CN106067350B - 挤压机器及其操作方法 - Google Patents

Abstract

一种装置(10)，诸如是挤压机器(10)，其构造成在例如线缆(14)的细长构件(14)上形成例如绝缘层的护套(26)，该装置(10)包括：挤压机，用以施加材料，从而形成护套(26)；驱动机构(28)，构造成以线速将细长构件(14)移动通过该挤压机(12)；厚度传感器(34)，用以确定该材料的厚度；和控制器(36)。该控制器(36)编程成确定实际材料厚度和所需厚度之间的差，基于所施加材料的实际厚度和所需厚度之间的差来确定修正因子值，并且藉由驱动机构(28)基于线速、挤压器(12)的加料器速度、修正因子值和材料因子值来调整线速，该材料因子值基于该材料的流变属性。还提出了一种操作此类挤压机器(10)的方法(100)。

Description

挤压机器及其操作方法

技术领域

本发明涉及一种挤压机器以及控制该挤压机器的方法，所述挤压机器构造成将诸如绝缘层的护套材料绕诸如电线缆的细长构件施加。

背景技术

电线缆通常以它们的导体(线芯)通过挤压机抽出的形式制成，该挤压机将由合适塑料材料组成的绝缘护套施加到该导体上。在该挤出之后，线缆或者挤出物被导引通过冷却路径、硫化路径或者干燥交联路径。例如因为绝缘安全，该护套必须具有最小壁厚。另一方面，出于节省材料或减少重量的原因，无需将该壁厚制造到不必要的厚度。因此，需要监控线缆或挤出物的壁厚或直径，并且提供措施，该措施用于当该厚度超过或不到预设厚度时对该厚度进行修正。

测量护套的壁厚也是已知的。当在下文中提到护套时，为了简单，理解为单层护套。当然，线缆的绝缘也可以包括多层，这些层通过共挤压形成或者通过彼此前后布置的多个挤压机形成。

X射线测量装置可以适于测量该壁厚，藉由此，可以确定护套的各个层的厚度以及芯的直径。然而，如果同时该芯的直径也可假定是已知的或者在进入挤压机之前已经测定，则也可以通过仅测量该直径，而确定护套层的厚度。

对于给定的芯的直径，护套的壁厚取决于挤压机的输出能力和所谓的线速。该输出能力主要取决于挤压机的加料丝杠的旋转速度。该线速由驱动机构预设，驱动机构从供应滚筒中拉出线缆并且将线缆抽拉通过该挤压机以及冷却路径到达卷线盘。

如已经提到的，已知通过在冷却路径之后藉由例如X射线装置测量壁厚的实际值并且将该实际值和预设所需壁厚值进行对比来调整该壁厚。PI控制器将相应的修正变量输出到挤压机，以例如改变它的丝杠的旋转速度度。通过此，挤压机的输出体积也得到改变，并且因此护套的壁厚也得到改变。在施加绝缘护套的过程的开机阶段，现有的挤压机器将线速上升到预设速度，同时挤压机的加料丝杠速度以固定比例跟随。基于原始比例与生产规定直径要求的实际比例的接近程度，该经验方法会导致不同量的废料。

当冷却路径可以具有大长度、例如具有数百米或更长时，此类调节是缓慢的，当然，特别是在生产具有大直径护套的线缆时更是如此，该大直径护套以例如每分钟10至100米的线速、以该挤压机的最大输出能力被挤出。

在背景技术部分讨论的主题不应仅仅因为是在背景技术部分提到就假定为现有技术。同样的，背景技术部分提到的或与背景技术的主题有关的问题不应假定为先前在现有技术中所公认的。背景技术的主题仅仅代表不同的方法，它们本身也可以是发明。

发明内容

根据本发明的实施例，提供了用于操作构造成在细长构件上形成护套的装置的方法。该方法还包括提供构造成施加材料以形成护套的挤压机的步骤。该挤压机还包括加料器，该加料器以加料器速度运行以将材料供应到挤压机。该方法还包括提供驱动机构的步骤，该驱动机构构造成将细长构件以线速移动通过该挤压机以将材料施加到该细长构件，从而形成该护套。该护套具有一厚度。该方法还包括提供厚度传感器、提供控制器并且将材料因子值存储在存储器中的步骤，该厚度传感器构造成确定护套的厚度，该控制器包括中央处理单元、存储器和收发器，该收发器与加料器、挤压机和厚度传感器通信，其中该材料因子基于该材料的流变属性。该方法附加地包括：藉由中央处理单元确定来自厚度传感器的厚度数据和存储在存储器中的所需厚度值之间的差；藉由中央处理单元基于该厚度数据和所需厚度值之间的差来确定修正因子值；以及藉由控制器和驱动机构基于线速数据、加料器速度数据、材料因子值和修正因子值来调整线速。

