DD147521A1 - Verfahren zur steuerung von extrusionsanlagen,vorzugsweise fuer blasfolienanlagen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung von Extrusionsanlagen, vorzugsweise fuer Blasfolienanlagen mit Auszen- oder kombinierten Auszen-Innen-Luftkuehlsystemen. Ihr liegt das Ziel zugrunde, eine geforderte Extrudatqualitaet unter veraenderlichen Rohstoffeigenschaften zu garantieren. Dazu wird ein globales Charakteristikum fuer wesentliche physikalische Eigenschaften des Extrudats verwendet, in das variable Rohstoffqualitaeten eingehen. Als globales Charakteristikum wird das Erstarrungsverhalten des Extrudats, insbesondere der Abstand Erstarrungsbereich-Formwerkzeug, Extrudatoberflaechentemperatur nach dem Erstarren oder eine davon abhaengige Meszgroesze verwendet. Aus den Prozeszdaten sowie einer anfangs durch Voruntersuchungen vorherbestimmten und waehrend des laufenden Verfahrens iterativ ermittelten Rohstoffqualitaet wird eine den gestellten Anforderungen bezueglich physikalischer Rohstoffeigenschaften entsprechende globale Qualitaetskenngroesze mit einer aus den gleichen Prozeszdaten ermittelten oberen Grenze fuer diese Qualitaetskenngroesze verglichen, gegebenenfalls neue Einstellparameter insbesondere bezueglich der Schneckendrehzahl berechnet und beim Heraustreten des Istwertes der Qualitaetskenngroesze aus einem Toleranzbereich eine Aenderung der Klassenzahl des Rohstoffs vorgenommen. Diese Rohstoffklassenzahl definiert Merkmalsklassen des Rohstoffs. Das Verfahren wird zweckmaeszigerweise so gestaltet, dasz ein die Dynamik des Extrusionsprozesses beruecksichtigender, zeitquantisierter Abfragezyklus und eine gleitende Mittelwertbildung der so erhaltenen Werte erfolgt. Die Erfindung laeszt sich einsetzen bei saemtlichen Extrusionsverfahren, sofern die Rohstoffqualitaet erfindungsgemaesz indirekt gemessen werden kann.

Description

Verfahren zur Staue rung von Sxtrusionsanlagen, vorzugsweise für Blasf ο 1 i ena nla ge η

AD.\voo.clanp;sp;ebiat der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung von Extrusionsaniagon, vorzugsweise für Blasfolienanlagen mit Außen- oder kombinierten Außen-Inaenluf tkühlsystenien.

Charakteristik der bekannten, technischen Lösungen. Die bekannten Vorfahren zur Steuerung von iSxtrusionsanlagen beschränken sich auf die Regelung der geometrischen Abmessungen des üocti'iidats (DE-AS- 2721609 vom 9. 11. 1973)'sowie die Regelung der Schiiiolzqualität über viskositätsabhängige Parameter (Autorenkollektiv: Rechnergesteuerte Extrusion? VDI-Verlag, Düsseldorf Ι97δ)β Damit ist im allgemeinen eine qualitätsgerechte Produktion möglich, sofern sich "Rohstoffeigenschaften mit den daraus folgenden Heiz- und Kühlbedingungen nicht wesentlich ändern. Mit den bisher üblichen Verfahren, s di' Steuerung von, -Extrusions, anlage η können wichtige Qua lit ätsiiie riaaale, z· B. Zugfestigkeit längs und quer, Reißdehnung längs und quer, Blockverholten, Gleitverhalten und Trübung der Blasfolie, nicht fortlaufend direkt oder indirekt gemessen werden (Messen-Steuern-Regeln in der Kunststoffverarbeitung, Plastverarbeiter 23 (1977) _s S. 1-&, ü1-cj6, 137-142).

Verfahren zur i^xtruderstouerung bei Einhaltung der geforderten ßxtrudatqualität unter veränderlichen Rohstoffeigenschaften ohne zusätzliche manuelle Eingriffe sind bisher nicht bekannt.

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Ziül der Erfindung .

Dei¹ Erfindung liegt das Ziel zugrunde, eine geforderte E datqualität unter veränderlichen Rohstoffeigenschaften zu garantieren.

