Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines oder mehrerer Forrnkörper, umfassend die Schritte

(a) Plastifizieren eines polymeren Werkstoffes und Vermischen mit einem oder mehreren Farbstoffen zu einer Formmasse mittels eines mit einer Dosiereinrichtung für Farbstoffe ausgestatteten Gelieraggregats;

(b) optionales Zwischenlagern der in Schritt (a) erhaltenen Formmasse;

(c) Beschicken einer Formeinrichtung mit der Formmasse; und

(d) Erzeugen des Formkörpers;

wobei das Mengenverhältnis von Farbstoff zu polymerem Werkstoff mittels eines Kolorimeters und einer elektronischen Steuerung automatisch geregelt wird.

Zudem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung für das Verfahren sowie eine nach dem Verfahren hergestellte Folie.

Verfahren zur Herstellung von gefärbten Formkörpern sind bekannt.

US 5,723,517 A offenbart ein System zur Herstellung von gefärbten polymeren Formmassen, welches ein Gelieraggregat mit einer Zuführung für polymeren Werkstoff und einer Dosiervorrichtung für Farbstoffe, einen Farbsensor und eine elektronische Steuerung umfasst. Mittels des Farbsensors wird die Farbe der von dem Gelieraggregat ausgestoßenen Formmasse gemessen und als Signal an die elektronische Steuerung übertragen. Die elektronische Steuerung umfasst einen Algorithmus zum Regeln der Dosiervorrichtung bzw. der dem Gelieraggregat pro Zeiteinheit zugeführten Farbstoffmenge. Die in der US 5,723,517 A beschriebenen Versuche wurden mit einem Zwillingsschraubenextruder mit einem Schneckendurchmesser von 28 mm durchgeführt, wobei an dem System eine Verzögerungs- bzw. Reaktionszeit von 40 s beobachtet wurde. Der Begriff der Verzögerungsbzw. Reaktionszeit bezeichnet die Zeit, die zwischen einer impulsartigen Störung und deren Korrektur durch das System verstreicht - in Fachkreisen häufig auch Impulsantwort genannt. Im vorliegenden Fall entspricht die Impulsantwort der Zeitspanne zwischen einer kurzzeitig erhöhten Zufuhr eines Farbstoffes und der automatischen Rückstellung der Farbe der extrudierten Formmasse auf einen vorgegebenen Sollwert. Die US 5,723,517 A enthält keinen Hinweis auf den Extruderdurchsatz, d.h. die in dem Zwillingsschraubenextruder pro Zeiteinheit durchgesetzte Polymermenge. Daher ist es nicht möglich, die während der Impulsantwort von 40 s durchgesetzte Menge an Polymer zu ermitteln. Der Schneckendurchmesser von lediglich 28 mm deutet darauf hin, dass es sich bei dem in der US 5,723,517 A verwendeten Zwillingsschraubenextruder um einen Laborextruder mit einem geringen Durchsatz von wenigen kg bis zu 20 kg pro Minute handelt. Dementsprechend beträgt die während der Impulsantwort durchgesetzte Menge an Polymer weniger als 20 kg.

In der industriellen Fertigung von Forrnkörpern aus Kunststoff wird eine hohe Produktivität bzw. ein hoher Durchsatz angestrebt. Beispielsweise wird bei der Herstellung von Kunststofffolien aus Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylenterephthalat (PET) oder Polyolefinen, wie Polypropylen (PP) üblicherweise ein Produktionsdurchsatz bzw. eine Foliengeschwindigkeit von 60 bis 200 m/min bzw. 1,0 bis 3,4 m/s erzielt, wobei der Massendurchsatz je nach Dicke der hergestellten Folie 100 bis 4000 kg h bzw. 1,7 bis 67 kg/s beträgt. Bei derartigen Produktionsgeschwindigkeiten ist eine Farbkontrolle und -regelung mit einer möglichst kurzen Impulsantwort erforderlich.

Im Weiteren ist zu berücksichtigen, dass in der industriellen Fertigung während einer Produktionskampagne oftmals die Zusammensetzung des polymeren Basismaterials variiert. So wird dem Basismaterial häufig Rezyklat, beispielsweise bei der Folienproduktion in Form von kontinuierlich anfallendem Randabschnitt, beigemengt. Je nach Menge, Verteilung und Farbe des Rezyklats können Zusammensetzung und Farbe des Basismaterials beträchtlich variieren. Mit den bekannten Systemen für Farbkontrolle und -regelung ist es nicht in jedem Fall möglich, die zunehmend verschärften Qualitätsanforderungen für Formkörper aus Kunststoff und insbesondere für Kunststofffolien zu erfüllen.