该修正因子值可以是可变的。在该情形下，该方法还包括基于厚度数据和所需厚度值的后续比较来修改该修正因子值。该材料因子值可以是恒定的。

该护套可以由电绝缘材料形成，例如由聚合材料形成。该细长构件可以由导电线缆形成。

该方法可以附加地包括提供线速传感器的步骤和提供加料器速度传感器的步骤，该线速传感器与收发器通信并且构造成确定线速数据，并且或者该加料器速度传感器与收发器通信并且构造成确定加料器速度数据。

根据另一实施例，提供了一种用于在细长构件上形成护套的装置。该装置包括挤压机，该挤压机构造成施加材料以形成护套。该挤压机还包括加料器，该加料器以加料器速度运行以将材料供应到挤压机。该装置还包括驱动机构，该驱动机构构造成将细长构件以线速移动通过该挤压机以将材料施加到该细长构件，从而形成该护套。该护套具有一厚度。该装置还包括厚度传感器和控制器，该厚度传感器构造成确定施加到细长构件上的材料的厚度，该控制包括中央处理单元、存储器和收发器，该收发器与加料器、挤压机和厚度传感器通信，并且接收来自挤压机的加料器速度数据、来自驱动机构的线速数据和来自厚度传感器的厚度数据。该中央处理单元被编程成确定来自厚度传感器的厚度数据与储存在存储器中的所需厚度值之间的差，基于厚度数据和所需厚度值之间的差来确定修正因子的值，并且藉由驱动机构基于线速数据、加料器速度数据、材料因子值和修正因子值来调整该线速，该材料因子值存储在存储器中，是基于材料的流变属性的。

该修正因子值可以是可变的，并且在该情形下，该中央处理单元还被编程成基于厚度数据和所需厚度值的后续比较来修改该修正因子值。

该装置还可以包括线速传感器和加料器速度传感器，该线速传感器与收发器通信并且构造成确定线速数据，并且或者该加料器速度传感器与收发器通信并且构造成确定加料器速度数据。

附图说明

现参照附图通过示例来描述本发明，其中：

图1是根据本发明一个实施例的用于将护套形成在细长构件上的装置的示意图；

图2是根据另一实施例的操作一装置的方法的流程图，该装置构造成将护套形成在细长构件上；

图3是根据本发明另一实施例的图2方法的其它步骤的流程图，其用于在开机阶段期间操作该装置；以及

图4是根据本发明另一实施例的图2方法的其它步骤的流程图，其用于在关机阶段期间操作该装置。

具体实施方式

本文提出了一种构造成将诸如绝缘材料层的护套绕诸如电线缆的细长构件施加或挤压的装置。下文中，该装置将称为挤压机器。该挤压机器包括控制器，该控制器编程为使得该挤压机器施加恒定厚度的材料层，并且在该装置开机时期内，厚度变化最小，从而最小化在开机期间产生的废料数量。还提出了一种操作此类挤压机器的方法。

图1示出了挤压机器10的一非限制性实例。该挤压机器10包括挤压机12，该挤压机12构造成施加一材料以在细长构件上形成护套，在该实例中，该材料是绝缘聚合材料，且在在该实例中，该细长构件是电线缆14，从而在该线缆14上形成绝缘层。该线缆14可以由单根线制成，或者可以包括多根线。该挤压机12包括储有材料的料斗16。材料从该料斗中经由加料器18抽出，在该实例中该加料器18是螺旋加料器(未示出)。螺旋马达20转动螺旋加料器的速度决定了加料到该挤压机12的材料量。在料斗16中的材料由固体块组成，并且加料器18包括加热器(未示出)，该加热器将固体块熔化成液态。由该螺旋加料器引起的在加料器18中的压力也可以熔化该材料。挤压机12也包括模具22，液化材料由加料器18给送到该模具22中。线缆14从供线盘24拉出并且经过位于模具22中的孔口(未示出)，从而在线缆14外部上由该材料形成护套26或绝缘层26。该线缆14由驱动机构28移动通过该模具22。在该实例中，驱动机构28是线缆14所缠绕的主动轮，并且驱动机构28将线缆14以一线速拉动经过该模具22。线缆14经过该模具22的线速确定了涂敷该线缆14的护套26的厚度。然后将施加有护套28的该线缆14抽拉经过冷却槽30，以至少部分地硬化施加到该线缆14上的护套26的材料，从而形成位于该线缆14上的绝缘层26。然后将具有绝缘层26的线缆14绕收线盘32缠绕。用于挤压机器的挤压机和驱动机构的结构对本领域技术人员是众所周知的。

