CN107127951A - 挤出机、塑料成型设备或组合设备及操作这种设备的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种挤出机、塑料成型设备和用于操作这种设备的方法。特别地，本发明涉及一种双螺杆挤出机，即，具有双筒体和布置于双筒体中的双螺杆的挤出机，特别涉及一种用于制造膜的设备，并涉及一种用于操作这种用来制造膜的设备的方法。在现有技术中，已知有用来监控挤出机上的磨损的不同的方法。已经讨论了多种测量方法和测量值。本发明公开了可通过弯矩计算和频率计算(特别是弯矩的频率计算)能够测试磨损甚至以原来未知的质量预测磨损。

Description

挤出机、塑料成型设备或组合设备及操作这种设备的方法

技术领域

本发明涉及一种挤出机、塑料成型设备或复合设备，并且涉及一种用于操作这种设备的方法。

特别地，本发明涉及一种双螺杆挤出机，即，具有筒体(更精确地，是双筒体)的挤出机，并涉及一种布置于其中的双螺杆，特别是涉及一种用于制造膜的设备，特别是吹塑膜设备或平膜设备，并且，涉及一种用于操作这种用于制造膜的设备的方法。

背景技术

EP 1 507 182 A1公开了一种用于识别挤出设备中的磨损的方法。为此目的，从相关的机器数据的列表中确定参考点，即，输送性能、输送速率、质量产量、挤出机速度、挤出机扭矩、熔化压力和筒体温度曲线。在挤出机的操作过程中，将目前测量的值的数据与参考点进行比较。当预定的偏移量被确定时，该公开就已经发现了过度的磨损。

DE 10 2007 021 037 B4也公开了一种用于识别挤出设备中的磨损的方法。作为以上描述的且由相同申请人公开的方法的改进，介绍了一种能够自动识别并提早且连续地发出螺杆和筒体的磨损状态的信号的方法。作为用于此目的的参数，提到了操作时间和制热及制冷能力的脉冲占空因数。

DE 10 2011 103 810 A1公开了一种带有磨损测量传感器的塑化单元，磨损测量传感器连续测量螺杆和筒体之间的距离，并根据这些值计算磨损。

从本申请人的FR 2.148.970、US 4,604,251、US 2002/0083761 A1、DE 44 45 352C1中或者DE 100 48 826 A1中可得知其他用于挤出机的系统，最后一篇文献仅提出了一种用于其他类型的应用的传感器系统。

发明内容

本发明的目的是对现有技术进行改进或替代。

在本发明的第一方面中，通过一种挤出机来解决此任务，挤出机具有筒体和布置于筒体中的螺杆，特别是双筒体和布置于其中的双螺杆，并且，挤出机具有用于螺杆的驱动机构，该用于螺杆的驱动机构具有耦接器，并且，挤出机(特别是耦接器)具有用于测量力矩载荷并用于从所记录(测量)的力矩载荷产生电子数据的传感器，该力矩载荷由扭矩和/或弯矩组成；提供与用于驱动机构的驱动器操作连接的控制器，传感器与控制器数据连接，控制器适于评估与所记录(测量)的力矩载荷相关的数据，并且，如果超过在控制器中设置的阈值则触发保护动作，该评估包含弯矩计算。

关于术语，给出以下解释：

发明人进行的原型试验已经发生在双螺杆挤出机上。在这些试验中，测得的值已经表明与磨损的相关性。关于发明人所假设的基本物理机制，必须继续进行这样的假设：这里介绍的本发明也适用于其他多螺杆挤出机。

一般说来，应注意，在本专利申请的框架内，不定冠词和诸如“一”、“二”等的数字应理解为最小值，即，理解为“至少一个…”、“至少两个…”，等等，除非上下文对本领域技术人员暗示不是这样，或者，除非明确提到目的是“精确地一个…”、“精确地两个…”，等等。

本领域技术人员知道如何使特征适应于不同的数值；即，他知道单螺杆挤出机具有一个真实的筒体表面区域，但是双螺杆挤出机没有两个完整的筒体，而是有两个互相连接的局部筒体表面区域。

“驱动机构”应理解为是挤出机的由马达(特别是电动机)驱动的一部分。特别地，驱动机构可以是一个轴或多个带有齿轮的轴。

马达本身可以是驱动机构的一部分，但是并非必须是驱动机构的一部分。

在齿轮和马达之间的驱动机构中设置“耦接器”，以防止由瞬时过载导致的损坏挤出机。因此，例如，可提供保险摩擦离合器，可理想地调节其灵敏度，即，可改变导致滑动的力矩的量。例如由于过低的熔融体的温度的原因，如果螺杆处的转动阻力过高，那么保险摩擦离合器会开始滑动，防止驱动机构扭矩过载，例如，防止螺杆或对应齿轮扭矩过载。

自然地，无法简单翻转的耦接器也是可能的，例如，通过剪力保险销或其他保险耦接器连接的轴会受到破坏，该轴需要人工干预来恢复操作模式。

“传感器”可以是各种类型的商业传感器。通常，当使用更好的传感器时，测量结果将更好。然而，对于非常便宜的传感器，例如丝应变计，也可实现本发明，因为基本任务是识别正确的机械参数，并且为了挤出机的操作，特别是评估其磨损测量结果和预测。

