DE102010027817A1

DE102010027817A1 - Messanlage zur Ermittlung eines die Schlagzähigkeitseigenschaften von Kunststoffen charakterisierenden Materialkennwertes

Info

Publication number: DE102010027817A1
Application number: DE102010027817A
Authority: DE
Inventors: Thomas Hochrein
Original assignee: SKZ - KFE GGMBH KUNSTSTOFF-FORSCHUNG und -ENTWICKLUNG; SKZ KFE GGMBH KUNSTSTOFF FORSCHUNG und ENTWICKLUNG
Current assignee: SKZ - KFE GGMBH KUNSTSTOFF-FORSCHUNG und -ENTWICKLUNG; SKZ KFE GGMBH KUNSTSTOFF FORSCHUNG und ENTWICKLUNG
Priority date: 2010-04-15
Filing date: 2010-04-15
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2030-04-16
Also published as: DE102010027817B4

Abstract

Eine Messanlage weist zur Ermittlung eines die Schlagzähigkeitseigenschaften von Kunststoff charakterisierenden Materialkennwertes eine Compoundiervorrichtung zur Erzeugung eines Kunststoff-Strangs (2) und eine dieser nachgeordnete Messvorrichtung (28) auf. Die Messvorrichtung (28) weist eine Führung (79) für den Kunststoff-Strang (2) und ein drehantreibbares Schlagelement (90) zur Ausübung eines Schlages auf den Kunststoff-Strang (2) auf. Mit mindestens einem Messsensor (80, 94) wird mindestens ein Messsignal (D, F) gemessen, das die Schlagzäharakterisiert. Eine Steuervorrichtung ermittelt aus dem mindestens einen Messsignal (D, F) mindestens einen Materialkennwert. Die Messanlage ermöglicht eine einfache und schnelle Entwicklung neuer Kunststoffmaterialien.

Description

Die Erfindung betrifft eine Messanlage zur Ermittlung eines die Schlagzähigkeitseigenschaften von Kunststoffen charakterisierenden Materialkennwertes.
Bei der Entwicklung neuer Kunststoffmaterialien müssen eine geeignete Rezeptur und geeignete Betriebsparameter der Compoundiervorrichtung gefunden werden, sodass das compoundierte Kunststoffmaterial die gewünschten Eigenschaften aufweist. In der Praxis sind insbesondere die mechanischen Eigenschaften des Kunststoffmaterials von Bedeutung, wie beispielsweise Druck-, Zug- und/oder Schlagzähigkeitseigenschaften.
Die Messung von diese Eigenschaften charakterisierenden Materialkennwerten erfolgt atline oder offline. Zur Herstellung des Kunststoffmaterials wird zunächst Kunststoffgranulat in einer bestimmten Rezeptur bzw. Rezepturfolge in einer Compoundiervorrichtung, die mit bestimmten Betriebsparametern betrieben wird, compoundiert. Aus dem Kunststoffmaterial wird ein Probenkörper erzeugt, der anschließend hinsichtlich der relevanten mechanischen Materialkennwerte untersucht wird. Nach dem Vorliegen der mechanischen Materialkennwerte können die Rezeptur und die Betriebsparameter der Compoundiervorrichtung modifiziert und optimiert werden. Nachteilig ist, dass die beschriebene, iterative Vorgehensweise zu langen Materialentwicklungszyklen führt, da die gemessenen mechanischen Materialkennwerte erst erheblich zeitverzögert zu der Compoundierung des Kunststoffmaterials vorliegen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Messanlage zu schaffen, die eine einfache und schnelle Entwicklung neuer Kunststoffmaterialien in Bezug auf deren Schlagzähigkeitseigenschaften ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch eine Messanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird mittels der Compoundiervorrichtung ein Kunststoff-Strang extrudiert, der als Probenkörper für die nachgeordnete Ermittlung eines die Schlagzähigkeitseigenschaften des Kunststoffsmaterials charakterisierenden Materialkennwerts mittels der Messvorrichtung dient. Der Kunststoff-Strang wird zeitnah zur Compoundierung der Messvorrichtung zugeführt. Die Messvorrichtung ist derart ausgebildet, dass mindestens ein die Schlagzähigkeitseigenschaften des Kunststoff-Strangs charakterisierender Materialkennwert