NL8801813A - Werkwijze voor het constant houden van de wanddikte bij het extruderen van langwerpige voorwerpen uit kunststof en inrichting voor het extruderen van dergelijke voorwerpen. - Google Patents

Description

Korte aanduiding: Werkwijze voor het constant houden van de wanddikte bij het extruderen van langwerpige voorwerpen uit kunststof en inrichting voor het extruderen van dergelijke voorwerpen.

De uitvinding heeft in zijn algemeenheid betrekking op een werkwijze voor het constant houden van de wanddikte bij het extruderen van langwerpige voorwerpen zoals buisvormige of plaatvormige voorwerpen, uit kunststof.

Bij het extruderen van dergelijke voorwerpen uit kunststof wordt er in het algemeen naar gestreefd de wanddikte van een geëxtrudeerd voorwerp in lengterichting en in omtrekrichting zo gelijkmatig mogelijk en bovendien zo dicht mogelijk bij de minimaal toelaatbare wanddikte te houden, teneinde het materiaalverbruik zo laag mogelijk te doen zijn. Daarbij moet worden gewaarborgd dat de wanddikte nergens onder een onderste tolerantiegrens komt. Voor het regelen van de wanddikte van het geëxtrudeerde voorwerp in lengterichting en omtreksrichting zijn verschillende regelsystemen bekend.

Essentieel voor een nauwkeurige wanddikteregeling is een exacte meting van de wanddikte van het geëxtrudeerde voorwerp. Voor het meten van de wanddikte van het geëxtrudeerde voorwerp achter de extruder en in een situatie waarin het geëxtrudeerde voorwerp voldoende stevigheid heeft, zijn verschillende typen meetinrichtingen bekend. Zo is bijvoorbeeld een meetinrichting bekend met een ultrasoon meetorgaan dat ultrasone trillingen opwekt, deze trillingen door de wand van het geëxtrudeerde voorwerp zendt, en tenminste de door het van het meetorgaan afgekeerde vlak van de wand van het geëxtrudeerde voorwerp veroorzaakte echo van de trillingen waarneemt. Daarbij wordt door het meetorgaan de echo-tijd gemeten. Het nadeel van deze meetmethode en andere, hier niet nader aangeduide, bekende meetmethodes is dat de wanddikte van het geëxtrudeerde voorwerp indirekt wordt gemeten en er een of andere vorm van ijking nodig is ten- einde de relatie tussen de werkelijke wanddikte en de door het meetorgaan gemeten grootheid vast te stellen.

Voorstellen hiertoe zijn gedaan in o.a. het Europese octrooischrift 0 118 672 en het Duitse octrooischrift 33 11 345. In het Europese octrooischrift 0 118 672 is een werkwijze en een inrichting voor het constant houden van de wanddikte van buisvormige voorwerpen uit kunststof beschreven, waarbij achter de extruder de wanddikte van het geëx-trudeerde voorwerp wordt gemeten, de over de omtrek gemiddelde waarde van de gemeten waarden wordt bepaald en vergeleken met een berekende gemiddelde waarde van de wanddikte, waarna met de gecorrigeerde resp. geijkte gemiddelde waarde voortdurend direkte wanddiktemetingen aan het geëxtrudeerde voorwerp worden uitgevoerd en de hieruit resulterende meetwaarden worden gebruikt voor het regelen van de wanddikte.

In het Duitse octrooischrift 33 11 345 is een werkwijze en inrichting voor het constant houden van de wanddikte van langwerpige voorwerpen uit kunststof beschreven waarbij door meting van het dikteprofiel van het geëxtrudeerde voorwerp de relatieve dikte van de dunste plaats en de relatieve gemiddelde dikte wordt bepaald, de relatieve gemiddelde dikte wordt vergeleken met de absolute gemiddelde dikte, die berekend wordt uit het gewicht van een bepaalde hoeveelheid aan de extruder toegevoerd materiaal, de lengte van het daaruit vervaardigde voorwerp, de afmetingen in dwarsrichting van het geëxtrudeerde voorwerp en de soortelijke massa van het materiaal, waarna op grond van de vergelijking van de relatieve gemiddelde dikte en de absolute gemiddelde dikte het nulpunt van het dikteprofiel wordt bepaald en daarmee het absolute dikteprofiel. Door verandering van de trekbanksnelheid of het toerental van de extruderschroef wordt de absolute dikte van de dunste plaats naar een vooraf bepaalde, onderste tolerantiegrens voor de dikte geregeld.

