Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung und Steu- erung von Rohrextrusionsanlagen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .

Bei einer Rohrextrusion wird mittels eines Extruders ein Kunststoffgra- nulat aufgeschmolzen und in einem Extrusionswerkzeug durch einen Ringspalt gepresst, der durch eine Düse und einen darin angeordneten Dorn ge- bildet ist. Der so erzeugte heiße Schmelzeschlauch wird in einer nachfolgenden Kalibiervorrichtung unter Unterdruck gegen eine Außenkalibrier-einrich- tung, meistens eine Kalibrierhülse, gepresst und abgekühlt. Das kalibrierte und abgekühlte Rohr wird mittels einer Abzugsvorrichtung aus dem Extrusionswerkzeug durch die Kalibriervorrichtung und gegebenenfalls durch wei- tere Extrusionsnachfolgeeinrichtungen gezogen.

In diesem Verfahren ist der Ringspalt des Extrusionswerkzeuges größer als der Durchmesser der mit Unterdruck arbeitenden Kalibiervorrichtung, damit der Schmelzeschlauch mit Übermaß einlaufen und die Kalibrier-vorrich- tung gegen den Umgebungsdruck abdichten kann. Neben dem Übermaß ist auch der Einlaufwinkel des Schmelzeschlauches in die Kalibrier-vorrichtung wichtig, was durch den Abstand zwischen dem Extrusionswerkzeug und der Kalibriervorrichtung beeinflusst werden kann. Bei zu geringen Übermaß oder zu flachen Einlaufwinkel ist keine Abdichtung der Kalibriervorrichtung gegen den Umgebungsdruck mehr möglich. Ist das Übermaß zu groß bzw. der Einlaufwinkel zu steil, so wird der Schmelzeschlauch zu schnell verstreckt, was zu Spannungen im fertigen Rohr oder sogar zum Reißen des Schmelzeschlauches vor oder in der Kalibriervorrichtung führen kann.

Zum Fahren der Extrusionsanlage werden Auslegekriterien verwendet, wobei nach dem Stand der Technik als Messtechnik das Ultraschallmessverfahren zur Anwendung kommt, wie z.B. in der DE 10 2006 056 735 A1 beschrieben.

Eines der Auslegekriterien ist das Übermaß, mit dem der Schmelzeschlauch in die Kalibriervorrichtung einläuft. Es wird mit dem Kennwert Dimension Draw Down (DDR) beschrieben:

DDR=( Düüse -DKali)/D _D üse.

Dieser Wert sollte für den wichtigsten Kunststoff-Rohrwerkstoff HDPE (Polyethylen mit hoher Dichte) gemäß dem Stand der Technik zwischen 5% und 50% liegen.

In dieser und den nachstehenden Formeln bedeuten:

Düüse Außendurchmesser Düse

DKaii Innendurchmesser Kalibrierhülse

dspait Ringspalt Extrusionswerkzeug

dRohr Wandstärke Rohr

Die Wandstärke des extrudierten Rohres ergibt sich, da der Außendurchmesser durch die Kalibriervorrichtung fixiert wird, aus dem Massedurchsatz des Extruders und der Geschwindigkeit, mit der das Rohr von der Abzugsvorrichtung gezogen wird. Hierbei wird, ausgehend von dem Ringspalte des Extrusionswerkzeuges, der Schmelzeschlauch zum einen auf den Durchmesser der Kalibriervorrichtung gezogen, gleichzeitig aber in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Abzugs die Wandstärke des Schmelze- Schlauches reduziert. Dieses doppelte Verstrecken des Schmelzeschlauches ist nur in Grenzen möglich und wird durch den Kennwert Dimension Ration Balance (DRB) beschrieben:

Düüse / DKali

DRB =

(Düüse - dspalt) / (DKali - dRohr)

Dieser Wert sollte für den wichtigsten Kunststoff-Rohrwerkstoff HDPE (Polyethylen mit hoher Dichte) gemäß dem Stand der Technik zwischen 0,97 und 1 ,095 liegen.

Darüber hinaus ist zu beachten, dass der heiße, weiche Schmelzeschlauch in der Extrusionsanlage immer unter Zug stehen muss, um sich nicht in der Anlage aufzustauen. Gleichzeitig darf der Zug nicht zu hoch sein, da sich der Schmelzeschlauch sonst einschnürt und abreißt. Der Zug, der auf den Schmelzeschlauch wirkt, wird durch das Verhältnis der Austrittsfläche der Schmelze aus dem Werkzeug zur Eintrittsfläche des Schmelzeschlauchs in die Kalibriervorrichtung beschrieben