Dementsprechend hat die vorliegende Erfindung die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung von polymeren Formkörpern mit verbesserter Farbkontrolle bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren, umfassend die Schritte:

(a) Plastifizieren eines polymeren Werkstoffes und Vermischen mit einem oder mehreren Farbstoffen zu einer Formmasse mittels eines mit einer Dosiereinrichtung für Farbstoffe ausgestatteten Gelieraggregats;

(b) optionales Zwischenlagern der in Schritt (a) erhaltenen Formmasse;

(c) Beschicken einer Formeinrichtung mit der Formmasse; und (d) Erzeugen des Formkörpers;

wobei das Mengenverhältnis von Farbstoff zu polymerem Werkstoff mittels eines Kolorimeters und einer elektronischen Steuerung automatisch geregelt und in Schritt (a) an der in dem Gelieraggregat befindlichen Formmasse Farbwerte gemessen und als Signal an die elektronische Steuerung übertragen werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnen sich dadurch aus, dass:

- in Schritt (d) an dem Formkörper mittels eines weiteren Kolorimeters weitere Farbwerte gemessen und als Signal an die elektronische Steuerung übertragen werden;

- der dem Gelieraggregat zugeführte polymere Werkstoff Rezyklat enthält; und/oder

- die Menge des dem Gelieraggregat pro Zeiteinheit zugeführten polymeren Werkstoffes gemessen und als Signal an die elektronische Steuerung übertragen wird. Im Weiteren hat die vorliegende Erfindung die Aufgabe eine Vorrichtung für die Erzeugung von polymeren Formmassen und Formkörpern mit geringer Farbschwankung zu schaffen. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung, umfassend ein mit einer Dosiereinrichtung für einen oder mehrere Farbstoffe ausgestattetes Gelieraggregat zum Plastifizieren und Vermischen eines polymeren Werkstoffs mit Farbstoff zu einer Formmasse, ein erstes Kolorimeter und eine mit der Dosiereinrichtung und dem ersten Kolorimeter verbundene elektronische Steuerung zur automatischen Regelung des Mengenverhältnisses von Farbstoff zu polymerem Werkstoff, wobei das erste Kolorimeter eingerichtet ist, von der in dem Gelieraggregat enthaltenen Formmasse emittierte elektromagnetische Strahlung, insbesondere sichtbares Licht mit Wellenlängen im Bereich von 380 bis 780 nm zu detektieren.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnen sich dadurch aus, dass:

- das erste Kolorimeter mittels eines Lichtleiters, insbesondere mittels einer Glasfaser mit dem Innenraum des Gelieraggregates gekoppelt ist;

- die Vorrichtung eine mit der elektronischen Steuerung verbundene Zufuhrung zum Beschicken des Gelieraggregates mit polymerem Werkstoff umfasst, wobei die elektronische Steuerung und die Zufuhrung eingerichtet sind, die Menge des dem Gelieraggregat pro Zeiteinheit zugeführten polymeren Werkstoffs zu regeln;

die Vorrichtung eine mit der elektronischen Steuerung verbundene Zuführung zum Beschicken des Gelieraggregates mit polymerem Werkstoff umfasst, wobei die Zuführung eingerichtet ist, die Menge des dem Gelieraggregat pro Zeiteinheit zugeführten polymeren Werkstoffs zu messen und als Signal an die elektronische Steuerung zu übertragen;

die Vorrichtung eine Formeinrichtung zum Erzeugen eines oder mehrerer Formkörper, wie Folie oder Fasern umfasst;

die Vorrichtung ein zweites, mit der elektronischen Steuerung verbundenes Kolorimeter umfasst, das eingerichtet ist, von dem Formkörper emittierte elektromagnetische Strahlung zu detektieren;

das erste und zweite Kolorimeter unabhängig voneinander einen oder mehrere optisch absorbierende Bandpassfilter oder wellenlängendispersive Beugungselemente, wie Gitter oder Prismen sowie einen oder mehrere optoelektronische Sensoren, wie CCD- oder CMOS-Sensoren umfassen; und

die Vorrichtung einen oder mehrere mit der elektronischen Steuerung verbundene Temperatursensoren, wie eine Infrarotkamera zum Messen der Temperatur der Formmasse und/oder des Formkörpers umfasst. Die vorliegende Erfindung hat zudem die Aufgabe, eine farbige Folie mit geringer Farbschwankung bereit zu stellen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Folie aus einem polymeren Werkstoff und Farbstoffen mit einer Breite von 0,1 bis 6 m, einer Länge von 100 bis 10000 m, lokalen Farbwerten Ek = ( L ^* k , a ^* k , b ^* k ) und einem mittleren Farbwert E = ( L*M , a*M , b*M ), wobei

* 1 N eine natürliche Zahl von 5 bis 100 ist und Abweichungen AE _k der lokalen Farbwerte Ek von dem mittleren Farbwert EM kleiner als 1 ,0 sind, mit und die Farbwerte E _k in Längsrichtung der Folie in einem Abstand von s ± 0,05 -s mit s von 1 bis 100 m gemessen werden.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Folie zeichnet sich dadurch aus, dass die Abweichungen AE _k der lokalen Farbwerte E _k von dem mittleren Farbwert E kleiner als 0,8 , kleiner als 0,6 , kleiner als 0,4 , kleiner als 0,3 , vorzugsweise kleiner als 0,2 und insbesondere kleiner als 0,1 sind.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Herstellung von gefärbten polymeren Formkörpern;

