DE2426714C3 - Verfahren zum Zuführen der Ausgangsmaterialien in eine Schneckenpresse zum Herstellen einer Folienbahn - Google Patents

Verfahren zum Zuführen der Ausgangsmaterialien in eine Schneckenpresse zum Herstellen einer Folienbahn

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DE2426714C3
DE2426714C3 DE2426714A DE2426714A DE2426714C3 DE 2426714 C3 DE2426714 C3 DE 2426714C3 DE 2426714 A DE2426714 A DE 2426714A DE 2426714 A DE2426714 A DE 2426714A DE 2426714 C3 DE2426714 C3 DE 2426714C3
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Gottfried Eisele
Helmut Dipl.-Ing. Dr. Goermar
Horst 5300 Bonn- Beuel Pabst
Helmut Puetz
Hans Juergen Schrick
Uve Sommermeyer
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Zuführen der Ausgangsmateriaüen in eine Schneckenpresse zum Herstellen einer Folienbahn, bei dem zerkleinerte Folienabfälle und die Rohstoffe geregelt dosiert der Schneckenpresse zugeführt werden. Ein solches Verfahren wird bei der kontinuierlichen Misch- und Knetvorrichtung nach der CH-PS 4 48 481 angewandt, wodurch das Verhältnis der zugegebenen Mengen an Rohstoffen zu den Abfällen geregelt wird.
Eine Schwierigkeit bei der Herstellung von Folien durch Extrusion ist die Einhaltung der geforderten Dickenkonstanz.
Folien mit der Anforderung hoher Dickenkonstanz sind z. B. Verbundglasfolien aus Polyvinylbutyral und Weichmacher, die in der Weise hergestellt werden, daß der Rohstoff in einer Schneckenpresse aufgeschmolzen wird, die Schmelze von der Schneckenpresse unter Druck in ein Breitschlitzwerkzeug gefördert wird, das Breitschlitzwerkzeug die Verformung der Schmelze in die Breite vornimmt, so daß die Schmelze schließlich in einer breiten Bahn das Breitschlitzwerkzeug verläßt und über nachgeschaltete Aggregate abgekühlt wird. Auch bei zeitlich konstanter Zudosierung der Rohstoffe über geeignete Dosierorgane sind die Dickenschwankungen in einer so hergestellten Folie immer noch verhältnismäßig groß und betragen etwa 0,06 bis 0,08 mm. Diese Schwankungen sind aber zu groß, um unter Verwendung der Folie ein optisch einwandfreies Verbundglas herzustellen und es ist wünschenswert, die Dicken-Schwankungen in wesentlich engeren Grenzen zu halten.
Bei undosierter Zugabe von zerkleinerten Folienabfällen und Randstreifen, wobei kleine Mengenschwankungen pro Zeiteinheit nicht ausgeschlossen werden können, sind Dickenschwankungen der extrudieren Folie noch weniger auszuschließen.
Auch bei dem Verfahren nach der CH-PS 4 48 481 ist eine regelbare Beeinflussung der Abmessungen des die Schneckenpresse verlassenden Produktes noch nicht erzielbar. Aus der US-PS 37 28 056 ist ein Verfahren zum Beeinflussen der Qualität eines Extrudates bekannt, bei dem einerseits die Drehzahl des Extruders in Abhängigkeit von dem konstant zu haltenden Massedruck verändert wird und andererseits der Sollwert der Rohstoffdosierung in Abhängigkeit von der konstant zu haltenden Durchflußmenge geregelt wird. Die Verarbeitung von zeitlich beliebig schwankenden Materialzugaben zu einem kontinuierlichen Rohstofffluß ist aus dieser Patentschrift nicht bekannt und eine Lösung dieses Problems ist mit den bekannten Maßnahmen nicht möglich.
Auch aus der US-PS 37 54 735 ist lediglich eine geschwindigkeitsproportionale Regelung von Zahnradpumpen zum Erhalten eines konstanten Massestroms bekannt. Mit dieser Verfahrensweise sind jeweils nur proportional gesteuerte Mengen verarbeitbar, und das bei der Abfallverarbeitung auftretende Problem der geregelten Zuführung einer variablen Menge ist damit nicht gelöst.