根据发明人所进行的原型试验，可将传感器在各种位置附接至挤出机，但是特别是在螺杆和齿轮之间的耦接器处，或者直接在螺杆上，或者直接在齿轮轴上。

传感器将适合于测量螺杆处或通向螺杆的耦接器处或驱动机构处的力矩(扭矩或弯矩)载荷；如果需要的话，也可测量挤出机的其他位置处的力矩载荷。

特别地，传感器将适合于测量弯矩。

用于测量弯矩的传感器通常将不会这样确定弯矩，而是将测量部件沿着旋转轴线或平行于旋转轴线的机械伸长或缩短。传感器本身可适于产生对应于测量值的电子数据并传递该电子数据，或者，其可以是简单的传感器，然而，优选地用电的方式从该传感器取回数据，随后从所取回的数据产生电子数据。例如，确定丝应变计的电阻并从其计算电子数据是很好的做法。

应指出的是，也可使用其他测量方法。传感器还可使用尚未到来的测量方法。

“控制器”通常将配备中央处理器(CPU)，以能够独立地执行计算步骤，也能够运行计算机程序。优选地，控制器具有用于此目的的存储器，可将计算机程序储存在该存储器中。

控制器可以是内部硬件的一部分，或者控制器可以是软件解决方案。软件解决方案与位置无关。

独立地，控制器优选地具有存储器，存储器本身充满数据，和/或可从存储器读出数据。

控制器的信号输出(例如，通过或不通过缆线的开关电源输出)，将操作地连接到用于驱动机构的驱动器。此连接可以是直接的或间接的。例如，可想到控制器能够直接通过开环或闭环控制来控制驱动器；替代地或附加地，可设想控制器能够作用于挤出机处的一个或多个耦接器，用来断开和闭合耦接器，或者，例如以调节耦接器的灵敏度。

在本上下文中，用于纯电子效应的连接(例如，显示器)理解为操作地与用于驱动机构的驱动器连接。

传感器将与控制器数据连接。换句话说，控制器必须能够记录来自传感器的数据，以能够进一步处理该数据。

为了操作安全的原因，缆线连接方式对于数据连接来说是优选的。也可想到无线连接方式，例如，无线电网络或光学数据传输。

将由控制器触发的“保护作用”，可以是机械性质的或非机械性质的。例如，控制器可直接干预挤出机上的力矩加载，并可例如关闭驱动器或使驱动器更缓慢地运行；和/或控制器可作用于耦接器；例如，控制器可断开耦接器或调节其灵敏度；和/或保护作用可包括例如经由设备的警报灯和/或听觉信号，和/或经由与不同位置(例如与设备管理)的数据连接；或者，经由与挤出机的制造商、供应商或服务公司的互联网连接或不同的数据网络连接，在设备的显示器上传输消息。

本发明的第一方面使控制器能够评估电子数据。为此，在可能的处理中，至少将执行“弯矩计算”。

弯矩计算可主要包括弯矩运算，即，根据计算的最终值运算弯矩；或者，可执行额外的计算，其中，将弯矩仅用作计算的中间值。

也可使用可直接转换成弯矩的值，例如，轴向伸长或与轴线平行的伸长，或具有至少一个与挤出机的轴线平行的分量的伸长，因为可通过三角函数将此伸长转换成轴向伸长，接着可将该轴向伸长转换成弯矩载荷。

发明人所进行的一系列试验和数据评估已经提供了这样的结果：实际上，在弯矩和挤出机的螺杆和/或筒体的磨损之间存在相关性。在发明人的意见中，弯矩的计算方法是创新的，因为现有技术中所有用来支持此观点的测量值都已经证明了不适合于预测本发明人所进行的原型试验中的磨损。

其他所测变量基本上也适合于评估螺杆的磨损状态。然而，这些变量受到挤出机的当前操作状态的影响，使得取决于工作点的测量信号的补偿将是必需的，以确定由于磨损而产生的信号分量。

在本发明的一个优选实施例中，这样设置挤出机，使得控制器计算弯矩的平均偏移量。

挤出机中的螺杆在操作过程中旋转。例如在螺杆或螺杆的耦接器(其中，该耦接器也可以是专用测量耦接器)上传递力矩的驱动器的位置上的弯矩载荷，由此会受到循环动作。特别地，例如可通过丝应变计将旋转部件的表面上的弯矩确定为例如局部伸长，在机械工程中通常将其称为伸长ε(艾普西隆)。

如果用图画出弯矩的循环测量值随时间的变化，那么这会产生一条围绕平均值振荡的周期性曲线。此值在下面将叫做“偏移量(offset，偏差)”。

原型试验已经表明，此偏移量基本上随着挤出机中的磨损的增加而改变。在对双螺杆挤出机中的两个螺杆中的一个的试验中，该偏移量已经从大约-200Nm改变至大约-100Nm。

在磨损的状态和未磨损的状态之间的比较中，围绕该偏移量的振荡的振幅也改变。然而，发明人已经在该偏移量中识别了更强的特征变化。

有趣的是，扭矩至少大约保持相同。相关特征值的变化取决于已经处理的原材料。

当然，并非必须是必须测量或计算然后比较的算术平均值。关键的是，对周期性曲线使用特征值。例如，也可使用每个循环的局部最大值或局部最小值，或不同的值，例如中位数。

换句话说，根据发明人所进行的此有利的观察，决定性重要的是，在挤出机受到磨损的同时，弯矩的周期性曲线的振幅会改变，特别是偏移量(或者一般地是位置)会改变。

已经指出的是，计算弯矩的振幅也会是有利的，即，在弯矩中产生的曲线的振幅。

根据本发明的第二方面，通过一种挤出机来实现目标目的，挤出机具有筒体和布置于其中的螺杆，特别是具有双筒体和布置于其中的双螺杆，并通过用于螺杆的驱动机构来实现目标目的，驱动机构具有与螺杆连接的耦接器，并且，挤出机(特别是耦接器)具有用于测量由扭矩和/或弯矩组成的力矩载荷并用于从所记录的力矩载荷产生电子数据的传感器，提供与用于驱动机构的驱动器操作连接的控制器，传感器与控制器数据连接，控制器适于评估与所记录的力矩载荷相关的数据，并且，如果超过在控制器中设置的阈值则触发保护动作；评估包括频率计算，特别是弯矩频率计算。