De in de beide bovengenoemde octrooischriften beschre- ven ijkmethode blijkt echter in de praktijk niet voldoende nauwkeurig te zijn. Bij de bekende methodes, wordt er namelijk van uitgegaan dat er een bekend lineair verband bestaat tussen de absolute wanddikte en de door het meet-orgaan gemeten grootheid, en dat dit verband in de tijd gezien constant is. In de praktijk is echter gebleken dat dit verband vaak niet constant in de tijd is en afhankelijk is van een groot aantal factoren die bepaald worden door de omstandigheden waaronder het extrusieproces wordt uitgevoerd, het materiaal van de geëxtrudeerde voorwerpen en de omstandigheden waaronder het meetorgaan wordt toegepast.

De onderhavige uitvinding beoogt een verbeterde werkwijze voor het constant houden van de wanddikte bij het extruderen van langwerpige voorwerpen, zoals buisvormige of plaatvormige voorwerpen, uit kunststof te verschaffen, waarbij een uiterst nauwkeurige ijking van de wanddikteme-ting plaatsvindt.

Dit oogmerk wordt volgens de uitvinding bereikt door een werkwijze voor het constant houden van de wanddikte bij het extruderen langwerpige voorwerpen, zoals buisvormige of plaatvormige voorwerpen uit kunststof, waarbij de gemiddelde absolute wanddikte van een geëxtrudeerd voorwerp wordt berekend uit de per tijdseenheid aan een extruder toegevoerde hoeveelheid materiaal, de lijnsnelheid, de soortelijke massa van het materiaal en de nominale afmetingen in dwarsrichting van het geëxtrudeerde voorwerp, achter de extruder met behulp van een over het oppervlak van het geëxtrudeerde voorwerp bewegend meetorgaan steeds in een richting dwars op de lengterichting van het geëxtrudeerde voorwerp en over het gehele oppervlak ervan een serie metingen wordt uitgevoerd, waarbij de momentane waarde van de gemeten grootheid een maat is voor de relatieve wanddikte ter plaatse, en mede op grond van deze meetwaarden en de berekende gemiddelde absolute wanddikte de wanddikte van het geëxtrudeerde voorwerp wordt geregeld, welke werkwijze tot kenmerk heeft dat periodiek na het bereiken van een stationaire toestand in het extrusieproces uit de berekende gemiddelde absolute wanddikte, de gemiddelde waarde van de door het meetorgaan gemeten grootheid ten tijde dat het materiaal waaruit de gemiddelde absolute wanddikte is berekend, het meetorgaan passeert en een aantal door de toestand van het extrusieproces op dat moment, het geëxtrudeerde materiaal en het meetorgaan bepaalde parameters, de op dat moment geldende relatie wordt bepaald tussen de absolute wanddikte en de door het meetorgaan gemeten grootheid en met behulp van deze relatie de bij een gewenste waarde van de wanddikte behorende waarde van de door het meetorgaan gemeten grootheid wordt berekend, en dat voor de regeling van de wanddikte in de lengterichting van het geëxtrudeerde voorwerp de lijnsnelheid of de opbrangst van de extruder zodanig wordt aangepast dat de minimale waarde van de door het meetorgaan gemeten grootheid steeds in hoofdzaak gelijk is aan de bij de gewenste waarde, van de wanddikte behorende waarde van deze grootheid.

Bij de werkwijze volgens de uitvinding wordt steeds opnieuw de relatie bepaald tussen de absolute wanddikte en de door het meetorgaan gemeten grootheid, waardoor de meting van de wanddikte zeer nauwkeurig kan plaatsvinden en dientengevolge de regeling van de wanddikte nauwkeurig en betrouwbaar kan plaatsvinden.

Voorkeursuitvoeringsvormen van de werkwijze volgens de uitvinding is vastgelegd in conclusies 2 en 3.

