DE10101585A1

DE10101585A1 - ON-Line Rheological Measurements for Pricess Control

Info

Publication number: DE10101585A1
Application number: DE2001101585
Authority: DE
Inventors: Paul G Mode; Ronald F Garritano
Original assignee: Rheometric Scientific Inc
Current assignee: Thermo Electron Karlsruhe GmbH
Priority date: 1999-07-01
Filing date: 2001-01-16
Publication date: 2002-08-01
Anticipated expiration: 2021-01-17
Also published as: DE10101585B4; US6182503B1

Abstract

Durchführung rheologischer Messungen in Online-Arbeitsweise an einem fließenden Prozeßmaterial, beispielsweise einer Polymerschmelze, unter Verwendung eines Rheometers der Art, bei der eine Eintrittspumpe einen relativ großen Volumenstrom von abgezweigtem Prozeßmaterial von einem Prozeß-Hauptstrom zu einer Eintrittsstelle befördert, die in ganz unmittelbarer Nähe zu dem Einlaß eines Kapillardurchlasses angeordnet ist, und eine Dosierpumpe einen kleineren Teil des Volumenstroms von dem abgezweigten Material von der Eintrittsstelle durch den Kapillardurchlaß saugt und ihn zu dem Prozeß-Hauptstrom zurückführt. Die Viskosität des abgezweigten Materials wird als Funktion der Flußrate des Materials durch den Kapillardurchlaß und des Druckabfalls zwischen voneinander beabstandeten Stellen längs des Kapillardurchlasses gemessen. Ein Paralleldurchflußkanal weist ein Volumendurchflußvermögen auf, das erheblich größer ist als das Volumendurchflußvermögen des Kapillardurchlasses, eine an der Eintrittsstelle, in ganz unmittelbarer Nähe des Einlasses des Kapillardurchlasses angeordnete Eintrittsöffnung und eine stromab der Dosierpumpe angeordneten Austrittsöffnung. Eine Parallelstrompumpe in dem Paralleldurchflußkanal befördert den Rest des Volumenstroms von abgezweigtem Material von der Eintrittsstelle zu dem Prozeß-Hauptstrom zurück, um ein ständiges Angebot an frischem abgezweigtem Material an dem Einlaß zu dem Kapillardurchlaß zu gewährleisten.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Messung rheo logischer Eigenschaften von fließenden Materialien und betrifft im besonderen die Online-Messung solcher Eigenschaften wie die Viskosität von fließenden Materialien, so etwa von Polymer schmelzen, zum Zweck der Kontrolle von Produktionsprozessen, an denen fließende Materialien, beispielsweise Kunststoffschmel zen, beteiligt sind.

Schon seit sehr langer Zeit verfügt man über rheologische Testeinrichtungen zur Durchführung von Labormessungen bestimm ter wichtiger Charakteristika von fließenden Materialien, so etwa Polymerschmelzen, die in verschiedenen Produktionsprozes sen eingesetzt werden. Dementsprechend werden Eigenschaften wie Viskosität und Schmelzflußindex von Polymerschmelzen im Labor mit zunehmender Genauigkeit gemessen. In neuerer Zeit haben sich die Bestrebungen darauf gerichtet, die Messung dieser Eigenschaften online, während des Produktionsprozesses selbst, durchzuführen, um eine gleichbleibende, genauere Kontrolle über die Qualität des in dem Prozeß eingesetzten Materials zu erzie len. Online-Messungen verlangen Einrichtungen, die nicht nur relativ leicht zu handhaben und zu unterhalten, sondern auch ansprechempfindlich sind und die eine Störung des überwachten Produktionsprozesses vermeiden.

Zu den erfolgreicheren Online-Rheometern, die derzeit zur Ver fügung stehen, zählen Kapillarrheometer, die einen Teil einer Polymerschmelze vom Hauptstrom der Kunststoffschmelze abzwei gen, Messungen an der abgezweigten Schmelze durchführen und dann die abgezweigte Schmelze entweder verwerfen oder in den Prozeß-Hauptstrom zurückführen. Das US-Patent Nr. 4 817 416, dessen Offenbarung durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen wird, offenbart ein Online-Kapillarrheometer und Techniken zur Durchführung von Online-Messungen der oben be schriebenen Art. Das US-Patent Nr. 5 347 852, dessen Offen barung durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen wird, erweitert die Einsetzbarkeit derartiger Online-Rheometer dahingehend, daß ein wirksamer Einsatz in Verbindung mit der Kontrolle von Prozessen möglich wird, bei denen die Messungen schnell ausgeführt werden müssen und die Antwortzeit möglichst kurz gehalten werden muß, zum Beispiel bei Prozessen, in denen Polymere gemischt, legiert oder umgesetzt werden.