Awerkzeug Ddüse ² - (Düüse - dspalt) ²

ARohr DKali ² - (DKali - dRohr) ²

Dieser Wert sollte für den wichtigsten Kunststoff-Rohrwerkstoff HDPE (Polyethylen mit hoher Dichte) gemäß dem Stand der Technik zwischen 130% und 700% liegen. Um den Aufwand für Rüstvorgänge bei dem Wechsel von einer Rohrdimension (Durchmesser und Wandstärke) auf eine andere zu reduzieren, ist es von großem Nutzen, wenn der Ringspalt des Extrusionswerkzeuges optimiert auf möglichst viele Produktvarianten abgestimmt ist. Gerade wenn im Prozess zusätzlich noch eine verstellbare Kalibriervorrichtung eingesetzt wird, kann mit einer so optimierten Auslegung des Extrusionswerkzeuges ein großes Produktfenster ohne Anlagenstopp und Umbauarbeiten abgedeckt werden. Die oben angeführten Auslegekriterien sind dafür unzureichend.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein gattungsgemäßes Verfahren zur Verfügung zu stellen, welches mit Messwerten arbeitet, die eine optimale Fahrweise der Extrusionsanlage auch bei einem Dimensionswechsel gewährleisten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gelöst, welches die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.

Erfindungsgemäß wird zwischen dem Extrusionswerkzeug und der Kalibriervorrichtung an mehreren Stellen exakt der Durchmesser, die Wandstärke, etwaige Formabweichungen und das Durchhängen des Schmelzeschlauches ermittelt. Damit können vier wesentliche Effekte in der Rohrextru- sion mit in die Auslegung des Extrusionswerkzeuges einbezogen werden, die bisher nicht berücksichtigt wurden.

Einer dieser Effekte ist die Strangaufweitung der Schmelze nach dem Verlassen des Extrusionswerkzeuges. Im Extrusionswerkzeug wird das ge- schmolzene Kunststoffmaterial unter hohem Druck durch enge Kanäle und schließlich den Ringspalt am Austritt gepresst. Hierbei orientieren sich die freibeweglichen Makromoleküle des Kunststoffes in Extrusionsrichtung. Nach dem Verlassen des Extrusionswerkzeuges unterliegen die Makromoleküle keinem so großen äußeren Zwang mehr, so dass sie sich wieder zusammen- ziehen und zu einem Aufweiten des Durchmessers und einer Vergrößerung der Wandstärke des Schmelzeschlauches führen. Ein weiterer Effekt ist das Durchhängen des weichen Schmelzeschlauches zwischen Extrusionswerkzeug und Kalibriervorrichtung, dem bei großen Rohrdurchmessern mit einem Höhenversatz zwischen Extrusionswerkzeug und Kalibriervorrichtung entgegengewirkt werden muss.

Schließlich ist ein weiterer Effekt das sogenannte Sagging, das Fließen von heißem, fließfähigem Kunststoffmaterial von der Oberseite des Schmelzeschlauches zu dessen Unterseite.

Darüber hinaus können diese Messdaten für eine optimale Zentrierung von Düse und Dorn des Extrusionswerkzeuges sowie zum Einstellen eines optimalen Einlaufwinkels des Schmelzeschlauchs in die Kalibiervorrichtung genutzt werden.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird zur Erfassung der Messdaten die optische oder vollelektronische Terahertz- oder Gigahertz- Messtechnik eingesetzt. Da diese Art der Messtechnik berührungslos und ohne Koppelmedium arbeitet, kann eine Messung auch an heißen, berüh- rungsempfindlichen Körpern, wie einem Schmelzeschlauch direkt nach dem Extrusionswerkzeug in der Rohrextrusion erfolgen.

Ordnet man Gigahertz- oder Terahertz-Sensoren an mehreren Positionen des Umfangs des Schmelzeschlauchs direkt nach Austritt aus dem Extrusionswerkzeug und ebenso an mehreren Positionen des Umfangs unmittelbar vor dem Eintritt in die Kalibriervorrichtung an, so ermöglicht das:

- die Vermessung der Abstände zwischen den Sensoren und dem

Schmelzeschlauch und damit die Berechnung des Durchmessers der Schmelzvorlage und des Durchhängens des Schmelzeschlauches - die Vermessung der Wandstärken des Schmelzeschlauchs an den Sensorpositionen und, über die die Unterschiede auf dem Umfang, die Exzentrizität der Wandstärke

- durch Vergleich der Abstands-Messwerte nach dem Extrusionswerk- zeug und vor der Kalibriervorrichtung, die Berechnung der Einlaufwinkel des Schmelzeschlauchs in die Kalibriervorrichtung über den Umfang (bedingt durch die Schwerkraft ist der Einlaufwinkel an der Unterseite des Schmelzeschlauches immer anders als an der Oberseite)

- durch Vergleich der Wandstärkenmesswerte nach dem Extrusions- werkzeug und vor der Kalibriervorrichtung, die Berechnung des Sagging der Kunststoffschmelze nach Austritt aus dem Extrusionswerk- zeug.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels her erläutert. In der dazugehörigen Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Extrusionsanlage zur Herstellung von Kunststoffrohren mit ihren Hauptkomponenten in schematischer Darstellung, und

Fig. 2 eine sehr schematische Darstellung eines sich zwischen dem Ausgang des Extrusionswerkzeuges und dem Einlauf der Kalibrierhülse ausbildenden Schmelzeschlauches.