De uitvinding heeft eveneens betrekking op een inrichting voor het extruderen van langwerpige voorwerpen, zoals buisvormige of plaatvormige voorwerpen, uit kunststof, welke inrichting voorzien is van middelen voor het uitvoeren van de werkwijze volgens een der conclusies 1-3. Deze inrichting is gedefinieerd in conclusies 4 en 5.

De uitvinding zal nu nader worden toegelicht door middel van de beschrijving van een uitvoeringsvoorbeeld aan de hand van de tekening, waarin:

Figuur 1 zeer schematisch een inrichting voor het extruderen van buizen of buisvormige voorwerpen uit kunst- stof is weergegeven, en

Figuur 2 een blokschema is, waarin de werkwijze volgens de uitvinding tot uitdrukking is gebracht.

In figuur 1 is schematisch een inrichting voor het extruderen van buizen of buisvormige voorwerpen uit kunststof weergegeven. De inrichting omvat een extruder 1 met een materiaaltoevoerinrichting 2 en voorzien van een extrusie-kop 3, een koelinrichting 4 en een trekbank 5. De koel-inrichting 4 is in dit voorbeeld gesplitst in twee delen 4a en 4b. Het zal duidelijk zijn dat de koelinrichting ook één geheel kan zijn.

De inrichting omvat verder een rekeninrichting 6 waarin de verschillende voor de regeling van de wanddikte van het geëxtrudeerde voorwerp 7 vereiste berekeningen en signaalbewerkingen plaatsvinden. De rekeninrichting 6 is verbonden met middelen voor het meten van de per tijdseenheid aan de extruder toegevoerde hoeveelheid materiaal M, de temperatuur Ts van de smelt, de temperatuur Tk van het koelmedium en de trekbanksnelheid d.w.z. de snelheid waarmee het geëxtrudeerde voorwerp uit de extrusieinrich-ting komt. De lijnsnelheid kan bijvoorbeeld worden gemeten met behulp van een meetwiel 8 dat tegen het geëxtrudeerde voorwerp aanligt. Verder is de rekeninrichting 6 verbonden met een meetorgaan 9 voor het meten van een grootheid die een maat is voor de relatieve wanddikte van het geëxtrudeerde voorwerp.

In het uitvoeringsvoorbeeld is dit meetorgaan een op zich bekend ultrasoon meetorgaan dat ultrasone trillingen opwekt, deze trillingen door de wand van het geëxtrudeerde voorwerp zendt en tenminste de door het van het meetorgaan afgekeerde vlak van de wand het geëxtrudeerde voorwerp veroorzaakte echo waarneemt. Het meetorgaan draait over de omtrek van het geëxtrudeerde voorwerp en meet op 360 over de omtrek verdeelde plaatsen de echotijd t, d.w.z het tijdsverschil tussen het uitzenden van een bepaalde trilling en de ontvangst door het meetorgaan van de door het van het meetorgaan afgekeerde vlak van de wand van het geëxtrudeerde voorwerp veroorzaakte echo of het tijdsverschil tussen de ontvangst door het meetorgaan van de door het naar het meetorgaan toegekeerde en het daarvan afgekeerde vlak van de wand van het geëxtrudeerde voorwerp veroorzaakte echo's. Welk tijdverschil als echotijd moet worden aangemerkt hangt af van het type meetorgaan.

Verder is de rekeninrichting 6 verbonden met de temperatuurregelinrichting van de extruderkop 3 en met de aandrijfinrichting van de trekbank 5.

De werkwijze volgens de uitvinding zal nu worden toegelicht aan de hand van figuur 2. In figuur 2 zijn middelen 11, 12, 13 en 14 weergegeven voor het meten van de per tijdseenheid aan de extruder toegevoerde hoeveelheid materiaal M, de lijnsnelheid V^, de temperatuur Tk van het koelmedium en de temperatuur Ts van de smelt. Verder is het meetorgaan 9 voor het over de omtrek van het geëxtrudeerde voorwerp meten van de echotijden t·^ t/m t^gQ weergegeven. In figuur 2 zijn tevens een aantal rekenorganen 15, 16 en 17 aangegeven, alsmede een tweetal regelaars 18 en 19, waarvan de functie hierna nader zal worden toegelicht.

