WO2007048499A1 - Verfahren zum messen der dicke von ehrschichtfolien - Google Patents

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Markus Hänggli
Philipp Weber
Peter Stuker
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Hchkuendig & Cie AG
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    • B29K2077/00—Use of PA, i.e. polyamides, e.g. polyesteramides or derivatives thereof, as moulding material

Definitions

  • the invention relates to a method for determining the thickness of multilayer films according to the preamble of independent claim 1.
  • Multilayer films of plastics are constructed from a plurality of layers of different materials. Commonly used thermoplastics are polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyamide (PA), ethylene-vinyl alcohol copolymers (EVOH), and others.
  • the multilayer films are produced from the different thermoplastics with coextrusion or multilayer extrusion.
  • Known such extrusion processes are blown extrusion and flat extrusion.
  • Blasextrusion be produced so-called blown films.
  • the melt is extruded from a ring die in blown extrusion and formed into a tube.
  • the hose is blown air to expand this.
  • the tube is then laid flat, in many cases cut into two or more sheets and wound up.
  • flat film extrusion the melt is extruded from a slot die.
  • thermoplastics with different properties are simultaneously extruded through multiple nozzles and combined to form the multilayer film.
  • adhesion promoters HV
  • the adhesion promoters have to improve the bond between layers of the multilayer film.
  • Multilayer films are used for the packaging of foods in large quantities. This is called barrier plastics. These multilayer films have layers, e.g. are poorly permeable to oxygen, moisture or other substances, which leads to better shelf life of the food. For food packaging, multi-layer films are also used as shrink films, cooking bags, germ-free packaging for dairy products, and the like. Typical barrier films have e.g. a construction
  • thickness on the whole size should be as uniform as possible.
  • a uniform thickness is, among other things, necessary to be in the other
  • Processing of the film e.g. to allow a uniform printing.
  • Processing of the film e.g. to allow a uniform printing.
  • the thickness profile of the film must be measured.
  • Capacitive sensors which by the dielectric constant and / or the
  • Damping factor of the film can be influenced.
  • Capacitive sensors can measure reflectively or transmissively.
  • Multi-layer film is not just about ensuring that the entire thickness of a film over the entire film is as equal as possible. It is also necessary that the individual layers are as constant as possible thick.
  • the measuring signals of capacitive sensors are dependent on the dielectric constant of the material to be measured.
  • the measurement signals from capacitive sensors operating according to the reflection principle are practically directly proportional to the thickness of a film and to the dielectric constant of the material of the film.
  • the dielectric constants of certain materials are temperature dependent.
  • Sensors operating capacitively according to the reflection principle are used e.g. used with advantage for measuring the film thickness at the film bubble of blown film extrusion lines.
  • a sensor In order to record the thickness profile of a film bubble online, a sensor is guided around the film bubble on an annular construction. One cycle typically takes 1-2 minutes. The sensor is pressed against the foil bubble with even pressure. This allows a very good and accurate online detection of the thickness profile of e.g. PE films.
  • the measurement of thickness and of thickness profiles can be faulty. Since the sensor can not recognize that, for example, at the same time the thickness of the entire film and also the thickness of one or more of the layers of the multilayer film simultaneously change so that the error, which is due to the thickness of the film and the measurement error caused by the Thickness of a layer of the multilayer film is due to partially or completely compensate each other.
  • the capacitive sensor detects no or a wrong, too much or too little change in the thickness.
  • US 202/0057096 makes use of the fact that the dielectric constant of the barrier materials PA and EVOH is strongly temperature-dependent. In addition to a first capacitive measurement at high temperature, a second capacitive measurement at much lower temperature is used to measure the thickness of two different material layers. However, this lower temperature is generally only reached after flattening, but certainly several meters after the first measuring point. This makes it difficult or impossible to measure the exact same film locations and the measurement results are greatly distorted by the thickness variations in the direction of production of the film.
  • the object of the invention is to provide a method which makes it possible to obtain profiles of the thickness of individual layers of multilayer films, or profiles of the thickness of groups of layers of multilayer films, such as e.g. of all barrier layers together as accurately as possible.
  • the method has the features of the characterizing part of independent claim 1.
  • the dependent claims relate to advantageous embodiments of the invention.
  • the determination of the thickness and of the thickness profiles of multilayer films according to the new method utilizes, for example, the different sensitivity for the dielectric constant of capacitive reflective and, for example, of sensors based on ionizing radiation.
  • the measured values of capacitive thickness sensors which work according to the reflection principle are Product of the thickness of the film and the relative dielectric constant ⁇ r .
