專利名稱：用于測量擠出機的出口處的塑性化的塑料的溫度的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于無接觸、非侵入地測量擠出機的出口
處的塑性化的塑料的溫度的方法和裝置。
背景技術(shù)：
在利用塑料材料給電纜等設(shè)置外殼時使用擠出機，所述擠出機將塑料材料塑性化 并圍繞一芯部(電纜)包圍注塑所述塑料材料。在擠出機中通過壓力和熱使塑料材料軟化， 由此可以毫無問題地并沒有污染地所述塑料材料施加芯部上。為此目的希望，確定塑性化 材料中的溫度，以便實現(xiàn)熔體的對于擠出過程的最佳粘度。此外還必須避免擠出頭中發(fā)生 燃燒和提前交聯(lián)。相反應(yīng)直接在擠出之后發(fā)生交聯(lián)過程。此外，可靠的溫度測量還可以優(yōu) 化生產(chǎn)過程。 已知在這種擠出過程中在不同的材料流出速度下借助于一熱偶(熱元件)測量擠 出頭外部的溫度。這樣的測量在受到限制的位置處進(jìn)行，并且當(dāng)然具有較長的響應(yīng)時間。所 述熱偶只能測量熔體外部區(qū)域的溫度。如果熱偶伸入熔體中，則由于滑動摩擦效應(yīng)使溫度 確定產(chǎn)生誤差。此外，熱偶還會對熔體的流動特性產(chǎn)生不利影響。 還已知借助于紅外溫度計來測量熔體的溫度。但由此只能測量最多只到幾個毫米 深度的熔體的表面溫度。當(dāng)熔體中有特殊的填料時，測量深度還會減小。
但是，特別是通過選擇最佳的溫度來縮短設(shè)備的停機時間(例如，清潔設(shè)備，修理 等)，盡可能精確地測量塑料熔體的物料溫度可以有助于明顯地提高擠出設(shè)備的產(chǎn)量。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是，提供一種用于測量擠出機的出口處的至少一種塑性化的 塑料的溫度的方法，該方法以簡單的方式使得可以對熔體進(jìn)行精確的、無接觸的和非侵入 的溫度測量。 所述目的通過權(quán)利要求1的特征來實現(xiàn)。 在根據(jù)本發(fā)明的方法中，對于至少一種塑性化的塑料，測量并存儲聲速與溫度相 關(guān)的函數(shù)。在塑料材料的擠出期間，優(yōu)選橫向于塑料材料的流動方向測量擠出機中的聲速， 并由速度測量值和所存儲的函數(shù)確定相應(yīng)的溫度。 本發(fā)明基于這樣的認(rèn)知，S卩，塑料熔體、特別是聚乙烯熔體中的聲速具有強烈的溫 度相關(guān)性。通過利用這種相關(guān)性可以在一管橫截面上通過確定平均聲速來測得塑料熔體的 平均物料溫度。 這里所采用的超聲波傳感器不需要與塑料熔體接觸，并且允許以這種方式無接觸 地、非侵入地確定平均聲速并由此確定熔體的平均物料溫度。 根據(jù)本發(fā)明的溫度測量可以實時地進(jìn)行，并且是精確的并不會對熔體造成影響。 因為是橫向穿過熔體來測量聲速，以這種方式可以精確地確定熔體的平均物料溫度。
—附加的熱偶一直伸到直接貼靠在熔體上并由此在管橫截面的邊緣區(qū)域測量熔 體的表面溫度。對于已知的熔體流動分布，通過表面溫度和平均物料溫度可以獲得關(guān)于管 橫截面內(nèi)部的溫度分布的結(jié)論。 熔體內(nèi)的聲速在一定程度上也取決于壓力，從而應(yīng)進(jìn)行壓力補償。為此目的，根據(jù) 本發(fā)明，通過至少一種塑性化的塑料測量聲速與壓力相關(guān)的函數(shù)。存儲該函數(shù)，并且在擠出 期間除了聲速測量還進(jìn)行壓力測量。這里，當(dāng)然也是非侵入地進(jìn)行。然后，由測量值和所存 儲的聲速與壓力的函數(shù)確定熔體的經(jīng)過壓力補償?shù)臏囟取?在擠出機開始進(jìn)行生產(chǎn)之前，已知要求使初始材料發(fā)生充分的熔化，由此可以使 所述初始材料作為均勻的條從擠出頭中流出。這已知通過對擠出機中的材料進(jìn)行加熱來實 現(xiàn)，其中，在擠出機中推進(jìn)期間，借助于擠出蝸桿通過摩擦實現(xiàn)進(jìn)一步的加熱。通過確定塑 料熔體的溫度以及不時地形成擠出的樣品，機器操作人員可以確定，何時可以開始生產(chǎn)塑 料條。前提條件是，材料完全熔化并且其中不存在沒有熔化的材料的島(Insel)，所述島對 待產(chǎn)生的塑料條的質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。機器操作人員因此首先觀察作為樣品擠出的材料， 并由其經(jīng)驗決定合適開始生產(chǎn)。 由優(yōu)化產(chǎn)出量的原因，希望保持?jǐn)D出機中的塑料熔體的溫度盡可能高，但略低于 材料可能出現(xiàn)燃燒或焦化的溫度。這里，特別是在擠出機長時間運行時可能出現(xiàn)這樣的情 況，形成由交聯(lián)或燃燒的材料構(gòu)成的顆粒，由于所述顆粒所產(chǎn)生的塑料條是有缺陷的。這種 顆粒在高壓電纜中可能對抗擊穿強度產(chǎn)生不利影響。對于水管或氣管可能會損害管壁的密 封性。 因此本發(fā)明的另一個目的是，提供一種運行用于擠出塑料材料的擠出機的方法，