Es ist nun möglich, die Dickenschwankungen einer extrudierten Folie dadurch klein zu halten, daß zwischen Schneckenpresse und Extrusionszwang eine in Wirkungsweise und Einsatzmöglichkeit bekannte Schmelzepumpe geschaltet wird, die bei konstanter Drehzahl eine konstante Fördermenge pro Zeiteinheit hat. Wegen der konstanten Fördermenge der Schmelzpumpe würde jedoch eine mit im Prinzip konstanter Dosierung ausgerüstete Schneckenpresse im Laufe der Zeit ihren Füllgrad, das ist das Verhältnis des von der Schmelze eingenommenen Raumes zum insgesamt in der Schneckenpresse zur Verfugung stehenden Raum, ändern, weil die Fördermenge der Schmelzepumpe und die Fördermenge der Dosierorgane der Rohstoffe auf die Dauer praktisch nicht exakt aufeinander abzustimmen sind. In dem einen Grenzfall würde die Schneckenpresse überfüttert werden, im anderen Grenzfall so weit leerlaufen, daß die Schmelzepumpe unterfüttert würde. In beiden Fällen kann keine Folie konstanter Dicke extrudiert werden, insbesondere bei Zuspeisung von Randstreifen oder Abfällen würde sich die Menge so schnell ändern, daß ein Extrusionsprozeß unter konstanten Bedingungen nicht mehr möglich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Folie mit hoher Dickenkonstanz durch Extrusion herzustellen, bei der als Ausgangsstoffe neben den Rohstoffen auch zerkleinerte Folienabfälle zeitlich in beliebig schwankender Menge der Schneckenpresse zugeführt werden sollen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe in der Weise, daß die zerkleinerten Folienabfälle kontinuierlich verwogen werden, daß die verwogene Durchsatzmenge laufend von dem Sollwert eines den Rohstoffdosierorganen zugeordneten Mengenreglers subtrahiert wird und daß
in an sich bekannter Weise der Füllgrad der Schneckenpresse in Verbindung mit einer am Abgabeende der Schneckenpresse angeordneten Schmelzepumpe konstant gehalten wird.
Durch diese Kombination der Verfahrensschritte gemäß der Erfindung wird ein außerordentlicher nicht vorhersehbarer Erfolg beim Extrudieren von Folien mit ungeregelter Rückgutspeisung und geregelter Rohstoffspeisung dahingehend erzielt, daß eine hohe Dickenkonstanz bei sofortiger Abfallverarbeitung ohne zeitlich konstante Abfallzuführung ermöglicht ist
Bei einer vorteilhaften Durchführung des Verfahrens wird der Sollwert des den Rohstoffdosierorganen zugeordneten Mengenreglers in Abhängigkeit von dem am Abgabeende der Schneckenpresse gemessenen Massedruck über einen Füllgradregler in einem Bereich von ±10%, verstellt
Bei einer Variante hierzu ist der Sollwert des den Rohstoffdosierorganen zugeordneten Mengenreglers geringfügig höher als die Fördermenge der am Abgabeende der Schneckenpresse zugeordneten Schmelzepumpe und die Differenzmenge aus dosierter Gesamtmenge und Fördermenge wird zwischen Schneckenpresse und Schmelzepumpe abgeführt. Bei einer weiteren Entwicklung dieser Variante wird die abgeführte Differenzmenge nach dem am Abgabeende der Schneckenpresse gemessenen Massedruck geregelt.
Als Dosierorgane werden für Feststoffe und Abfälle bzw. Rückgut bevorzugt Bandwaagen, für Weichmacher hingegen Dosierpumpen verwendet. Da bei einer als Dosierorgan verwendeten Bandwaage eine Veränderung der Menge, die vom Mengenregler vorgenommen wird, über die Bandgeschwindigkeit der Waage erfolgt, also sofort wirksam ist, dagegen aber zwischen der Messung der ebenfalls auf einer Bandwaage abgewogenen Rückgutmenge aus Randstreifen und Abfällen und dem Abwurf dieser Menge eine gewisse Transportzeit liegt, wird zur genauen Synchronisation des Materialabwurfs beider Waagen das Meßsignal der gewogenen Menge der Folienabfälle zeitlich verzögert dem Mengenregler der Rohstoffdosierorgane zugeführt.