Fig. 2 ein Steuerungskonzept für die Vorrichtung; und

Fig. 3 eine Regelung für den Farbwert der polymeren Formkörper. Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 1 mit einem Gelieraggregat 2, einer Zuführung 5 zum Beschicken des Gelieraggregates 2 mit einem polymeren Werkstoff 10, einer Dosiereinrichtung 6 für einen oder mehrere Farbstoffe und einem Kolorimeter 7. Mittels des Gelieraggregats 2 wird der polymere Werkstoff 10 plastiziert und mit einem oder mehreren über die Dosiereinrichtung 6 zugefuhrten Farbstoffen zu einer Formmasse 1 1 gemischt. Der polymere Werkstoff 10 umfasst ein Basismaterial und gegebenenfalls Rezyklat. Das Basismaterial, das bevorzugt in Form eines Granulats vorgelegt wird, umfasst ein Homo- oder Copolymer, wie beispielsweise Polyvinylchlorid, ein Polyolefin, einen Polyester, Polyethylen, Polypropylen, Polyamid, Polystyrol, Polyethylenterephthalat, Celluloseacetat, Polymethylmethacrylat oder Polylactid. Neben dem Polymer kann das Basismaterial Additive enthalten, wie Fasern natürlichen und/oder synthetischen Ursprungs, Weichmacher und Stabilisatoren. Gleiches gilt für die Zusammensetzung des Rezyklats. Vorzugsweise entspricht die Zusammensetzung des Rezyklats im Wesentlichen der Zusammensetzung des Basismaterials. Zudem kann das Rezyklat einen oder mehrere Farbstoffe enthalten.

Das Gelieraggregat 2 ist vorzugsweise als Ko-Kneter-Extruder, Planetwalzen-Extruder oder als Einschnecken- oder Zweischnecken-Extruder ausgebildet. Ein Auslass des Gelieraggregates 2 ist als einfache Düse mit kreis- oder polygonförmigem Querschnitt, als Spinndüse für Filamente oder als Breitschlitzdüse für Folien ausgebildet. In einer zweckmäßigen Ausfuhrimgsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ist der Auslass des Gelieraggregates 2 als kreisförmige Düse ausgebildet und mit einem Zerhacker ausgestattet, welcher die strangförmig extrudierte Formmasse 11 in zylinderförmige Teilstücke 11 ' auftrennt.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 umfasst die Zufuhrung 5 einen Vorlagebehälter zur Aufnahme des polymeren Werkstoffs 10 sowie eine Fördereinrichtung, wie beispielsweise eine Förderschnecke, mittels welcher die dem Gelieraggregat 2 pro Zeiteinheit zugeführte Menge an polymerem Werkstoff 10, im Folgenden auch als Durchsatz bezeichnet, variiert werden kann. Die Fördereinrichtung der Zuführung 5 umfasst einen regelbaren elektrischen Antrieb, der mit einer elektronischen Steuerung verbindbar ist. Mittels der elektronischen Steuerung kann der Antrieb der Fördereinrichtung geregelt und die Menge des dem Gelieraggregat 2 pro Zeiteinheit zugeführten Werkstoffs 10, d.h. der Durchsatz automatisch und kontinuierlich an die Produktion angepasst werden.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ist die Zuführung 5 mit einer Messeinrichtung für die kontinuierliche Erfassung des Durchsatzes an polymerem Werkstoff 10 ausgestattet. Die Messeinrichtung ist beispielweise als elektronische Waage oder als Mikrowellen-Sender-Empfänger mit integrierter Auswerteelektronik ausgebildet und mit der elektronischen Steuerung verbindbar, sodass ein zum Durchsatz proportionales Signal an die elektronische Steuerung übertragbar ist. Diese Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gestattet es, die Mengen an Farbstoffen, die dem plastifizierten polymeren Werkstoff 10 mittels der Dosiereinrichtung 6 pro Zeiteinheit hinzugefügt werden, im Voraus zu berechnen und an den Durchsatz bzw. den Massendurchsatz des polymeren Werkstoffs 10 in dem Gelieraggregat 2 anzupassen. Hierbei wird die Transferzeit des polymeren Werkstoffs 10 innerhalb des Gelieraggregats 2 berücksichtigt, d.h. die Zeit, die erforderlich ist, um den polymeren Werkstoff 10 von der Zuführung 5 bis zu dem/den Aufgabepunkten der Dosiereinrichtung 6 für die Farbstoffe zu transportieren. Wie nachstehend erläutert, ist der/die Aufgabepunkte der Dosiereinrichtung 6 für die Farbstoffe zwischen der Zuführung 5 und einem Auslass des Gelieraggregats 2 angeordnet.

Die Dosiereinrichtung 6 umfasst n Vorlagebehälter mit n = l, 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder 8 für pulverf rmige oder flüssige Farbstoffe. Die Vorlagebehälter mit den Farbstoffen sind über separate Leitungen, die gegebenenfalls in eine Sammelleitung münden, mit dem Innenraum des Gelieraggregats 2 verbunden. Jeder der Vorlagebehälter oder jede der separaten Leitungen ist mit einer Fördereinrichtung, wie einer Pumpe oder einer Schnecke ausgestattet. Die Fördereinrichtung ist ausgebildet, den Farbstoff unter einem Druck von 1 bar bis zu einigen Hundert bar in das Gelieraggregat 2 zu fördern, wobei der von der Fördereinrichtung erzeugte Druck höher ist als der Druck, der beim Plastifizieren des polymeren Werkstoffs 10 in dem Gelieraggregat 2 aufgebaut wird. Jede der Fördereinrichtungen für Farbstoff umfasst einen regelbaren elektrischen Antrieb, der mit der elektronischen Steuerung verbindbar ist, so dass die dem Gelieraggregat pro Zeiteinheit zugeführte Menge jedes der Farbstoffe separat mittels der elektronischen Steuerung regelbar ist.