Die vorliegende Erfindung erzielt weitere Verkürzungen der Ant wortzeit in online durchgeführten rheologischen Messungen, bei gleichzeitiger Erhöhung der Genauigkeit und Wirksamkeit der Messungen. Damit verwirklicht diese Erfindung eine Reihe von Zielsetzungen und Vorteilen, von denen einige wie folgt zusam menfassend dargestellt seien: die Erfindung befähigt zur Durch führung echter Online-Messungen zum Erhalt einer schnelleren Antwort und genaueren Kontrolle von Produktionsprozessen, an denen fließende Materialien, beispielsweise Polymerschmelzen, beteiligt sind; sie erlaubt die Durchführung von Online-Messun gen an einem fließenden Material, beispielsweise einer Polymer schmelze, welches von dem Prozeß-Hauptstrom abgezweigt wurde, und zwar mit verringerter Verweilzeit des abgezweigten Materi als in der Meßvorrichtung, höherer Genauigkeit und schnellerer Antwort; sie gestattet die Durchführung von Online-Messungen mit einem Minimum an Eingriffen in den überwachten Prozeß; sie ermöglicht größere Vielseitigkeit bezüglich der Natur und des Umfangs der von Online-Messungen an fließenden Materialien, zum Beispiel Polymerschmelzen, abgeleiteten Informationen, sowie größere Genauigkeit der Informationen selbst; sie ermöglicht eine leichte Installation und Anwendung in Verbindung mit gän gigen-Produktionseinrichtungen und -techniken; sie ermöglicht eine leichte Anpassung zur Verwendung in Verbindung mit einer breiten Palette von Materialien und Betriebsbedingungen; sie ermöglicht die Aufrechterhaltung eines kontinuierlichen Stroms an von dem Prozeß-Hauptstrom abgezweigtem Material, um die Ver sorgung eines Rheometers mit frischem Material zu gewährleisten und so reguläre genaue rheologische Messungen zu erzielen; sie stellt einem Rheometer für Online-Messungen Material zu, wobei das Material kontinuierlich und temperaturstabil zugestellt wird, um eine höhere Meßgenauigkeit zu erzielen; sie erlaubt die Realisierung kontinuierlicher Messungen mit einem Online- Rheometer bei gewählten verschiedenen Volumendurchflüssen durch das Rheometer unter Wahrung einer im wesentlichen gleichblei benden Flußrate des von dem Prozeß-Hauptstrom abgezweigten Materials, um Genauigkeit über einen Bereich von Messungen zu erzielen; und sie stellt eine einfache und robuste Konstruktion bereit, die eine wirtschaftliche Herstellung und zuverlässigen Langzeitbetrieb erzielbar macht.