Zwischen dem Zeitpunkt der Einfüllung einer Materialmenge in den Trichter der Schneckenpresse und der Messung des Massedruckes der von eben dieser Materialmenge ausgübt wird, vergeht eine gewisse Zeit, den die Schneckenpresse für den Transport des Materials benötigt. Der Füllgradregler arbeitet deshalb in der Weise, daß er nach einer kleinen Verstellung des Sollwertes am Regler zunächst diese Transportzeit abwartet, um die Auswirkung der Verstellung zu erfassen und erst danach gegebenenfalls eine neue Verstellung vornimmt.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß bei gleichzeitiger Randstreifen- und Abfallrückspeisung eine Folie mit hoher Dickenkonstanz extrudiert wird. Randstreifen, die während des Produktionsprozesses anfallen, können sofort zurückgespeist werden, wobei es nicht darauf ankommt, daß die Rückspeisung zeitlich konstant erfolgt. Die Rückgutwaage erfaßt in jedem Augenblick die anfallende Schnitzelmenge und subtrahiert sie im richtigen Zeitpunkt von der Gesamtrohstoffmenge. Dabei ist es wesentlich, daß die laufend in der Hackmaschine entstehenden Schnitzel nicht gespeichert zu werden brauchen, sondern unmittelbar auf die Rückgutwaage fallen und in die Schneckenpresse eingeführt werden, weil ein Speichern der Schnitzel ohne zusätzliche Maßnahmen, wie etwa starke Kühlung, zum Verkleben der Schnitzel führen würde. Auch können zusätzliche Materialstreifen, die von Abfallrollen gewonnen werden, geschnitzelt und auf die gleiche Weise der Wiederverarbeitung zugeführt werden.
Der FüÜgradregler hält den Druck und damit den Füllgnd der Schneckenpresse konstant Das bedeutet gleichzeitig, daß das Material in der Schneckenpresse über lange Zeit einer zeitlich konstanten Scherenergie ausgesetzt wird und auf diese Weise mit einer zeitlich konstanten Temperatur die Schneckenpresse verläßt Die Fließverhältnisse im Breitschlitzwerkzeug sind deshalb keinen zeitlichen Schwankungen unterworfen, was sich vorteilhaft auf die zeitliche Konstanz der eingestellten Querdickenverteilung auswirkt. Wegen der so erzielten konstanten Temperatur und dem so erziehen konstanten Druck des Materials ändert sich die Querdickenverteilung über lange Zeit praktisch nicht so daß sie sehr genau eingestellt werden kann.
In der Zeichnung ist die Erfindung an zwei Ausführungsbeispielen erläutert Es zeigt
F i g. 1 ein Fließbild für eine Verbundglasfolienextrusion,
Fig.2 eine Variante der Füllgradsteuerung der Schneckenpresse nach Fig. 1.
Die Extrusion der Folie 1 erfolgt in der Regel so, daß der Rohstoff über den Einfülltrichter 14 der Schneckenpresse 4 zugeführt wird, die über den Motor 30 angetrieben wird. Der Rohstoff wird in der Schneckenpresse aufgeschmolzen und die Schmelze über die Schmelzepumpe 3 unter Druck in das Breitschlitzwerkzeug 2 gefördert Das Breitschlitzwerkzeug 2 nimmt die Verformung der Schmelze in die Breite vor, so daß schließlich die Schmelze in einer breiten Folienbahn 1 das Breitschlitzwerkzeug verläßt. Nachgeschaltete Schneideorgane nehmen die Randbesäumung vor, wobei die Randstreifen la beidseitig der Folie 1 abfallen und über Umlenkrollen 5 wieder der Einspeisung der Schnecke zugeführt werden. Es ist jedoch auch möglich, diese Randstreifen auf sogenannten Abfallrollen 6 zu sammeln, von welchen sie später wieder bei Bedarf der Einspeisung der Schnecke zugeführt werden.