Vorzugsweise werden flüssige Farbstoffe eingesetzt, die mittels einer elektrisch angetriebenen Pumpe und einer mit einer Düse ausgestatteten Lanze in das Gelieraggregat 2 eingespritzt werden.

Die Zuführungen bzw. Lanzen für die Farbstoffe sind, bezogen auf einen Abstand D zwischen dem Punkt, an dem die Zuführung 5 für polymeren Werkstoff 10 in das Gelieraggregat 2 mündet und dem Auslass des Gelieraggregates 2, in Förder- bzw. Längsrichtung des Gelieraggregates 2 in einem Abstand von D/3 bis 2-D/3 von der Mündung der Zuführung 5 angeordnet.

Das Kolorimeter 7 bzw. der Messpunkt des Kolorimeters 7 ist in Förder- bzw. Längsrichtung des Gelieraggregates 2 zwischen der Dosiereinrichtung 6 und dem Auslass des Gelieraggregates 2 angeordnet. Vorzugsweise werden mehrere Kolorimeter 7 verwendet, um den Farbwert der Formmasse 11 an verschiedenen Positionen innerhalb des Gelieraggregates 2 zu messen und aus den Einzelmessungen einen gemittelten Farbwert zu berechnen.

Das Kolorimeter 7 umfasst eine Abbildungsoptik, einen oder mehrere optoelektronische Sensoren und gegebenenfalls wellenlängendispersive Beugungselemente oder Farbfilter. Die Abbildungsoptik ist vorzugsweise als Lichtleiter aus Glas oder als Glasfaseroptik ausgebildet. Die Eingangsseite der Abbildungsoptik ist derart in dem Gelieraggregat 2 angeordnet, dass ein Teil der von der Formmasse 11 emittierten elektromagnetischen Strahlung, insbesondere sichtbares Licht mit Wellenlängen im Bereich von 380 bis 780 nm in den Lichtleiter bzw. in die Glasfaser eingekoppelt und direkt oder über die optionalen Beugungselemente oder Farbfilter auf einen oder mehrere optoelektronische Sensoren abgebildet wird. Zudem ist eine Lichtquelle vorgesehen, um die in dem Gelieraggregat 2 enthaltene Formmasse 11 zu beleuchten. Sofern die Lichtquelle, bei der es sich z.B. um eine Halogenlampe oder eine LED (Light Emitting Diode) handelt, in dem Kolorimeter 7 integriert ist, wird das von der Lichtquelle emittierte Licht über einen Strahlteiler in den Lichtleiter eingekoppelt, um die Formmasse 11 zu beleuchten. Ein Teil des von der Formmasse 11 emittierten bzw. reflektierten Lichts wird über den Lichtleiter, den Strahlteiler und die optionalen Beugungselemente oder Farbfilter auf den optoelektronischen Sensor abgebildet. In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird ein separater Lichtleiter oder ein Fenster in der Wand des Gelieraggregates 2 verwendet, um die Formmasse 11 mit dem Licht der Lichtquelle zu beleuchten.

Das Kolorimeter 7 kann als Spektrometer ausgebildet sein und mehrere, insbesondere drei Farbfilter, ein Reflexions- oder Transmissionsgitter oder ein Prisma als wellenlängen- dispersives Beugungselement umfassen. Bei der Ausführung als Spektrometer werden als elektrooptische Sensoren vorzugsweise Fotodioden oder ein linearer CCD- oder CMOS- Zeilensensor mit beispielsweise 8k = 8192 Pixeln verwendet, um die spektrale Intensitätsverteilung des von der Formmasse 11 emittierten und durch die Farbfilter transmittierten bzw. von dem Beugungsgitter oder Prisma gemäß seiner Wellenlänge gebeugten Lichtes zu detektieren.

Im Weiteren kann das Kolorimeter 7 als Farbkamera ausgebildet sein und einen CCD- oder CMOS-Sensor mit Farbfilter, insbesondere mit Bayer-, Sony RGBE-, Super-CCD EXR-, RGBW-, CYGM- oder CMYW-Filter umfassen.

In einer anderen Ausfuhrungsform ist das Kolorimeter 7 als Farbkamera mit drei CCD- oder CMOS-Sensoren und einem Prisma, welches das Bild in einen Rot-, Grün- und Blauanteil aufspaltet, ausgebildet.