Tijdens het extrusieproces worden voortdurend de per tijdseenheid aan de extruder toegevoerde hoeveelheid materiaal M, de lijnsnelheid de temperatuur Tk van het koelmedium en de temperatuur Ts van de smelt gemeten. Wanneer het extrusieproces in een stationaire toestand is gekomen, d.w.z. wanneer de laatstgenoemde vier grootheden gedurende een bepaalde tijd constant zijn gebleven, wordt door het rekenorgaan 15 uit de per tijdseenheid aan de extruder toegevoerde hoeveelheid materiaal M, de lijnsnelheid V·^, de nominale diameter D van het geëxtrudeerde voorwerp en de soortelijke massa p van het materiaal, de absolute gemiddelde dikte dgein van het geëxtrudeerde voorwerp berekend. Wanneer het materiaal waaruit de gemiddelde absolute wanddikte is berekend bij het meetorgaan is aangekomen, wordt door het meetorgaan 9 op een aantal over de omtrek verdeelde plaatsen (in dit geval 360 plaatsen) de echotijd t gemeten, zodat 360 echotijden t^ t/m t36Q wordt verkregen.

Tevens wordt de over de omtrek gemiddelde echotijd t ^ en de minimale echotijd t . bepaald. Verder wordt op dat moment door het rekenorgaan 16 op een voor een vakman bekende wijze uit de lijnsnelheid V^r de temperatuur Tk van het koelmedium, de temperatuur Ts van de smelt, de berekende gemiddelde absolute wanddikte d r en een aantal gem door het geëxtrudeerde materiaal, de extrusie-inrichting en het meetorgaan 9 bepaalde constanten c^ t/m c , een evenredigheidsfactor vr berekend.

Tenslotte wordt door het rekenorgaan 17 met behulp van de door de formule:

bepaalde relatie tussen de absolute wanddikte d en de echotijd t de bij een gewenste waarde dse^. van de wanddikte d behorende waarde t t van de t berekend.

Uit het bovenstaande blijkt dat de evenredigheidsfactor vr mede afhankelijk is van een aantal in de tijd gezien in het algemeen niet-constante grootheden, zodat de evenredigheidsf actor vr in de tijd gezien in het algemeen ook niet constant zal zijn. De factor vr wordt dan ook steeds opnieuw (in een stationaire toestand van het extrusieproces) bepaald. In het beschouwde wanddiktegebied rond de berekende gemiddelde absolute wanddikte d wordt de factor v als J gem r constant beschouwd, zodat er in het beschouwde wanddiktegebied een lineair verband bestaat tussen de absolute wanddikte en de echotijd t. Deze aanname is gerechtvaardigd aangezien het beschouwde wanddiktegebied klein is ten opzichte van de wanddikte zelf.

De regeling van de wanddikte van het geëxtrudeerde voorwerp vindt verder als volgt plaats.

Voor de regeling van de wanddikte in lengterichting wordt door de regelaar 18 de over de omtrek van het geëxtrudeerde voorwerp gezien minimale waarde t^-j p van de echotijd t vergeleken met de bij de gewenste waarde dget van de wanddikte d behorende gewenste minimale waarde van de echotijd t, zoals berekend door het rekenorgaan 17, en wordt door de regelaar 18 op grond van het geconstateerde verschil de trekbanksnelheid of aangepast, zodanig dat de gemeten minimale echotijd tm^n zo dicht mogelijk bij de gewenste echotijd t t komt.

De regelaar 18 heeft een bepaald regelgebied rondom t · De gewenste waarde dse^_ van de wanddikte d wordt daarom zodanig ingesteld, dat gewaarborgd is dat de minimale waarde t . van de echotijd t en dus de mm minimale waarde d . van de wanddikte d niet onder een mm bepaalde ondergrens komt, teneinde te voorkomen dat het geëxtrudeerde voorwerp niet aan de aan het geëxtrudeerde voorwerp gestelde normen met betrekking tot de minimale wanddikte voldoet. De ingestelde waarde dse^ zal dus in het algemeen iets boven de genoemde ondergrens liggen.