Die Zudosierung der Rohstoffe, bei der Herstellung von Polyvinylbutyralfolien, einmal Polyvinylbutyral und dann Weichmacher, erfolgt zeitlich konstant, wobei in dem gezeigten Beispiel Polyvinylbutyral und Weichmauher in einem festen Verhältnis, jedoch getrennt zugegeben werden. Das Polyvinylbutyralpulver 11 wird über die Bandwaage 12, auch als Feststoffwaage bezeichnet, und der Weichmacher 15 über die Dosierpumpe 16, die über den Motor 18 angetrieben wird, der Schnecke 4 über die Einfüllöffnung 17 zugeführt. Das Rückgut 8 aus den Randstreifen la und Abfall von der Abfallrolle 6 wird der Hackmaschine 7 zugeführt, die es laufend zu Schnitzeln zerkleinert. Die Schnitzel werden unmittelbar nach der Zerkleinerung kontinuierlich über die Bandwaage 9, auch Rückgutwaage genannt, verwogen, von wo sie über das umlaufende Transportband 10 dem Einfülltrichter 14 der Schneckenpresse 4 zugeführt werden. Der Antrieb der Rückgutwaage 9 erfolgt über den Motor 20. Auch die Feststoffwaage 12 arbeitet mit einem umlaufenden Transportband 13 und wird ebenfalls von einem Motor 26 angetrieben. Dieses Extrusionsverfahren zum Herstellen einer Folie ist nun mit einem geschlossenen Regelkreis versehen, wobei die der Schnecke zugefütterten Stoffe mengenmäßig pro Zeiteinheit erfaßt und miteinander verglichen werden und wobei gleichzeitig der Füllgrad der Schnecke gemessen und als Meßgröße
und Regelgröße dem Regelkreis zugeführt wird. Der Mengenregler 19 ist auf einen Sollwert für die Rohstoffdosierorgane, also die Feststoffwaage 12 und die Dosierpumpe 16 eingestellt, wobei dieser Sollwert einer ausreichenden Fütterung der Schnecke 4 ohne Rückgutzufuhr entspricht. Die über die Rückgutwaage 9 ständig und automatisch gemessene Menge an Rückgut pro Zeiteinheit wird über das Meßglied 24 und ein noch später zu erläuterndes Totzeitglied 25 als Meß-Signal dem Mengenregler 19 zugeführt und vom Sollwert des Mengenreglers subtrahiert. Je nach Schwankungen in der Zufuhr des Rückgutes 8 sorgt dann der Mengenregler 19 für ein entsprechendes Mehr oder Weniger an Rohstoffen 11, 15 durch eine entsprechende Steuerung der Antriebe 26 für die Bandwaage 12 bzw. 18 für die Dosierpumpe 16. Die laufend gemessenen Meßwerte der Feststoffwaage 12 bzw. der Dosierpumpe 16 werden über die Mengenmesser 29 bzw. 27 laufend dem Mengenregler 19 zum Sollistvergleich zugeführt. Der Füllgrad der Schneckenpresse 4 wird dadurch konstant gehalten, daß der Massedruck zwischen Schneckenpresse 4 und Schmelzpumpe 3 mit einem geeigneten Massedruckfühler 23 gemessen wird und über das Massedruckmeßgerät 21 ein Meßwertsignal an den Füllgradregler 22 geht, und von diesem Meßwert der Gesamtsollwert der Rohstoffdosierung des Mengenreglers 19 über den Füllgradregler 22 in einem kleinen Bereich, beispielsweise im Bereich ±10%, verstellt wird. Damit wird der Füllgrad über den geschlossenen Regelkreis schließlich konstant gehalten.
Da bei den als Dosierorgane verwendeten Bandwaagen 9, 12 eine Veränderung der Menge, die vom Mengenregler 19 vorgenommen wird, über die Bandgeschwindigkeit erfolgt, also sofort wirksam ist, jedoch zwischen der Messung der Rückgutmenge 8 auf der Rückgutwaage 9 und dem Abwurf dieser Menge in den Einfülltrichter 14 der Schneckenpresse eine gewisse Transportzeit liegt wird zur genauen Synchronisation des Materialabwurfes beider Bandwaagen 9, 12 das Totzeitglied 25 in den Meßwert der Rückgutwaage geschaltet, so daß der Meßwert der Rückgutwaage um die Transportzeit verzögert dem Mengenregler 19 zugeführt wird.