以便產(chǎn)生塑料條，在該方法中，可以精確地控制擠出機的生產(chǎn)并可以確保產(chǎn)生無缺陷的擠
山A 口 出廣口口 。 所述目的通過權(quán)利要求4或權(quán)利要求5的特征來實現(xiàn)。 在根據(jù)權(quán)利要求4的方法中，在初始的擠出期間在擠出機的頭部附近或其上以短 的時間間隔或連續(xù)地測量橫向于可流動的材料的流動方向發(fā)出的聲波的傳播速度。當(dāng)測量 值的分布基本上具有連續(xù)(持續(xù))的趨向(Tendenz)或基本上恒定時，才制造塑料條。
根據(jù)本發(fā)明基于這樣的認(rèn)知，S卩，待擠出的材料中的聲波的傳播速度不只是取決 于其溫度，而且還取決于所述材料處于怎樣的狀態(tài)下。在塑料材料完全液態(tài)狀態(tài)下可以測 量到傳播速度小于在處于固態(tài)狀態(tài)或不完全塑性化狀態(tài)下的材料中的傳播速度。因此，如 果在擠出機起動時在熔體中存在顆?；蛭慈刍牟牧辖M成的島，則這可以通過聲波傳播速 度的測量值中的波動觀察到。就是說，如果塑料材料在逐漸提高溫度時均勻地轉(zhuǎn)化為熔體， 則溫度均勻地升高并且聲速逐漸降低。測量值具有連續(xù)的趨向。相反如果固體顆粒或島移 動通過測量區(qū)域，則會出現(xiàn)傳播速度中可測到的波動。由此可以確認(rèn)，熔體在擠出頭中或上 還不具有足以能夠開始生產(chǎn)的均勻性。相反地，一旦測量值的進(jìn)程具有連續(xù)的趨向，例如略 微下降或恒定的，則可以開始生產(chǎn)。此外，通過根據(jù)本發(fā)明的方法使得機器操作人員能夠?qū)?借助于擠出機進(jìn)行的生產(chǎn)的時刻確定在這樣的時刻，在該時刻可以最早地產(chǎn)生無缺陷的產(chǎn) 品，而不用不必要地取出不可使用的材料。根據(jù)本發(fā)明，盡管所述材料以后可以循環(huán)使用并 且不會丟失，但不能首先用于預(yù)期的生產(chǎn)。
可以通過合適的裝置顯示測量值的分布變化。
在根據(jù)權(quán)利要求5的方法中，在生產(chǎn)期間連續(xù)地或按短的時間間隔測量聲波的傳 播速度。當(dāng)測量值的波動幅度超過一預(yù)先確定的值，則停止生產(chǎn)。在該方法中也使用了這 樣的認(rèn)知，即，熔體中的顆?；蚬虘B(tài)組成部分影響聲波的傳播速度。如上所述，在生產(chǎn)期間， 由于局部的過熱可能出現(xiàn)塑料材料的局部的燃燒或焦化。如果這發(fā)生在已擠出的產(chǎn)品中， 則所述產(chǎn)品是有缺陷的。對于簡單的條形的塑料產(chǎn)品這可能是不重要的。對于高壓電纜、 氣管或水管的制造，這種缺陷卻是無法接受的。借助于根據(jù)本發(fā)明的方法可以立即識別到 所述缺陷并停止生產(chǎn)過程，由此始終可以確保條狀產(chǎn)品的希望的質(zhì)量。 如上所述，如果已知對于特定的塑料的聲波傳播速度與溫度相關(guān)的特性如何，則 由塑料熔體中的聲波的傳播速度可以得到關(guān)于溫度的結(jié)論。這可以通過前面的測量容易地 確定。最后說明的根據(jù)本發(fā)明的方法可以與溫度測量相關(guān)聯(lián)，從而不分析聲波傳播速度測 量的分布變化，而是分析溫度值的分布變化。 用于實施根據(jù)本發(fā)明的方法的裝置設(shè)想了擠出機出口上的一管形的轉(zhuǎn)接件，在該 轉(zhuǎn)接件上，沿徑向設(shè)置一超聲波發(fā)射器，而與該超聲波發(fā)射器沿徑向相對地沿徑向設(shè)置一 超聲波接收器。各傳感器優(yōu)選設(shè)置在轉(zhuǎn)接器件的壁部中的徑向的凹口中。如果轉(zhuǎn)接件例如 具有10mm的壁厚，則由于所述凹口剩余例如lmm的剩余壁厚。由于聲音在鋼中的傳播速度 接近為在塑料熔體中的傳播速度的四倍，因此由于剩余壁厚導(dǎo)致的所測量的聲速的誤差并 不起重要的作用。此外，當(dāng)然還可對這種誤差進(jìn)行校正。為了使不平處的反射和折射最小 化，本發(fā)明的一個實施形式設(shè)想，對凹口底部中的接觸面進(jìn)行拋光。



