NL9300825A - Werkwijze en inrichting voor het extruderen van langwerpige voorwerpen uit kunststof en het regelen van de wanddikte ervan. - Google Patents

Description

Korte aanduiding: Werkwijze en inrichting voor het extru- deren van langwerpige voorwerpen uit kunststof en het regelen van de wandddik-te ervan.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het extruderen van langwerpige voorwerpen, zoals buisvormige of plaatvormige voorwerpen, uit kunststof en het regelen van de wanddikte ervan, waarbij het door de extruder afgegeven materiaal door een extrusiekop wordt geperst, de gemiddelde absolute wanddikte van een geëxtrudeerd voorwerp wordt berekend, in een richting dwars op de lengterichting van het geëxtrudeerde voorwerp en over het gehele oppervlak ervan een serie metingen wordt uitgevoerd, waarbij bij elke meting de waarde van de door het meetorgaan gemeten grootheid een maat is voor de relatieve wanddikte ter plaatse, periodiek na het bereiken van een stationaire toestand in het extrusieproces uit onder meer de berekende gemiddelde absolute wanddikte en de gemiddelde waarde van de door het meetorgaan gemeten grootheid de op dat moment geldende relatie wordt bepaald tussen de absolute wanddikte en de waarde van de door het meetorgaan gemeten grootheid, en dat voor de regeling van de wanddikte in de lengterichting van het geëxtudeerde voorwerp de lijnsnelheid zodanig wordt aangepast dat de momentane waarde van de wanddikte steeds in hoofdzaak gelijk is aan de gewenste waarde van de wanddikte .

Een dergelijke werkwijze is bekend uit de Nederlandse octrooiaanvrage nr. 8801813 ten name van Aanvraagster.

Bij deze bekende werkwijze wordt de gemiddelde absolute wanddikte van het geëxtrudeerde voorwerp berekend uit de per tijdseenheid aan de extruder toegevoerde gewichtshoe-veelheid materiaal, de lijnsnelheid, de soortelijke massa van het materiaal en de nominale afmetingen in dwarsrich-ting van het geëxtrudeerde voorwerp. Deze berekening van de gemiddelde absolute wanddikte is omslachtig en betrekkelijk onnauwkeurig, aangezien er een omrekening nodig is van het gewicht van het per tijdseenheid aan de extruder toegevoerde hoeveelheid materiaal en het volume van het per tijdseenheid uit de extruder komende hoeveelheid materiaal. Daarvoor moet gebruik worden gemaakt van de soortelijke massa van het materiaal. De nauwkeurigheid hiervan en het mogelijke verloop wordt op geen enkele manier gesignaleerd. Bovendien is de bekende werkwijze minder geschikt om te worden toegepast bij enkelschroefsextruders, aangezien deze geen garandeerde opbrengst leveren. De opbrengst van enkelschroefsextruders is afhankelijk van een groot aantal factoren, waaronder de tegendruk in de extrusiekop, de wrijvingscoëfficiënt tussen het kunststofmateriaal en enerzijds het huis van de extruder en anderzijds de extru-derschroef (welke wrijvingscoëfficiënt op zich weer afhankelijk is van de temperaturen van de verschillende elementen en de ter plaatse heersende druk), het toerental van de schroef, de geometrie van de schroef en de hoedanigheid van het toegevoerde materiaal.

De uitvinding heeft tot doel de aan het begin genoemde werkwijze zodanig te verbeteren dat de wanddikte van het geëxtrudeerde voorwerp binnen nauwe grenzen kan worden geregeld, in het bijzonder wanneer voor het extruderen van de voorwerpen een enkelschroefsextruder wordt gebruikt.

Dit doel wordt volgens de uitvinding bereikt doordat het materiaal met behulp van een verdringerpomp door de extrusiekop wordt geperst en de gemiddelde absolute wanddikte wordt berekend uit de volumetrische opbrengst van de verdringerpomp, de lijnsnelheid en de nominale afmetingen in dwarsrichting van het geëxtrudeerde voorwerp.

Door toepassing van deze werkwijze, waarbij de hoeveelheid materiaal die door de extrusiekop wordt geperst onafhankelijk is van de opbrengst van de extruder en alleen afhankelijk is van de opbrengst van de verdringerpomp, kan de gemiddelde absolute wanddikte binnen nauwe grenzen worden berekend, zodat er een zeer nauwkeurige regeling van de wanddikte mogelijk is, in het bijzonder bij gebruik van een enkelschroefsextruder.

Bij voorkeur wordt als verdringerpomp een tandwielpomp toegepast.