该挤压机器10还包括厚度传感器34，该厚度传感器34构造成确定施加到线缆14上的材料的厚度。厚度传感器34优选地使用非接触感测技术，例如使用X射线或者激光扫描来确定该材料厚度。该厚度传感器34可以紧邻于该模具22的下游，以测量所施加的材料的厚度，或者可以位于该冷却池的下游，以测量该材料的最终厚度。该挤压机器10可以包括位于模具22下游的不同点处的多个厚度传感器34。用于挤压机器的厚度传感器的结构和位置对本领域技术人员是众所周知的。

该挤压机器10还具有控制器36，该控制器36包括中央处理单元38，该中央处理单元38可以是微处理器、专用集成电路(ASIC)或者由离散的逻辑和定时电路构成(未示出)。为控制器36编程以控制挤压机器10的软件指令可以储存在非易失性(NV)存储装置40中。该NV存储装置40可以包含在该微处理器或专用集成电路中，或者它可以是独立装置。可使用的NV存储装置的类型的非限制示例包括电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、掩膜只读存储器(ROM)以及闪存存储器。该控制器36还可以包括诸如控制器区域网(CAN)收发器的收发器42，以建立与加料器18、挤压机12和厚度传感器34的电通信。

该挤压机器10还包括线速传感器(未示出)和加料器速度传感器(未示出)。该线速传感器构造成确定线速数据并且与收发器42通信。该线速传感器可以优选地包含在驱动马达44中，该驱动马达44转动驱动机构28的主动轮。该加料器速度传感器构造成确定加料器速度数据并且也与收发器42通信。该加料器速度传感器优选地包含在该螺旋马达20中。该收发器42构造成接收来自加料器速度传感器的加速度数据、来自线速传感器的线速数据以及来自厚度传感器34的厚度数据。用于挤压机器的加料器速度传感器和线速传感器的结构和操作对本领域技术人员是众所周知的。

该控制器的存储器40包含这样的指令：即，当执行该指令时，使中央处理单元38确定来自厚度传感器34的厚度数据与储存在存储器40中的所需厚度值之间的差，基于厚度数据和所需厚度值之间的差异确定修正因子的值，并且通过驱动机构28基于线速数据、加料器速度数据、修正因子值以及材料因子值来调整该线速。该材料因子值基于该材料的流变属性，并且储存在该存储器40中。

所需要的线速由以下公式确定：Ls＝Cf×Mf×Ss，其中，Ls是所需的线速，Fs是加料器速度，Mf是材料因子值，并且Cf是修正因子值。该材料因子的值基于单位长度的产品所需要的材料体积来确定。该材料因子取决于该材料和挤压机12的流变属性，其包括材料温度和粘度、加料器几何形状和速度以及模具的流动特性。该材料因子的值也可以根据经验确定。该材料因子的值通常是恒定的，但是可能会由于材料粘度、材料温度等的变化而变化。可以通过对比实际线速数据和所需的线速数据，并且调整修正因子的值，使得实际线速和所需的线速之间的差为0，而确定、即计算修正因子的值。该修正因子在各处理条件上有微小不同，例如一个材料批次和另一材料批次在材料属性上不同、进给丝杠磨损不同以及收缩补偿不同。该修正因子的值保持在预定范围内。在优选实施例中，该范围是1±0.5。如果修正因子的值脱离该预定范围，则可能表示，例如材料粘度或加料器丝杠的过度磨损等加工参数已经改变。

图2示出了操作装置10的方法100的非限定性实施例，该装置10例如是挤压机器10，其构造成在细长构件上形成护套26，护套26例如是绝缘层26，细长构件例如是线缆14。该方法100包括下列步骤：