Vorzugsweise hat die mittels des Kolorimeters 7 abgebildete und vermessene Fläche bzw. der hierzu korrespondierende Strahlquerschnitt des von der Formmasse 11 reflektierten bzw. gestreuten und von dem Kolorimeter 7 detektierten Lichtes eme Größe von 0,2 mm bis 20 cm . Das Kolorimeter 7 bzw. die Abbildungsoptik des Kolorimeters 7 wird in dem Gelieraggregat 2 so angeordnet, dass ausschließlich von der Formmasse 11 und kein von periodisch umlaufenden mechanischen Komponenten, wie Extruderschnecken, Knetzähnen oder Knetflügeln reflektiertes oder gestreutes Licht deteketiert wird. In einer alternativen Ausführungsformen der Erfindung wird das Ausgangssignal des Kolorimeters 7 elektronisch oder digital bzw. softwaretechnisch gefiltert, um die periodischen Störsignale von mechanischen Komponenten zu eliminieren.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung 1 ist das Gelieraggregat 2 mit einem oder mehreren Temperatursensoren, insbesondere mit Thermoelementen ausgestattet, die an der Innenseite des Gelieraggregates 2 nahe der Messposition des Kolorimeters 7 angeordnet und eingerichtet sind, die Temperatur der Formmasse 11 zu ermitteln. In einer anderen Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ist ein Temperatursensor als separate oder in das Kolorimeter 7 integrierte Infrarotkamera ausgebildet, wobei ein Teil der von der Formmasse 11 emittierten Infrarotstrahlung über einen Lichtleiter aus Glas auf einen elektrooptischen oder pyroelektrischen Sensor der Infrarotkamera abgebildet wird. Der Temperatursensor ist mit der elektronischen Steuerung verbindbar, so dass ein zur Temperatur der Formmasse 11 proportionales Signal an die elektronische Steuerung übertragbar ist. Die Temperatur der Formmasse 11 bzw. das von dem Temperatursensor an die elektronische Steuerung übertragene Signal kann zur Kalibrierung des mit dem Kolorimeter 7 gemessenen Farbwertes der Formmasse 11 verwendet werden.

Wie vorstehend dargelegt, bilden das Gelieraggregat 2 mit der Zuführung 5, die Dosiereinrichtung 6, das Kolorimeter 7 und die elektronische Steuerung die erfindungswesentlichen Komponenten der Vorrichtung 1. In zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung umfasst die Vorrichtung 1 zudem eine Formeinrichtung zum Erzeugen eines oder mehrerer Formkörper, wie Folien, Fasern oder Spritzgusskörper.

In Fig. 1 ist als Fomieinrichtung beispielhaft eine Kalandereinrichtung 4 für Folien 12 dargestellt. Die Kalandereinrichtung 4 umfasst einen Kalanderwalzenstuhl mit k Kalanderwalzen mit k = 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 oder 12, eine oder mehrere Abzugwalzen und gegebenenfalls einen in Fig. 1 nicht dargestellten Querstreckrahmen, die in Maschinenrichtung, d.h. in Laufrichtung der Formmasse 1 Γ bzw. der Folie 12 nach dem Kalanderwalzenstuhl angeordnet sind.

Von dem Gelieraggregat 2 extrudierte Formmasse 11 ' wird mittels einer Transporteinrichtung 3 auf eine erste Kalanderwalze bzw. zu einem ersten Walzenspalt zwischen einer ersten und zweiten Kalanderwalze geführt. Die erste und zweite, sowie gegebenenfalls weitere Kalanderwalzen sind temperiert, wobei die Temperatur der ersten Kalanderwalze auf einen Wert im Bereich von 160 bis 210 °C geregelt wird. Dementsprechend ist die vor dem ersten Walzenspalt befindliche Formmasse 11 ' plastifiziert. Pro Zeiteinheit wird ein Teil der Formmasse 11 ' durch den ersten Walzenspalt abgezogen und auf der zweiten Kalanderwalze zu dem zweiten Walzenspalt zwischen der zweiten und dritten Kalanderwalze geführt. Nachdem die Formmasse 1 Γ bzw. die Folie 12 den Walzenspalt des letzten Kalanderwalzenpaares durchlaufen hat, wird sie über die Abzugwalzen sowie gegebenenfalls durch den optionalen Querstreckrahmen geführt. Mittels der Abzugwalzen und des optionalen Querstreckrahmens kann die Folie 12 in Maschinenrichtung, respektive senkrecht zur Maschinenrichtung, d.h. in Transversalrichtung gestreckt werden.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ist ein Füllstanddetektor 9 vorgesehen, um die Menge der vor dem ersten Walzenspalt befindlichen Formmasse 1 Γ zu messen. Vorzugsweise beruht das Messprinzip des Füllstanddetektors 9 auf berührungsloser Laufzeitmessung mittels Ultraschall, Radar oder Laserlicht, wobei die vor dem ersten Walzenspalt stehende Formmasse 1 Γ mit der jeweiligen Strahlung beaufschlagt und die von der Formmasse 11 ' reflektierte Strahlung detektiert wird. Bei der Laufzeit- messung mittels Laserlicht oder Radar, insbesondere mittels Mikrowellen mit einer Frequenz im Bereich von 6 bis 25 GHz, werden das frequenzmodulierte Dauerstrichverfahren (FMCW) oder das Pulsverfahren eingesetzt.

Der Füllstanddetektor 9 ist mit der elektronischen Steuerung verbindbar, so dass ein Signal, das proportional ist zur Menge der vor dem ersten Walzenspalt stehenden Formmasse 11', an die elektronische Steuerung übertragen und zur automatischen Regelung der pro Zeiteinheit dem Gelieraggregat 2 mittels der Zuführung 5 zugeführten Menge an polymerem Werkstoff 10 genutzt werden kann.