发明人所进行的原型试验已经表明，频率计算也可提供与磨损相关的有价值的数据。特别地，这涉及弯矩的频率。确定频谱会是非常有用的。

与频率计算一起评估曲线的振幅也是有用的。

具体地，可想到的是对不同的频率执行多种振幅运算，例如，对于基频和对于多个谐波基频，或对于几个基频及其多个谐波。

一般来说，应指出，无论何时提到“频率”，旨在也公开“频谱”。

“在控制器中设置的阈值”可以是，例如，由挤出机制造商固定编程的预定义值。然而，其也可以是可经由数据网络改变或通过由挤出机制造商授权的服务技术员改变的变量值；或者，可由机器的用户设置该值，例如，以在实际生产中尽可能接近理论容量，例如，以保持更大的安全距离，从而将挤出机的磨损尽可能地减到最小。

如果达到或超过例如弯矩和/或扭矩的阈值，那么将触发保护动作。保护动作可主要是使驱动机构制动或停止；即，此变化将影响驱动器。另一种可能性是机械可逆地或机械不可逆地断开耦接器，使得人工干预是重启挤出机所必需的。

只要涉及到挤出机的结构，挤出机在驱动机构和螺杆(特别是保险摩擦离合器和用于测量的耦接器)之间具有第一耦接器和第二耦接器便是优选的，两个耦接器优选地布置在齿轮的两侧上，特别地，保险摩擦离合器在齿轮的驱动机构侧上，测量耦接器在齿轮的螺杆侧上。

已经证明了保险摩擦离合器可防止挤出机受到过度的力矩载荷。保险摩擦离合器通常布置在齿轮的驱动机构侧上。

另外，如果提供用于测量的耦接器，那么可能获得可与较大程度相比且可重现至较大程度的测量结果。特别地，出现在齿轮中的频率不会非常强烈地影响测量。齿轮和螺杆之间的耦接器基本上承载了螺杆的力矩载荷。

甚至是对于更换螺杆来说，也不需要断开齿轮。可这样包含齿轮和螺杆之间的耦接器处或其内部的测量点，使得当更换螺杆时不用必须损坏这些测量点。

基于弯矩评估的想法，用于测量的耦接器必须总是附接在螺杆和齿轮的从动轴之间，以尽可能地接近螺杆轴。

保护作用也可以是磨损警告的输出，没有机械作用。

这种磨损警告可以是，例如位于挤出机局部的输出，例如，通过光学或听觉信号来表现的输出。也可用显示器来输出磨损警告。

优选地，控制器通过合适的设计来请求磨损警告的确认，然而，可保持产生磨损警告。

最重要的是，授权是确认磨损警告所必需的。这可通过例如仅授权有限的一圈该设备的技术经理确认磨损警告来进行。授权可以各种本领域已知的方式出现。

替代地，或者除了挤出机处的局部磨损警告以外，可经由数据网络传递磨损警告，优选地传递至设备管理者和/或传递至挤出机制造商。

提出了提供多个不同的阈值，控制器适于对其分配不同的保护作用。

不同的阈值可能意味着，相对于相同的参数，例如，扭矩或弯矩，对不同水平的保护作用增加定义多个不同的值，和/或可评估不同的参数，例如早期的第一次警告(其从弯矩计算得出，与即将发生的磨损相关)和额外的紧急警告(参考螺杆的当前扭矩，当达到阈值时，其立即关闭挤出机)。

在发明人所执行的原型试验中，用于传感器的丝应变计已经被证明是非常成功的。

丝应变计在商业上可以多种方式获得。丝应变计总是可获得的且可以低成本得到。丝应变计也可非常精确地起作用。从阻力变化开始，会导致位于粘合丝应变计下方的路径的长度的变化(例如，在螺杆和/或耦接器的情况中)的精度增加。

另外，丝应变计仅占据非常少的空间，使得其也可轻松地附接在通向筒体的凸缘内，例如，在布置于那里的耦接器处。

由于丝应变计的低成本的原因，丝应变计也可简单地重复布置，例如，对于相同的值布置两个或更多个丝应变计。

传感器还可设置有光学系统，特别是激光和光束记录。

通过激光器，可进行特别精确且无接触的测量，例如螺杆绕组的测量。

当提供磁性或感应传感器时，可轻松地获得与螺杆相关的额外信息。特别地，可轻松地识别螺杆在旋转过程中的不平衡。

建议控制器与可在外部更新的数据库具有数据连接。

数据库可在挤出机本地唯一分配给控制器，或者，其可以是多个均为本地的挤出机所使用的数据库，例如，工厂中的挤出机；或者，其可以是全公司的数据库或具有不同法律架构的数据库，其也可在数据网络中例如经由互联网访问。

