DE3303766C2

DE3303766C2 -

Info

Publication number: DE3303766C2
Application number: DE3303766A
Authority: DE
Inventors: Albert 5600 Wuppertal De Schleberger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-02-04
Filing date: 1983-02-04
Publication date: 1989-06-29
Also published as: DE3303766A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum verbrauchsabhängigen Dosieren mehrerer Komponenten bei der Extruderverarbeitung von Polymeren, bei dem eine als Haupt-Komponente vorbestimmte Komponente kontinuierlich im Verbrauch (Gewicht/Zeit) erfaßt wird, die Zusatz-Komponenten in Abhängigkeit von den ge messenen Verbrauchswerten der Hauptkomponente und dem vor bestimmten prozentualen Gewichts-Mischungs-Verhältnis in gewichtsmäßigen Anteilen kontinuierlich bestimmt werden und die so bestimmten Komponenten dem Extrusionsprozeß zugeführt werden.

Bei der Extrusion thermoplastischer Kunststoffe zur Her stellung von Folien, Platten, Profilen usw. wird zunehmend die Technik des Einmischens von Zusatzkomponenten ange wendet. Man versteht hierunter die Einarbeitung von Farb stoffen, Additiven, organischen und nicht organischen Füll stoffen, Verstärkungsstoffen wie Glas- und Kohlefasern, Glaskugeln usw. Darüber hinaus geht man neuerdings dazu über, durch Zusammenführen unterschiedlicher Polymerroh stoffe, wie z. B. ABS-PVC oder HDPE-LDPE usw., Legierungen herzustellen mit dem Ziel, die Eigenschaften der auf diesem Wege hergestellten Halbzeuge den gestellten Anforderungen optimal anzupassen.

In allen angesprochenen Fällen kommt es entscheidend darauf an, daß die Rezepturen, die den Mischungen unterlegt sind, mit großer Präzision eingehalten werden, daß demnach die eingesetzten Einzelkomponenten in den zueinander stehenden Gewichtsverhältnissen genau zusammengeführt werden.

Diese Voraussetzung ist über die Prozeßführung der Extru sion nicht zu erfüllen, weil das Förderverhalten der Extruder durch eine Vielzahl von Störgrößen, wie z. B. Temperatur änderungen oder Änderungen des Gegendrucks usw., beeinflußt werden kann. Hinzu kommen äußere Einflußgrößen, die auf den Extruder einwirken, die hauptsächlich in Schwankungen des Schüttgewichts der dem Extruder zugeführten Polymerroh stoffe zu sehen sind. Hieraus ist ersichtlich daß die Schneckendrehzahl eines Extruders allein nicht als Leitwert bei hohen Genauigkeitsanforderungen herangezogen werden kann und somit die Herleitung einer entsprechenden Regelgröße nicht möglich ist. Die Folge hieraus ist, daß der Extrusion ein getrenntes Mischverfahren zur Herstellung einer Mischung aus den Einzelkomponenten vorgeschaltet werden muß, wobei die Gefahr besteht, daß bei der Übergabe der Mischung an den Extruder eine Entmischung der Einzelkomponenten statt findet und auf diesem Wege die gewünschte Konstanz des Mischungsverhältnisses nicht eingehalten werden kann.

Wegen der unvollkommenen Raumerfüllung von Feststoff teilchen besteht ein eindeutiger Zusammenhang zwischen Menge und Volumen eines Stoffes. Man ist deshalb auf Wägungen angewiesen, wobei zwei und mehr gravimetrische Dosiersysteme zu einer Mehrkomponentendosieranlage zusammengefaßt sind.

Bisher bekannte gravimetrische Dosiersysteme arbeiten z. B. chargenweise in Mischbehälter oder in einen Vorbehälter zur Schneckenpresse, aus dem dann bedarfsabhängig entnommen werden kann. Der in der Praxis am meisten bewährte und seit Jahrzehnten eingesetzte gravimetrische Dosierer ist die Dosier bandwaage. Ihre verschiedenen Ausführungen beruhen darauf, daß der Förderstrom über ein Transportband geführt wird, wobei der auf dem Förderband liegende Produktanteil gemessen und gewogen wird. Es ist zu unterscheiden zwischen der ge schwindigkeitsgeregelten und der gewichtsgeregelten Dosier bandwaage.