ermittelbar ist. Hierzu weist die Messvorrichtung ein um eine Drehachse drehantreibbares Schlagelement auf, mittels dem in bestimmten Zeitabständen ein Schlag auf den in der Führung geführten Kunststoff-Strang ausgeübt wird. Mittels des mindestens einen Messsensors wird mindestens ein Messsignal ermittelt, das die während des Schlages an dem Kunststoff-Strang verrichtete Schlagarbeit charakterisiert. Das mindestens eine Messsignal kann beispielsweise ein Drehmoment- und/oder Drehzahl- und/oder Leistungs- und/oder ein Kraft-Messsignal sein, mittels dem bzw. mittels denen die Schlagzähigkeit und/oder die Kerbschlagzähigkeit analog zu dem entsprechenden Norm-Prüfverfahren ermittelbar ist. Aus dem mindestens einen Messsignal kann anschließend mittels der Steuervorrichtung der mindestens eine Materialkennwert berechnet werden. Der mindestens eine Materialkennwert erlaubt eine quantitative und/oder qualitative Aussage dahingehend, ob das compoundierte Kunststoffmaterial hinsichtlich seiner Schlagzähigkeitseigenschaften bzw. Kerbschlagzähigkeitseigenschaften die gewünschten Anforderungen erfüllt oder nicht.
Die erfindungsgemäße Messanlage ermöglicht auf einfache und schnelle Weise die Ermittlung von spezifischen, mechanischen Materialkennwerten. Die Untersuchung des Kunststoff-Strangs in der Messvorrichtung erfolgt entsprechend Norm-Prüfverfahren, sodass die ermittelten mechanischen Materialkennwerte mit den entsprechenden Materialkennwerten aus dem Norm-Prüfverfahren vergleichbar sind. Da die Herstellung des Probenkörpers, also des Kunststoff-Strangs mittels des Compoundierprozesses erfolgt, ist die Probenkörperherstellung dementsprechend produktionsnah, sodass die aus dem mechanischen Materialkennwert entsprechende Rezeptur und/oder entsprechenden Betriebsparameter der Compoundiervorrichtung unmittelbar auf einen Produktionsprozess übertragbar sind.
Die Messung bzw. Prüfung direkt am extrudierten Kunststoff-Strang ermöglicht somit eine kontinuierliche Online- bzw. Inline-Prüfung der Schlagzähigkeitseigenschaften von Kunststoffen, wobei der extrudierte Kunststoff-Strang als Probenkörper dient. Die Prüfung erfolgt mittels der Messvorrichtung mit einem geeigneten Prüf- bzw. Messverfahren, wobei dieses an konventionelle Norm-Prüfverfahren angelehnt ist. Die Messergebnisse liegen zeitnah zum Herstellungs- bzw. Compoundierprozess des Kunststoff-Strangs vor, sodass eine einfache und schnelle Rückkopplung zur Rezeptur- und/oder Verfahrensoptimierung möglich ist. Der Materialentwicklungszyklus von Kunststoffmaterialien wird hierdurch erheblich beschleunigt.
Die für den Kunststoff-Strang formgebende Austragsöffnung ist vorzugsweise kreisförmig ausgebildet, sodass der Kunststoff-Strang quer bzw. senkrecht zu der Transportrichtung einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt hat. Das Austragselement der Compoundiervorrichtung kann insbesondere auch mehrere Austragsöffnungen aufweisen, sodass parallel mehrere Kunststoff-Stränge erzeugt werden. Die Kunststoff-Stränge können dann parallel mehreren Messvorrichtungen zugeführt werden, mittels denen unterschiedliche mechanische Materialeigenschaften untersucht werden. In den Messvorrichtungen können beispielsweise Druck- bzw. Härte-, Zug-, und/oder Schlagzähigkeitseigenschaften des Kunststoff-Materials bzw. der Kunststoff-Stränge untersucht werden. Die Austragsöffnungen können gleich oder unterschiedlich ausgebildet sein, sodass Kunststoff-Stränge mit gleichem und/oder unterschiedlichem Querschnitt erzeugt werden.
Die Compoundiervorrichtung ist vorzugsweise als Einschnecken- oder Mehrschneckenextruder ausgebildet. Vorzugsweise ist die Compoundiervorrichtung als gleichsinnig oder gegensinnig drehender Doppelschneckenextruder ausgebildet.