  • the measured values of thickness sensors, which measure for example on the basis of ionizing radiation, are practically only dependent on the thickness and the specific weight of the material.
  • the measured values of sensors operating with an optical interference method are just as dependent on the dielectric constant.
  • Sensors that work with ionizing reflection or with an optical interference method can be arranged in the direction of the film directly in front of, behind or next to the sensor, which operates capacitive reflective.
  • both sensors measure the exact same line on the film as precisely as possible so that variations in the thickness in the direction of production are simultaneously included in the measurement for both sensors. If both sensors are arranged one above the other or next to each other at a specific distance, they measure on two parallel spiral paths on the foil. The horizontal distance of these spiral tracks should be at least by a factor of 2 smaller than the corresponding distance of the control elements in the blow head. With sensors arranged one above the other, the spacing of these spiral tracks becomes small when the take-off speed is high, but it increases proportionally with the vertical distance between the two systems and greater reversing speed of the measuring device. The above condition is achieved for typical applications when the vertical distance of the two sensors is less than about 0.5 m. If the sensors are arranged next to each other, appropriate conditions apply.
  • the sensors which are mounted one above the other, can be displaced laterally just as much as is necessary to compensate for the offset caused by the combination of
  • Discharge speed and rotation speed to compensate.
  • the rotational speed of the take-off speed could be adjusted.
  • Dielectric properties of plastics such as thermoplastics used for multilayer film are e.g. in book "The plastics and their properties", Hans Domininghaus, Springer, 1998 to find.
  • the dielectric constants ⁇ and the dielectric loss factor tan ⁇ for plastics used for multilayer films are plotted as a function of the temperature. It can thus be seen that in many cases it contributes to further increasing the measuring accuracy of the sensors, even if the temperature of the film is measured and included in the determination of the correction values and values of the thickness. Since the dielectric constants are much greater at higher temperatures for the frequently used barrier layer materials PA and EVOH, it is also advantageous to carry out the method according to the invention at a measuring point at which the film is still very hot.
  • FIG. 1 shows the schematic diagram of a multilayer film blown extrusion line to which the thickness is measured and monitored by the method of the present invention.
  • the production of foils takes place in the blown film extrusion line 1 as follows: From the extruder with a multi-ring die (not shown), the exiting melt of the various thermoplastics is formed into a tube. This film tube is withdrawn at a rate that is greater than the exit velocity of the melt. By a connection for compressed air in the blowing head 11 with the mold 12, the hose is inflated to the film bubble 13. At the end of the flattening 14, the film bubble with two Squeezing rollers 14 'squeezed. The flattened film tube 13 'is then passed to the winding device (not shown) (arrow) and wound into a roll.
  • the thickness of the film is applied to the film bladder 13 with a first, e.g. Capacitive sensor 17, measured, which operates on the reflection principle.
  • a second sensor e.g. a sensor with ionizing radiation 16, measures as far as possible at the same point or on the same line in the production direction. Both sensors run together on a web 17 'reversing around the film bubble 13 around and back. The sensors can also run continuously around the film bubble 13. The reversing process or the circulation time takes about half to several minutes.
  • the film tube is guided over the turning bars 15 to the fixed roller 15' and from there to a winder (not shown).
  • the measured values of the two sensors 16 and 17 are fed to the computer.
  • the computer 18 determines the profiles of the total thickness and the thickness of individual layers according to the equations in Tables 2 and 3.
  • the values determined for the thickness of the individual layers or groups of layers and the total thickness can be, for example graphically and / or numerically.
  • the assumption made by the new method is that the multilayer film consists of two types of thermoplastics.
  • the base material which is usually a polyethylene (PE) and barrier material such as polyamide (PA) or ethylene vinyl alcohol (EVOH), which have a much higher dielectric constant ⁇ r from 4 to 15.
  • PA polyamide
  • EVOH ethylene vinyl alcohol
  • the profile of the total thickness and / or the thickness of sub-layers calculated by the computer 18 are fed to the console 19 with which the system 1, i. We controlled and regulated the extrusion process and where the data could also be displayed on a screen. Finally, provision can also be made for the console 19 to regulate and control the thickness of individual layers and the entire multilayer film on the basis of the thickness values determined by the method in the computer 18, as previously explained.
  • the invention relates to the measurement and regulation of the thickness of the entire multilayer film but also to the measurement of the thickness of layers of different materials, usually thermoplastics.
  • the sensor 17, which measures capacitive reflective, is calibrated to the mean value of the total thickness at PE.
