist, dass, wie oben beschrieben, ein Durchsatz-Parameter erhalten wird, von dem bekannt ist, dass das Material mit der zugeordneten Rezept-Kennung bei dem gegebenen Verschleiß nicht mehr verarbeitet werden kann. Die oben beschriebenen besonderen Ausführungsformen für den ersten Aspekt der Erfindung beziehen sich auch auf das zweite
erfindungsgemäße Verfahren. Erfindungsgemäß ist zudem ein Verfahren zum Betreiben einer Extrusionsanlage, die einen ersten Extruder, einen zweiten Extruder und zumindest einen dritten Extruder aufweist, wobei das Verfahren für die Mehrheit der Extruder, insbesondere für alle Extruder, durchgeführt wird.
Erfindungsgemäß ist zudem ein Extruder mit einem Zylinder, zumindest einer Schnecke, die in dem Zylinder läuft, und einer Steuereinheit, die eingerichtet ist zum automatischen Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Vorzugs weise besitzt die Steuereinheit einen digitalen Speicher, in dem ein Programm abgelegt ist, das das Verfahren kodiert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinheit mit einem
Datennetz verbunden oder verbindbar zum Senden der Durchsatz-Parameter oder daraus errechneter Parameter, insbesondere von Fit-Parametern, an einen räumlich beabstandeten Zentralrechner. Der Zentralrechner kann beispielsweise mehr als einen Kilometer entfernt von der ihm nächstgelegenen Steuereinheit angeordnet sein. Das ermöglicht es dem Hersteller der Extruder oder einem
Serviceunternehmen, die Entwicklung des Verschleißes zu überwachen und rechtzeitig beispielsweise eine Austausch-Schnecke zu liefern.
Erfindungsgemäß ist zudem eine Extrusionsanlage mit zumindest drei Extrudern, die jeweils zumindest eine Schnecke aufweisen, sowie einer Steuereinheit, die eingerichtet ist zum automatischen Durchführen eines erfindungsgemäßen
Verfahrens. Es ist möglich, nicht aber notwendig, dass die Steuereinheit auf mehrere Teil-Steuereinheiten verteilt ist. lm Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt
Figur 1 eine erfindungsgemäße Extrusionsanlage mit erfindungsgemäßen
Extrudern zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
Figur 2 ein Diagramm, in dem schematisch der Verlauf der Durchsatz-Parameter für mehrere Rezeptkennungen über der Zeit aufgetragen ist,
Figur 3 ein vergleichbares Diagramm wie das gemäß Figur 2, wobei die Zeit, über die jeweils ein Rezept verarbeitet wird, kürzer ist als in dem Fall von Figur 2.
Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Extrusionsanlage 10 mit einem ersten Extruder 12.1 , einem zweiten Extruder 12.2 und einem dritten Extruder 12.3. Der erste Extruder besitzt eine erste Schnecke 14.1 , die in einem Zylinder 16.1 läuft. Mittels einer Materialzuführung 18.1 wird zu extrudierendes Material 20.1 dem Extruder 12.1 zugeführt.
Der Extruder 12.1 besitzt einen Antrieb 22.1 in Form eines Elektromotors zum Drehen der Schnecke 14.1. Eine Steuereinheit 24.1 steuert den Antrieb 22.1 so an, dass dieser eine vorgegebene Schneckendrehfrequenz f bewirkt. Die Steuereinheit 24.1 kann mit einem Zentralrechner 26 kommunizieren. Es ist möglich, dass dazu ein Zwischenrechner 28 verwendet wird. Die Steuereinheit 24 umfasst einen digitalen Speicher, in dem ein Programm abgelegt ist, das beim Arbeiten bewirkt, dass das im Folgenden beschriebene Verfahren abgearbeitet wird.
Zunächst wird eine Rezeptkennung R, von zu extrudierendem Material erfasst. Der Index i ist ein Laufindex, der auch als Rezeptindex bezeichnet werden könnte, da damit die unterschiedlichen Rezepte durchnummeriert werden. Ein Rezept enthält beispielsweise eine Angabe über die Bestandteile des Materials 20.1 , das dem Extruder 14.1 zugeführt wird. Das Rezept R, umfasst zudem eine Angabe über eine Soll-Schneckendrehfrequenz fi.soii, die bei der Extrusion des Materials 20.1 voreingestellt werden soll. In der Regel bezieht sich diese Soll-Schneckendrehfrequenz f^oii auf einen vorgegebenen Durchsatz m, der sich auf die Menge an Material bezieht, die pro Umdrehung der Schnecke 14.1 vom Extruder 12.1 abgegeben wird. Aus dem Durchsatz m und der Schneckendrehfrequenz f, lässt sich somit ein Massendurchsatz errechnen, der in Kilogramm pro Zeiteinheit gemessen wird und angibt, wie viel Kilogramm an extrudiertem Material pro Zeiteinheit vom Extruder 12.1 abgegeben wird.