Eine Messanlage nach Anspruch 2 ermöglicht auf einfache Weise das Durchführen von Messungen in kurzen und im Wesentlichen gleichen Zeitabständen.
Eine Messanlage nach Anspruch 3 ermöglicht auf einfache Weise das Ausüben eines Schlages auf einen einseitig geführten und abschlagfixierten Kunststoff-Strang. Diese Messung bzw. Prüfung entspricht der Normprüfung nach Izod.
Eine Messanlage nach Anspruch 4 ermöglicht auf einfache Weise das Ausüben eines Schlages auf einen einseitig und/oder beidseitig geführten sowie abschlagfixierten Kunststoff-Strang. Bei dem einseitig geführten Kunststoff-Strang entspricht die Messung bzw. Prüfung der Normprüfung nach Izod. Bei dem beidseitig geführten Kunststoff-Strang entspricht die Messung bzw. Prüfung der Normprüfung nach Charpy.
Eine Messanlage nach Anspruch 5 gewährleistet eine ausreichende Fixierung des Kunststoff-Strangs während des Schlages.
Eine Messanlage nach Anspruch 6 ermöglicht auf einfache Weise das Durchführen einer Messung bzw. Prüfung entsprechend der Normprüfung nach Izod.
Eine Messanlage nach Anspruch 7 ermöglicht auf einfache Weise das Durchführen einer Messung bzw. Prüfung entsprechend der Normprüfung nach Charpy. Die trichterförmige Ausbildung des zweiten Führungselements gewährleistet, dass das freie Ende des Kunststoff-Strangs nach dem Abschlagen wieder aufgrund der Bewegung des Kunststoff-Strangs in der Transportrichtung in das zweite Führungselement eingeführt wird.
Eine Messanlage nach Anspruch 8 gewährleistet die Ermittlung des mindestens einen Materialkennwertes für die Schlagzähigkeit bzw. Kerbschlagzähigkeit mit hoher Genauigkeit. Bei den Normprüfverfahren wird das Verhältnis von verrichteSchlagarbeit zu dem kleinsten Querschnitt des Probenkörpers gebildet. Entsprechend kann die mittels des mindestens einen Messsensors ermittelte Schlagarbeit im Verhältnis zu dem Querschnitt des Kunststoff-Strangs gesetzt werden, um einen entsprechenden Materialkennwert zu ermitteln. Die verrichtete Schlagarbeit kann beispielsweise aus dem Drehmoment und/oder der Drehzahl des Antriebsmotors und/oder einer dem Drehmoment entsprechenden Kraft auf die Führung während des Schlages und/oder der aufgenommenen Leistung des Antriebsmotors während des Schlages berechnet werden.
Eine Messanlage nach Anspruch 9 ermöglicht die Ermittlung des mindestens einen Materialkennwertes für die Schlagzähigkeit bzw. Kerbschlagzähigkeit mit hoher Genauigkeit. Mittels des Kraft-Messsensors kann eine schnelle Kraftmessung an der Abschlagkante bzw. Abschlagfixierung in der Nähe der Bruchkante des Kunststoff-Strangs erfolgen. Dieses Kraft-Messsignal ermöglicht Rückschlüsse auf die Schlagzähigkeit bzw. Kerbschlagzähigkeit. Zur Messung kann beispielsweise ein piezoelektrischer Messsensor eingesetzt werden.
Eine Messanlage nach Anspruch 10 gewährleistet eine hohe Genauigkeit bei der Ermittlung des mindestens einen Materialkennwertes. Querschnittsschwankungen des Kunststoff-Strangs können bei der Berechnung des mindestens einen Materialkennwertes für die Schlagzähigkeit bzw. Kerbschlagzähigkeit berücksichtigt und über Ausgleichsrechnungen korrigiert werden. Der mindestens eine Messsensor kann beispielsweise als berührender Messtaster ausgebildet sein. Weiterhin kann der mindestens eine Messsensor berührungslos arbeiten, wie beispielsweise ein als Messlichtschranke, Lasermesssystem oder digitales Bildverarbeitungssystem ausgebildeter Messsensor.