  • the sensor 16 which measures, for example, on the basis of ionizing radiation, is calibrated to the mean value of the total thickness of the multilayer film.
  • the total thickness of the multilayer film can be calculated correctly, although the measurements of each sensor alone have a measurement error which depends on the thickness of the PA layer in relation to the total thickness of the films.
  • the calculated K also contains a KalibrierWaranteil.
  • the calculated proportions of PE and PA are then not accurate. However, it can be shown that, for example, with 5% calibration error of the sensor 17, the resulting profile error for the PA profile at 30% PA content is less than 0.5%.
  • the thickness of the multilayer film 13 is measured with a first sensor 17 and a second sensor 16 and possibly further sensors.
  • the first sensor 17 and the one or more further sensors 16 generate different measured values for layers of the same thickness made from the same material of the multilayer film 13.
  • the measurement signals of the sensors 16, 17 are fed to a computer 18, which determines the total thickness of the multilayer film 13 and / or the thickness of individual layers of the multilayer film 13 from the different measured values of the first sensor 17 and of the further sensor or sensors 16.

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Abstract

Bei dem Verfahren zum Bestimmen der Dicke von Mehrschichtfolien (13) mit Schichten aus verschiedenen nichtleitenden Werkstoffen wird die Dicke der Mehrschichtfolie (13) mit einem ersten Sensor (17) und einem zweiten Sensor (16) und eventuell weiteren Sensoren gemessen, wobei alle moglichst amgleichen Ort unter gleichen Bedingungen messen. Der erste Sensor (17) und der oder die weiteren Sensoren (16) erzeugen fur Schichten gleicher Dicke aus gleichem Werkstoff der Mehrschichtfolie (13) unterschiedliche Messwerte. Die Messsignale der Sensoren (16, 17) werden einem Rechner (18) zugefËhrt, der aus den unterschiedlichen Messwerten des ersten Sensors (17) und des oder der weiteren Sensoren (16) die gesamte Dicke der Mehrschichtfolie (13) und/oder die Dicke einzelner Schichten der Mehrschichtfolie (13) bestimmt.

Description

Verfahren zum Messen der Dicke von Mehrschichtfolien
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bestimmen der Dicke von Mehrschichtfolien nach dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1. Mehrschichtfolien aus Kunststoffen sind aus einer Vielzahl von Schichten aus verschiedenen Werkstoffen aufgebaut. Häufig verwendete sog. Thermoplaste sind Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyamid (PA), Ethylen-Vinylalkohol- Copolymere (EVOH), und andere mehr.
Die Mehrschichtfolien werden aus den verschiedenen Thermoplasten mit Coextrusion bzw. Mehrschichtextrusion hergestellt. Bekannte solche Extrusionsverfahren sind Blasextrusion und Flachextrusion. Bei der
Blasextrusion werden sog. Blasfolien erzeugt. Die Schmelze wird bei der Blasextrusion aus einer Ringdüse extrudiert und zu einem Schlauch geformt. In den Schlauch wird Luft eingeblasen um diesen aufzuweiten. Der Schlauch wird dann flach gelegt, in vielen Fällen in zwei oder mehr Bahnen geschnitten und aufgewickelt. Bei der Flachfolienextrusion wird die Schmelze aus einer Schlitzdüse extrudiert.
Bei der Herstellung von Mehrschichtfolien werden gleichzeitig verschiedene Thermoplaste mit verschiedenen Eigenschaften durch Mehrfachdüsen extrudiert und zur Mehrschichtfolie vereinigt. In vielen Fällen ist es erforderlich, zwischen einzelnen Schichten der Mehrschichtfolie sog. Haftvermittler (HV) einzubringen. Die Haftvermittler haben die Bindung zwischen Schichten der Mehrschichtfolie zu verbessern.