因此，可想到的是，挤出机的制造商在数据库中有规律地储存目前可用的挤出机和螺杆，或者甚至以前使用过的、不再可用的挤出机和螺杆，在数据库中，机器可检索具体适合于其的数据。这可在检索过程中进行，或者，可由数据库对机器赋予推动信号。

如果在具体挤出机型号的操作时间内获得更精确的或新的与磨损相关的信息，那么此信息可由用户连续地更新，特别是由挤出机制造商连续地更新。

关于磨损的预测也应能够访问至少一个待处理材料的参数。

本发明的一个优选实施例设想控制器具有用于记录手动输入的、与螺杆和/或筒体相关的几何量测量和/或光学值的输入接口。

例如，必须记住，即使是对于先进的电子监控，也必须定期地在物理上维护挤出机。为此目的，移除螺杆。例如，可清洗或测量螺杆和筒体。

通过筒体和/或螺杆的实际测量值，可调节磨损的预测值。例如，这导致机器主要的生产条件的质量上改进的预测，例如环境温度、空气质量、碳颗粒或填料的质量、操作精度，等等。

为了尽可能排除操作者误差，如果挤出机适于记录测量值，那么这是一个优点。例如，可在挤出机上设置照相机或测量单元，通过照相机或测量单元，可用光学方式自动记录或以其他方式自动测量筒体和螺杆，或者，可由维修人员对筒体和螺杆拍照。从所记录的数据中，控制器可直接确定磨损的实际值，例如，螺杆直径的磨损。即使是对于未受训练的人员，由此也可以客观理想的方式使预测值适应于对局部磨损的观察。

控制器优选地具有用于计算阈值或不同阈值或参数的调节算法，或者用手动输入的值或已经用光学方式或其他方式自动记录的值适应(各种)阈值的调节算法。

应理解的是，当使用如上所述的挤出机(以及喷嘴单元，优选地是缠绕单元)时，以及在直接挤出或混合设备中使用时，上述挤出机的优点也直接适用于塑料成型设备，特别是用于制造膜的设备，特别是吹塑膜设备或平膜生产线，或者是用于生产绒头织物或单丝的设备。

这种设备也可具有多个挤出机。并不是所有挤出机都必须体现为如上所述的形式。然而，包含越多的如上所述的挤出机，其对于设备来说就越好。

在本发明的第三方面中，为了确定的目标，提供了一种用于操作如上所述的、具有如上所述的挤出机的设备的方法，该方法包括以下步骤：

(a)通过传感器测量挤出机中的力矩和/或弯矩；

(b)将与所记录的力矩载荷相关的数据传递至控制器；

(c)通过控制器评估数据，评估包括频率计算，特别是弯矩频率计算和/或弯矩计算。

关于本发明的第一和第二方面，上面已经说明了可通过这种方法实现的优点。

在计算中，将数据优选地按类别(class)分组。

这意味着，在具体值中出现的频率不仅通过精确的值来确定，而且将预定义类别限制内的几个类似的值分配给一个类别，好像是已经测量了相同的值一样。

例如，可在弯矩中测量大约50Nm的振幅。然后，可通过对基值增加特定值加/减5Nm的振幅，来执行示例性的分类，使得例如对大约15Nm的类别增加从＞10.0到20.0Nm的所有测量值。

如果智能地选择类别，那么操作人员将更好理解测量值的处理。

已经提到过，可以监控振幅，特别是弯矩的振幅。在原型试验中，大约5Hz到6Hz的类别已经被证明是特别重要的。

当执行频率计算时，将至少0.2Hz(特别是至少0.5Hz或至少1Hz)的频带宽度的数据分组到一个类别中看起来是有意义的；在弯矩计算方面，将至少5Nm(特别是至少10Nm)的弯矩带宽的数据分组到一个类别中看起来是有用的。