In der F i g. 2 ist eine Variante für die Konstanthaltung des Füllgrades in Verbindung mit der über die Dosierorgane geregelten miteinander verknüpften Materialzufuhr zu der Schnecke 4 gezeigt. Hierbei wird die der Schneckenpresse 4 zugeführte Gesamtmenge an Rohstoffen und Rückgut grundsätzlich geringfügig höher gehalten als die Fördermenge der Schmelzpumpe beträgt. Die Differenzmenge von zugeführter Gesamtmenge und Fördermenge wird aus der Austrittsöffnung 32 zwischen Schneckenpresse 4 und Schmelzepumpe 3 herausgeführt. Darüber hinaus wird der Massedruck mittels des Meßfühlers 23 in der Nähe der Austrittsöffnung 32 gemessen und die Austrittsöffnung 32 selbst mit dem Regelventil 31 versehen. Der gemessene Massedruck wird über das Meßgerät 21 dem Regler 3J zugeführt, der das Regelventil 31 als Stellorgan verstelli und somit den Füllgrad konstant hält.
Nachfolgend wird ein Beispiel für die geregelter Durchsatzmengen zur Herstellung einer Polyvinylbutyralfolie nach dem in F i g. 1 dargestellten Fließbilc aufgeführt. Bei Anwendung der erfindungsgemäßer Regelung der Durchsatzmengen für die Extrusionsschnecke und Konstanthaltung des Füllgrades wurder die Dickenschwankungen in Längsrichtung festgestellt.
Beispiel
Durchsatzmenge insgesamt 200 kg/h
davon Rohstoff
im Verhältnis
Feststoff/Weichmacher = 74 : 26 80 kg/h
Rückgutmenge 120 kg/h
davon 88 kg/h Abfall
und 32 kg/h Randstreifen
Dickenschwankungen in
Längsrichtung 12μηι
Zu einem bestimmten Zeitpunkt wird die Abfallein speisung beendet, so daß dann, einreguliert durch dif völlig selbsttätige Regelung, gefahren werden:
Rohstoff 168 kg/h
im Verhältnis 32 kg/h
Feststoff/Weichmacher 74 : 2b
Randstreifen 11 um
Die Dickenschwankungen
betrugen jetzt
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Zuführen der Ausgangsmaterialien in eine Schneckenpresse zum Herstellen einer Folienbahn, bei dem zerkleinerte Folienabfälle und die Rohstoffe geregelt dosiert der Schneckenpresse zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die zerkleinerten Folienabfälle kontinuierlich verwogen werden, daß die verwogene Durchsatzmenge laufend von dem Sollwert eines den Rohstoffdosierorganen zugeordneten Mengenreglers subtrahiert wird und daß in an sich bekannter Weise der Füllgrad der Schneckenpresse in Verbindung mit einer am Abgabeende der Schneckenpresse angeordneten Schmelzepumpe konstant gehalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert des den Rohstoffdosierorganen zugeordneten Mengenreglers in Abhängigkeit von dem am Abgabeende der Schneckenpresse gemessenen Massedruck über einen Füllgradregler in einem Bereich von ± 10%, verstellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert des den Rohstoffdosierorganen zugeordneten Mengenreglers geringfügig höher ist als die Fördermenge der am Abgabeende der Schneckenpresse angeordneten Schmelzepumpe und die Differenzmenge aus dosierter Gesamtmenge und Fördermenge zwischen Schneckenpresse und Schmelzpumpe abgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die abgeführte Differenzmenge nach dem am Abgabeende der Schneckenpresse gemessenen Massedruck geregelt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsignal der gewogenen Menge der Folienabfälle zeitlich verzögert dem Mengenregler der Rohstoffdosierorgane zugeführt wird.
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