步骤102：提供挤压机、驱动机构、厚度传感器和控制器，该步骤包括提供挤压机12，该挤压机12构造成将材料施加到线缆14(或细长构件)上以形成绝缘层26(或护套26)。该材料由电绝缘材料形成，优选地由聚合材料形成。该细长构件由导电材料形成，诸如以线缆14形式形成。该挤压机12还包括加料器18，该加料器18以加料器速度运行并且构造成将材料提供到挤压机12。步骤102还包括提供驱动机构28，该驱动机构28构造成将线缆14以线速穿过挤压机12中的模具22，以将该材料施加到线缆14上，从而形成绝缘层26。该绝缘层26具有一厚度。步骤102还包括提供构造成确定绝缘层26的厚度的厚度传感器34，以及提供控制器36，该控制器36包括中央处理单元38、存储器40和收发器42，收发器42与加料器18、挤压机12和厚度传感器34通信。

步骤104，提供线速传感器，该步骤104是可选步骤，包括提供与收发器42通信并且构造成确定实际线速数据的线速传感器。

步骤106，提供加料器速度传感器，该步骤106是可选步骤，包括提供与收发器42通信并且构造成确定实际加料器速度数据的加料器速度传感器。

步骤108，将材料因子值存储在控制器的存储器中，该步骤包括将材料因子值存储在存储器40中。该材料因子值基于该材料的流变属性。根据该方法100的优选实施例，该材料因子值是恒定的。在可替换实施例中，根据材料粘度的变化，该材料因子可以是变量。

步骤110，确定来自厚度传感器的厚度数据与存储在存储器中的所需厚度值之间的差，该步骤包括通过中央处理单元38确定来自厚度传感器34的厚度数据与存储在存储器40中的所需厚度值之间的差。

步骤112，基于该厚度数据和所需厚度值之间的差来确定修正因子值，包括通过中央处理单元38、基于该厚度数据和所需厚度值之间的差来确定修正因子值。

步骤114，通过控制器和驱动机构基于线速数据、加料器速度数据、材料因子值和修正因子值来调整该线速，该步骤包括通过控制器36和驱动机构28基于实际线速数据、加料器速度数据、材料因子值和修正因子值来调整所需的线速。在方法100的优选实施例中，在执行该方法100期间，该修正因子值在1±0.5的范围内。当修正因子值不在1±0.5的范围内时，可以表示过度的加料器磨损。

步骤116，基于厚度数据和所需厚度值之间的后续比较来修改该修正因子值，该步骤包括在方法100进行时基于新厚度数据和存储在存储器40中的所需厚度值之间的后续比较来修改该修正因子值，其中，该修正因子值是可变的。

图3示出了在开机阶段中该方法100的其它可选步骤，该开机阶段包括加料器速度和线速增加时间段，即，在初始打开该装置的时刻与当加料器速度和线速处于所需值的在后时刻之间的时间段。后续步骤118-128如果执行，则发生在步骤108之后。

步骤118，启动挤压机的加料器和驱动机构，该步骤包括从停机状态启动加料器18和驱动机构28。

步骤120，将所需加料器速度设定为默认值，该步骤包括通过控制器36和加料器将加料器速度调整到默认启动加料器速度，该默认启动加料器速度存储在存储器40中。

步骤122，通过控制器和驱动机构基于加料器速度数据和材料因子值来调整该线速，该步骤包括通过控制器36和驱动机构28，基于加料器速度数据和材料因子值，来调整所需线速。在该启动阶段，所需的线速不是基于实际线速数据或修正因子。

步骤124，启动增速计时器，该步骤包括通过中央处理单元38来启动增速计时器，该计时器为进行的启动阶段计时。

步骤126，基于目标加料器速度和流逝的增速计时器时间来确定所需的加料器速度，该步骤包括基于目标加料器速度、流逝的增速计时器时间以及用于增速阶段(增速时间段)的总时间来确定所需的加料器速度，在稳定状态运行期间该加料器以该目标加料器速度进行运行。所需要的加料器速度可以由以下公式确定：DFs＝TFs×(Et/RUt)，其中，DFs是所需的加料器速度，TFs是目标加料器速度，Et是流逝的增速计时器时间，并且RUt是增速时间段。步骤126在步骤124之后。

步骤128，确定流逝的增速计时器时间是否超过预定阈值，该步骤包括确定流逝的增速计时器时间是否超过预定阈值，该预定阈值等于增速时间段。如果流逝的增速计时器时间没有超过增速时间段，则该方法返回到步骤124。如果流逝的增速计时器时间超过增速时间段，则该方法继续到步骤110。