Eine Dosier-Schneckenwaage kann mit Dosierbandwaagen ver glichen werden, wobei jedoch das Band durch eine Förder schnecke ersetzt worden ist.

Die Arbeitsweise einer Differentialdosierwaage unter scheidet sich von den Dosierbandwaagen. Sie ist eine sub trahierend arbeitende, kontinuierliche Behälterwaage.

Der Antrieb des Austragsgerätes (Schnecke, Band, Rinne) wird über die Dosierregelung angesteuert, so daß die Entnahmemenge pro Zeiteinheit einer vorgegebenen Sollwertkurve entspricht.

Aus Z.: Kunstoffberater, 9/1975, Seiten 504 und 505, ist ein Verfahren zum verbrauchabhängigen Dosieren mehrerer Komponenten bei der Extruderverarbeitung von mehreren Polymeren vorbe kannt. Bei dem vorbekannten Verfahren wird eine als Haupt- Komponente vorbestimmte Komponente kontinuierlich im Verbrauch (Gewicht/Zeit) erfaßt. Zusatz-Komponenten werden in Abhängig keit von den gemessenen Verbrauchswerten der Haupt-Komponente und dem vorbestimmten prozentualen Gewichts-Mischungs- Verhältnis in gewichtsmäßigen Anteilen kontinuierlich bestimmt. Die so bestimmten Komponenten werden dem Extrusionsprozeß zugeführt. Dieses Verfahren arbeitet nur ungenau, so daß es den heutigen Qualitätsanforderungen nicht mehr genügt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum gebrauchsabhängigen Dosieren mehrerer Komponenten bei der Extruderverarbeitung von Polymeren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit deren Hilfe eine wesentliche größere Genauigkeit des Mischungsverhältnisses über die Zeit erreicht werden kann, und zwar unabhängig vom jeweiligen Arbeitspunkt des betreffenden Extruders und unabhängig von Störgrößen, Beaufschlagungen und Einflußgrößen.

Ausgehend von einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 wird diese Aufgabe durch die kennzeich nenden Merkmale dieses Anspruches gelöst.

Es ist hierbei unerheblich, ob die einzelnen Mengenströme im Trichter eines Extruders zusammengeführt werden, oder aber ob die einzelnen Mengenströme unterschiedlichen Stellen einer Extrusionsanlage zugeführt werden, wie es z. B. bei der Herstellung von Legierungen der Fall ist.

Durch die verbrauchsabhängige Gewichtsdosierung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bleiben die Gewichtsanteile der einzelnen Komponenten an der Gesamtmenge des zu verarbeitenden Materials unabhängig vom Arbeitspunkt der Extrusionsanlage sowie unabhängig von Schwankungen stets in dem vorgegebenen Verhältnis konstant.

Nach der erfindungsgemäßen Verfahrensweise läßt sich auch eine Coextrusionsanlage betreiben, bei welcher z. B. mehrere Extruder in eine Haupt-Komponente eines anderen Extruders hineinfördern oder zufördern. Dabei kann z. B. mittels einer ständig in Eingriff befindlichen Differentialwaage, bei der die Hauptschnecke der Maschine als verbrauchsabhängiges Dosierorgan wirkt, die Hauptkomponente kontinuierlich erfaßt werden (Gewicht/Zeit). Der so ermittelte Augenblickswert, der z. B. 90% des Gemenges darstellt, ist geeignet, als Leitwert die Zuschlagkomponenten B (z. B. 6% des Gemenges) und C (z. B. 4% des Gemenges) zu regeln.