下面根據(jù)附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。其中 圖1示出根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)接器件， 圖2示出根據(jù)圖1的轉(zhuǎn)接器件的剖視圖。
具體實施例方式
在擠出機10的前端部和擠出頭12之間設(shè)有一管狀的轉(zhuǎn)接件14。擠出機和轉(zhuǎn)接件 的安裝這里不進(jìn)行詳細(xì)說明。轉(zhuǎn)接件的安裝可以簡單地利用已知的元件進(jìn)行。通過所標(biāo)出 的溫度值125t:或14(TC表示聚乙烯的擠出溫度。LDPE的溫度在IO(TC和20(TC之間變化。
轉(zhuǎn)接件14具有一圓柱形的壁厚例如為10mm的壁部16。沿直徑相對地在圓柱形的 壁部16中加工出外部的凹口 18或20，在各所述凹口中裝入探測器22或24。探測器22包 括一超聲波發(fā)射器，而探測器24包括一超聲波接受器。所述凹口留出例如l-2mm的剩余壁 厚26。凹口 18、20的底部進(jìn)行拋光，由此，不會出現(xiàn)對聲波的反射和不必要的折射。借助于 超聲波發(fā)射器和接收器測量轉(zhuǎn)接件14內(nèi)部的塑料熔體中的聲速。對于聚乙烯熔體，聲速為 例如1500m/s。制成轉(zhuǎn)接件的鋼中的聲速約為5900m/s。因此，所述聲速測量得到一定的誤 差，這種誤差由剩余壁厚26導(dǎo)致。但在測量熔體的平均聲速時這種誤差并不重要并且必要 時可以校正。 在塑料熔體的溫度測量之前，對于相應(yīng)的塑料材料確定聲速與溫度的相關(guān)性(關(guān) 系)，這種相關(guān)性在相關(guān)的溫度范圍內(nèi)多數(shù)是線性的。在一分析裝置中存儲該(相關(guān))函 數(shù)。因此通過測量相應(yīng)的聲速可以由所述函數(shù)確定相應(yīng)的溫度。所述溫度測量實時地進(jìn)行，因此，當(dāng)測量得到的溫度偏離規(guī)定的值時，可以立即采取措施以使溫度改變。 聲速本身還取決于熔體中的壓力。因此，為了能夠借助于測得的函數(shù)進(jìn)行溫度測
量，還應(yīng)考慮熔體中的壓力。為此給轉(zhuǎn)接件14配設(shè)一個壓力傳感器32。 借助于一沿直徑方向與壓力傳感器32對置地設(shè)置在壁部16中地?zé)崤?4，還可以
確定熔體30的表面溫度，以便在已知流動分布輪廓和知道熔體的平均物料溫度時，能夠獲
得關(guān)于溫度分布的結(jié)論。 聲波的傳播速度的或者以這種方式還有溫度的測量可以不僅是用于盡可能接近 允許的溫度上限進(jìn)行生產(chǎn)和提高產(chǎn)量，而且還可以用于，控制擠出的開始或停止發(fā)生缺陷 的生產(chǎn)。只有當(dāng)擠出頭上或內(nèi)的塑料熔體基本上均勻時，才開始生產(chǎn)。因為不均勻的熔體會 導(dǎo)致與均勻的熔體不同的聲波傳播速度，所熔體的選擇的溫度分布就成為是否實現(xiàn)了均勻 性的指示。首先，在熔體中滯留的固態(tài)小顆粒導(dǎo)致通常不允許出現(xiàn)的溫度波動。 一旦溫度 變化分布具有連續(xù)的趨向，則機器操作人員可以起動擠出機以進(jìn)行生產(chǎn)。這種方法的優(yōu)點 是，機器操作人員不必再取出樣品，而是只需等待，直到擠出頭內(nèi)或上的材料均勻地熔化。
如果在生產(chǎn)期間在溫度分布變化中出現(xiàn)不可能由于其它原因出現(xiàn)的波動，則這就 是材料特別是由于燃燒產(chǎn)物出現(xiàn)的不均勻性標(biāo)志。機器操作者因此可以關(guān)停擠出機并由此 防止生產(chǎn)出有缺陷的產(chǎn)品。可以理解，通過使一分析裝置確定溫度值的波動幅度并當(dāng)該波 動幅度超過一規(guī)定的值時提供關(guān)閉信號，關(guān)閉擠出機或終止生產(chǎn)本身也可以自動地進(jìn)行。
權(quán)利要求