Der Extruder 12.1 gibt das extrudierte Material mittels einer Leitung 30.1 an einen Spritzkopf 32 ab. Auch die übrigen Extruder der Extrusionsanlage 10, im vorliegenden Fall also die Extruder 12.2 und 12.3, geben über entsprechende Leitungen 30.2, 30.3 jeweils extrudiertes Material an den Spritzkopf 32 ab, wo aus den kombinierten Stoffströmen ein Profil 34 gespritzt wird. Das Profil 34 läuft auf einem Förderer 36, beispielsweise einem Bandförderer, zur Weiterverarbeitung.
Eine Waage 38 bestimmt das Gewicht eines Abschnitts des Profils 34, sodass ein Streckengewicht G, das auch Metergewicht genannt wird, des Profils 34 bestimmt werden kann. Da der Anteil desjenigen Materials, der von einem spezifischen Extruder kommt, am Profil bekannt ist, lässt sich aus dieser Angabe und dem gemessenen Metergewicht sowie einer Geschwindigkeit, mit der das Profil 34 sich bewegt, der Durchsatz in Kilogramm pro Zeiteinheit aller Extruder bestimmen. Die Geschwindigkeit, mit der sich das Profil 34 bewegt, wird ebenfalls gemessen, beispielsweise durch Messen einer Drehgeschwindigkeit einer Rolle, über die das Profil 34 rollt. Die Extruder 12.2 und 12.3 sowie etwaig weitere vorhandene Extruder sind jeweils gleich aufgebaut, es ist jedoch auch möglich, dass sie sich in ihrer Bauart unterscheiden. Die wesentlichen Eigenschaften der Extruder, die für die Erfindung relevant sind, sind jedoch die oben beschriebenen.
Die jeweiligen Steuereinheiten 24 (Bezugszeichen ohne Zählindex beziehen sich jeweils auf alle entsprechenden Objekte) erfassen die jeweilige Schneckendrehfre- quenz f,. Da in aller Regel der Durchsatz in Masse pro Zeiteinheit vorgegeben ist und gemäß einer bevorzugten Ausführungsform Teil des Rezepts ist, lässt sich aus der Schneckendrehfrequenz f, der Durchsatz pro Schneckenumdrehung berechnen, nämlich als Quotient aus Durchsatz in Gewicht oder Masse pro Zeiteinheit beim Soll-Durchsatz gemäß Rezept. Der Soll-Durchsatz wird angegeben in Masse oder Gewicht pro Minute. Kommt es zum Verschleiß, so muss die Schnecken drehfrequenz f, erhöht werden, um den Soll-Durchsatz zu erreichen. Das erfolgt in der Regel manuell, kann aber auch automatisch erfolgen.
Figur 2 zeigt schematisch, dass der Durchsatzparameter M mit der Zeit t, die in Betriebsstunden gemessen wird, abnimmt. Zu Beginn der Betrachtung, insbeson dere nach dem Einbau einer Schnecke in den Extruder, wird zunächst Material mit der Rezeptkennung Ri extrudiert. Es ist zu erkennen, dass der Soll-Durchsatz knapp unter 500 Gramm pro Schneckenumdrehung liegt.
Diese Rezeptkennung wird von der Steuereinheit 24 beispielsweise dadurch erfasst, dass sie von einem Bediener über eine Bedienerschnittstelle eingegeben wird. Aus der Rezeptkennung Ri ermittelt die Steuereinheit 24 die zunächst zu wählende Schneckendrehfrequenz - Während des Extrudierens wird der Durch satz-Parameter M in Form des Massendurchsetzens pro Schneckenumdrehung kontinuierlich erfasst, beispielsweise einmal pro Sekunde oder einmal pro 10 Sekunden.