Vorzugsweise umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 ein weiteres Kolorimeter 8, das eingerichtet und in geeigneter Position angeordnet ist, um einen Farbwert des mittels der Vorrichtung 1 erzeugten Formkörpers 12, insbesondere einer Folie 12 zu messen und an die elektronische Steuerung zu übertragen. Das Kolorimeter 8 kann in gleicher Weise wie das Kolorimeter 7 ausgestaltet sein. Ebenso können sich das Messprinzip und die Ausgestaltung der Kolorimeter 7 und 8 voneinander unterscheiden. Insbesondere ist für das Kolorimeter 8 ein Lichtleiter oder eine Glasfaser nicht erforderlich, um das von dem Formkörper 12 emittierte Licht auf den elektrooptischen Sensor zu lenken. Vielmehr kann das Kolorimeter 8 mit einem gewöhnlichen Kameraobjektiv ausgestattet und in Sichtlinie zu dem Formkörper 12 angeordnet sein.

Im Weiteren ist eine Lichtquelle vorgesehen, um den Formkörper 12 in definierter und reproduzierbarer Weise zu beleuchten. Die Lichtquelle, bei der es sich z.B. um eine Halogenlampe oder eine LED (Light Emitting Diode) handelt, kann in dem Kolorimter 8 integriert oder hiervon separat ausgebildet sein.

Vorzugsweise hat die mittels des Kolorimeters 8 abgebildete und vermessene Fläche bzw. der hierzu korrespondierende Strahlquerschnitt des von dem Kolorimeter 8 detektierten Lichtes eine Größe von 0,2 mm ² bis 60 cm ² .

In einer zweckmäßigen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ist ein zusätzlicher Temperatursensor, insbesondere eine Infrarotkamera vorgesehen, um die Temperatur des Formkörpers 12 an der Messposition des Kolorimeters 8 zu bestimmen. Der Temperatursensor ist mit der elektronischen Steuerung verbindbar, so dass ein zur Temperatur des Formkörpers 12 proportionales Signal an die elektronische Steuerung übertragbar ist und zur Kalibrierung des von dem Kolorimeter 8 gemessenen Farbwertes verwendet werden kann.

Im Weiteren ist im Rahmen der Erfindung vorgesehen, dass ein Antrieb des Gelieraggregates 2 mit der elektronischen Steuerung verbindbar ist und die Drehzahl des Gelieraggregates 2 mittels der elektronischen Steuerung geregelt und/oder erfasst und in dem Steuerprogramm als Parameter verwendet werden kann.

Fig. 2 zeigt in anschaulicher Weise das Steuerungskonzept der Erfindung, wonach das Gelieraggregat und die Formeinrichtung diverse Stellglieder, Messeinrichtungen und Sensoren umfassen, die an einen zentralen softwaregesteuerten Controller bzw. eine elektronische Steuerung angebunden sind. Die Ausgangssignale der Messeinrichtungen und Sensoren werden an die elektronische Steuerung übertragen. Von der elektronischen Steuerung bzw. den darin enthaltenen Schnittstellen werden die Ausgangsignale digitalisiert und als variable Parameter in dem Steuerprogramm verarbeitet.

Fig. 3 zeigt die automatische Regelung des Farbwertes El der Formmasse 11 anhand eines Blockdiagrams. Wie vorstehend dargelegt, bilden das Gelieraggregat 2 mit der Zufuhrung 5, die Dosiereinrichtung 6, das Kolorimeter 7 und eine in Fig. 3 mit dem Bezugszeichen 14 gekennzeichnete elektronische Steuerung die erfindungswesentlichen Komponenten der Vorrichtung 1. Die elektronische Steuerung 14 umfasst bzw. implementiert einen ersten Regelkreis 15 und gegebenenfalls einen zweiten Regelkreis 17. Die elektronische Steuerung 14 ist vorzugsweise als speiche rogramrnierte Steuerung (SPS) oder als Computer mit dem Betriebssystem Microsoft Windows oder Linux ausgebildet und umfasst elektronische Schnittstellen zur Anbindung von Stellgliedern und Sensoren, wie Elektromotoren, Kolorimeter und Thermoelementen. Neben einem Mikroprozessor umfasst die elektronische Steuerung 14 Arbeitsspeicher, insbesondere DRAM oder Flash-EEPROM zur Aufnahme eines Steuerprogramms, das auf einem lokalen oder externen Speichermedium, insbesondere auf einer Festplatte gespeichert ist und beim Einschalten bzw. bei der Einrichtung der elektronischen Steuerung 14 in den Arbeitsspeicher geladen und dort ggf. permanent gehalten wird.

Zweckmäßig ist die elektronische Steuerung 14 mit einem Netzwerk, insbesondere mit einem Lokal Area Network (LAN) verbunden, so dass Daten und Programme von und zu Computern in dem Netzwerk übertragen werden können. Vorzugsweise wird ein Netzwerk auf Basis des Ethernet-Protokolls bzw. TCP/IP eingesetzt.