用于測量擠出機的出口處的塑性化的塑料的溫度的方法，其特征在于，對于至少一種塑性化的塑料材料，測量并存儲聲速與溫度相關(guān)的函數(shù)，在塑料材料的擠出期間，測量聲速并由所述聲速值和所述函數(shù)確定相應(yīng)的溫度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其特征在于，對于至少一種塑性化的塑料材料，除了聲速與 溫度相關(guān)的函數(shù)以外，還測量并存儲聲速與壓力相關(guān)的函數(shù)，在塑料材料的擠出期間，除了 聲速以外，還測量壓力，并借助于壓力測量值對溫度測量進(jìn)行壓力補償。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，確定平均的聲速，并由此確定平均的物料 溫度或平均的經(jīng)壓力補償?shù)奈锪蠝囟取?br> 4. 用于運行用于擠出塑料材料以產(chǎn)生塑料條的擠出機的方法，具有以下步驟 在開始擠出期間，在擠出機的擠出頭附近或擠出頭上以短的時間間隔或連續(xù)地測量橫向于可流動的材料的流動方向發(fā)射的聲波的傳播速度，以及當(dāng)測量值的分布基本上具有連續(xù)的趨向或基本上恒定時，開始塑料條的生產(chǎn)。
5. 用于運行用于擠出塑料材料以產(chǎn)生塑料條的擠出機的方法，具有以下步驟在生產(chǎn)塑料條期間，在擠出機的擠出頭附近或擠出頭上以短的時間間隔或連續(xù)地測量 橫向于可流動的材料的流動方向發(fā)射的聲波的傳播速度，以及 當(dāng)測量值的波動幅度超過規(guī)定的值時，停止生產(chǎn)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5的方法，其特征在于，由聲波的傳播速度的值確定溫度值并分析 溫度值的分布。
7. 用于實施根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項的方法的裝置，其特征在于，在擠出機的出口 處設(shè)置管形的轉(zhuǎn)接件(14)，在所述轉(zhuǎn)接件上沿徑向設(shè)置超聲波發(fā)射器(22)以及與該超聲 波發(fā)射器徑向相對地設(shè)置超聲波接收器(24)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7的裝置，其特征在于，所述超聲波發(fā)射器(22)和超聲波接收器(24) 設(shè)置在轉(zhuǎn)接件(14)的壁部(16)中的徑向凹口 (18、20)中。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8的裝置，其特征在于，借助于各所述凹口 (18、20)使管壁的剩余壁厚 最小化，從而只有轉(zhuǎn)接器的管壁的小部分發(fā)生振動，以便在超聲波輸入的區(qū)域內(nèi)降低信號 的模糊。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8的裝置，其特征在于，借助于各所述凹口 (18、20)使剩余壁厚相對 于管壁最小化，以至基本上抑制進(jìn)入管壁的側(cè)向的信號傳播并實現(xiàn)沿超聲波發(fā)射器的入射 方向良好的信號分布。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8的裝置，其特征在于，各凹口 (18、20)的底部是拋光的，以便使超聲 波信號在接觸面上的反射和折射最小化。
12. 根據(jù)權(quán)利要求7至11中任一項的裝置，其特征在于，在壁部(16)中設(shè)置壓力測量 傳感器(32)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求7至12中任一項的裝置，其特征在于，在轉(zhuǎn)接件(14)的壁部(16)中 設(shè)置用于測量熔體的表面溫度的熱偶。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于測量擠出機的出口處的塑性化的塑料的溫度的方法，其特征在于，對于至少一種塑性化的塑料材料，測量并存儲聲速與溫度相關(guān)的函數(shù)，在塑料材料的擠出期間，測量聲速并由所述聲速值和所述函數(shù)確定相應(yīng)的溫度。
文檔編號G01K11/24GK101722650SQ20091020658
公開日2010年6月9日 申請日期2009年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月22日
發(fā)明者H·斯考拉, T·克勞森 申請人:斯考拉股份公司