Die obengenannten Aufgaben und Vorteile, sowie weitere Aufgaben und Vorteile werden mittels der vorliegenden Erfindung gelöst bzw. erzielt, wobei die Erfindung kurz zusammengefaßt beschrie ben werden kann als eine Vorrichtung zur Durchführung von rheo logischen Messungen in Online-Arbeitsweise an einem fließenden Prozeßmaterial, welches in einem Prozeß-Hauptstrom transpor tiert wird, um Prozeß-Kontrollinformationen auf der Grundlage der Viskosität des fließenden Prozeßmaterials bereitzustellen, unter Verwendung eines Rheometers, bei dem abgezweigtes Mate rial von einer ersten Leitung, die mit dem Prozeß-Hauptstrom in Verbindung steht, stromabwärts zu einem Einlaß eines Kapillar durchlasses mit einem bestimmten Volumendurchflußvermögen geführt wird und von einem Auslaß des Kapillardurchlasses zu einer zweiten Leitung geleitet wird, während Meßmittel die Vis kosität des abgezweigten Materials in dem Kapillardurchlaß mes sen, wobei die Vorrichtung umfaßt: eine in nächster Nähe zu dem Einlaß des Kapillardurchlasses angeordnete Eintrittsstelle; eine Eintrittspumpe mit einem mit der ersten Leitung in Verbin dung stehenden Einlaß und einem mit der Eintrittsstelle in Ver bindung stehenden Auslaß zum Zuführen eines Volumenstroms von abgezweigtem Material zu der Eintrittsstelle; eine Dosierpumpe mit einem mit dem Auslaß des Kapillardurchlasses in Verbindung stehenden Einlaß und mit einem mit der zweiten Leitung in Ver bindung stehenden Auslaß, um einen Teil des Volumenstroms von abgezweigtem Material von der Eintrittsstelle durch den Kapil lardurchlaß zu saugen; einen Paralleldurchflußkanal mit einer an der Eintrittsstelle, zwischen dem Auslaß der Eintrittspumpe und dem Einlaß des Kapillardurchlasses, in nächster Nähe zu dem Einlaß des Kapillardurchlasses angeordneten Eintrittsöffnung und einer mit der zweiten Leitung an einer abstromseitig des Auslasses der Dosierpumpe liegenden Stelle in Verbindung ste henden Austrittsöffnung; und eine Parallelkanal-Pumpe zum Bewe gen eines Restes des Volumenstroms von dem abgezweigten Mate rial von der Eintrittsstelle durch den Paralleldurchflußkanal zu der zweiten Leitung, um zu gewährleisten, daß ein ständiges Angebot an frischem abgezweigtem Material an der Eintritts stelle, in nächster Nähe zu dem Einlaß des Kapillardurchlasses zur Verfügung steht.

Die Erfindung umfaßt ferner ein Verfahren zur Durchführung von rheologischen Messungen in Online-Arbeitsweise an einem flie ßenden Prozeßmaterial, welches in einem Prozeß-Hauptstrom transportiert wird, um Prozeß-Kontrollinformationen auf der Grundlage der Viskosität des fließenden Prozeßmaterials bereit zustellen, unter Verwendung eines Rheometers, bei dem abgezweigtes Material von einer ersten Leitung, die mit dem Prozeß- Hauptstrom in Verbindung steht, stromabwärts zu einem Einlaß eines Kapillardurchlasses mit einem bestimmten Volumendurch flußvermögen geführt wird und von einem Auslaß des Kapillar durchlasses zu einer zweiten Leitung geleitet wird, während Meßmittel die Viskosität des abgezweigten Materials in dem Kapillardurchlaß messen, wobei das Verfahren umfaßt: Bereit stellen eines Volumenstroms von abgezweigtem Material an einer in nächster Nähe zu dem Einlaß des Kapillardurchlasses angeord neten Eintrittsstelle; Ansaugen eines Teils des Volumenstroms von abgezweigtem Material von der Eintrittsstelle durch den Kapillardurchlaß und Bewegen eines Restes des Volumenstroms von abgezweigtem Material von der Eintrittsstelle durch einen parallelen Kanal, um ein ständiges Angebot an frischem abge zweigtem Material an der Eintrittsstelle, in nächster Nähe zu dem Einlaß des Kapillardurchlasses zu gewährleisten.

Die genannten sowie weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Detailbeschreibung bevorzug ter Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit der bei gefügten zeichnerischen Darstellung; in der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Diagramm eines Online-Systems, welches die erfindungsgemäße Verbesserung aufweist; und

Fig. 2 eine vergrößerte abgebrochen dargestellte Ansicht eines Bereichs von Fig. 1.

Es wird nun auf die zeichnerische Darstellung Bezug genommen, und zwar speziell auf Fig. 1, die bei 10 einen schematisch dar gestellten Plastifizierextruder zeigt. Der Extruder 10 befindet sich in Betrieb, wobei er ein geschmolzenes Polymer für die kontinuierliche Herstellung eines Kunststoffmaterials, zum Bei spiel eines Kunststoffgranulats, erzeugt. Um zu gewährleisten, daß die Qualität des Extrudats den Anforderungen des Produkti onsprozesses genügt, kommt ein Kontrollsystem in Verbindung mit dem Betrieb des Extruders 10 zur Verwendung, um bestimmte Ei genschaften der Polymerschmelze zu überwachen und den Extruder in der Weise zu betreiben, wie sie notwendig ist, um die ge wünschte Qualität des Extrudats zu erhalten. Ein in Einklang mit der vorliegenden Erfindung ausgestaltetes Online-Rheome ter 20 bildet Teil dieses Kontrollsystems.