Zu einem Wechselzeitpunkt tWi wird zunächst der jeweils aktuelle Durchsatzpara meter M-i(tw-i) gespeichert. Danach wird das Material gemäß einer zweiten Rezept kennung R2 verarbeitet. Zu Beginn der Verarbeitung wird der Durchsatzparameter M2(tWi) bestimmt. Das Gleiche erfolgt zu einem Zeitpunkt tW2 bei einem Wechsel vom Material mit der zweiten Rezeptkennung auf das Material mit der dritten Rezeptkennung R3.
Zu einem Zeitpunkt tW5, zu dem das Material gemäß der zweiten Rezeptkennung R2 verarbeitet wird, müsste die Schneckendrehfrequenz f2 so hoch gewählt werden, um den vorgegebenen Soll-Durchsatz zu erreichen, dass es zu einer zu starken Erwärmung des zu extrudierenden Materials und zu lokalem Ausvulkanisieren kommen würde. Der Durchsatzparameter M ist zu diesem Zeitpunkt M2(tP). Er wird als Grenzdurchsatz-Parameter gespeichert. Für eine später wiederkehrende Verar beitung des Materials gemäß der Rezeptkennung R2 ist ab dann bekannt, dass sichergestellt sein muss, dass der Durchsatz-Parameter M2 stets oberhalb dieses Grenzdurchsatz-Parameters M2 min liegt.
In Figur 1 ist der Fall gezeigt, in dem die Materialien bezüglich der entsprechenden Rezeptkennungen so selten getauscht werden, dass der Verschleiß bei der Verarbeitung nur eines Materials bereits deutlich fortschreitet. Häufiger vorkom mend ist jedoch der Fall, in dem unterschiedliche Materialien mit verschiedenen Rezeptkennungen so häufig gewechselt werden, dass der Verschleiß während der Bearbeitung des Materials mit einer bestimmten Rezeptkennung klein ist. Dieser Fall ist schematisch im Diagramm gemäß Figur 3 angedeutet. Es ist zu erkennen, dass während eines Gleichverschleißintervalls lä der Verschleiß nur so wenig abnimmt, dass er als konstant angesehen werden kann. Aus diesem Grund können in guter Näherung die Durchsatz-Parameter M3,äq (tp), M2(tp), M4,äq(tp) als zum gleichen Verschleißzustand gehörig betrachtet werden.
Wird beispielsweise zu einem deutlich späteren Zeitpunkt tw9 vom Material mit der Rezeptkennung R3 auf die Rezeptkennung R4 gewechselt, so kann in einer Näherung davon ausgegangen werden, dass eine Differenz DM = M3(tWn)-M4(tWn) die Gleiche geblieben ist. Es wird daher diese Differenz, die in diesem Fall als Verschleißfortschrittsummand angesehen wird, zum Durchsatz-Parameter M4(TW9) hinzuaddiert. Sollte sich heraussteilen, dass der so erhaltene Wert unterhalb des Grenzdurchsatz-Parameters M3 min für die Rezeptgewinnung R3 liegt, was schema tisch eingezeichnet ist, so wird eine Warnmeldung ausgegeben.
Alternativ ist es möglich, dass statt der Differenz der Quotient aus den Durchsatzparametern gebildet wird, im vorliegenden Fall wäre dies M3(tWn)/M4(tWn)· Wenn Material mit einer Rezeptkennung besonders häufig verwendet wird, ist es sinnvoll, diese Rezept-Kennung als Referenz-Rezeptkennung zu betrachten.
In Figur 2 sind schematisch die Messpunkte angegeben, an denen zumindest für das Rezept mit der Rezeptkennung R2 die Durchsatz-Parameter bestimmt werden. Existiert eine Vielzahl dieser Parameter, so kann die Verschleißkurve mit einer Modellkurve angepasst werden, die im vorliegenden Fall gestrichelt eingezeichnet ist. Beispielsweise handelt es sich, wie in dem in Figur 2 gezeigten Fall, um eine Gerade. Bei hinreichend vielen Messpunkten können die Parameter der Modellfunktion so gewählt werden, dass die Modell-Funktion optimal an die Messdaten angepasst wird. Dieses Curve Fitting gehört zum Stand der Technik und wird daher nicht weiter beschrieben.