De wanddikte in omtreksrichting van het geëxtrudeerde voorwerp wordt zodanig geregeld dat de waarden van de over de omtrek gemeten echotijden zoveel mogelijk hetzelfde zijn. Daartoe worden de door de regelaar 19 gemeten echotijden t^ t/m t36Q in een aantal op elkaar aansluitende gelijke groepen verdeeld en per groep gemiddeld. In het onderhavige geval is het antal groepen acht, aangezien de extrusiekop 3 over de omtrek gezien in acht sectoren is verdeeld. Aldus worden acht per groep gemiddelde echotijden ^grl t//j0Cl ^gr8 verkregen. Op grond van deze acht gemiddelde echotijden worden door de regelaar 19 de temperaturen 'Tsec^ t/m Tsecg van de acht sectoren van de extrusiekop 3 zodanig aangepast dat de verschillende tussen de per groep gemiddelde echotijden t t/m tgrg worden geminimaliseerd. Opgemerkt wordt dat de regeling van de wanddikte van een geëxtrudeerd voorwerp door middel van de regeling van de temperatuur van verschillende segmenten in de extrusiekop op zich bekend is.

Bij de regeling van de temperatuur van de sectoren van de extrusiekop wordt ervoor gezorgd dat de gemiddelde temperatuur van alle sectoren constant blijft.

In het uitvoeringsvoorbeeld is de regeling van de wanddikte in omtreksrichting onafhankelijk van de regeling van de wanddikte in lengterichting van het geëxtrudeerde voorwerp, waarbij de regeling van de wanddikte in een omtreksrichting een zeer direkte regeling is. Daardoor vindt geen interactie tussen de beide regelingen plaats en kan worden gewaarborgd dat enerzijds de wanddikte in omtreksrichting zo gelijkmatig mogelijk is, terwijl anderzijds de minimale wanddikte van het geëxtrudeerde voorwerp niet onder een bepaalde ondergrens komt.

Bij de regeling van de wanddikte in lengterichting van het geëxtrudeerde voorwerp zou in plaats van de lijnsnelheid ook de opbrengst van de extruder kunnen worden aangepast. Deze laatste manier van regelen is praktisch alleen mogelijk bij enkelschroefsextruders.

In het uitvoeringsvoorbeeld is de uitvinding beschreven in het geval dat deze is toegepast bij het extruderen van buizen of buisvormige voorwerpen uit kunststof. Het zal duidelijk zijn dat de uitvinding eveneens kan worden toegepast bij de extrusie van platen of dergelijke voorwerpen uit kunststof. Het meetorgaan zal dan over de gehele breedte van het plaatoppervlak bewegen in een richting dwars op de lengterichting van de plaat. Verder kan de uitvinding worden toegepast bij de extrusie van buisfolie.

Door de werkwijze en inrichting volgens de uitvinding is het mogelijk de wanddikte van een geëxtrudeerd voorwerp, bijvoorbeeld een kunststofbuis, zeer nauwkeurig te regelen en met een minimum aan materiaal een voorwerp te produceren dat aan de gestelde normen voldoet.

Claims (5)

1. Werkwijze voor het constant houden van de wanddikte bij het extruderen langwerpige voorwerpen, zoals buisvormige of plaatvormige voorwerpen uit kunststof, waarbij de gemiddelde abs.olute wanddikte van een geëxtrudeerd voorwerp wordt berekend uit de per tijdseenheid aan een extruder toegevoerde hoeveelheid materiaal, de lijnsnelheid, de soortelijke massa van het materiaal en de nominale afmetingen in dwarsrichting van het geëxtrudeerde voorwerp, achter de extruder met behulp van een over het oppervlak van het geëxtrudeerde voorwerp bewegend meetorgaan steeds in een richting dwars op de lengterichting van het geëxtrudeerde voorwerp en over het gehele oppervlak ervan een serie metingen wordt uitgevoerd, waarbij de momentane waarde van de gemeten grootheid een maat is voor de relatieve wanddikte ter plaatse, en mede op grond van deze meetwaarden en de berekende gemiddelde absolute wanddikte de wanddikte van het geëxtrudeerde voorwerp wordt geregeld, met het kenmerk, dat periodiek na het bereiken van een stationaire toestand in het extrusieproces uit de berekende gemiddelde absolute wanddikte, de gemiddelde waarde van de door het meetorgaan gemeten grootheid ten tijde dat het materiaal waaruit de gemiddelde absolute wanddikte is berekend, het meetorgaan passeert en een aantal door de toestand van het extrusieproces op dat moment, het geëxtrudeerde materiaal en het meetorgaan bepaalde parameters, de op dat moment geldende relatie wordt bepaald tussen de absolute wanddikte en de door het meetorgaan gemeten grootheid en met behulp van deze relatie de bij een gewenste waarde van de wanddikte behorende waarde van de door het meetorgaan gemeten grootheid wordt berekend, en dat voor de regeling van de wanddikte in de lengterichting van het geëxtrudeerde voorwerp de lijnsnelheid of de opbrangst van de extruder zodanig wordt aangepast dat de minimale waarde van de door het meetorgaan gemeten grootheid steeds in hoofdzaak gelijk is aan de bij de gewenste waarde van de wanddikte behorende waarde van deze grootheid.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij als meetorgaan (9) een ultrasoon meetorgaan wordt toegepast dat ultrasone trillingen opwekt, deze trillingen door de wand van het geëxtrudeerde voorwerp zendt en tenminste de door het van het meetorgaan afgekeerde vlak van de wand van het geëxtrudeerde voorwerp veroorzaakte echo van de trillingen waarneemt, met het kenmerk, dat de door het meetorgaan gemeten grootheid de echotijd is, en dat de relatie tussen de absolute wanddikte en de echotijd wordt bepaald door de formule:

waarin: d = de absolute wanddikte; dgem = de berekende gemiddelde absolute wanddikte; t = de echotijd; tgem = de gemiddelde echotijd ten tijde dat het materiaal waaruit de gemiddelde absolute wanddikte is berekend, het meetorgaan passeert; vr = een evenredigheidsfactor berekend uit de berekende gemiddelde absolute wanddikte, de lijnsnelheid, de temperatuur van het koelmedium, de temperatuur van de smelt, een aantal door het geëxtrudeerde materiaal, de extrusie-inrichting en het meetorgaan bepaalde constanten.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat voor de regeling van de wanddikte in de richting dwars op de lengterichting van het geëxtrudeerde voorwerp de omstandigheden in de kop van de extruder zodanig worden aangepast, dat de verschillen in de waarden van de door het meetorgaan gemeten grootheid worden geminimaliseerd.

4. Inrichting voor het extruderen van langwerpige voorwerpen, zoals buisvormige of plaatvormige voorwerpen, uit kunststof, omvattende een extruder met een materiaaltoevoer-inrichting, een rekenorgaan voor het berekenen van de gemiddelde absolute wanddikte van een geëxtrudeerd voorwerp uit de per tijdseenheid aan de extruder toegevoerde hoeveelheid materiaal, de lijnsnelheid, de soortelijke massa van het materiaal en de nominale afmetingen in dwarsrichting diameter van het geëxtrudeerde voorwerp en een over het oppervlak van een geëxtrudeerd voorwerpbeweegbaar meetor-gaan waarmee in een richting dwars op de lengterichting van het geëxtrudeerde voorwerp en over het gehele oppervlak ervan een serie metingen kan worden uitgevoerd, waarbij de momentane waarde van de gemeten grootheid een maat is voor de relatieve wanddikte ter plaatse en middelen voor het regelen van de wanddikte van het geëxtrudeerde voorwerp, gekenmerkt door een rekenorgaan (17) voor het bepalen van de relatie tussen de absolute wanddikte en de door het meetorgaan (9) gemeten grootheid uit de berekende gemiddelde absolute wanddikte, de gemiddelde waarde van de door het meetorgaan gemeten grootheid ten tijde dat het materiaal waaruit de gemiddelde absolute wanddikte is berekend, het meetorgaan passeert en een aantal door de toestand van het extrusieproces op dat moment, het geëxtrudeerde materiaal en het meetorgaan bepaalde parameters, alsmede een regelorgaan (19) voor het aanpassen van de lijnsnelheid of de opbrengst van de extruder op grond van het verschil tussen de minimale waarde van de door het meetorgaan gemeten grootheid en de bij de gewenste wanddikte behorende waarde van deze grootheid.

5. Inrichting volgens conclusie 4, verder gekenmerkt door een rechtstreeks met het meetorgaan (9) gekoppeld regelorgaan (19) voor het aanpassen van de omstandigheden in de kop van de extruder op grond van de waarden van de door het meetorgaan gemeten grootheid.