Ein Teil des fließenden Materials in dem Extruder 10 - in Form einer Polymerschmelze - wird aus dem Prozeß-Hauptstrom in dem Extruder durch eine Eintrittsleitung 22 zu dem Rheometer 20 abgezweigt und mit Hilfe einer Eintrittspumpe 24 über eine Ein laßleitung 26 zu einem Einlaß 28 eines Kapillardurchlasses 30 bewegt, dessen Form und Abmessungen so gewählt sind, daß der Kapillardurchlaß 30 ein bestimmtes Volumendurchflußvermögen aufweist. Das abgezweigte Material in Form der Polymerschmelze passiert den Kapillardurchlaß 30 und verläßt dann den Kapillar durchlaß 30 über eine Auslaßleitung 32. Eine Dosierpumpe 34 saugt die abgezweigte Polymerschmelze durch den Kapillardurch laß 30 hindurch und bewegt dann die abgezweigte Polymerschmelze durch eine Austrittsleitung 36, die mit einem Austritt 38 der Dosierpumpe 34 verbunden ist und bevorzugt mit dem Extruder 10 in Verbindung steht, so daß die Austrittsleitung 36 eine Rück führungsleitung darstellt und die abgezweigte Polymerschmelze zu dem Prozeß-Hauptstrom von Polymerschmelze in dem Extruder 10 zurückgeführt wird. An einer Stelle benachbart zu dem Einlaß 28 ist ein erster auf Druck ansprechender Wandler 40 angeordnet, der Informationen bereitstellt, welche den Druck P₁ in der Polymerschmelze an dieser Stelle in dem Kapillardurchlaß 30 an gibt. An einer stromabwärts im Abstand von der ersten Stelle angeordneten zweiten Stelle ist ein zweiter auf Druck anspre chender Wandler 42 angeordnet, der Informationen bereitstellt, welche über den Druck P₂ an der zweiten Stelle in dem Kapillar durchlaß 30 Auskunft geben. Die Flußrate der Polymerschmelze in dem Kapillardurchlaß 30 wird von der Drehzahl der Dosierpum pe 34 bestimmt, und diese Drehzahl wird von der Drehzahl des Motors 44 bestimmt, der die Dosierpumpe 34 antreibt. Die Dreh zahl des Motors 44 wird über eine Steuer- oder Regeleinrich tung 46 kontrolliert, die ihrerseits mit einem Computer 50 ver bunden ist. Temperatursensoren 52 und 54 liefern dem Compu ter 50 Informationen, welche die Temperatur (T₁ und T₂) der Polymerschmelze benachbart zu jeder der Positionen der auf Druck ansprechenden Wandler 40 und 42 angeben.

Der Druckabfall P₁ - P₂ wird über die Drehzahlkontrolle der Dosierpumpe 34 konstant gehalten. Die Drehzahl der Dosier pumpe 34 liefert dann ein Maß für die Flußrate der den Kapil lardurchlaß 30 durchfließenden Polymerschmelze, wobei diese Flußrate ein Indikator für die Viskosität der Polymerschmelze ist. Weil die Drehzahl der Dosierpumpe 34 genau bekannt ist, wird die Viskosität mit einem hohen Genauigkeitsgrad bestimmt. Weil die Temperaturabhängigkeit von polymeren Materialien bei konstanter Belastung gut bekannt ist, ermöglicht das Aufrecht erhalten einer konstanten Belastung der Polymerschmelze in dem Kapillardurchlaß 30, d. h. das Aufrechterhalten eines konstanten Druckabfalls P₁ - P₂, die Temperaturinformationen, wie durch T₁ und T₂ (bevorzugt durch Mittelung von T₁ und T₂) bestimmt, dazu zu nutzen, die Messungen in Beziehung zu einem bekannten Stan dard zu setzen, so daß sich die Notwendigkeit, die Temperatur der abgezweigten Polymerschmelze zu kontrollieren, erübrigt und vielmehr lediglich die Temperatur zu messen ist und dann die gemessene Viskositätsinformation in Übereinstimmung mit der gemessenen Temperatur zu korrigieren ist, um die gewünschten Kontrollinformationen abzuleiten. Auf diese Weise werden Visko sitätsmessungen unabhängig von der Temperatur der abgezweigten Polymerschmelze möglich. Die Informationen bezüglich Druckab fall (P₁ - P₂), Flußrate und Temperatur (T₁ und T₂) werden dem Computer 50 zugeführt. Der Computer 50 stellt dann einem Pro zeßrechner Kontrollinformationen bereit, die in Verbindung mit der Kontrolle des Betriebs des Extruders 10 verwendet werden können.