Durch das Anpassen an die Modellfunktion werden Fit-Parameter erhalten, die den zeitlichen Verlauf des Durchsatz-Parameters M, für das Material mit der Rezeptkennung R, beschreiben. Sobald diese erhalten sind, kann daraus derjenige Zeitpunkt bestimmt werden, zudem der vorgegebene oder ermittelte Minimaldurchsatz-Parameter Mi min unterschritten würde. Dieser Wert kann automatisiert oder auf eine entsprechende Anfrage des Benutzers über die Benutzerschnittstelle der jeweiligen Steuereinheit 24 oder über den Zwischen rechner 28 oder durch den Zentralrechner 26 abgefragt werden.
Bezugszeichenliste

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines Extruders (10), der eine Schnecke (14) aufweist, mit den Schritten:
(a) Erfassen einer Rezeptkennung (R,), die
- zu extrudierendem Material (20) zugeordnet ist und
- zumindest eine Betriebsgröße, aus der eine Soll-Schneckendrehfre- quenz (fi SOii) der Schnecke (14), die bei der Extrusion voreinzustellen ist, bestimmbar ist, kodiert,
(b) zeitabhängiges Erfassen eines Durchsatz-Parameters (M), aus dem auf einen Durchsatz (m) des Extruders (12) geschlossen werden kann,
(c) Erfassen eines Fehlerzeitpunkts (tP), zu dem das Material (20) aufgrund
eines zu hohen Verschleißes des Extruders (12) nicht mehr mit einer vorgegebenen Qualität herstellbar ist und
(d) Berechnen eines Grenzdurchsatz-Parameters (M,(tp)) aus dem Durchsatz- Parameter (M), Verknüpfen mit der Rezeptkennung (R,) und Speichern des Grenzdurchsatz-Parameters (Mi(tp)).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch den Schritt:
für Rezeptkennungen (Rj) von Material (20), das innerhalb eines Gleichverschleiß- Intervalls (lä), insbesondere innerhalb von einer Woche, um den Fehlerzeit punkt (tp) verarbeitet wird:
Speichern des Durchsatz-Parameters (M,(t)) verknüpft mit der Rezeptkennung (Rj) und einem Zeitstempel (tP), anhand dessen auf den Fehlerzeitpunkt (tP)
geschlossen werden kann, als äquivalentem Durchsatz-Parameter (Mi,äq(tP)).
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Schritte:
(a) zu einem Wechselzeitpunkt (tw) Wechseln des zu extrudierenden
Materials (20) von einem aktuellen Material (20) mit einer aktuellen Rezept kennung (Ri) auf ein zukünftiges Material (20) mit einer zukünftigen Rezeptkennung (Rj),
(b) Erfassen des Durchsatz-Parameters (M,(tw)) für das Material (20) mit der aktuellen Rezeptkennung (R,) zum Wechselzeitpunkt (tw) oder einem dazu äquivalenten Wechselzeitpunkt (tw.ä), der innerhalb des Gleichverschleiß- Intervalls (lä) um den Wechselzeitpunkt (tw) Hegt,
(c) Erfassen des Durchsatz-Parameters (Mj(tw)) für das Material (20) mit der zukünftigen Rezeptkennung (Rj) zum Wechselzeitpunkt (tw) oder einem dazu äquivalenten Wechselzeitpunkt (tw.ä), der innerhalb des Gleichverschleiß- Intervalls (la) um den Wechselzeitpunkt (tw) liegt, und
(d) Speichern eines Äquivalentdurchsatz-Kennfelds, das
den Durchsatz-Parameter (M,(tw)) für das Material (20) mit der aktuellen Rezeptkennung (R,) zum Wechselzeitpunkt (tw) oder äquivalenten Wechselzeitpunkt (tw,ä) mit
dem Durchsatz-Parameter (Mj(tw)) für das Material (20) mit der zweiten Rezeptkennung (Rj) zum Wechselzeitpunkt (tw) oder äquivalenten Wechselzeitpunkt (tw,ä) verknüpft.
4. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die Schritte:
(i) vor einem Wechsel von Material (20) mit einer aktuellen Rezeptkennung (Ra) auf Material (20) mit einer zukünftigen Rezeptkennung (Rz)
Erfassen des aktuellen Durchsatz-Parameters (Ma(twa)) für das Material (20) mit der aktuellen Rezeptkennung (Ra) zum aktuellen Wechselzeitpunkt (tWa) und
(ii) Interpolieren des Äquivalentdurchsatz-Kennfelds, sodass aus dem
Durchsatz-Parameter (Ma(tWa)) für das Material (20) mit der aktuellen Rezept kennung (Ra) zum aktuellen Wechselzeitpunkt (twa)
der Durchsatz-Parameter (Mz(twa)) für das Material (20) mit der zukünftigen Rezeptkennung (Rz) zum aktuellen Wechselzeitpunkt (tWa) erhalten wird.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Schritte:
vor einem Wechsel von einem aktuellen Material (20) mit einer aktuellen Rezept kennung (Ri) auf ein zukünftiges Material (20) mit einer zukünftigen
Rezeptkennung (Rj):
(a) Bestimmen des nächstgelegenen Zeitpunkts (tWn), zu dem für den Durchsatz- Parameter (Mi(twn)) mit einer aktuellen Rezeptkennung (R,) ein äquivalenter Durchsatz-Parameter (Mj(twn)) für die zukünftige Rezeptkennung (Rj) existiert,
(b) Bestimmen einer Differenz (DM= Mi(twn))- Mj(twn))) zwischen den Durchsatz- Parametern (Mj(twn)),
(c) Addieren eines Verschleißfortschrittssummanden, der aus der Differenz
(DM= Mi(twn))- Mj(twn))) berechnet ist, zum Durchsatz-Parameter (Mi(twn)) der aktuellen Rezeptkennung, sodass ein geschätzter Durchsatz-Parameter (Mi(twn)) erhalten wird, und
(d) wenn der geschätzte Durchsatz-Parameter unterhalb des Grenzdurchsatz- Parameters (Mj(tp)) des zukünftiges Material (20) mit der zukünftigen Rezept kennung (Rj) liegt, Ausgeben einer Warnmeldung.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die
Schritte: vor einem Wechsel von einem aktuellen Material (20) mit einer aktuellen
Rezeptkennung (R,) auf ein zukünftiges Material (20) mit einer zukünftigen
Rezeptkennung (Rj):
(a) Bestimmen des nächstgelegenen Zeitpunkts (twn), zu dem für den Durchsatz- Parameter (Mi(twn)) mit einer aktuellen Rezeptkennung (R,) ein äquivalenter Durchsatz-Parameter (Mj(tWn)) für die zukünftige Rezeptkennung (Rj) existiert,
(b) Bestimmen eines Quotienten (Q= Mi(twn))/Mj(twn))) der Durchsatz-Parameter (Mi(twn), Mj(twn)),
(c) Multiplizieren eines Verschleißfortschrittsfaktors, der aus dem Quotienten (Q) berechnet ist, mit dem Durchsatz-Parameter (Mi(tWn)) der aktuellen Rezeptkennung, sodass ein zweiter geschätzter Durchsatz-Parameter (Mi(twn)) erhalten wird, und
(d) wenn der zweite geschätzte Durchsatz-Parameter unterhalb des Grenz- durchsatz-Parameters (Mj(tp)) des zukünftiges Materials (20) mit der zukünftigen Rezeptkennung (Rj) liegt, Ausgeben einer Warnmeldung.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Schritte:
(a) für zumindest eine vorgegebene Rezeptkennung (R-i) Bestimmen des Durch satz-Parameters (M-i(t)) in Abhängigkeit von der Zeit (t), insbesondere auch aus Durchsatz-Parametern beim Extrudieren von Materialien (20) mit anderen Rezeptkennungen (R2, R3, ), und
(b) Berechnen eines Fehlerzeitpunkt-Schätzwerts (tP, est), zu dem der Minimal durchsatz-Parameter (M1 min) für die vorgegebene Rezeptkennung den Mini maldurchsatz-Parameter (Mz.min), der der Rezeptkennung (Rz) zugeordnet ist, unterschreiten würde, durch Extrapolieren des Durchsatz-Parameters (M-i(t)).
8. Verfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch den Schritt:
(a) für eine vorgegebene Menge an Rezepten
Anfitten einer parametrisierten Modellfunktion an die gemessenen Durchsatz- Parameter (Mi(tw)), sodass Fit-Parameter erhalten werden,
(b) wobei das Extrapolieren des Durchsatz-Parameters (M-i(t)) anhand der
Modellfunktion mit den Fit-Parametern erfolgt.