Het toepassen van een tandwielpomp tussen de extruder en de extrusiekop, teneinde ervoor te zorgen dat opbrengst-verschillen van de extruder geen invloed hebben op de door de extrusiekop geperste hoeveelheid materiaal, is op zich bekend (zie bijvoorbeeld US-A-4 171 193). Bij deze bekende toepassing vindt echter geen regeling van de wanddikte van het geëxtrudeerde voorwerp plaats waarbij de gemiddelde absolute waarde van de wanddikte wordt berekend.

De uitvinding heeft eveneens betrekking op een inrichting voor het extruderen van langwerpige voorwerpen, zoals buisvormige of plaatvormige voorwerpen, uit kunststof, en het regelen van de wanddikte ervan, omvattende een extruder met een materiaaltoevoerinrichting, een achter de extruder opgestelde extrusiekop, een achter de extrusiekop opgesteld meetorgaan 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 bij elke meting de waarde van de door het meetorgaan gemeten grootheid een maat is voor de relatieve wanddikte ter plaatse, een rekeninrichting voor onder meer het berekenen van de gemiddelde absolute wanddikte van een geëxtrudeerd voorwerp en voor het bepalen van de relatie tussen de absolute wanddikte en de waarde van de door het meetorgaan gemeten grootheid, alsmede middelen voor het regelen van de wanddikte van het geëxtrudeerde voorwerp, omvattende een regelorgaan voor het aanpassen van de lijnsnelheid op grond van het verschil tussen de momentane waarde van de wanddikte en de gewenste waarde van de wanddikte, met het kenmerk, dat tussen de extruder en de extrusiekop een verdringerpomp is opgesteld voor het door de extrusiekop persen van het door de extruder afgegeven materiaal, en dat de rekeninrichting is ingericht voor onder meer het berekenen van de gemiddelde absolute wanddikte uit het toerental van de verdringerpomp, dat in hoofdzaak evenredig is met de volumetische opbrengst van de pomp, de lijnsnelheid en de nominale afmetingen in dwars-richting van het geëxtrudeerde voorwerp.

De uitvinding zal in het hiernavolgende uitvoerings-voorbeeld nader worden toegelicht aan de hand van de bijgaande tekening, waarin:

Fig. 1 zeer schematisch een inrichting voor het extru-deren van buizen of buisvormige voorwerpen uit kunststof volgens de uitvinding is weergegeven en

Fig. 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 volgens de uitvinding weergegeven. De inrichting omvat een extruder 1 met een materiaaltoevoer 2, een extrusiekop 3, een tussen de extruder 1 en de extrusiekop 3 opgestelde verdringerpomp in de vorm van een tandwielpomp 4, een calibreerinrichting 5, een koelinrichting 6 en een trekbank 7.

De extruder 1 is in het bijzonder een enkelschroefextruder die veelal wordt toegepast voor de extrusie van buizen uit polyalkeen materiaal.

De inrichting omvat verder een rekeninrichting 8 waarin de verschillende voor de regeling van de wanddikte van de geëxtrudeerde buis 9 vereiste berekeningen en signaalbewerkingen plaatsvinden. De rekeninrichting 8 is verbonden met middelen voor het meten van het toerental Sr van de tandwielpomp 4 en het meten van de lijnsnelheid vu dat wil zeggen de snelheid waarmee de geëxtrudeerde buis uit de extrusie-inrichting komt. De lijnsnelheid Vj kan bijvoorbeeld worden gemeten met een behulp van een meetwiel 10 dat tegen de geëxtrudeerde buis aanligt. Verder is de rekeninrichting 8 verbonden met een meetorgaan 11 voor het meten van een grootheid die een maat is voor de relatieve wanddikte van de geëxtrudeerde buis.

In het hier weergegeven uitvoeringsvoorbeeld is het meetorgaan 11 een op zich zelf bekend ultrasoon meetorgaan dat ultrasone trillingen opwekt, deze trillingen door de wand van de geëxtrudeerde buis zendt en ten minste de door het van het meetorgaan afgekeerde vlak van de wand van de geëxtrudeerde buis veroorzaakte echo waarneemt. Het meetorgaan draait over de omtrek van de geëxtrudeerde buis en meet op een aantal, bijvoorbeeld 360, over de omtrek verdeelde plaatsen de echotijd t, dat wil zeggen 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 de geëxtrudeerde buis 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 de geëxtrudeerde buis veroorzaakte echo's. Welk tijdsverschil als echotijd moet worden aangemerkt hangt af van het type meetorgaan.

Verder is de rekeninrichting verbonden met de tempera-tuurregelinrichting van de extrusiekop 3 en met de aandrijf inrichting van de trekbank 7.