Eine Messanlage nach Anspruch 11 ermöglicht auf einfache Weise das Durchführen von Kerbschlagzähigkeitsmessungen bzw. -prüfungen. Zur Erzeugung einer Einkerbung kann das Kerbelement beispielsweise als Schneckenwelle ausgebildet sein, die in die Führung integriert und drehangetrieben ist. Die Steigung der Schneckenwelle ist an die Transportgeschwindigkeit des Kunststoff-Strangs sowie an die Rotationsgeschwindigkeit des Schlagelements bzw. der Schlagelemente angepasst, so dass sich die jeweils erzeugte Einkerbung an der Abschlagkante der Führung befindet, wenn das Schlagelement bzw. eines der Schlagelemente auf den Kunststoff-Strang trifft. Ferner kann das Kerbelement als Laserstrahl einer Lasereinheit ausgebildet sein, mittels dem Material von dem Kunststoff Strang abgetragen und eine entsprechende Einkerbung erzeugt wird. Der Laserstrahl trifft in periodischen. Zeitabständen auf den Kunststoff-Strang und trägt an definierten Stellen Material ab. Die Zeitabstände sind an die Rotationsgeschwindigkeit des Schlagelements bzw. der Schlagelemente angepasst, so dass die jeweilige Einkerbung wiederum an der Abschlagkante der Führung angeordnet ist, wenn das jeweilige Schlagelement auf den Kunststoff-Strang trifft. Entsprechendes gilt, wenn das Kerbelement stiftartig oder als Fräs-Werkzeug ausgebildet und an einer Kolben-Zylinder-Einheit angeordnet ist, die in periodischen Zeitabständen das Kerbelement gegen den Kunststoff-Strang presst und eine Einkerbung erzeugt. Weiterhin kann das Kerbelement als beheizte Walze ausgebildet sein, die beispielsweise eine sternförmige Außenkontur aufweist und mit einer Gegenwalze einen Spalt begrenzt, dessen Spaltbreite in Abhängigkeit von der Außenkontur der Walze und/oder Gegenwalze variiert, um an definierten Stellen Einkerbungen zu erzeugen. Die Außenkontur der Walze bzw. Gegenwalze ist auf die Transportgeschwindigkeit des Kunststoff- Strangs und die Rotationsgeschwindigkeit des Schlagelements bzw. der Schlagelemente angepasst, so dass sich die jeweilige Einkerbung an der Abschlagkante der Führung befindet, wenn ein Schlagelement auf den Kunststoff-Strang trifft.
Eine Messanlage nach Anspruch 12 ermöglicht eine Fixierung des Kunststoff-Strangs beim Einkerben und beim Abschlagen. Beispielsweise kann das als Schneckenwelle ausgebildete Kerbelement oder das mittels der Kolben-Zylinder-Einheit betätigte, stiftförmige Kerbelement in die Führung bzw. das dem Schlagelement vorgeordnete Führungselement integriert sein. Alternativ kann das Kerbelement der Führung auch vorgeordnet oder zwischen der Führung und dem Schlagelement angeordnet sein. Das als Walze ausgebildete Kerbelement mit der Gegenwalze kann beispielsweise der Führung vorgeordnet sein. Weiterhin kann das als Laserstrahl ausgebildete Kerbelement der Führung vorgeordnet oder nachgeordnet oder in die Führung integriert sein.
Eine Messanlage nach Anspruch 13 ermöglicht eine unmittelbare und automatische Veränderung der Rezeptur in Abhängigkeit des ermittelten Materialkennwerts. Hierdurch wird eine schnelle und automatische Rückkopplung zu der Compoundiervorrichtung zur Rezepturoptimierung ermöglicht.
Eine Messanlage nach Anspruch 14 ermöglicht eine schnelle und automatische Veränderung mindestens eines Betriebsparameters der Compoundiervorrichtung in Abhängigkeit des ermittelten Materialkennwertes. Hierdurch wird eine schnelle und automatische Rückkopplung zu der Compoundiervorrichtung zur Betriebsparameter- bzw. Verfahrensoptimierung ermöglicht.