In einer ersten, in Fig. 3 durch das gestrichelte Rechteck 20 angedeuteten Ausführungsform der Erfindung sind die Zufuhrung 5, die Dosiereinrichtung 6 und das Kolorimeter 7 mit der elektronischen Steuerung 14 verbunden.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist zudem ein in Fig. 3 nicht gezeigter Temperatursensor vorgesehen, der eingerichtet ist, die Temperatur der Formmasse 11 an bzw. nahe der Messposition für den Farbwert El zu ermitteln und der mit der elektronischen Steuerung 14 verbunden ist. Das von dem Temperatursensor an die elektronische Steuerung 14 übertragene Signal dient zur Kalibrierung des mit dem Kolorimeter 7 gemessenen Farbwertes El .

Das Steuerprogramm der elektronischen Steuerung 14 umfasst eine Befehlssequenz, die je nach Rechenleistung und Taktfrequenz des Mikroprozessors der elektronischen Steuerung 14 einige Tausend bis einige Millionen Mal pro Sekunde ausgeführt wird. Die Befehlssequenz umfasst Befehle und Algorithmen zur Abfrage von Sensorsignalen und zur Berechnung und Ausgabe von Steuersignalen für Stellglieder. Das von dem Mikroprozessor der elektronischen Steuerung 14 ausgeführte Steuerprogramm implementiert einen ersten Regelkreis 15 für den Farbwert El der Formmasse 11. Wie vorstehend erläutert, ist eine elektronische oder softwaretechnische Filterung der mittels des Kolorimeters 7 gemessenen Farbwerte vorgesehen, um Störsignale von umlaufenden mechanischen Komponenten des Gelier- aggregates 2 zu eliminieren. Dementsprechend umfasst das Steuerprogramm der elektronischen Steuerung 14 eine optionale Routine mit variabler, insbesondere in Abhängigkeit von der Drehzahl des Gelieraggregats 2 stellbarer Zykluszeit für die Filterung der Farbwerte des Kolorimeters 7.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist eine Datenbank 16 vorgesehen, die in die elektronische Steuerung 14 integriert oder an diese angebunden ist. Die Datenbank 16 dient zur Aufzeichnung und Bereitstellung von Prozessdaten über lange Zeiträume und bildet eine wesentliche Komponente für eine wissensbasierte Regelung des Farbwertes El. Insbesondere können die in der Datenbank 16 gespeicherten Prozessdaten für die Vorausberechnung der mittels der Dosiereinrichtung 6 pro Zeiteinheit hinzuzufügenden Farbstoff- mengen auf Basis des Durchsatzes an polymerem Werkstoff 10 genutzt werden. Im Rahmen der Erfindung ist die Verwendung verschiedener Regelalgorithmen, unter anderem auf Basis von Fuzzy-Logik oder neuronalen Netzen vorgesehen. Die in der Datenbank 16 gespeicherten Prozessdaten werden für die Erstellung derartiger Regelalgorithmen und/oder für die Prozessregelung an sich genutzt. Wie in Fig. 3 gezeigt, wird für den ersten Regelkreis 15 ein Sollwert ΕΓ für den Farbwert El der Formmasse 11 vorgegebenen. Aufgrund von zufalligen Schwankungen oder verfahrensbedingten Veränderungen der Zusammensetzung und/oder der Menge des dem Gelieraggregat 2 pro Zeiteinheit zugeführten polymeren Werkstoffs 10 kann der mit dem Kolorimeter 7 gemessene Farbwert El von dem Sollwert ΕΓ abweichen. Sofern die Differenz ΔΕ1 = El - Ε zwischen dem aktuellen Farbwert El und dem Sollwert Ε einen vorgegebenen negativen oder positiven Schwellwert unter- bzw. überschreitet, werden gemäß dem Algorithmus des Regelkreises 15 aus der Differenz ΔΕ1 Stellwerte bzw. Steuersignale berechnet und an die entsprechenden Stellglieder übertragen. Insbesondere werden Stellwerte bzw. Steuersignale an Fördereinrichtungen, wie Pumpen oder Förderschnecken für die verschiedenen, in separaten Behältern vorgehaltenen Farbstoffe der Dosiereinrichtung 6 übertragen. Der Sollwert Ε wird vor dem Start einer Produktionscharge in die elektronische Steuerung 14 eingelesen und üblicherweise bis zur Fertigstellung der Produktionscharge konstant gehalten. In einer alternativen Ausfuhrungsform der Erfindung wird der Sollwert Ε im Laufe einer Produktionscharge variiert. Der Sollwert ΕΓ kann mittels Tastatur, Barcodelesegerät oder dergleichen eingegeben oder von einer Datenquelle, wie der Datenbank 16 eingelesen werden.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist zusätzlich zu dem ersten Kolorimeter 7 ein zweites Kolorimeter 8 für die Messung des Farbwertes E2 des Formkörpers 12 an die elektronische Steuerung 14 angeschlossen. Der Formkörper 12 wird mittels einer Lichtquelle, beispielsweise einer Halogenlampe oder einer LED (Light Emitting Diode), die in dem Kolorimter 8 integriert oder hiervon separat ausgebildet ist, beleuchtet. In dieser Weiterbildung der Erfindung umfasst die elektronische Steuerung 14 neben dem ersten Regelkreis 15 einen zweiten Regelkreis 17, der gemäß einem Regelalgorithmus aus einer Differenz ΔΕ2 = E2 - E2' zwischen dem mittels des zweiten Kolorimeters 8 gemessenen Farbwerts E2 und einem vorgegebenen Sollwert E2' einen Sollwert ΕΓ berechnet und an den ersten Regelkreis 15 übergibt. Der von dem zweiten Regelkreis 17 ermittelte Sollwert ΕΓ kann im Laufe einer Produktionscharge variieren.