De werkwijze volgens de uitvinding zal nu worden toegelicht aan de hand van figuur 2. In figuur 2 zijn de middelen 21 en 22 weergegeven voor het meten van het toerental Sr van de tandwielpomp 4 resp. de lijnsnelheid Vj. Verder is het meetorgaan 11 voor het over de omtrek van het geëxtrudeerde voorwerp meten van de echotijden t! t/m tn weergegeven, waarbij n bijvoorbeeld 360 is. In figuur 2 zijn tevens een aantal rekenorganen 23, 24, 25 en 26 aangegeven, alsmede een tweetal regelorganen 27 en 28, waarvan de functie hierna nader zal worden toegelicht.

Wanneer het extrusieproces zich in een stationaire fase bevindt, wordt voor het berekenen van de gemiddelde absolute wanddikte dgem van de geëxtrudeerde buis het toerental Sr van de tandwielpomp 4 en de lijnsnelheid V! gemeten. De gemiddelde absolute wanddikte dgem van de geëxtrudeerde buis wordt door het rekenorgaan 23 berekend uit het toerental Sr van de tandwielpomp 4, de relatie P tussen de volumetrische opbrengst van de tandwielpomp 4 en het toerental Sr ervan, de lijnsnelheid V,, en de nominale diameter D van de geëxtrudeerde buis. Tevens wordt door het meetor-gaan 11 op n over de omtrek verdeelde plaatsen (bijvoorbeeld 360 plaatsen) de echotijd t gemeten, zodat n echo-tijden t/m tn worden verkregen. Uit deze echotijden wordt door het rekenorgaan 24 de over de omtrek gemiddelde echotijd tgem en de minimale echotijd t,^ bepaald. Verder wordt door het rekenorgaan 25 op een voor een vakman bekende wijze een evenredigheidsfactor Vr berekend, die het verband aangeeft tussen een verandering in de absolute wanddikte d en de daarbij behorende verandering in de echotijd t. De evenredigheidsfactor Vr is afhankelijk van de procesomstandigheden en wordt dan ook steeds opnieuw (in een stationaire toestand van het extrusieproces) berekend. In het wand-diktegebied rond de berekende gemiddelde absolute wanddikte dgem wordt de factor Vr als constant beschouwd, zodat er in het beschouwde wanddiktegebied een lineair verband bestaat tussen de absolute wanddikte d en de echotijd t. Deze aanname is gerechtvaardigd, aangezien het beschouwde wanddiktegebied klein is ten opzichte van de wanddikte zelf. Tenslotte wordt door het rekenorgaan 26 met behulp van de formule: (d - dgem) : (t - tgem) = Vr de absolute wanddikte d,^ behorend bij de over de omtrek van het geëxtrudeerde voorwerp gezien minimale waarde t^ van de echotijd t berekend.

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

Voor de regeling van de wanddikte in lengterichting wordt door de regelorgaan 27 de door het rekenorgaan 26 berekende minimale absolute wanddikte d^ vergeleken met de gewenste waarde d^ van de wanddikte d en op grond van het geconstateerde verschil de snelheid Vt van de trekbank 7 aangepast, zodanig dat de berekende minimale wanddikte d^ zo dicht mogelijk bij de gewenste wanddikte d^ komt.

Het regelorgaan 27 heeft een bepaald regelgebied rondom d^. De gewenste waarde d^ van de wanddikte d wordt daarom zodanig ingesteld, dat gewaarborgd is dat de minima-

Ie waarde d^ van de wanddikte d niet onder een bepaalde ondergrens komt, teneinde te voorkomen dat de geëxtrudeerde buis niet aan de gestelde normen met betrekking tot de minimale wanddikte voldoet. De ingestelde waarde d^ 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 het meetorgaan 11 gemeten echotijden tj t/m tn door het rekenorgaan 24 in aantal op elkaar aansluitende gelijke groepen verdeeld en per groep gemiddeld. Het aantal groepen komt overeen met het aantal sectoren waarin de extrusiekop 3 over de omtrek gezien is verdeeld. Is de extrusiekop 3 in m sectoren verdeeld, dan worden de echotijden tj t/m tn verdeeld in m groepen en worden aldus m per groep gemiddelde echotijden tgrl t/m tgnn verkregen. Op grond van deze m gemiddelde echotijden worden door het regelorgaan 28 de temperaturen Tj t/m Tm van de m sectoren van de extrusiekop zodanig aangepast dat de verschillen tussen de per groep gemiddelde echotijden tgrl t/m tgnn worden geminimaliseerd. Bij de regeling van de temperatuur van de sectoren van de extrusiekop 3 wordt ervoor gezorgd dat de gemiddelde temperatuur van alle sectoren constant blijft. De extrusiekop 3 kan bijvoorbeeld verdeeld zijn in acht sectoren, zodat dan m=8.