Die in Figur 1 dargestellte Extrusionsanlage für Kunststoff röhre umfasst einen Extrudereinheit 1 mit einem Aufgabetrichter 2, über den der Extrudereinheit 1 ein thermoplastischer Kunststoff in Granulat- oder Pulverform zu- geführt wird. In der Extrudereinheit 1 wird das Granulat bzw. das Pulver er- wärmt, geknetet und plastifiziert. Anschließend wird der Kunststoff als formbare Masse in ein Extrusionswerkzeug 3 gefördert und dort durch einen Ringspalt 1 1 gedrückt. Der dadurch gebildete heiße, noch verformbare Schmelzeschlauch 4' läuft mit Übermaß in eine Kalibriervorrichtung 6 ein, die einen Vakuumtank 7 mit einer an dessen Eingang angeordneten, perforierten Kalibrierhülse 8 aufweist. Die Kalibrierhülse 8 ist stufenlos im Durchmesser einstellbar, so dass das extrudierte Rohr 4 auf den gewünschten Außendurchmesser fixiert werden kann. Nach dem Verlassen der Kalibriervorrichtung 6 tritt das Rohr 4 in eine Kühlstrecke 9 ein, in der es auf etwa Raumtem- peratur abgekühlt wird. Am Ende der Extrusionslinie ist eine Säge 10 angeordnet, in der das extrudierte Rohr 4 auf eine vorgegebene Länge abgelängt wird. Das produzierte Rohr 4 wird mittels einer Abzugseinheit 5 durch die vorgelagerten Einrichtungen der Extrusionsanlage gezogen. Wie aus Figur 2 hervorgeht, läuft der aus dem zwischen einer Düse 12 und einem Dorn 13 des Extrusionswerkzeuges 3 gebildete Ringspalt 1 1 austretende Schmelzeschlauch 4' mit Übermaß in die Kalibrierhülse 8 der Kalibriervorrichtung 6 ein. Unmittelbar nach Austritt aus dem Extrusionswerkzeug 3 und unmittelbar vor dem Eintritt in die Kalibrierhülse 8 die Kalibrier-vorrich- tung 6 sind auf dem Umfang des Schmelzeschlauches 4' verteilt mehrere Gigahertz- oder Terahertz-Sensoren 14 angeordnet. Mittels dieser Sensoren 14 werden die Geometriedaten des Schmelzeschlauches 4' ermittelt. So werden die Abstände zwischen den Sensoren 14 und dem Schmelzeschlauch 4' vermessen, woraus sich der Durchmesser des Schmelzeschlauches 4' und sein Durchhängen berechnen lässt. Weiterhin wird die Wandstärke des Schmelzeschlauches 4' an den Positionen der Sensoren 14 vermessen, und aus den gemessenen Unterschieden über dem Umfang verteilt, die Exzentrizität der Wandstärke bestimmt. Ferner kann durch einen Vergleich der Abstands- messwerte der Sensoren 14 nach dem Extrusionswerkzeug 3 und vor der Kalibriervorrichtung 6 der Einlaufwinkel des Schmelzeschlauches 4' in die Kalibriervorrichtung 6 berechnet werden. Darüber hinaus kann durch einen Vergleich der Wandstärkenmesswerte nach dem Extrusionswerkzeug 3 und vor der Kalibriervorrichtung 6 das Sagging der Kunststoffschmelze nach dem Austritt aus dem Extrusionswerkzeug 3 berechnet werden. Die gewonnenen Messdaten bzw. die daraus berechneten Werte können auf vielfältige Weise zur Optimierung des Prozesses verwendet werden. Vorzugsweise indem die Messdaten mit geeigneten Algorithmen über die Anlagensteuerung entweder automatisch eine Korrektur der Steuergrößen vornehmen oder über eine geeignete grafische Benutzeroberfläche (GUI) dem Bediener detaillierte Einstellungsvorgaben vorschlagen. Hierbei sind die Messdaten und die korrelierenden Steuergrößen die folgenden:

Messwert Exzentrizität Steuergröße Zentrierschrauben des

Extrusionswerkzeuges Temperaturzonen des Extrusionswerkzeuges (bei thermischer Rohrkopfzentrierung)

Messwert Durchhängen Steuergröße Höhenversatz zwischen

Extrusionswerkzeug und Kalibriervorrichtung

Messwert Einlaufwinkel Steuergröße Abstand zwischen Extrusionswerkzeug und Kalibriervorrichtung

Weiterhin können die gewonnenen Messdaten auch zur Optimierung der Auslegung des Extrusionswerkzeuges 3, speziell zur Berechnung der optimalen Ringspaltgeometrie für einen breiten Einsatzbereich genutzt werden. Hier können im Besonderen anstelle der Abmessungen des Ringspaltes 1 1 des Extrusionswerkzeuges 3 die tatsächlich gemessenen Durchmesser und Wandstärken des durch die Strangaufweitung vergrößerten Schmelzeschlauches 4' in die Auslegung einfließen.