Zum Aufrechterhalten der Genauigkeit beim Bestimmen der Visko sität unter Verwendung des obigen Konzepts muß gewährleistet sein, daß der Druckabfall (P₁ - P₂) ausschließlich das Resultat des Durchgangs der Polymerschmelze durch den Kapillardurch laß 30 ist und daß die gemessenen Drücke nicht durch irgendwel che Unregelmäßigkeiten im Betrieb der verschiedenen Komponenten des Rheometers 20 beeinflußt sind. Ein dritter auf Druck an sprechender Wandler 64 ist benachbart zu einem Auslaß 65 des Kapillardurchlasses 30 angeordnet und liefert Informationen, welche über den Druck P₃ an dem Auslaß Auskunft geben. Die von dem dritten auf Druck ansprechenden Wandler 64 bereitgestellten Informationen werden von dem Computer 50 benutzt, um eine Steuer- oder Regeleinrichtung 66 so zu betreiben, daß ein Motor 67 die Eintrittspumpe 24 mit der erforderlichen Ge schwindigkeit betreibt, um den Druck P₃ konstant zu halten. Durch Konstanthalten des Austrittsdrucks P₃ ist der Druckab fall P₁ - P₂ allein auf die Eigenschaften der den Kapillar durchlaß 30 durchfließenden Polymerschmelze bezogen und bein haltet keinerlei Effekte, die durch Ungenauigkeiten der mecha nischen Komponenten des Rheometers 20 eingeführt werden. Dem nach sind die von dem Computer 50 bereitgestellten Informatio nen allein auf die Eigenschaften der Polymerschmelze bezogen, so daß eine genaue Kontrolle des in dem Extruder durchgeführten Prozesses erzielt wird. In Abhängigkeit von einer gewählten Eingabe in den Computer 50 mit Hilfe eines Selektors 68 kann der Austrittsdruck P₃ in einen beliebigen gewählten Konstant druck geändert werden, was Messungen der Viskosität der Poly merschmelze bei verschiedenen Drücken durchzuführen erlaubt, wodurch eine Beurteilung der Abhängigkeit der Viskosität vom Druck möglich wird. Diese Messungen liefern zusätzliche Infor mationen, die eine verbesserte Kontrolle der Qualität des von dem Extruder 10 erzeugten Extrudats ermöglichen.