Eine Messanlage nach Anspruch 15 ermöglicht eine exakte Einstellung bzw. Regelung der Temperatur des Kunststoff-Strangs vor dem Zuführen in die Messvorrichtung. Die Temperierwirkung, also die Heiz- oder Kühlwirkung der Temperiervorrichtung, wird vorzugsweise in Abhängigkeit einer gemessenen Temperatur des Kunststoff-Strangs geregelt. Durch die Temperiervorrichtung kann die Temperaturabhängigkeit der Schlagzähigkeitseigenschaften exakt untersucht und entsprechende Materialkennwerte über der Temperatur ermittelt werden. Dies ist insbesondere deswegen vorteilhaft, da Kunststoffe ihre mechanischen Materialeigenschaften signifikant mit der Temperatur ändern.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Messanlage gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel zur Ermittlung eines die Schlagzähigkeitseigenschaften eines Kunststoff-Strangs charakterisierenden Materialkennwerts mittels einer Messvorrichtung,
2 eine schematische Darstellung der den Kunststoff-Strang einseitig führenden Messvorrichtung in 1 mit mehreren an einem Rotor angeordneten Schlagelementen,
3 eine Schnittdarstellung der Messvorrichtung in 2 entlang der Schnittlinie III-III,
4 eine Schnittdarstellung der Messvorrichtung entsprechend 3 mit einer um 90° gedrehten Drehachse des Rotors,
5 eine schematische Darstellung einer Messanlage gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel mit einer den Kunststoff-Strang beidseitig führenden Messvorrichtung,
6 eine schematische Darstellung der Messvorrichtung in 5,
7 eine schematische Darstellung einer Messanlage gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel zur Ermittlung eines die Kerbschlagzähigkeitseigenschaften eines Kunststoff-Strangs charakterisierenden Materialkennwerts mittels einer Messvorrichtung,
8 eine schematische Darstellung der Messvorrichtung in 7 mit einem ersten in eine Führung des Kunststoff Strangs integrierten Kerbelement,
9 eine schematische Darstellung der Messvorrichtung in 7 mit einem zweiten in eine Führung des Kunststoff-Strangs integrierten Kerbelement,
10 eine schematische Darstellung der Messvorrichtung in 7 mit einem dritten in eine Führung des Kunststoff Strangs integrierten Kerbelement,
11 eine schematische Darstellung einer Messanlage gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel zur Ermittlung eines die Kerbschlagzähigkeitseigenschaften eines Kunststoff-Strangs charakterisierenden Materialkennwerts mittels einer Messvorrichtung,
12 eine schematische Darstellung der Messvorrichtung in 11 mit einem außerhalb einer Führung des Kunststoff-Strangs angeordneten ersten Kerbelement, und
13 eine schematische Darstellung der Messvorrichtung in 11 mit einem außerhalb einer Führung des Kunststoff-Strangs angeordneten zweiten Kerbelement.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Eine Messanlage 1 weist zur Extrusion eines Kunststoff-Strangs 2 eine Compoundiervorrichtung 3 auf. Die Compoundiervorrichtung 3 ist als Doppelschneckenextruder ausgebildet und umfasst ein Austragselement 4 in Form eines Lochplattenwerkzeugs, das mindestens eine für den Kunststoff-Strang 2 formgebende Austragsöffnung 5 aufweist. Die Austragsöffnung 5 ist im Querschnitt kreisförmig ausgebildet.
Das Austragselement 4 kann je nach Bedarf mehrere Austragsöffnungen 5 aufweisen, durch die jeweils ein Kunststoff-Strang 2 extrudiert wird. In 1 ist exemplarisch lediglich ein Kunststoff-Strang 2 dargestellt.
Zur Zuführung von verschiedenen Ausgangsstoffen A₁ bis A_n, die in der Compoundiervorrichtung 3 compoundiert und zu dem Kunststoff-Strang 2 extrudiert werden, weist diese eine Dosiereinheit 6 auf. Die Dosiereinheit 6 ist an eine Steuervorrichtung 7 angeschlossen, mittels der die Dosiereinheit 6 betätigbar ist.
Die Compoundiervorrichtung 3 ist zur Einstellung ihrer Betriebsparameter P an die Steuervorrichtung 7 angeschlossen. Der Aufbau der Compoundiervorrichtung 3 ist grundsätzlich bekannt und üblich. Betriebsparameter P sind beispielsweise die Drehzahl, die Heizleistung und/oder die Kühlleistung.