从0Hz到1Hz的值的范围对应于统计偏移量。

对于弯矩的偏移量，可以类似的方式执行相同的处理。

为了能够确定并进一步预测挤出机的磨损，提出为了改变(特别是为了减小)而特别监控弯矩的偏移量。

替代地或附加地，为了改变(特别是为了减小)而监控弯矩的振幅。

一种用于增加挤出机的使用寿命的有用的措施可以是设定耦接器，特别是设定保险摩擦离合器，使得对于日益增加的磨损可更简单地将其触发。

附图说明

在下面，将参考附图，通过发明人执行的试验方案来向本领域的技术人员更详细地说明本发明。

图1示意性地示出了双螺杆挤出机1的系统描述；

图2允许更好地看到布置在齿轮4和螺杆轴7、8之间的测量耦接器。将(通过示例识别的)丝应变计附接至测量耦接器3。

图3：磨损(右侧)捏合块和新的(左侧)捏合块

图4：磨损(右侧)输送元件和新的(左侧)输送元件

图5至图46从原型试验获取的，其中，以下示出了：

图5：原型中左扭矩的振幅

图6：原型中右扭矩的振幅

图7：原型中左扭矩的偏移量

图8：原型中右扭矩的偏移量

图9：原型中左弯矩的振幅

图10：原型中右弯矩的振幅

图11：原型中左弯矩的偏移量

图12：原型中右弯矩的偏移量

图13：平均扭矩、原型的单位产量的变化

图14：扭矩的振幅、原型的单位产量的变化

图15：扭矩的振幅、原型的螺杆梢处的压力变化

图16：扭矩的振幅、原型的绝对产量的变化

图17：弯矩的平均值、原型的绝对产量的变化

图18：右弯矩的频谱

图19：左弯矩的频谱

图20：试验点的扭矩

图21：单位产量的变化

图22：筒体温度的变化

图23：绝对产量的变化

图24：试验点的扭矩

图25：单位产量的变化

图26：400kg/h下的螺杆插装座1、2和3的扭矩的振幅

图27：400kg/h下的螺杆插装座1、2和3的扭矩的平均值

图28：400kg/h下的螺杆插装座1、2和3的弯矩的振幅

图29：400kg/h下的螺杆插装座1、2和3的弯矩的平均值

图30：振幅扭矩、绝对产量的变化

图31：平均扭矩、绝对产量的变化

图32：振幅弯矩、绝对产量的变化

图33：平均弯矩、绝对产量的变化

图34：左螺杆扭矩(频率范围)

图35：左弯矩(频率范围)

图36：(一段时间范围内的)左扭矩和弯矩

图37：试验点上的弯矩的振幅、右弯矩

图38：对应的左弯矩

图39：试验点上的弯矩的偏移量、右弯矩

图40：对应的左弯矩

图41：对于单位产量的变化来说的弯矩、弯矩的振幅

图42：弯矩的对应平均值

图43：对于螺杆梢处的压力变化来说的扭矩、振幅弯矩

图44：弯矩的对应平均值

图45：对于绝对产量的变化来说的弯矩、弯矩的振幅

图46：弯矩的对应平均值

具体实施方式

图1示意性地示出了双螺杆挤出机1的系统描述，该双螺杆挤出机具有双螺杆2，该双螺杆通过测量耦接器3、齿轮4以及保险摩擦离合器5连接至具有马达的驱动机构。

图2允许布置在齿轮4和螺杆轴7、8之间的测量耦接器更好的识别。丝应变计(通过实例的方式示出)附接至测量耦接器3。

同时，布置在定子天线11正上方的转子天线10与螺杆轴7、8一起旋转。

通过附接至测量耦接器3的丝应变计9来进行扭矩测量和弯矩测量。在螺杆轴7、8弯曲或扭转的情况下，丝应变计9的欧姆电阻改变。通过全桥(full bridge)，由电阻的变化产生电压的测量，该电压分别与扭矩或弯矩成比例。然后，由信号放大器放大测量电压，并由数模转换器将测量电压转换成位序列。来自测量耦接器3的数字化的传感器值则经由转子天线10而无线传输至定子天线11。

然后，数据从定子天线11经由缆线传输至评估单元(未在这里示出)。模拟输出信号经由数模转换器再次被输出，该模拟输出信号可经由模数转换器传输至PC，或者，这里使用的测量系统可直接读取并处理数据。

所使用的测量系统是由德国78549施派兴根的马内申奥特莱曼特瑞股份有限公司(Manner Sensortelemetrie GmbH)生产的系统。

原型试验的方案摘录

检测新的捏合块12和使用过的捏合块13的反应的试验；以及检测新的输送元件14和磨损输送元件15的试验。

所使用的传感器技术使得可能获得对螺杆的当前载荷状态的理解。为了检查磨损，任务是发现所使用的传感器技术是否也适合于检测螺杆磨损。

为此目的，将记录新值螺杆的扭矩和弯矩信号，使得该信号随后可用作参考信号。在随后的测量中，将模拟各段上的一开始相对较强的磨损。为此目的，如经验已经表明的，以机械的方式重做各个定期受到更大磨损的段。将所使用的捏合块和螺杆段的直径减少大约10mm，以表现出较强的磨损状态(见图3和图4)。

随后，将和参考测量中一样测量相同的试验点，以确保结果的可比性。然后，测量值的比较结果将指示是否可能通过改变测量值而发出螺杆磨损的信号。

试验过程

对于参考测量和后续试验来说，都将PP-MF1-3用作原材料。

设置这样的试验过程，其中，改变绝对产量(absolute throughput)并改变单位产量(specific throughput)和螺杆梢(screw tip)上的压力(见表1)。因此，可将由于机器参数的变化而产生的测量值的改变与由磨损引起的可能的改变直接进行比较。

为了便于任何后续的统计试验分析，将对于400kg/h的绝对产量、2.7kg*min/h的单位产量和60巴的压力来说的试验点，定义为中心点(表的第一行)。从此试验点开始，将均改变绝对产量、单位产量和螺杆梢处的压力(第3和第4行中的单位产量；第5和第6行中的压力以及第7和第8行中的绝对产量)。表1中列出了用于检查磨损的试验点。而且，在在一个试验点重复测量的情况中，为了检查变化，对于和第一个试验点相同的参数来说，测量第二试验点。

表1：用于检查磨损的试验计划

AD：绝对产量

SD：单位产量

P：压力

T：温度

D：转速

首先，使每个试验点在一段时间内稳定。然后，通过甘特(Ganter)测量系统在5分钟的时间内记录扭矩和弯矩。通过具有500Hz的低通截止频率的测量系统对测量值进行低通滤波，并通过5000Hz的扫描频率进行扫描。因此，扫描速度比在信号中出现的最大频率至少高10倍，以尽可能地防止重叠。

重叠误差(aliasing error)是由在信号内出现高于尼奎斯特频率(Nyquistfrequency)(扫描频率的一半)的频率而导致的误差。其导致原始信号在扫描之后失真。所选择的扫描速度越高，重构的数字化信号的精度越高。然而，这也与更大的计算能力和更大量的数据相关。