Um die Verweilzeit herabzusetzen und die Ansprechzeit zu ver kürzen und auf diese Weise einen noch besseren echten Online- Betrieb zu ermöglichen, weist ein Paralleldurchflußkanal 70 eine Eintrittsöffnung 72 auf, die zwischen der Eintrittspum pe 24 und dem Einlaß 28 zu dem Kapillardurchlaß 30, dicht neben dem Einlaß 28 angeordnet ist, und eine Austrittsöffnung 74, die mit der Austritts- oder Rückführleitung 36 an einer Stelle 75 stromab des Austritts 38 der Dosierpumpe 34 in Verbindung steht. In dem Paralleldurchflußkanal 70 ist eine Parallelkanal- Pumpe 76 angeordnet, um den Strom der abgezweigten Schmelze durch den Paralleldurchflußkanal 70 zu kontrollieren. Das Volu mendurchflußvermögen des Paralleldurchflußkanals 70 ist bevor zugt erheblich größer als das Volumendurchflußvermögen des Ka pillardurchlasses 30, wie dies auch für das vorgegebene Volu mendurchflußvermögen der Eintrittsleitung 22 und das vorgege bene Volumendurchflußvermögen der Austrittsleitung 36 gilt. In manchen Fällen beträgt die volumetrische Kapazität des Paral leldurchflußkanals 70 bis zum Vielhundertfachen des Volumen durchflußvermögens des Kapillardurchlasses 30. Der Einsatz der Parallelkanal-Pumpe 76 - im Zusammenspiel mit der Eintrittspum pe 24 - liefert sehr rasch einen relativ hohen Volumenstrom an frischer Schmelze von dem Extruder 10 zu einer Eintrittsstel le 80, die in ganz unmittelbarer Nähe des Einlasses 28 des Kapillardurchlasses 30 liegt, vorzugsweise im wesentlichen neben demselben, wie am besten aus Fig. 2 zu ersehen. Im Betrieb saugt die Dosierpumpe 34 dann einen Teil des Volumen stroms von frischer Schmelze, der an der Eintrittsstelle 80 angeboten wird, durch den Kapillardurchlaß 30 hindurch, um die gewünschte Messung durchzuführen. Der durch den Kapillardurch laß 30 gesaugte Teil des Volumenstroms frischer Schmelze ist sehr häufig klein gegen den beträchtlich größeren Volumenstrom frischer Schmelze, der zu der Eintrittsstelle 80 geleitet wird, und der Rest des viel größeren Volumenstroms abgezweigter Schmelze wird von der Parallelkanal-Pumpe 76 durch den paralle len Kanal 70 zu der Austritts- oder Rückführleitung 36 bewegt. Auf diese Weise wird frischer Nachschub an abgezweigter Schmelze rasch von dem Extruder 10 zu dem Kapillardurchlaß 30 bewegt, und zwar mit einer Flußrate, die nicht auf das Volumen durchflußvermögen des Kapillardurchlasses 30 begrenzt ist, so daß ein Angebot an frischer abgezweigter Schmelze zum Messen in kürzerer Zeit, für eine schnellere Antwort, uneingeschränkt von dem Durchflußvermögen des Kapillardurchlasses 30 bereitgestellt wird. Die ganz unmittelbare Nähe der Eintrittsstelle 80 zu dem Einlaß 28 des Kapillardurchlasses 30 und die ganz unmittelbare Nähe der Eintrittsöffnung 72 des parallelen Kanals 70 zu dem Einlaß 28 des Kapillardurchlasses 30 minimieren ein etwaiges Totvolumen an abgezweigter Schmelze an der Eintrittsstelle 80, womit gewährleistet wird, daß stets ein geeigneter Volumenstrom frischer Schmelze an dem Einlaß 28 des Kapillardurchlasses 30 zur Verfügung steht, um mittels der Dosierpumpe 34 durch den Kapillardurchlaß 30 gesaugt zu werden, um die gewünschten Mes sungen durchzuführen. Die Parallelkanal-Pumpe 76 wird von einem Motor 86 angetrieben, der sich unter der Kontrolle einer Steuer- oder Regeleinrichtung 88 befindet, die ihrerseits von dem Computer 50 kontrolliert wird.

Dadurch, daß kontinuierlich frische Schmelze an dem Einlaß 28 des Kapillardurchlasses 30 zur Verfügung steht, können die Mes sungen kontinuierlich durchgeführt werden, ohne eine etwaige Unterbrechung infolge der Notwendigkeit, das System belüften zu müssen, um die Anwesenheit frischer Schmelze zu gewährleisten. Außerdem kann die Flußrate der abgezweigten Schmelze durch den Kapillardurchlaß 30 durch Verändern der Geschwindigkeit der Dosierpumpe 34 variiert werden, während die Gesamtdurchflußrate durch das Rheometer 20 konstant gehalten wird, wodurch es mög lich wird, Messungen bei gewählten verschiedenen Flußraten durchzuführen, um so die Vielseitigkeit der Messung zu erhöhen. Es können also Messungen durchgeführt werden, die verschiedene Volumendurchflußraten durchlaufen, um zusätzliche Vielseitig keit und Genauigkeit zu erzielen. Ferner ist die Gesamtdurch flußrate der abgezweigten Schmelze durch das Rheometer 20 die Summe der Volumendurchflußrate durch die Dosierpumpe 34 und der Flußrate durch die Parallelkanal-Pumpe 76. Die Gesamtdurchfluß rate wird über die Drehzahlkontrolle der Parallelkanal-Pumpe 76 unabhängig von der Drehzahl der Dosierpumpe 34 durch die Steuer- oder Regeleinrichtungen 88 und 46 konstant gehalten, während der Druckabfall P₁ - P₂ gemessen wird. Die Aufrecht erhaltung einer konstanten Gesamtdurchflußrate durch das Rheo meter 20 sorgt für eine Stabilisierung der Temperatur der abge zweigten Schmelze in dem Rheometer 20 und damit für eine grö ßere Genauigkeit der Messung.