图4示出了在关机阶段该方法100的其它可选步骤，该关机阶段包括在当加料器速度和线速处于所需值时的时刻和当该装置停止运行时的在后时刻之间的时间段。该启动阶段和关机阶段可以统称为过渡阶段。后续步骤130-134如果执行，则发生在步骤114之后。

步骤130，启动减速计时器，该步骤包括通过中央处理单元38来启动减速计时器，该计时器为进行的关机阶段计时。

步骤132，基于目标加料器速度和流逝的减速计时器时间来确定所需的加料器速度，该步骤包括基于目标加料器速度、流逝的减速计时器时间以及用于减速阶段(减速时间段)的总时间来确定所需的加料器速度，在稳定状态运行期间该加料器以该目标加料器速度进行运行。所需要的加料器速度可以由以下公式确定：DFs＝TFs×(RDt-Et/RDt)，其中，DFs是所需的加料器速度，TFs是目标加料器速度，Et是流逝的减速计时器时间，并且RDt是减速时间段。步骤132在步骤130之后。

步骤134，确定流逝的减速计时器时间是否超过预定阈值，该步骤包括确定流逝的减速计时器时间是否超过预定阈值，该预定阈值等于减速时间段。如果流逝的减速计时器时间没有超过减速时间段，则该方法返回到步骤130。如果流逝的减速计时器时间超过减速时间段，则该方法结束。

由此，提供了用于在细长构件上形成护套的装置10和构造成在细长构件上形成护套的装置10的操作方法100。该装置10和方法100提供了这样的益处：大幅减少了在挤压机器10的开机阶段和稳定状态运行期间绝缘层厚度不合规格的绝缘线缆(废线缆)，由此减少了废线缆的产量。本发明人已注意到，在开机阶段，在实施包含本发明的挤压机器后，废线缆从在实施本发明之前的大约50米减少为大约5米。该装置和方法100还提供了有价值的过程监控反馈。当材料因子设置为正确值时，该修正因子保持在预定范围内，典型地，非常接近一。修正因子值与预定范围之间的差表示，该过程不符合规格，此可能是例如由于材料粘度变化或机械加料螺旋磨损引起的。

虽然已根据其较佳实施例描述了本发明，但不意味着作出如此限制，而是只限于以下权利要求中阐述的程度。本文提出的优选实施例示出了构造成将绝缘涂层施加到线缆14上的挤压机12。然而，可以设想本发明的其它实施例，其中该挤压机将材料施加到具有不同于线缆的形状的细长体上。例如，可以将保护或装饰塑料涂层时间到梁或者薄板上。此外，术语“第一”、“第二”等的使用不代表任何重要性的顺序，而是术语“第一”、“第二”等用于将元件彼此区分开。另外，术语“一种”、“一个”等的使用不代表数量的限制，而是表示至少存在一个该指代物件。

Claims (5)

1.一种用于在细长构件上形成护套的装置，包括：

挤压机，所述挤压机构造成施加材料以形成护套，所述挤压机还包括加料器，所述加料器以加料器速度运行以将所述材料供应到所述挤压机；

驱动机构，所述驱动机构构造成将所述细长构件以线速移动通过所述挤压机以将所述材料施加到所述细长构件，从而形成所述护套，其中，所述护套具有一厚度；

厚度传感器，所述厚度传感器构造成确定施加到所述细长构件上的所述材料的厚度；和

控制器，控制器包括中央处理单元、存储器和收发器，所述收发器与所述加料器、所述驱动机构和所述厚度传感器通信，并且接收来自所述挤压机的加料器速度数据、来自所述驱动机构的线速数据以及来自所述厚度传感器的厚度数据，其中在所述加料器速度的增速时间段RUt期间，在所述中央处理单元被编程成：

基于目标加料器速度TFs和流逝的增速计时器时间Et来确定所需的加料器速度DFs，在稳定状态运行期间该加料器以该目标加料器速度进行运行，其中所需的加料器速度是由公式DFs＝TFs×(Et/RUt)确定；

确定流逝的增速计时器时间是否超过预定阈值，所述预定阈值等于所述增速时间段；以及

通过驱动机构基于以下因素调整线速，所述因素包括加料器速度数据和材料因子值，所述材料因子值存储在所述存储器中，是基于材料的流变属性的。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述护套由电绝缘材料形成。

3.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述材料为聚合材料。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述细长构件由导电线缆形成。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括加料器速度传感器，所述加料器速度传感器与所述收发器通信并且构造成确定所述加料器速度数据。