9. Verfahren zum Betreiben eines Extruders (12), der eine Schnecke (14) aufweist, mit den Schritten:
(a) Erfassen einer Rezeptkennung (R,), die
- zu extrudierendem Material (20) zugeordnet ist und
- zumindest eine Betriebsgröße, aus der eine Soll-Schneckendrehfre- quenz (f,) der Schnecke (14), die bei der Extrusion voreinzustellen ist, bestimmbar ist, kodiert,
(b) zeitabhängiges Erfassen eines Durchsatz-Parameters (M,(t)), aus dem auf einen Durchsatz (Am) des Extruders (12), insbesondere auf einen Durchsatz pro Umdrehung der Schnecke (14), geschlossen werden kann,
(c) zu einem Wechselzeitpunkt (tWi) Wechseln des zu extrudierenden
Materials (20) auf ein Material (20) mit einer zweiten Rezeptkennung (Rj),
(d) Erfassen des Durchsatz-Parameters (M,(twi)) für das Material (20) mit der ersten Rezeptkennung (R,) zum Wechselzeitpunkt (tWi) oder einem dazu äquivalenten Wechselzeitpunkt (tw-i,ä), der innerhalb eines Gleichverschleiß- Intervalls ( ), insbesondere innerhalb von einer Woche, um den Wechselzeit punkt (twi) liegt,
(e) Erfassen des Durchsatz-Parameters (Mj(tWi)) für das Material (20) mit der zweiten Rezeptkennung (Rj) zum Wechselzeitpunkt (twi) oder einem dazu äquivalenten Wechselzeitpunkt (twi.ä), der innerhalb des Gleichverschleiß- Intervalls ( ) um den Wechselzeitpunkt (twi) liegt,
(f) Speichern eines Äquivalentdurchsatz-Kennfelds (K), das
den Durchsatz-Parameter (Mi(twi)) für das Material (20) mit der ersten Rezeptkennung (R,) zum Wechselzeitpunkt (twi) oder dem äquivalenten Wechselzeitpunkt (twi.ä)
mit dem Durchsatz-Parameter (Mj(tWi)) für das Material (20) mit der zweiten Rezeptkennung (Rj) zum Wechselzeitpunkt (tWi,ä) verknüpft.
10. Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch die Schritte:
(a) Bestimmen einer Rezeptkennung als Referenz-Rezeptkennung, und
(b) Bestimmen der Gleichverschleiß-Intervalle (twk) aus den Wechsel
zeitpunkten (tWk) der Referenz-Rezeptkennung.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch die Schritte:
(a) Erfassen eines Fehlerzeitpunkts (tP), zu dem der Extruder (12) aufgrund
eines zu hohen Verschleißes nicht mehr mit der Soll- Schneckendrehfrequenz (fi,SOii) betreibbar ist (weil sonst die geforderte Qualität des Produkts nicht mehr gewährleistet ist),
(b) Bestimmen des Durchsatz-Parameters (Mj(tP)) zu einem Zeitpunkt (tP) im Gleichverschleiß-Intervall (lä),
(c) Bestimmen des Minimaldurchsatz-Parameters (Mi,min) aus diesem Durchsatz- Parameter (Mi(tP)), insbesondere durch Gleichsetzen von Minimaldurchsatz- Parameter (Mi min) und Durchsatz-Parameter (M,(ΐR)).
12. Verfahren zum Betreiben einer Extrusionsanlage (10), die
(a) einen ersten Extruder (12.1 ) und
(b) einem zweiten Extruder (12.2) und
(c) zumindest einem dritten Extruder (12.3), aufweist,
mit den Schritten:
(d) Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche für die Mehrheit der Extruder, insbesondere für alle Extruder.
13. Extruder (12) mit
(a) einem Zylinder (16),
(b) zumindest einer Schnecke (14), die in dem Zylinder (16) läuft, und
(c) einer Steuereinheit (24),
dadurch gekennzeichnet, dass
(d) die Steuereinheit (24) eingerichtet ist zum automatischen Durchführen eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12.
14. Extrusionsanlage (10) mit
(a) einem ersten Extruder (12.1 ) mit einer ersten Schnecke (14.1 ),
(b) einem zweiten Extruder (12.2) mit einer zweiten Schnecke (14.2) und
(c) zumindest einem dritten Extruder (12.3) mit einer dritten Schnecke (14.3),
(d) zumindest einer Steuereinheit (24), die eingerichtet ist zum automatischen Durchführen eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12.
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