Mehrschichtfolien werden für die Verpackung von Lebensmitteln in grossen Mengen verwendet. Man spricht dabei von Barrierekunststoffen. Diese Mehrschichtfolien weisen Schichten auf, die z.B. für Sauerstoff, Feuchtigkeit oder sonst für bestimme Stoffe wenig durchlässig sind, was zu besserer Haltbarkeit der Lebensmitteln führt. Für die Verpackung von Lebensmitteln werden Mehrschichtfolien auch als Schrumpffolien, als Kochbeutel, keimfreie Verpackungen für Molkereiprodukte usw. verwendet. Typische Sperrschichtfolien haben z.B. einen Aufbau
PE oder PP HV
SPERRSCHICHT (PA, EVOH) HV
PE oder PP
Weitere Einzelheiten über Mehrschichtfolien, die dafür verwendeten Materialien und deren Eigenschaften, sowie deren Herstellung findet man z.B. in gut verständlicher Form im Buch "Kunststoff-Folien, Herstellung, Eigenschaften, Anwendung" von Joachim Nentwig, Carl Hanser Verlag München Wien, 1994. Bei der Herstellung von Folien ganz allgemein, aber insbesondere auch bei der Herstellung von Mehrschichtfolien wird die Dicke der Folien überwacht, und bei Abweichungen wird z.B. bei der Herstellung von Flachfolien die Breite des Schlitzes von Extrusionsdüsen verändert, um möglichst Folien gleicher Dicke herzustellen. Bei der Blasfolienextrusion wird lokal die Temperatur der Schmelze oder der Kühlluft oder die Menge der Kühlluft verändert.
Damit z.B. die Qualität der Blasfolie auf dem ganzen Umfang gleich ist, muss die Dicke auf dem ganzen Umfang möglichst gleichmässig sein. Eine gleichmässige Dicke ist unter anderem auch notwendig, um bei der weiteren
Verarbeitung der Folie z.B. ein gleichmässiges Bedrucken zu ermöglichen. Um eine gleichmässige Dicke in der Produktion zu überwachen oder durch
Stellelemente im Blaskopf zu regeln, muss das Dickenprofil der Folie gemessen werden.
Es sind beispielsweise folgende Sensortypen für die Dickenmessung an Folien bekannt:
Kapazitive Sensoren welche durch die Dielektrizitätskonstante und/oder den
Dämpfungsfaktor der Folie beeinflusst werden. Kapazitive Sensoren können reflektiv oder transmissiv messen.
Sensoren die mit Ionisierender Strahlung, mit Rückstreuung oder mit Absorption arbeiten und messen.
Sensoren die mit Infrarot-Absorption transmissiv arbeiten und messen.
Sensoren welche optisch mit Interferenz-Verfahren arbeiten und messen. Sensoren welche mechanisch oder pneumatisch die Dicke nach der
Flachlegung messen.
Sensoren die thermisch messen.
Sensoren, welche Ultraschall verwenden und Laufzeiten, Dämpfung, Reflexion und/oder Phasenverschiebungen messen.
Das Problem das mit der Erfindung gelöst werden soll, wird erläutert anhand der Kombination von kapazitiven Sensoren mit Sensoren, welche die Foliendicke anhand der Rückstreuung von ionisierender Strahlung bestimmen. Bei Mehrschichtfolie geht es nicht nur darum, dass die gesamte Dicke einer Folie über die ganze Folie möglichst gleich ist. Es ist auch erforderlich, dass die einzelnen Schichten möglichst gleichbleibend dick sind.
Die Messsignale von kapazitiven Sensoren sind von der Dielektrizitätskonstante des zu messenden Materials abhängig. Die Messsignale von kapazitiven Sensoren, die nach dem Reflexionsprinzip arbeiten, sind praktisch direkt proportional zur Dicke einer Folie und zur Dielektrizitätskonstante des Materials der Folie. Die Dielektrizitätskonstanten von gewissen Materialien sind temperaturabhängig.
Sensoren, die kapazitiv nach dem Reflexionsprinzip arbeiten, werden z.B. mit Vorteil zur Messung der Foliendicke an der Folienblase von Blasfolienextrusionsanlagen verwendet. Um das Dickenprofil einer Folienblase online zu erfassen, wird ein Sensor auf einer ringförmigen Konstruktion um die Folienblase herumgeführt. Ein Umlauf dauert typischerweise 1-2 Minuten. Der Sensor wird mit gleichmässigem Druck gegen die Folienblase gedrückt. Dies ermöglicht eine sehr gute und exakte Online-Erfassung des Dickenprofils von z.B. PE-Folien.
Bei der Messung an Mehrschichtfolien die aus mehreren Schichten von Thermoplasten mit z.T. stark unterschiedliche Dielektrizitätskonstanten bestehen, kann die Messung der Dicke und von Dickenprofilen fehlerhaft sein. Da der Sensor nicht erkennen kann, dass sich z.B. gleichzeitig die Dicke der gesamten Folie und auch die Dicke einer oder mehrerer der Schichten der Mehrschichtfolie gleichzeitig so ändern, dass sich der Fehler, der von der Dicke der Folie herrührt und der Messfehler, der durch die Dicke einer Schicht der Mehrschichtfolie herrührt gegenseitig teilweise oder ganz kompensieren. Der kapazitive Sensor stellt keine oder eine falsche, eine zu hohe oder zu geringe Änderung der Dicke fest. In US 3,635,620 wird die Kombination einer mechanischen Messung der Gesamtdicke und einer kapazitiven Messung, welche von den verschiedenen Dielektrizitätskonstanten der Folienschichten abhängig ist, benutzt, um die mittlere Dicke der zwei Materialschichten zu messen und zu regeln. Da aber nur an einer einzigen Stelle am Umfang die Dicke gemessen wird, kann kein Dickenprofil erstellt werden.