Der Compoundiervorrichtung 3 ist in einer Transportrichtung 8 des Kunststoff-Strangs 2 eine Kühlvorrichtung 9 nachgeordnet, die zur Abkühlung des extrudierten Kunststoff-Strangs 2 dient. Die Kühlvorrichtung 9 ist als Kühlflüssigkeitsbad mit einer einstellbaren Kühlstrecke S ausgebildet. Zur Aufnahme von Kühlflüssigkeit 10, insbesondere Wasser oder Stickstoff, weist die Kühlvorrichtung 9 einen Behälter 11 auf, in dessen Innenraum eine erste Umlenkwalze 12 fest und eine zweite Umlenkwalze 13 in der Transportrichtung 8 verfahrbar angeordnet sind. Die zweite Umlenkwalze 13 ist über ein im Wesentlichen T-förmiges Verbindungselement 14 mit einer dritten Umlenkwalze 15 und einen Schlitten 16 verbunden. Der Schlitten 16 ist mittels eines Antriebsmotors 17 an einer in der Transportrichtung 8 verlaufenden Schiene 18 linear verfahrbar. Der Antriebsmotor 17 ist an die Steuervorrichtung 7 angeschlossen. Die Umlenkwalzen 13 und 15 sind in vertikaler Richtung versetzt zueinander angeordnet, sodass sich die dritte Umlenkwalze 15 außerhalb der Kühlflüssigkeit 10 befindet.
Der Kühlvorrichtung 9 ist in der Transportrichtung 8 eine erste Temperatur-Messeinheit 19 nachgeordnet, die zur berührungslosen Messung einer Ist-Temperatur T₁ des Kunststoff-Strangs 2 dient. Die Temperatur-Messeinheit 19 ist beispielsweise als Infrarot-Temperatursensor ausgebildet und mit der Steuervorrichtung 7 verbunden.
Der Temperatur-Messeinheit 19 ist in der Transportrichtung 8 eine erste Abzugsvorrichtung 20 nachgeordnet. Die Abzugsvorrichtung 20 dient zur Erzeugung einer auf den Kunststoff-Strang 2 wirkenden Kraft in Transportrichtung 8, sodass dieser mit einer definierten Abzugsgeschwindigkeit v₁ von der Kühlvorrichtung 9 zu einer der Abzugsvorrichtung 20 nachgeordneten Temperiervorrichtung 21 transportiert wird. Die Abzugsvorrichtung 20 weist zwei Abzugswalzen 22, 23 auf, die einen Spalt 24 zum Durchführen des Kunststoff-Strangs 2 begrenzen. Die Abzugswalze 22 ist mittels eines Antriebsmotors 25 drehantreibbar. Die Abzugsvorrichtung 20 ist an die Steuervorrichtung 7 angeschlossen.
Die Temperiervorrichtung 21 dient zum Temperieren, also Heizen oder Kühlen des Kunststoff-Strangs 2. Sie ist als Temperierkammer ausgebildet, deren Innentemperatur T_K mittels der Steuervorrichtung 7 einstellbar ist. Hierzu ist die Temperiervorrichtung 21 an die Steuervorrichtung 7 angeschlossen.
In die Temperierkammer 21 ist ein Pufferspeicher 26 integriert, der eine in Transportrichtung 8 nachgeordnete zweite Abzugsvorrichtung 27 sowie eine Messvorrichtung 28 von der Kühlvorrichtung 9 und der Compoundiervorrichtung 3 entkoppelt. Der Pufferspeicher 26 weist eine vierte Umlenkwalze 29, mehrere fünfte und sechste Umlenkwalzen 30 und 31 sowie eine siebte Umlenkwalze 32 auf. Die fünften Umlenkwalzen 30 sind fest in der Temperierkammer 21 angeordnet, wohingegen die sechsten Umlenkwalzen 31 an einem Verbindungselement 33 angeordnet sind, das mittels eines Antriebsmotors 34 um eine Schwenkachse 35 verschwenkbar ist. Der Antriebsmotor 34 ist zur Steuerung des Speichervorgangs an die Steuervorrichtung 7 angeschlossen. Die Umlenkwalzen 29 und 32 sind fest in der Temperierkammer 21 angeordnet und befinden sich in vertikaler Richtung zwischen den Umlenkwalzen 30 und 31.