Opgemerkt wordt dat de hierboven beschreven regeling, uitgaande van een berekende gemiddelde absolute wanddikte dgem van een geëxtrudeerde buis op zich bekend is. Het nieuwe aspect in het geheel is de wijze waarop de gemiddelde absolute wanddikte dgem wordt berekend, waarbij gebruik wordt gemaakt van de volumetrische opbrengst van een tussen de extruder 1 en extrusiekop 3 opgestelde verdringerpomp in de vorm van een tandwielpomp 4.

Doordat thermoplasten slechte warmtegeleiders zijn en in de in figuur 1 schematisch weergegeven inrichting de koeling van de geëxtrudeerde buis slechts vanaf de buiten zijde plaatsvindt, vindt er in veel gevallen nog tijdens het koelen van de buis, waarvan de hartlijn in horizontale richting loopt, een vloei van materiaal naar beneden plaats, zodat een gelijkmatige wanddikteverdeling in de calibreerinrichting 5 verloopt naar een ongelijkmatige wanddikteverdeling aan het einde van de koelinrichting 6 (of omgekeerd). In die gevallen is het nodig dat tussen de meting van de wanddikte en de regeling ervan een correctie wordt doorgevoerd die de vloei van materiaal naar beneden toe na de meting van de wanddikte compenseert.

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

In het uitvoeringsvoorbeeld is de uitvinding beschreven in het geval dat deze is toegepast bij het extruderen van een buis of buisvormig voorwerp 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 zou de uitvinding ook kunnen worden toegepast bij de extrusie van buisfolie.

Claims (4)

1. Werkwijze voor het extruderen van langwerpige voorwerpen, zoals buisvormige of plaatvormige voorwerpen, uit kunststof en het regelen van de wanddikte ervan, waarbij het door de extruder afgegeven materiaal door een extrusie-kop wordt geperst, de gemiddelde absolute wanddikte van een geëxtrudeerd voorwerp wordt berekend, in een richting dwars op de lengterichting van het geëxtrudeerde voorwerp en over het gehele oppervlak ervan een serie metingen wordt uitgevoerd, waarbij bij elke meting de waarde van de door het meetorgaan gemeten grootheid een maat is voor de relatieve wanddikte ter plaatse, periodiek na het bereiken van een stationaire toestand in het extrusieproces uit onder meer de berekende gemiddelde absolute wanddikte en de gemiddelde waarde van de door het meetorgaan gemeten grootheid de op dat moment geldende relatie wordt bepaald tussen de absolute wanddikte en de waarde van de door het meetorgaan gemeten grootheid, en dat voor de regeling van de wanddikte in de lengterichting van het geëxtudeerde voorwerp de lijnsnelheid zodanig wordt aangepast dat de momentane waarde van de wanddikte steeds in hoofdzaak gelijk is aan de gewenste waarde van de wanddikte, met het kenmerk, dat het materiaal met behulp van een verdringerpomp door de extru-siekop wordt geperst en de gemiddelde absolute wanddikte wordt berekend uit de volumetrische opbrengst van de verdringerpomp, de lijnsnelheid en de nominale afmetingen in dwarsrichting van het geëxtrudeerde voorwerp.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat als verdringerpomp een tandwielpomp wordt toegepast.

3. Inrichting voor het extruderen van langwerpige voorwerpen, zoals buisvormige of plaatvormige voorwerpen, uit kunststof, en het regelen van de wanddikte ervan, omvattende een extruder met een materiaaltoevoerinrichting, een achter de extruder opgestelde extrusiekop, een achter de extrusiekop opgesteld meetorgaan 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 bij elke meting de waarde van de door het meetorgaan gemeten grootheid een maat is voor de relatieve wanddikte ter plaatse, een rekeninrichting voor onder meer het berekenen van de gemiddelde absolute wanddikte van een geëxtrudeerd voorwerp en voor het bepalen van de relatie tussen de absolute wanddikte en de waarde van de door het meetorgaan gemeten grootheid, alsmede middelen voor het regelen van de wanddikte van het geëxtrudeerde voorwerp, omvattende een regelorgaan voor het aanpassen van de lijnsnelheid op grond van het verschil tussen de momentane waarde van de wanddikte en de gewenste waarde van de wanddikte, met het kenmerk, dat tussen de extruder (1) en de extrusiekop (3) een verdringerpomp (4) is opgesteld voor het door de extrusiekop persen van het door de extruder afgegeven materiaal, en dat de rekeninrichting (8) is ingericht voor onder meer het berekenen van de gemiddelde absolute wanddikte (dgem) uit het toerental (Sr) van de verdringerpomp (4), dat in hoofdzaak evenredig is met de volu-metische opbrengst van de pomp, de lijnsnelheid (V,) en de nominale afmetingen (D) in dwarsrichting van het geëxtrudeerde voorwerp (9).

4. Inrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de verdringerpomp een tandwielpomp (4) is.