Die Verwendung eines zweiten Kolorimeters 8 ist besonders vorteilhaft, wenn der Farbwert E2 des Formkörpers 12 merklich von dem Farbwert El der Formmasse 11 abweicht. Merkliche Abweichungen zwischen El und E2 können u.a. bei der Folienfertigung mittels Kalander auftreten. Im Kalander ist die Formmasse 11 bzw. 11 ¹ einer Temperatur im Bereich von 160 bis 210 °C und einem hohen mechanischen Druck ausgesetzt, wodurch u.a. der Polymerisationsgrad (DP) der Formmasse 1 Γ gemindert wird. Zudem können die Formmasse i l und der Formkörper 12 unterschiedliche optische Eigenschaften, wie z.B. unterschiedliche optische Reflexion der Oberfläche und ggf. unterschiedliche Streuung im Volumen aufgrund von Dichteschwankungen aufweisen.

Durch den Einsatz von zwei Regelkreisen 15 und 17 mit jeweils einem oder mehreren Kolorimetern 7 und 8 stellt die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung für die schnelle Korrektur des relevanten Farbwertes E2 zur Verfügung.

In einer zweckmäßigen Ausführungsforai der Erfindung ist eine weitere Datenbank 18 vorgesehen, die in die elektronische Steuerung 14 integriert oder an diese angebunden ist. Die Datenbank 18 dient zur Aufzeichnung und Bereitstellung von Prozessdaten für den zweiten Regelkreis 17 und bildet eine wesentliche Komponente für eine wissensbasierte Berechnung des Sollwerts ΕΓ. Insbesondere können die in der Datenbank 18 gespeicherten Prozessdaten für die Erstellung einer auf Fuzzy-Logik basierenden Berechnung des Sollwerts Ε genutzt werden. Im Rahmen der Erfindung ist die Verwendung verschiedener Berechnungsalgorithmen für den Sollwert El', unter anderem auf Basis von Fuzzy-Logik oder neuronalen Netzen vorgesehen.

Für den zweiten Regelkreis 17 wird ein Sollwert E2' für den Farbwert E2 des Formkörpers 12 vorgegebenen. Der Sollwert E2 ¹ wird vor dem Start einer Produktionscharge in die elektronische Steuerung 14 eingelesen und bis zur Fertigstellung der Produktionscharge konstant gehalten. Der Sollwert E2' wird mittels Tastatur, Barcodelesegerät oder dergleichen eingegeben oder von einer Datenquelle, wie der Datenbank 18 eingelesen.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist zudem ein in Fig. 3 nicht gezeigter Temperatursensor vorgesehen, der eingerichtet ist, die Temperatur des Formkörpers 12 an bzw. nahe der Messposition für den Farbwert E2 zu ermitteln und der mit der elektronischen Steuerung 14 verbunden ist. Das von dem Temperatursensor an die elektronische Steuerung 14 übertragene Signal dient zur Kalibrierung des mit dem Kolorimeter 8 gemessenen Farbwertes E2.

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Die Farbwerte Ek = ( L k , a k , b k ) einer nach dem erfmdungsgemäßen Verfahren hergestellten Folie werden mit einem Kolorimeter ermittelt, das wie vorstehend im Zusammenhang mit dem Kolorimeter 7 und 8 erläutert, als Spektrometer oder als Farbkamera ausgebildet ist. Vorzugsweise werden die Farbwerte E _k an der gleichen Folienposition in Transversalrichtung, d.h. senkrecht zur Maschinenrichtung bzw. senkrecht zur Längsachse der Folienbahn gemessen. Hierbei werden Schwankungen der gemessenen Farbwerte aufgrund von Folieninhomogenitäten in Transversalrichtung, die gegebenenfalls durch Querstreckung, insbesondere durch den in Fachkreisen als "Bow" bezeichneten Effekt verursacht sind, reduziert. In Maschinenrichtung werden die Farbwerte Ek äquidistant in einem konstanten Abstand s von etwa 1 m bis 100 m voneinander gemessen, wobei der Abstand zwischen zwei benachbarten Messpositionen um ± 5 %, d.h. um einen Betrag von ± 0,05 -s von dem für die Messung vorgegebenen Abstand s abweichen kann.

Vorzugsweise werden die Farbwerte El, E2 und E _k gemäß DIN ISO 6174:2007-10 (D) ermittelt. Sofern die verwendeten Kolorimeter 7 und 8 sowie das zur Farbmessung an einer erfindungsgemäß erzeugten Folie eingesetzte Kolorimeter, wie beispielsweise eine RGB- Farbkamera nicht im L*a*b*-Farbraum messen, werden die erhaltenen Farbwerte gemäß DIN ISO 6174:2007-10 (D) in die entsprechenden L*a*b*-Werte umgerechnet. Hierbei erfolgt die Transformation vom RGB-Farbraum in den L*a*b*-Farbraum bevorzugt über XYZ-Farbkoordinaten.