Darlegung des Wesens dar Erfindung

Technische Aufgabe,, die durch' die Erfindung gelöst wird Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Steuerung einer Sxtrusionsanlage mittels eines "Verfahrens selbsttätig mit hinreichender Genauigkeit zu gewährleisten, das neben den geometrischen Abmessungen des Extrudats ein globales Charakteristikum für wesentliche physikalische Eigenschaften des Sxtrudats verwendet und die variable Rohstoffqualität berücksichtigt· -

Merkmale der Erfindung

Das wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß als globales Charakteristikum Q für wesentliche physikalische Eigenschaften des 2citrud3ts insbesondere

- der Abstand Formwerkzeug - Erstarrungsbereich (Zone des Übergangs vom amorphen in den teilkristallinen Zustand),

- die Ezctrudatoberflächenteraperatur vorzugsweise nach dera Erstarren des Extrudats oder

- eine davon abhängige Meßgröße

verwendet werden können. Erfindungsgemäß muß.die globale Qualitätskenngrüße Q des Sxtrudöts zum einen aus Prozeßdaten mittels einer ModeIigleichung berechenbar, zum anderen fortlaufend meßbar sein« Die geforderte E;ctrud.atqualität wird durch ein Gebiet von Q umrissen, dessen obere Grenze über eine weitere Mode11gleichung aus Prozeßakten berechenbar ist.

Erfindungsgemäß wird die in den S^trusionsproaeß und damit io. beide Modellgloichungen eingehende Rohstoffqualität durch eine iferkmalsklassen des Rohstoffes definierende Zahlengröße, die Klassenzahl-x, charakterisiert, die durch technologische Unter· suchungon bestimmbar ist.

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Nach dera erfindungsgemäßeη Verfahren wird für den Anfahr- und Umstellproseß sowie den. Normalbetrieb der E'xtrusionsanlage der Sollwert (Optirnalwert) der Schnecivendrehzahl des Extruders aus vorliegenden Prozeßdaten bestimmt. Diese Berechnung erfolgt nach Gleichsetzen, der die Extruder-Schneckendrehzahl enthaltenden ilodellgleichung für die Größe Q mit der Modellgleichung für ihre obere Grenze.

In der Anfahr- und Umstellphase der vorliegenden Extrusionsanlage v/erden entsprechend dem' erfindu'ngsgemäßen Verfahren in Verbindung mit dem Sollwert der Schneckendrehzahl des Extruders die ΐ/erte der weiteren Einstellparameter wie des Extruder-Temperaturprofils, der Abzugsgeschwindigkeit, der Kühlung aus einer Anfangsinformotion bezüglich RohstoffQualität (Klassenzahl), Extrudatsorte und Werkzeuggeometrie selbsttätig bestimmt und über bekannte Stellglieder realisiert. Die V/erte dieser weiteren Einstellparametor der Extrusionsanlage werden aus den Proseßdaten mittels Prozoßg'leiciiungen berechnet, können auch teilweise (wie bei dem 'Temper a tür prof il) aus einem Datenspeicher abgefragt werden.

In der normalen Betriebsphase der -^"itrusionsanlage wird außer einer Regelung der geometrischen Abmessungen des _E>:t;rudats nach dem erfindungsgomäßen Verfahren die globale Qualitätskenngröße des E^-fcxudats unter Berücksichtigung der Dynamik des Extrusionsprozesses meßtochnisch erfaßt und automatisch auf das Verbleiben des Istwertes in· einem, die Klassenbreite des Rohstoffes berücksichtigenden Toleranzbereich überprüft. Beim Heraustreten' des Istwertes aus diesem Bereich wird die Klassenzahl des Rohstoffes in geeigneter Weise verändert, und es werden neue Sollwerte für die Einstellparameter der Sxtrusionsanlage (Te'aperaturxjrofil, Sehne.ckendrehzahl, Kühlung) bestimmt und eingestellt«,

Das erfindungsgemäße Vorfahren läßt die Möglichkeit manuel- ler Eingriffe bei Instabilität des Prozesses zu.

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Ausführungsbo ispie1

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles näher

erläutert -werden·

Das. Verfahren zur Steuerung von Anlagen für die Blasfolienherstellung beruht auf d.er Erkenntnis, daß insbesondere

- die Höhe der Einfrierzone,

- die i'olienoberflächentemperatur nach Abschluß.des Einfriorvorganges,

- eine davon abhängige Meßgröße,

fortlaufend meßbare, globale Charakteristika für die Zugfestigkeit, die Reißdehnung, das Blockverhalten, das Gleitverhalten und die Trübung darstellen.

Das erfindungsgemäße Verfahren setzt eine aus einer Prozeßanalyse gewonnene Ivlodellgleichung der vorliegenden Extrusionsanlage .,zwischen der Größe Q und der Schneckendrehzahl des Extruders, seinem Temperatürprofil, dem Kühlluftdurchsatz innen und/ oder außen, d.er Abzugsgeschwindigkeit, dem Aufblasvernältnis und der Rohstoffqualität voraus. Der Einfluß von Lufttemperatur und Luf tbeviegung im Kaum auf Q bleibt im Ivlodellansatz unberücksichtigt, da durch klimatechnische Maßnahmen die Schv;ankungsbreite dieser Großen klein gehalten werden kann.