Die Verbrauchswerte der unmittelbar in den Extruder eingeführten Hauptkompo nente (A) werden durch den von der Extruderschnecke im Zuführbereich erfaßten Masse strom bestimmt. Die Zusatzkomponenten werden mittels drehzahl geregelter Dosier-Schneckenwaagen oder anderer Dosierein richtungen direkt in den von der Hauptschnecke erfaßten Masse strom eingeleitet. Da die Hauptkomponente A kontinuierlich (Gewicht/Zeit) erfaßt wird, können entsprechend den vorgegebenen Sollwerten die weiteren Zusatz komponenten B und C ermittelt und über einen Regelkreis die dazugehörigen Dosiereinrichtungen ange steuert werden.

Beim Zumischen von Farbstoffen, Additiven, organi schen und nicht organischen Füllstoffen, Verstärkungsstoffen wie Glas- und Kohlefasern, Glaskugeln usw. lassen sich so durch die verbrauchsabhängige Gewichtsdosierung die Anteile für jeden Mengen strom mit großer Genauigkeit konstant halten, so daß die einmal vorgegebenen gewichtsprozentualen Verhältnisse, in denen die Zusatzkomponenten zu einem Hauptstrom stehen, unab hängig von Schwankungen in der Beschickung des Extruders oder in dessen Entnahme konstant gehalten werden können.

In Patentanspruch 2 ist eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben.

Bei einer solchen Vorrichtung kann nach dem Anfahren des Extruders und Erreichen seines Arbeitspunktes die von Hand nachgeführte Dosierung für die Hauptkomponente auf "Regelung" umgeschaltet werden. Sodann sind die weiteren Dosier einrichtungen, die zuvor z. B. über Verhältnissteller auf die gewünschten Sollwerte eingestellt werden, im Eingriff. An dem oder den Verhältnissteller(n) wird also der gewichts prozentuale Anteil des jeweiligen Mengenstromes für die Zusatz-Komponente am Gesamtgemenge vorgegeben. Von nun an werden die Zusatzkomponenten des Gemisches jeweils im gewählten Verhältnis zur Hauptkomponente dem Dosiertrichter bzw. Extruder od. dgl. zugefördert, unabhängig von Schwankungen in der Entnahme durch den Extruder od. dgl.

Die Erfindung wird nachfolgend durch Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Extruderanlage, bei welcher zwei Zusatz- Komponenten in einem Einfülltrichter eines Extruders mit einer Haupt-Komponente zusammengeführt werden;

Fig. 2 eine Extruderanlage, bei welcher die Hauptkomponente einem Einfülltrichter eines Extruders zugeführt wird, während zwei Mengenströme von Zusatz-Komponenten dem Extruder zugeführt werden, um beispielsweise Legierungen herzustellen;

Fig. 3 einen Regelkreis (Blockschaltbild) für die Ausfüh rungsform nach Fig. 1 oder 2;

Fig. 4 ein weiteres Blockschaltbild und

Fig. 5 ein Diagramm.

Mit dem Bezugszeichen 1 ist bei sämtlichen Ausführungs formen ein Extruder bezeichnet, der einen Einfülltrichter 2 aufweist, dem ein Dosiergerät 3 zugeordnet ist, das bei den dargestellten Ausführungsformen einen Vorratsbehälter 4 aufweist, der das in den Einfülltrichter 2 zu fördernde Gut, das die Haupt-Komponente A bildet, beinhaltet. Der Vorratsbehälter 4 des Dosiergeräts 3 ist an einer Lastmeß einrichtung 5 angeordnet. Das Dosiergerät 3 kann als Dosierdifferentialwaage arbeiten. Im Bedarfsfalle sind selbstverständlich auch andere geeignete Dosiergeräte ein setzbar.