首先通过快速傅里叶转换(FFT；快速傅里叶转换是在计算时间方面优化的离散傅里叶转换的变型)将一系列试验的测量结果转换成频率范围。在频谱中，则评估在信号内出现的频率、扭矩和弯矩振荡的对应振幅和偏移量。为了执行快速傅里叶转换，写入Scilab程序代码。使FFT的振幅规范化，使得可直接从频谱中读取各个振荡分量的振幅。而且，将测量值与汉宁窗函数(Hanning window function)相乘。可直接从模拟程序的变量浏览器读出振荡的偏移量和基频的振幅，并且，不用必须在时间范围内努力地分析。而且，这样变得可能从具有对应振幅的频谱中读出所有其他低于500Hz的截止频率的频率分量。

模拟程序Scilab是一种通用的开源软件包，其功能与Matlab的功能非常类似。编程语言也与Matlab的编程语言非常类似。

试验结果

首先，检查左右螺杆轴上的8个试验点的扭矩的振幅和平均值。如可在图6中看到的，磨损螺杆的右螺杆轴具有比新值螺杆轴更大的振幅。对于左螺杆轴(见图5)，情况相反；新值螺杆轴具有比磨损螺杆轴更大的振幅。这适用于几乎所有试验点；因此，首先将图6中标号2的试验点和图5中标号7的试验点认为是异常值。而且，变得显而易见的是，在新值螺杆中，左螺杆轴具有比右螺杆轴更大的振幅。在磨损螺杆中，情况相反。

只要涉及平均扭矩值，磨损螺杆轴在右侧上和左侧上(见图7和图8)就会受到比新值螺杆更高的载荷。右新值螺杆轴的平均值比左新值螺杆轴的平均值稍高。这也适用于磨损螺杆；然而，左右螺杆轴之间的差异不太明显。

所有图表清楚地表明，磨损螺杆和新值螺杆之间的平均值和振幅的变化相对较小。各个试验点之间的振幅和平均值的变化高得多，使得总是必须参考当前的操作状态，以能够给出关于磨损的说明。而且，如果重复测量试验点，那么一开始仍不知道变化有多大。如果频繁地改变操作参数(例如材料、温度曲线、产量，等等)，那么认为从振幅或扭矩值的平均值的变化可靠地确定螺杆磨损的可能性相对较小。

随后，评估弯矩信号的振幅和平均值。如可在图9和图10中清楚地看到的，磨损螺杆轴的振幅在右侧明显升高，而在左侧稍微下降。

关于弯矩的平均值，变得显而易见的是，右螺杆轴的偏移量几乎不变，而磨损左螺杆轴的平均值仅是新值螺杆(见图11和12)的平均值的大约50％。这适用于所有试验点。

和扭矩一样，对于弯矩来说，在磨损螺杆轴的情况中右轴的振幅增大，在左轴的情况中振幅减小。

首先，右螺杆轴的弯矩的振幅看起来非常适合于磨损测量。与各个试验点(见图10)之间的变化相比，由螺杆磨损导致的振幅变化相对明显。然而，起初这仅适用于本螺杆插装座，并适用于捏合块和输送段的预定的严重磨损。因此，无法排除对于不同的螺杆插装座、磨损段的不同位置或使用不同的原材料来说，弯矩的振幅再次证明并没有用。另一方面，对于所有三个插装座来说，关于不同插装座的试验表现出与关于新值螺杆的测量的结果类似的结果，尽管对于PET来说处理了不同的原材料。然而，认为附加试验是值得推荐的，以对于其他条件也证明振幅的强烈变化，并排除任何测量误差。

在左螺杆轴处，振幅不太明显。然而，弯矩的平均值表明，与新值螺杆(见图11)相比，磨损螺杆中明显减少大约50％。与右螺杆轴的振幅相似，磨损螺杆的值在不同的试验点上仅受到微小变化。另一方面，附加试验也将证明左螺杆的平均值的变化。

另外，和前面的试验中一样，应检查测量值对操作参数的任何可能的相关性，例如温度曲线、绝对产量、单位产量和压力。

使单位产量随着400kg/h的恒定绝对产量和螺杆梢处的60巴的恒定压力而变化。如果增加单位产量，那么，如可在图13中看到的，扭矩结果的平均值明显地且几乎线性地上升。对于振幅，看不到明显的相关性。而右新值螺杆和左磨损螺杆的振幅都随着单位产量的增加而连续上升，右磨损螺杆和左新值螺杆的振幅下降(见图14)。因此，不可能可靠地说明振幅的变化。对于弯矩的振幅，和扭矩的振幅一样，不可能进行清楚的说明。弯矩的平均值保持相对恒定。可在与包含在附录中的磨损测量相关的试验方案中看到结果。

而且，在试验中，使螺杆梢处的压力随着2.7kg*min/h的恒定单位产量和400kg/h的恒定绝对产量而变化。扭矩的振幅首先表明，随着增加而从40巴上升至60巴，然后，使压力进一步从60巴增加至80巴，振幅下降至最低点(见图15)。另一方面，扭矩的平均值随着增加的压力而连续上升。

弯矩的振幅表现出不同的性能，其与某人是在看磨损螺杆还是在看新值螺杆相关。对于新值螺杆，振幅在压力从40巴增加至60巴的情况中下降，然后随着压力从60巴增加至80巴而再次稍微上升。另一方面，对于磨损螺杆，振幅随着压力增加至60巴而稍微上升，然后在进一步增加至80巴的情况中再次稍微下降。弯矩的平均值随着压力的增加而稍微上升。左新值螺杆的平均值是异常值，因为其随着压力从60巴增加至80巴而稍微下降。