Die Rohstoffqualität wird durch eine Zahlengröße charakterisiert, die Merkmalsklassen d.es Rohstoffes definiert. Diese Klassenzahl χ wird, durch technologische Untersuchungen bestimmt Schmelzindex und Dichte werden ermittelt und in Gruppen eingeordnet, denen Temperaturprοgramme in Abhängigkeit von Extrusionsanlage und Foliensorte zugeordnet sind. Mittels eines Testextruders und Qualitätsuntersuchungen der i'olie läßt sich diese Zuordnung überprüfen und gegebenenfalls korrigieren.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Extruder steuerung erfordert weiter die Einstellung der Schneckendrehzahl nach Losung der Gleichung

Q - Qa₀ = O CD

bei den vorliegenden Werten des ^cctrud.er-i'emperaturprof iles, des Küiilluf tdurchsatzos. innen und/oder außen, der 'Abzugs30-' schwindigkeit, des Aufblasverhältnissös und der Rohstoffqualität. Qq stellt die obere Grenze dar QualitätskenngröBe Q dar, die aus einem durch die zulässigen Toleranzen der Folierimorkra.ale bestimmten Qualitätsgebiet von Q resultiert. Qq ist eine aus der Proseßanalyse ermittelte, auf einen bestimmten folien typ zugeschnittene Funktion der Rohstoffqualität, des Aufblasverhältnisses und der Foliendicke.»

Der Gleichun.gsan.catζ (1) reduziert sich bei· vorgegebener -3χ~ trusiqn.sanlagü unter Berücksichtigung des Ringspaltdurcümessers für die Schmelze im Formwerkzeug sov.de des geforderten Folientyps, der Folienbreite und. -dicke auf wenige Größen: So kann man das Temperaturprofil des intruders durch die Hohstoffqualität, die Abzugsgeschwindigkeit durch die Schnecken« drehzahl und den Kühlluftdurchsatz durch die Schneckendrehzahl und die Hohstoffqualitüt auf Grund weiterer Modellgleichungen ausdrucken. Das Aufblasverhältnis liegt bei gegebenem Ringspaltdurchnesser im. Formwerkzeug und. gewünschter Folionbreite fyst.

Die erfindungsgemüße Bestiuimung der optimalen Sehneckenareh— zahl des -extruders wird

- in der Anfahr- und. Umstellphase des technologischen Prozesses,

- in der normalen Botriebsphase

verbunden mit den bekannten Steuerungsaufgaben (Einstellung des Extruder-Temperaturprofils, des gesamten Kühlluftdurchsatsos, der Folienblasen-Innenluftmenge, der Abzugsgeschwindigkeit, der Kalibrierkorbhöhe und. des Kalibrie-xkorbdurchniessers bei Systemen mit Außen/Inn.enluftkühlung, der Regelung von Folienbreite und -dicke, der Anpassung eines Kalibr.ierkorbes an die Fr ο stlinie) wirks am:

In der Anfahr- und ümstellphase werden als Anfangsinformation' für die vorgesehene üixtrusionsanlage die Klassenzahl des Rohstoffes, der gewünschte Folientyp, die Folienbreite und -dicke sowie der Ringspaltdurchmesser für die Schmelze im Formwark-

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zeug vorgegeben. Selbsttätig werden daraus die Sollwerte zur Einstellung des ^'xtruder-Tamperaturprofils und der -äxtruder-Schnect:endrehzahl bestimmt und realisiert. Danach erfolgt die Ermittlung und Einstellung weiterer Steuerparameter des Prozesses: Anfahr-? bzw. Betrie^sabzugsgeschwindigkeit, gesamter Kühl1Uftdurchsatz, Kalibrierkorbhöhe und -durchmesser bei Systemen mit Außen/Innenluftkühlung· Die Schneckendrehzahl wird mit Hilfe der Gleichung (1) berechnet. Zweckmäßigerweise werden das ^xtruder-Temperaturprofil und die Anfahrabzugsgeschwindigkeit aus einem Datenspeicher'abgefragt, werden die weiteren Steuerparameter mit Hilfe von Modellgloichungen aus den Proaaßdaten berechnet. Beim Anfahren werden nach Austritt der Schmelze aus dem. Werkzeugringspalt manuell der Antriebsmotor der Abzugswalzen und das Kiihlluftgebläse eingeschaltet, das Material in die Nachfolgeeinrichtung des Extruders eingezogen und der "Folienschlauch aufgeblasen. Weiterhin wird die Abzugsgeschwindigkeit erhöht« Das Anfahren ist beendet, wenn sich das Aufblasverhältnis (bzw. die Polienbreite) und die Foliencicke ihrem Nennwart genähert haben. Beim Umstellen der Produktion erfolgt die Einstellung der Kühlluftmenge bei Verstellung des E-itruder-Temperaturprof ils und der Schneckendrehzahl in Abhängigkeit von der Prozeßdynamik.