Die Bezugszeichen 6 bzw. 7 bezeichnen Dosiereinrichtungen, die gleichfalls je einen Vorratsbehälter 8 bzw. 9 für das von diesen Dosiereinrichtungen 6, 7 zu fördernde Gut auf weisen, die als Zusatz-Komponenten B und C definiert werden. Die Vorratsbehälter 8 und 9 sind jeweils an einer Lastmeß einrichtung 10 bzw. 11 angeordnet, so daß die Dosierein richtungen 6 bzw. 7 ebenfalls als Dosier-Diffe rentialwaagen arbeiten, die jeweils einer Dosiereinrichtung 12 bzw. 13 zufördern.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 werden die Zusatz-Kompo nenten B und C ebenfalls in den Einfülltrichter 2 gefördert, während bei der Ausführungsform nach Fig. 2 lediglich die Hauptkomponente A in den Einfülltrichter 2 und die Zusatz- Komponenten B und C in den Extruder 1 gefördert werden. Mit 14 bzw. 15 sind motorische Antriebe bezeichnet, die regelbar ausgebildet sind, um die Drehzahlen der Dosierein richtung 12, 13 zu regeln. Auch ein motorischer Antrieb 16 des Extruders 1 kann regelbar ausgebildet sein, um die Förderleistung des Extruders 1 regeln zu können. Des weiteren kann der nicht dargestellte Abzug für das z. B. langgestreckte Extrudat (Band, Platte, Folie, Schlauch, Kabelmantel od. dgl.) regelbar ausgebildet sein, um die Abzugsgeschwindigkeit regeln zu können.

Außerdem ist mit dem Bezugszeichen 17 in Fig. 3 ein Rechner bezeichnet.

In Fig. 4 bezeichnen 18 und 19 Regler und/oder Rechner für die Dosiereinrichtungen 6 bzw. 7, während ein Regler und/ oder Rechner 20 dem Dosiergerät 3 zugeordnet ist.

Mit 21 und 22 sind Verhältnissteller bezeichnet.

In Fig. 5 ist auf der Ordinate mit dem Buchstaben U die elektrische Spannung und auf der Abszisse mit dem Buchstaben M die Menge bezeichnet. G _o ist ein oberer Bezugspunkt und G _u ein unterer Bezugspunkt.

Bei sämtlichen Ausführungsformen wird die Haupt- Komponente A im Verbrauch (Gewicht/Zeit) erfaßt. Die Zusatz- Komponenten B und C werden in der jeweils gewünschten Menge (Gewicht/Zeit) in Abhängigkeit von dem für die Haupt-Komponente A erfaßten Augenblickswert errechnet und kontinuierlich über geeignete Fördereinrichtungen, vorliegend über die den Dosier einrichtungen 6 bzw. 7 zugeordneten Dosiereinrichtungen 12 bzw. 13, der Extrusionsanlage zugeführt.

Zu dem in Fig. 3 dargestellten Regelkreis (Blockschaltbild) wird folgendes ausgeführt:

Der als Wägebehälter ausgebildete Vorratsbehälter 4, der zu mindest funktionell Teil des Einfülltrichters 2 ist, belastet die Lastmeßeinrichtung 5, die unter Last kontinuierlich eine definierte elektrische Spannung U abgibt, die ein Maß für das augenblickliche Gewicht des Gutes der Hauptkomponente A darstellt, wobei ein Überlaufen bzw. Unterfüttern des Ein fülltrichters 2 durch Einstellung von frei wählbaren elektrischen Begrenzungen G _o bzw. G _u verhindert wird. Zuvor werden die als Sollwerte in den Rechner 17 ein gegebenen Werte so verarbeitet, daß die Zusatz-Komponenten B und C mittels ihrer Vorratsbehälter 8 bzw. 9, über die ihnen jeweils zugeordnete Lastmeßeinrichtung 10 bzw. 11 jeweils eine definierte elektrische Spannung U an die Dosiereinrichtung 13 abgeben und in Abhängigkeit von dem für die Haupt-Kom ponente A erfaßten Augenblickswert durch den Rechner 17 kontinuierlich automatisch errechnet und kontinuierlich über die in ihrem Förderverhalten mittels der Antriebe 14 bzw. 15 regelbaren Dosiereinrichtungen 6 bzw. 7 der Extruder anlage zuführbar sind.

Was den aus Fig. 4 ersichtlichen Regelkreis anbelangt, so wird dazu folgendes bemerkt:

Auch bei dieser Vorrichtung gibt die Lastmeßeinrichtung 5 kontinuierlich eine definierte Spannung U ab, die ein Maß für das augenblickliche Gewicht der Einzelkomponenten, vor liegend also der durch das Dosiergerät 3 gelieferten Haupt- Komponente A und der beiden durch die Dosiereinrichtungen 6 und 7 gelieferten Zusatz-Komponenten B und C ist.