Es wird erkennbar sein, daß die im vorstehenden beschriebene Vorrichtung und das entsprechende Verfahren die verschiedenen Aufgaben und Vorteile löst bzw. bietet, die im vorangehenden zusammengefaßt wurden, nämlich: die Erfindung befähigt zur Durchführung echter Online-Messungen zum Erhalt einer schnelle ren Antwort und genaueren Kontrolle von Produktionsprozessen, an denen fließende Materialien, beispielsweise Polymerschmelzen, beteiligt sind; sie erlaubt die Durchführung von Online- Messungen an einem fließenden Material, beispielsweise einer Polymerschmelze, welches von dem Prozeß-Hauptstrom abgezweigt wurde, und zwar mit verringerter Verweilzeit des abgezweigten Materials in der Meßvorrichtung, größerer Genauigkeit und schnellerer Antwort; sie gestattet die Durchführung von Online- Messungen mit einem Minimum an Eingriffen in den zu überwachten Prozeß; sie ermöglicht größere Vielseitigkeit bezüglich der Natur und des Umfangs der von Online-Messungen an fließenden Materialien, zum Beispiel Polymerschmelzen, abgeleiteten Infor mationen, sowie größere Genauigkeit der Informationen selbst; sie ermöglicht eine leichte Installation und Anwendung in Ver bindung mit gängigen Produktionseinrichtungen und -techniken; sie ermöglicht eine leichte Anpassung zur Verwendung in Verbin dung mit einer breiten Palette von Materialien und Betriebsbe dingungen; sie ermöglicht die Aufrechterhaltung eines kontinu ierlichen Stroms an von dem Prozeß-Hauptstrom abgezweigtem Material, um die Zufuhr frischen Materials zu einem Rheometer zu gewährleisten und so reguläre genaue rheologische Messungen zu ermöglichen; sie stellt einem Rheometer für Online-Messungen Material zu, wobei das Material kontinuierlich und temperatur stabil zugestellt wird, um eine höhere Meßgenauigkeit zu erzie len; sie erlaubt die Realisierung kontinuierlicher Messungen mit einem Online-Rheometer bei gewählten verschiedenen Volumen durchflußraten durch das Rheometer unter Wahrung einer im we sentlichen gleichbleibenden Flußrate des von dem Prozeß-Haupt strom abgezweigten Materials, um Genauigkeit über einen Bereich von Messungen zu erzielen; und sie stellt eine einfache und robuste Konstruktion bereit, die eine wirtschaftliche Herstel lung und zuverlässigen Langzeitbetrieb erzielbar macht.

Es versteht sich, daß die obige Detailbeschreibung erfindungs gemäßer Ausführungsformen lediglich beispielhaft ist. Es sind diverse Modifikation bezüglich Ausgestaltung, Aufbau und Vorge hensweise möglich, ohne den Bereich der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen dargelegt ist, zu verlassen.