除了压力和单位产量以外，绝对产量也随着60巴的恒定压力和2.7kg*min/h的恒定单位产量而变化。

对于磨损螺杆，可测量所有三个试验点。和压力变化一样，扭矩的振幅也从300kg/h稍微上升至400kg/h，绝对产量增加，然后随着振幅进一步增加至500kg/h而非常强烈地下降(见图16)。弯矩信号的振幅的表现大致是相当的。

扭矩的平均值随着绝对产量的增加而连续上升。弯矩的平均值保持相对恒定，和所有其他图表中一样。唯一的异常值是左新值螺杆的平均值(见图17)。

最后，检查出现在扭矩和弯矩信号中的各种试验点处的不同的频率分量。可清楚地区分参考信号的基频和磨损螺杆段的信号的不同振幅(见图18)。

其他频率分量是基频的大部分谐波振荡分量。提前已经希望的室，和轴承损坏一样，在磨损螺杆中将出现振荡，该振荡将不是基频的谐波。然而，测量值并未证实这一点。仅有弯矩在大约51Hz的频率下表现出低振幅，然而，其也可部分地在参考信号中和磨损段的信号中观察到(见图19)。50Hz的电源线频率也可能影响弯矩信号。

前景

与磨损相关的检查试验表明，通过所使用的传感器技术进行的在线磨损测量是可能的。

而扭矩的测量数据在螺杆磨损方面不太明显，可看到由于使用磨损螺杆段而在弯矩信号的测量值中的明显变化。

因此，对于右螺杆轴，与参考信号相比，使用磨损段会导致振幅增加大约400％至600％，对产量、压力等的相关性相对较小。然而，对于左螺杆轴看不到振幅的此变化；这里，通过使用磨损段，甚至可稍微减小振幅。然而，对于左螺杆来说相对清楚的是偏移量的变化。而右螺杆的偏移量保持几乎不变，将左螺杆的偏移量减小大约50％。与右螺杆轴的振幅类似，左轴的偏移量仅表现出对设定机器参数的微小的相关性。

和之前对于原型的试验中一样，右螺杆的弯矩表现出变化的载荷，并且，左侧的载荷表现出增加的载荷。在新值螺杆段中，左螺杆的平均值和振幅都明显高于右螺杆的平均值和振幅。通过使用磨损段，右螺杆轴上的载荷于是升高，而左螺杆上的载荷明显下降。然而，仍可观察到右螺杆上变化的载荷和左螺杆轴上增加的载荷。

除了弯矩以外，通过使用磨损段，扭矩在测量数据中仅表现出较小的变化。而且，可观察到对产量、压力等的强烈的相关性，其基本上限制了对在线磨损测量使用扭矩。

重要的是，弯矩的性能由此作为确定磨损的基础而保证了成功。

而且，也应该可能检查不同原材料、不同螺杆插装座和磨损段的不同位置对测量值的影响。然而，关于原型上的不同PET螺杆插装座的试验表现出与弯矩类似的行为。因此，螺杆插装座看起来对弯矩并没有特别强的影响。

还必须注意，所模拟的磨损必须首先认为是理想化的。此磨损在周围是对称的，在螺杆段的长度上是恒定的，并且，在两个螺杆轴上是同样坚固的，这决不代表现实情况。因此，并不排除长时间试验可能是必要的，因为真实的磨损性能将与试验中的磨损性能不同。

然而，如果，如果使用磨损段，则未来的试验将表明弯矩中类似的强烈变化，那么可以假设，通过在线磨损测量来可靠地及早识别磨损螺杆段基本上是可能的。例如，将可想到定期执行测量，在测量中，评估弯矩的振幅和中间值。如果超过所设定的阈值，那么，例如警报信号会指明磨损螺杆轴。对于此情况来说的主要挑战将是，在磨损螺杆和非磨损螺杆之间进行有意义的区分。

参考数字的列表：

1 双螺杆挤出机

2 双螺杆

3 测量耦接器

4 齿轮

5 保险摩擦离合器

6 驱动机构

7 螺杆轴

8 螺杆轴

9 丝应变计

10 转子天线

11 定子天线

12 新的捏合块

13 磨损捏合块

14 新的输送元件

15 磨损输送元件

附表：

测量RZE 70 PP颗粒

作者	日期	材料	-	设备
					P.米歇尔斯	2014年4月10日	聚丙烯(PP)	成颗粒状	RZE 70

表2

实验设计：

表3

试验结果：

表4

单位产量变化：

表5

温度变化：

表6

绝对产量变化：

表7

测量PET薄片：

作者	日期	材料	-	设备
					P.米歇尔斯	2014年8月18日	聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)	薄片	RZE 3.0

表8

实验设计：

表9

试验结果扭矩：

表10

试验结果弯矩：

表11

单位产量变化：

表12

关于不同插装座的测量：

作者	日期	材料	-	设备
					P.米歇尔斯	2015年2月26日	(PET)	成颗粒状	RZE 3.0

表13

实验设计：

表14

试验结果：

表15

关于磨损测量的实验报告：

表16

实验设计：

表17

测量结果：

表18

Claims (25)