In US 202/0057096 wird ausgenützt, dass die Dielektrizitätskonstante der Barriere-Materialien PA und EVOH stark temperaturabhängig ist. Zusätzlich zu einer ersten kapazitiven Messung bei hoher Temperatur, wird eine zweite kapazitive Messung bei viel tieferer Temperatur verwendet, um die Dicke von zwei verschiedenen Materialschichten zu messen. Diese tiefere Temperatur wird aber im allgemeinen erst nach der Flachlegung erreicht, sicher aber mehrere Meter nach der ersten Messstelle. Dadurch wird es schwierig oder unmöglich die genau gleichen Folienstellen zu messen und die Messergebnisse werden stark verfälscht durch die Dickenschwankungen in Produktionsrichtung der Folie.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, welches es ermöglicht, Profile der Dicke von einzelnen Schichten von Mehrschichtfolien, bzw. Profile der Dicke von Gruppen von Schichten von Mehrschichtfolien, wie z.B. von allen Sperrschichten zusammen möglichst genau zu bestimmen.
Erfindungsgemäss weist das Verfahren die Merkmale des kennzeichnenden Teils des unabhängigen Anspruchs 1 auf. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Die Bestimmung der Dicke und von Dickenprofilen von Mehrschichtfolien nach dem neuen Verfahren nutzt z.B. die unterschiedliche Empfindlichkeit für die Dielektrizitätskonstante von kapazitiv reflektiv und zum Beispiel von auf der Basis ionisierender Strahlung messenden Sensoren. Die Messwerte von kapazitiven Dickesensoren die nach dem Reflexionsprinzip arbeiten, sind ein Produkt aus der Dicke der Folie und der relativen Dielektrizitätskonstanten εr. Die Messwerte von Dickesensoren, die zum Beispiel auf der Basis ionisierender Strahlung messen, sind praktisch nur von der Dicke und dem spezifischen Gewicht des Materials abhängig. Ebensowenig von der Dielektrizitätskonstanten abhängig sind die Messwerte von Sensoren, die mit einem optischen Interferenzverfahren arbeiten.
Sensoren die mit ionisierender Rückstrahlung oder mit einem optischen Interferenzverfahren arbeiten, können in Laufrichtung der Folie direkt vor, nach oder neben dem Sensor, der kapazitiv reflektiv arbeitet angeordnet werden.
Es ist von Vorteil, wenn beide Sensoren möglichst exakt die gleiche Linie auf der Folie messen, damit Schwankungen der Dicke in Produktionsrichtung bei beiden Sensoren gleichzeitig in die Messung eingehen. Sind beide Sensoren in einem bestimmten Abstand übereinander oder nebeneinander angeordnet, so messen sie auf zwei parallelen Spiralbahnen auf der Folie. Der horizontale Abstand dieser Spiralbahnen sollte mindestens um Faktor 2 kleiner sein, als der entsprechende Abstand der Regelglieder im Blaskopf. Bei übereinander angeordneten Sensoren wird der Abstand dieser Spiralbahnen klein, wenn die Abzugsgeschwindigkeit gross ist, er nimmt aber proportional zu mit dem vertikalen Abstand der beiden Systeme und grosserer Reversiergeschwindigkeit des Messgerätes. Die genannte Bedingung wird für typische Anwendungen erreicht, wenn der vertikale Abstand der beiden Sensoren kleiner als ca. 0.5 m ist. Sind die Sensoren nebeneinander angeordnet, so gelten entsprechende Bedingungen.
Wenn die Sensoren immer in gleicher Richtung um die Blasen rotieren, dies im Gegensatz zum reversierenden Betrieb, können die Sensoren, welche übereinander angebracht sind, seitlich genau soviel verschoben werden, wie notwendig ist, um den Versatz, verursacht durch die Kombination von
Abzugsgeschwindigkeit und Rotationsgeschwindigkeit, zu kompensieren. Zudem könnte die Rotationsgeschwindigkeit der Abzugsgeschwindigkeit angepasst werden.