Claims

1. Vorrichtung zur Durchführung von rheologischen Messungen in Online-Arbeitsweise an einem fließenden Prozeßmaterial, welches in einem Prozeß-Hauptstrom transportiert wird, um Prozeß-Kontrollinformationen auf der Grundlage der Visko sität des fließenden Prozeßmaterials bereitzustellen, un ter Verwendung eines Rheometers, bei dem abgezweigtes Material von einer ersten Leitung, die mit dem Prozeß- Hauptstrom in Verbindung steht, stromabwärts zu einem Ein laß eines Kapillardurchlasses mit einem bestimmten Volu mendurchflußvermögen geführt wird und von einem Auslaß des Kapillardurchlasses zu einer zweiten Leitung geleitet wird, während Meßmittel des Rheometers die Viskosität des abgezweigten Materials in dem Kapillardurchlaß messen, wobei die Vorrichtung umfaßt:
eine in nächster Nähe zu dem Einlaß des Kapillardurchlas ses angeordnete Eintrittsstelle;
eine Eintrittspumpe mit einem mit der ersten Leitung in Verbindung stehenden Einlaß und einem mit der Eintritts stelle in Verbindung stehenden Auslaß zum Zuführen eines Volumenstroms von abgezweigtem Material zu der Eintritts stelle;
eine Dosierpumpe mit einem mit dem Auslaß des Kapillar durchlasses in Verbindung stehenden Einlaß und mit einem mit der zweiten Leitung in Verbindung stehenden Auslaß, um einen Teil des Volumenstroms von abgezweigtem Material von der Eintrittsstelle durch den Kapillardurchlaß zu saugen;
einen Paralleldurchflußkanal mit einer an der Eintritts stelle, zwischen dem Auslaß der Eintrittspumpe und dem Einlaß des Kapillardurchlasses, in nächster Nähe zu dem Einlaß des Kapillardurchlasses angeordneten Eintrittsöff nung und mit einer mit der zweiten Leitung an einer ab stromseitig des Auslasses der Dosierpumpe liegenden Stelle in Verbindung stehenden Austrittsöffnung; und
eine Parallelkanal-Pumpe zum Bewegen eines Restes des Volumenstroms von dem abgezweigtem Material von der Ein trittsstelle durch den Paralleldurchflußkanal zu der zwei ten Leitung, um zu gewährleisten, daß ein ständiges Ange bot an frischem abgezweigtem Material an der Eintritts stelle, in nächster Nähe zu dem Einlaß des Kapillardurch lasses zur Verfügung steht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Eintrittsstelle im wesentlichen benachbart zu dem Einlaß des Kapillardurch lasses angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Paralleldurchfluß kanal ein Volumendurchflußvermögen aufweist, das beträcht lich größer ist als das Volumendurchflußvermögen des Kapillardurchlasses.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Eintrittsstelle im wesentlichen benachbart zu dem Einlaß des Kapillardurch lasses angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zweite Leitung mit dem Prozeß-Hauptstrom in Verbindung steht, um das abge zweigte Material zu dem Prozeß-Hauptstrom zurückzuführen.

6. Verfahren zur Durchführung von rheologischen Messungen in Online-Arbeitsweise an einem fließenden Prozeßmaterial, welches in einem Prozeß-Hauptstrom transportiert wird, um Prozeß-Kontrollinformationen auf der Grundlage der Visko sität des fließenden Prozeßmaterials bereitzustellen, unter Verwendung eines Rheometers, bei dem abgezweigtes Material von einer ersten Leitung, die mit dem Prozeß- Hauptstrom in Verbindung steht, stromabwärts zu einem Ein laß eines Kapillardurchlasses mit einem bestimmten Volu mendurchflußvermögen geführt wird und von einem Auslaß des Kapillardurchlasses zu einer zweiten Leitung geleitet wird, während Meßmittel die Viskosität des abgezweigten Materials in dem Kapillardurchlaß messen, wobei das Ver fahren die folgenden Schritte umfaßt:
Bereitstellen eines Volumenstroms von abgezweigtem Mate rial an einer in nächster Nähe zu dem Einlaß des Kapillar durchlasses angeordneten Eintrittsstelle;
Ansaugen eines Teils des Volumenstroms von abgezweigtem Material von der Eintrittsstelle durch den Kapillardurch laß; und
Bewegen eines Restes des Volumenstroms von abgezweigtem Material von der Eintrittsstelle durch einen parallelen Kanal, um ein ständiges Angebot an frischem abgezweigtem Material an der Eintrittsstelle, in nächster Nähe zu dem Einlaß des Kapillardurchlasses zu gewährleisten.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der der Eintrittsstelle zugeführte Volumenstrom an Material beträchtlich größer ist als das Volumendurchflußvermögen des Kapillardurchlas ses.

8. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Eintrittsstelle im wesentlichen benachbart zu dem Einlaß des Kapillardurch lasses angeordnet wird, so daß der Volumenstrom von abge zweigtem Material im wesentlichen benachbart zu dem Einlaß des Kapillardurchlasses angeordnet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 6, welches als weiteren Schritt umfaßt, den Teil des Volumenstroms von abgezweigtem Mate rial zu dem Prozeß-Hauptstrom zurückzuführen.

10. Verfahren nach Anspruch 6, welches als weiteren Schritt umfaßt, den Rest des Volumenstroms von abgezweigtem Mate rial zu dem Prozeß-Hauptstrom zurückzuführen.