Ein Überlaufen oder ein Unterfüttern des Einfülltrichters 2 des Extruders 1 wird ebenfalls durch die elektrischen Begrenzungen G _o bzw. G _u verhindert, die frei gewählt werden können. Diese beiden Grenzwerte G _o und G _u sind auch für die Ausführungsform in Fig. 5 markiert, wobei auf der Abszisse die Menge M, die dem Einfülltrichter 2 zugeführt wird, auf getragen ist.

Nach dem Anfahren des Extruders 1 und Erreichen seines aus der Zeichnung nicht erkennbaren Arbeitspunktes, kann die von Hand nachgeführte Dosierung über das Dosiergerät 3 auf "Regelung" umgeschaltet werden.

Danach werden die Verhältnissteller 21 und 22 auf die ge wünschten Sollwerte eingestellt. Von nun an werden die Zusatz- Komponenten B und C des Gemisches jeweils im frei vorgewählten Verhältnis zu der durch das Dosiergerät 3 dem Einfülltrichter 2 zugeförderten Haupt-Komponente A, und zwar unabhängig von Schwankungen in der Entnahme durch den Extruder 1, dem Einfüll trichter 2 zugefördert.

Claims

1. Verfahren zum verbrauchsabhängigen Dosieren mehrerer Komponenten bei der Extruderverarbeitung von Polymeren, bei dem eine als Haupt-Komponente (A) vorbestimmte Komponente kontinuierlich im Verbraucht (Gewicht/Zeit) erfaßt wird, die Zusatz-Komponenten (B, C) in Abhängig keit von den gemessenen Verbrauchswerten der Haupt- Komponente (A) und dem vorbestimmten prozentualen Gewichts-Mischungs-Verhältnis in gewichtsmäßigen Anteilen kontinuierlich bestimmt werden und die so bestimmten Komponenten dem Extrusionsprozeß zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptkomponente (A) unmittelbar in den Extruder eingeführt wird, und daß die Verbrauchswerte der Hauptkomponente (A) durch den von der Extruderschnecke im Zuführbereich erfaßten Massestrom bestimmt werden.

2. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Kunststoffextruder, mit Vorratsbehältern für die einzelnen Komponenten, mit Dosiereinrichtungen für die Zusatzkomponenten und mit Geräten zum gewichtsmäßigen Erfassen der Verbrauchswerte der Hauptkomponente und zum Bestimmen der Anteile der Zusatzkomponenten in Abhängigkeit von den gemessenen Verbrauchswerten, dadurch ge kennzeichnet, daß der Vorratsbehälter (4) für die Hauptkomponenten (A) unmittelbar an dem Extruder (1) angeschlossen und als Wägebehälter mit einer Lastmeßeinrichtung (5) ausgeführt ist, die unter Last kontinuierlich eine definierte elektrische Spannung (U) abgibt und die zum gesteuerten Beschicken des Vorratsbehälters (4) frei wählbare elektrische Begrenzungen (G _o, G _u) aufweist, daß auch die Vorrats behälter (8, 9) für die Zusatzkomponenten (B, C) als Wägebehälter mit je einer Lastmeßeinrichtung (10, 11) ausgebildet sind, die unter Last eine elektrische Spannung (U) abgibt, und daß ein mit den Lastmeßeinrichtungen (5, 10, 11) verbundener, die Meßwerte mit vorgegebenen Sollwerten vergleichender Rechner (17) vorgesehen ist, durch den in Abhängigkeit von den für die Hauptkomponente (A) erfaßten Verbrauchs werten kontinuierlich die Antriebe (14, 15) der Dosiereinrichtungen (6, 7) für die Zusatzkomponenten (B, C) regelbar sind, wobei die Vorratsbehälter (8, 9) der Zusatzkomponenten (B, C) unmittelbar an die Dosiereinrichtungen (12, 13) angeschlossen sind.