Durch die erwähnten oder ähnliche Massnahmen kann erreicht werden, dass beide Messsysteme möglichst genau am gleichen Ort messen. Dadurch messen sie auch unter gleichen thermischen Bedingungen.
Dielektrische Eigenschaften von Kunststoffen, wie Thermoplasten, die für Mehrschichtfolie verwendet werden, sind z.B. in Buch "Die Kunststoffe und ihre Eigenschaften", Hans Domininghaus, Verlag Springer, 1998 zu finden. Auf Seite 128 sind z.B. die Dielektrizitätszahlen ε und der dielektrische Verlustfaktor tan δ für Kunststoffe, die für Mehrschichtfolien verwendet werden in Abhängigkeit von der Temperatur graphisch dargestellt. Daraus ist ersichtlich, dass es in vielen Fällen zur weiteren Erhöhung der Messgenauigkeit der Sensoren beiträgt, wenn auch die Temperatur der Folie gemessen und in die Ermittlung der Korrekturwerte und Werte der Dicke mit einbezogen werden. Da für die häufig verwendeten Sperrschichtmaterialien PA und EVOH die Dielektrizitätskonstanten bei höherer Temperatur wesentlich grösser sind, ist es auch von Vorteil, das erfindungsgemässe Verfahren an einer Messstelle durchzuführen, bei welcher die Folie noch sehr heiss ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Die einzige Fig.1 zeigt das Prinzipschema einer Mehrschichtfolien- Blasextrusionsanlage , an welcher die Dicke nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung gemessen und überwacht wird.
Die Herstellung von Folien erfolgt in der Blasfolienextrusionsanlage 1 wie folgt: Vom Extruder mit Mehrfach-Ringdüse (nicht gezeigt) wird die austretende Schmelze der verschiedenen Thermoplaste zu einem Schlauch geformt. Dieser Folienschlauch wird mit einer Geschwindigkeit abgezogen, die grösser ist, als die Austrittsgeschwindigkeit der Schmelze. Durch einen Anschluss für Druckluft im Blaskopf 11 mit dem Formwerkzeug 12 wird der Schlauch zur Folienblase 13 aufgeblasen. Am Ende der Flachlegung 14 wird die Folienblase mit zwei Abquetschwalzen 14' abgequetscht. Der flachgelegte Folienschlauch 13' wird dann zur Wickelvorrichtung (nicht gezeigt) geleitet (Pfeil) und zu einer Rolle gewickelt.
Die Dicke der Folie wird an der Folienblase 13 mit einem ersten, z.B. kapazitiven Sensor 17, gemessen, der nach dem Reflexionsprinzip arbeitet. Ein zweiter Sensor, z.B. ein Sensor mit ionisierender Strahlung 16, misst möglichst an der gleichen Stelle beziehungsweise auf derselben Linie in Produktionsrichtung. Beide Sensoren laufen gemeinsam auf einer Bahn 17' reversierend um die Folienblase 13 herum und zurück. Die Sensoren können auch kontinuierlich um die Folienblase 13 laufen. Der Reversiervorgang bzw. die Umlaufzeit dauert etwa eine halbe bis mehrere Minuten.
Nach den Abquetschwalzen 14' wird der Folienschlauch über die Wendestangen 15 zur fixen Rolle 15' geführt und von dort zu einem Wickler (nicht gezeigt).
Die Messwerte der beiden Sensoren 16 und 17 werden dem Rechner zugeführt. Der Rechner 18 ermittelt daraus die Profile der Gesamtdicke und der Dicke von Einzelschichten gemäss der Gleichungen in den Tabellen 2 und 3. Auf dem Bildschirm des Rechners 18, können die ermittelten Werte für die Dicke der einzelnen Schichten oder Gruppen von Schichten sowie die gesamte Dicke beispielsweise graphisch und/oder numerisch dargestellt werden.
Für Mehrschichtfolie macht man nach dem neuen Verfahren die für die Praxis durchaus zulässige Annahme, dass die Mehrschichtfolie aus zwei Typen von Thermoplasten bestehen. Erstens aus dem Grundmaterial, das meist ein Polyethylen (PE) ist und Sperrschichtmaterial wie zum Beispiel Polyamid (PA) oder Ethylenvinylalkohol (EVOH), die eine wesentlich höhere Dielektrizitätskonstante εrvon 4 bis 15 haben. Obschon Mehrschichtfolien aus 5 und mehr verschiedenen Schichten aufgebaut sind, ist diese vereinfachende Annahme zulässig, da die PE-Schichten unter sich und die PA-Schichten unter sich gut vergleichbare praktisch gleiche Werte für die Dielektrizitätskonstanten εr aufweisen. Dabei und im Folgenden werden deshalb die Sperrschichten vereinfachend mit PA bezeichnet. Rechnerisch kann also aus den Messwerten der beiden Sensoren 16 und 17 für die Dicke der ganzen Mehrschichtfolie im Wesentlichen auf die Dicke der PE-Schichten, die Dicke der PA-Schichten und natürlich auch auf die Gesamtdicke der Mehrschichtfolie geschlossen werden.