In dar normalen Betriebsphase erfolgt_? verknüpft mit einer Verbundregolung für die Folienbreite und -dicke, eine meßtechnische Abfrage der Qualitätskenngröße Q als Hegelgröße. Aus der Modellgleichung für Qq wird unter Nutzung der o. g. Anfangsinformation ein Toleranzbereich aQ durch die Beziehungen

Q₁ = Q_Go + c [Ql (2a)

und Q₂ =^Q_Go - c [Q] (2b)

berechnet, wobei c ein aus der Klassenbreite des Rohstoffes resultierender positiver Sinste1!wert (Bereichsfaktor) und [Q] die physikalische Einheit von Q ist. Durch automatischen Vergleich des Istwertes von Q (s.u.) mit Q^ und Qp wird festgestellt, ob Q diesen Toleranzbereicii verletzt. Gegebenenfalls erfolgt eine Änderung der Klass.ensaiil χ ura eine Einheit«. Da-

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raufhin werden, neue Sollwerte für das -^xtruder-Taraperaturpro-fil und die Schneckendrehzahl aus dera Datenspeicher entnommen bzw. aus der Gleichung (1) berechnet und realisiert. Die Dynamik des I'jxtrusionsvorgaages wild berücksichtigt, indem die Abfrage von Q zeitquantisiert erfolgt, und zwar als über eine festgelegte Zeitspanne unter Zugrundelegung eines Gewichtsfaktors gleitend geiaivuelter Wert. In Abhängigkeit von dieser Dynamik wird der gesamte Kühlluftdurchsatz gemäß den neuen Bedingungen geändert. .

Im l^?all von Instabilität des Prozesses bleibt die Möglichkeit des manuellen Singriffs über den Kühlluftdurchsatz und die Abzugsgeschwindic;koit offen.

Claims (4)

Erf ind.uap;sansrpr ach

1. Verfahren zur Steuerung von Extrusionsanlagen, vorzugsweise für Blasfolien, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung einer optimalon Sehneckendrehsahl sich aus einem Vergleich einer aus Prozeßdaten einschließlich der durch technologische Untersuchungen; bestimmten RohstoffquaIitat berechneten globalen Qualitätskenngröße für physikalische Eigenschaften des iSx'trudats mit einer aus dem gleichen Prozeß folgenden oberen Grenze für diese Qualitätskenngröße ergibt und daß in der Anfahr- und Umstellphase die Einstellparameter der gesamten Extrusionsanlage, insbesondere der optimale Wert der ^xtruder-Schnackendrehzahl, aus einer Aufangsinformation bezüglich Hohstoff qualität (Klassenzahl), Extrud.atsorte und VJerksouggeometrie bestimmt und realisiert werden und daß in der normalen Betriebsphase d.er Extrusionsanlage eine meßtechnische Abfrage einer globalen. Qu.alitatsken.ngroße des üJxtrudats erfolgt und beim Heraustreten des-Istwertes der Qualitätskenngröße aus einem zugeordneten Toleranzbereich eine Änderung der Klassenzahl des Hohstoffes . verbunden mit einer ITaueinstellung der Extrusionsanlage vorgenommen wird.·

2» Verfahren aach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohstoffqualität durch eine Zahlengröße charakterisiert wird., die Llerkmalslclassen des Rohstoffes definiert·

3„ Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß als globale Qualitätskenngröße für physikalische Eigenschaften des ühctrudats das Erstarrungsverhalten des geformten Extrudats, insbesondere der Abstand Formwerkzeug - BrstarrungsbCjX"eich, die Extrudatoberflächentemperatur vorzugsweise nach dem Erstarren des Jibctrudats oder eine davon abhängige Meßgröße verwandet werden.

4. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Dynamik des Extrusionsprososses berücksichtigende, zeitousntisierte Abfrage einer globalen Qualitätskenngrö-· ße des Extrudats erfolgt, vorzugsweise als über eine festgelegte Zeitspanne unter Verwendung eines Gewiqhtsfaktors gleitend gemittelter 'Vert· . .

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