1.挤出机，所述挤出机具有筒体和布置于所述筒体中的螺杆，特别是具有双筒体和布置于所述双筒体中的双螺杆(2)，并且所述挤出机具有用于所述螺杆的驱动机构(6)，

所述驱动机构(6)具有与所述螺杆耦接的耦接器，并且

所述挤出机，特别是耦接器，具有用于测量力矩载荷并用于从测得的力矩载荷生成电子数据的传感器，所述力矩载荷由扭矩和/或弯矩组成，

设置与用于所述驱动机构(6)的驱动器操作地连接的控制器，

所述传感器与所述控制器数据连接，

所述控制器适于评估与测得的力矩载荷相关的数据，并且如果该数据超过在所述控制器中设置的阈值则触发保护动作，

所述评估包括弯矩计算。

2.根据权利要求1所述的挤出机，其特征在于，计算所述弯矩的平均偏移量。

3.根据权利要求1或2所述的挤出机，其特征在于，计算所述弯矩的振幅。

4.挤出机，具有筒体和布置于所述筒体中的螺杆，特别是具有双筒体和布置于所述双筒体中的双螺杆(2)，并且所述挤出机具有用于所述螺杆的驱动机构(6)，

所述驱动机构(6)具有与所述螺杆耦接的耦接器，并且

所述挤出机，特别是耦接器，具有用于测量力矩载荷并用于从测得的力矩载荷生成电子数据的传感器，所述力矩载荷由扭矩和/或弯矩组成，

设置成与用于所述驱动机构(6)的驱动器操作地连接的控制器，

所述传感器与所述控制器数据连接，

所述控制器适于评估与测得的力矩载荷相关的数据，并且如果该数据超过在所述控制器中设置的阈值则触发保护动作，

所述评估包含频率计算，特别是弯矩频率计算。

5.根据权利要求4所述的挤出机，其特征在于，所述频率计算包括振幅计算，特别是用于不同频率的多个振幅的计算。

6.根据上述权利要求中的任一项所述的挤出机，其特征在于，所述保护动作是所述驱动机构的制动或停止，和/或所述耦接器的断开。

7.根据上述权利要求中的任一项所述的挤出机，其特征在于，所述挤出机在所述驱动机构和所述螺杆之间具有第一耦接器和第二耦接器，特别是保险摩擦离合器(5)和测量耦接器(3)，该两个耦接器优选地布置在齿轮(4)的两侧上，特别地，所述保险摩擦离合器(5)布置在所述齿轮的所述驱动机构侧上，而所述测量耦接器(3)布置在所述齿轮的所述螺杆侧上。

8.根据上述权利要求中的任一项所述的挤出机，其特征在于，所述保护动作是输出磨损警报，所述控制器优选地提供确认，特别是通过授权提供确认。

9.根据上述权利要求中的任一项所述的挤出机，其特征在于，提供多个不同的阈值，所述控制器通过所述阈值分配不同的保护动作。

10.根据上述权利要求中的任一项所述的挤出机，其特征在于，所述传感器具有丝应变计(9)。

11.根据上述权利要求中的任一项所述的挤出机，其特征在于，所述传感器具有光学系统，所述光学系统特别是激光和光束测量系统。

12.根据上述权利要求中的任一项所述的挤出机，其特征在于，提供有磁性或感应传感器。

13.根据上述权利要求中的任一项所述的挤出机，其特征在于，所述控制器数据连接到能从外部更新的数据库。

14.根据上述权利要求中的任一项所述的挤出机，其特征在于，所述控制器具有输入界面，所述输入界面用于记录与所述螺杆和/或所述筒体相关的手动输入的几何测量和/或光学值。

15.根据上述权利要求中的任一项所述的挤出机，其特征在于，所述控制器具有校正算法，所述校正算法用于使所述阈值或参数适于使用手动输入的值来计算所述阈值。

16.塑料成型设备，特别是用于制造膜的设备，特别是吹塑膜设备或平膜设备，或用于制造绒头织物的设备，所述塑料成型设备通过根据前述权利要求中的一项所述的挤出机并通过喷嘴单元和冷却及缠绕单元来制造；或一种组合设备，所述组合设备具有根据上述权利要求中的一项所述的挤出机。

17.用于操作根据权利要求16所述的设备的方法，所述设备具有根据权利要求1至16中的一项所述的挤出机，所述方法具有以下步骤：

a.通过传感器记录所述挤出机中的扭矩和/或弯矩；

b.将测得的力矩载荷的数据传递至所述控制器；

c.通过所述控制器来评估所述数据，包括

i.频率计算，特别是弯矩频率计算，和/或

ii.弯矩计算。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，在所述计算中，将数据按类别分组。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，监控所述类别的振幅。

20.根据权利要求18或19所述的方法，其特征在于，对于两个所述类别，计算并监控所述振幅。

21.根据权利要求17至20中的任一项所述的方法，其特征在于，计算5Hz至6Hz的至少一类振幅。

22.根据权利要求17至21中的任一项所述的方法，其特征在于，将一个频带宽度的数据分组为一个类。

23.根据权利要求17至22中的任一项所述的方法，其特征在于，监控所述弯矩的偏移量的减小，以检测所述挤出机的磨损。

24.根据权利要求17至23中的任一项所述的方法，其特征在于，监控所述弯矩的振幅的减小，以检测所述挤出机的磨损。

25.根据权利要求17至24中的任一项所述的方法，其特征在于，设置所述耦接器，特别是设置所述保险摩擦离合器(5)，以随着磨损增加而更灵敏地触发。