Das Profil der Gesamtdicke und/oder der Dicke von Teilschichten, welche der Rechner 18 berechnet, werden der Konsole 19 zugeführt, mit welcher die Anlage 1 , d.h. der Extrusionsprozess gesteuert und geregelt wir und wo die Daten ebenfalls auf einem Bildschirm dargestellt werden könnten. Schliesslich kann auch vorgesehen sein, dass die Konsole 19 die Dicke einzelner Schichten und der gesamten Mehrschichtfolie aufgrund der nach dem Verfahren im Rechner 18 ermittelten Werte für die Dicke regelt und steuert wie dies schon früher erläutert wurde.
Bei der Erfindung geht es um die Messung und Regelung der Dicke der gesamten Mehrschichtfolie aber auch um die Messung der Dicke von Schichten aus verschiedenen Werkstoffen, meist Thermoplasten.
Nachstehend wird an einem Beispiel gezeigt, wie die Dicke der PA-Schichten, und jene der PE-Schichten nach dem Verfahren bestimmt werden können. Es wird dabei auch auf die Fig. 1 Bezug genommen.
TABELLE 1 / DIE VERWENDETEN BEZEICHNUNGEN / IHRE BEDEUTUNG
Figure imgf000011_0001
Figure imgf000012_0001
Es wird dabei von folgenden Voraussetzungen und Annahmen ausgegangen.
• Alle Sperrschichten (PA, EVOH etc.) mit hohem εr werden als eine einzige Schicht betrachtet und zusammengefasst.
• Alle Schichten mit PE-ähnlichem εr werden zusammengefasst und als eine einzige Schicht betrachtet.
• Der Sensor 17, welcher kapazitiv reflektiv misst, sei auf den Mittelwert der Gesamtdicke bei PE kalibriert.
• Der Sensor 16, der zum Beispiel auf der Basis von ionisierender Strahlung misst, sei auf den Mittelwert der Gesamtdicke der Mehrschichtfolie kalibriert.
• Die Messempfindlichkeit der beiden Messsysteme, d.h. der beiden Sensoren 16 und 17 betreffend εr sei bekannt.
TABELLE 2 / GRUNDGLEICHUNGEN
Figure imgf000012_0002
TABELLE 3 / BESTIMMUNG DER DICKENANTEILE VON PA, VON PE UND DER SUMME DER BEIDEN DICKEN
Figure imgf000013_0001
Mit den Formeln gemäss Tabelle 3 kann die Gesamtdicke der Mehrschichtfolie korrekt berechnet werden, obwohl die Messungen jedes Sensors allein für sich einen Messfehler aufweisen, welche von der Dicke der PA-Schicht im Verhältnis zur gesamten Dicke der Folien abhängt.
In erster Näherung genügt es, die in der Tabelle erwähnten Werte für k und εA/εE einzusetzen. Es ist natürlich möglich, die Messung weiter zu optimieren und noch präzisere Dickenwerte zu bestimmen. Zum Beispiel kann mit einem System mit k=0 aus der Gleichung III das korrekte Verhältnis εA / εE und somit auch das für die aktuelle Temperatur geltende εA bestimmt werden, wenn für DA der Sollwert und für D1 und D2 die Mittelwerte über ein ganzes Profil eingesetzt werden. Wird zusätzlich das Temperaturprofil der Folie an der Messstelle 16 und/oder 17 gemessen, so kann das Verhältnis εA / εE für jeden einzelnen Messwert noch exakter bestimmt werden. Es geht in diesem Beispiel jedoch lediglich und vor allem darum, das Prinzip der Bestimmung der Dickenwerte aus den Messwerten, die von den beiden Sensoren 16 und 17 ermittelt werden, zu zeigen.
Entsprechen die angenommenen Werte für k und εA/εE nicht genau der Realität und/oder werden der Sensor 16 und der Sensor 17 nicht genau aufeinander abgeglichen, so enthält das berechnete K auch noch einen Kalibrierfehleranteil. Die damit berechneten Anteile von PE und PA sind dann nicht genau. Es kann aber gezeigt werden, dass zum Beispiel bei 5% Kalibrierfehler des Sensors 17 der daraus resultierende Profilfehler für das PA Profil bei 30% PA-Anteil weniger als 0.5% beträgt.
Bei dem Verfahren zum Bestimmen der Dicke von Mehrschichtfolien 13 mit Schichten aus verschiedenen nichtleitenden Werkstoffen wird die Dicke der Mehrschichtfolie 13 mit einem ersten Sensor 17 und einem zweiten Sensor 16 und eventuell weiteren Sensoren gemessen. Der erste Sensor 17 und der oder die weiteren Sensoren 16 erzeugen für Schichten gleicher Dicke aus gleichem Werkstoff der Mehrschichtfolie 13 unterschiedliche Messwerte. Die Messsignale der Sensoren 16, 17 werden einem Rechner 18 zugeführt, der aus den unterschiedlichen Messwerten des ersten Sensors 17 und des oder der weiteren Sensoren 16 die gesamte Dicke der Mehrschichtfolie 13 und/oder die Dicke einzelner Schichten der Mehrschichtfolie 13 bestimmt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Bestimmen der Dicke von Mehrschichtfolien (13) mit Schichten aus verschiedenen nichtleitenden Werkstoffen mit einem ersten Sensor (17) , gekennzeichnet durch einen weiteren Sensor (16) oder mehrere weitere Sensoren, wobei alle Sensoren die Folie möglichst an der gleichen Stelle unter gleichen Bedingungen messen, der erste Sensor und der oder die weiteren Sensoren für Schichten gleicher Dicke aus gleichem Werkstoff der Mehrschichtfolie (13) unterschiedliche Messwerte erzeugen, und die Messsignale der Sensoren (16, 17) einem Rechner (18) zugeführt werden, der aus den unterschiedlichen Messwerten des ersten Sensors (17) und des oder der weiteren Sensoren (16) die gesamte Dicke der Mehrschichtfolie (13) und/oder die Dicke einzelner Schichten der Mehrschichtfolie (13) bestimmt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , zum Bestimmen der Dicke von Mehrschichtfolien (13) aus Schichten von Werkstoffen mit unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten εr und/oder unterschiedlichen dielektrischen Verlustfaktoren tan δ.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, zum Bestimmen der Dicke von Mehrschichtfolien (13) bei welchem der erste Sensor (17) kapazitiv nach dem Reflexionsverfahren (reflektiv) die Dielektrizitätskonstante εr , und der zweite Sensor (16) kapazitiv nach dem Reflexionsverfahren (reflektiv) den Verlustfaktor tan δ der Mehrschichtfolie misst.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem ein einziger Sensor sowohl die Dielektrizitätskonstante εr als auch den dielektrischen Verlustfaktor tan δ misst und damit als erster und als zweiter Sensor dient.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 bei welchem der erste Sensor mit einem Messprinzip arbeitet, dessen Dickenmesswerte von der Dielektrizitätskonstante εr des Materials der Folie stark und vorzugsweise direkt proportional abhängig sind, insbesondere mit einem Sensor der mit dem kapazitiv reflektiv arbeitenden Messprinzip arbeitet und misst und der zweite Sensor mit einem Messprinzip arbeitet, dessen Dickenmesswerte von der Dielektrizitätskonstante εr des Materials der Folie und der Schichten der Folie nicht oder nur schwach abhängig sind, vorzugsweise, mit einem Sensor der die Dicke der Folie mit der Rückstreuung ionisierender Strahlung oder einem Sensor, der die Dicke der Folie mit einem optischen Interferenzverfahren misst.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem die Sensoren die Dicke der Folie an derselben Stelle der Folie oder an benachbarten Stellen der Folie, vorzugsweise an der Folienblase oder der flachgelegten
Folie messen.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem der Rechner (18), welchem die Messwerte der zwei Messgeräte, welche verschieden empfindliche auf die Dielektrizitätskonstanten der Folienmaterialien reagieren, zugeführt werden, aus diesen Messwerten die Dielektrizitätskonstanten oder das Verhältnis der Dielektrizitätskonstanten der verschiedenen Folienmaterialien bestimmt.
8. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, in einer Mehrschichtfolien-Blasextrusions-Anlage oder in einer Flachfolien- Extrusions-Anlage, zum Messen, Überwachen und/oder Regeln der gesamten Dicke, und/oder der Dicke einzelner Schichten und/oder der Dicke von Gruppen von Schichten, insbesondere der Sperrschichten in Mehrschichtfolien (13).
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