Die zweite Abzugsvorrichtung 27 dient zum Abziehen des Kunststoff-Strangs 2 aus der Temperiervorrichtung 21 mit einer definierten Abzugsgeschwindigkeit v₂. Entsprechend der Abzugsvorrichtung 20 weist diese zwei Abzugswalzen 36, 37 auf, die einen Spalt 38 für den Kunststoff-Strang 2 begrenzen. Die Abzugswalze 36 ist mittels eines Antriebsmotors 39, der an die Steuervorrichtung 7 angeschlossen ist, drehantreibbar.
Zwischen der Abzugsvorrichtung 27 und der Messvorrichtung 28 ist eine zweite Temperatur-Messeinheit 40 angeordnet, mittels der eine Ist-Temperatur T₂ des Kunststoff-Strangs 2 unmittelbar vor Eintritt in die Messvorrichtung 28 messbar ist. Die zweite Temperatur-Messeinheit ist entsprechend der ersten Temperatur-Messeinheit 19 ausgebildet.
Die Messvorrichtung 28 dient zur Ermittlung mindestens eines mechanischen Materialkennwerts K, der die Schlag- bzw. Kerbschlagzähigkeitseigenschaften des Kunststoff-Strangs 2 bzw. des den Kunststoff-Strang 2 bildenden Kunststoffmaterials charakterisiert. Die Messvorrichtung 28 weist in der Transportrichtung 8 nacheinander eine durch ein erstes Führungselement 78 gebildete Führung 79, einen Messsensor 80 und eine Schlageinheit 81 auf, die an einem Grundgestell 82 angeordnet sind. Das Führungselement 78 weist eine in der Transportrichtung 8 verlaufende Bohrung 83 auf, die eine Eintrittsöffnung 84 und eine Austrittsöffnung 85 für den Kunststoff-Strang 2 ausbildet. Der Kunststoff-Strang 2 ist durch die Bohrung 83 geführt. Das Führungselement 78 bildet an der Austrittsöffnung 85 eine Abschlagkante 86 für den Kunststoff-Strang 2 aus. Der Innendurchmesser der Bohrung 83 ist größer als der Außendurchmesser des Kunststoff-Strangs 2.
Der Messsensor 80 ist derart ausgebildet, dass eine Abmessung des Kunststoff-Strangs 2 zwischen der Führung 79 und der Schlageinheit 81 berührend oder berührungslos messbar ist. Der Messsensor 80 ist beispielsweise als Messlichtschranke, Lasermesssystem oder digitales Bildverarbeitungssystem ausgebildet, so dass der Durchmesser D des Kunststoff-Strangs 2, insbesondere der kleinste Durchmesser D berührungslos messbar ist, so dass der zugehörige kleinste Querschnitt Q ermittelbar ist. Hierzu ist der Messsensor 80 an die Steuervorrichtung 7 angeschlossen. Ist der Messsensor 80 als Bildverarbeitungssystem ausgebildet, so kann zusätzlich ermittelt werden, ob ein vollständiger Bruch, ein Scharnierbruch oder kein Bruch des Kunststoff-Strangs 2 vorliegt.
Die Schlageinheit 81 weist einen Rotor 87 auf, der mittels eines Antriebsmotors 88 um eine Drehachse 89 drehantreibbar ist. An dem scheibenförmigen Rotor 87 sind umfangsseitig in gleichen Winkelabständen α mehrere als Zapfen ausgebildete Schlagelemente 90 angeordnet, die sich in radialer Richtung erstrecken. In 2 sind beispielsweise acht Schlagelemente 90 an dem Rotor 87 angeordnet, so dass der Winkel α = 45° ist. Die Drehachse 89 verläuft in der in den 2 und 3 dargestellten Ausführungsform der Schlageinheit 81 senkrecht zu der Transportrichtung 8, wohingegen die Drehachse 89 in der in 4 gezeigten Ausführungsform der Schlageinheit 81 parallel zu der Transportrichtung 8 verläuft. Die Schlageinheit 81 ist relativ zu der Führung 79 derart angeordnet, dass die Schlagelemente 90 bei Rotation des Rotors 87 auf den Kunststoff-Strang 2 treffen. Der Abstand der Schlagelemente 90 zu der Abschlagkante 86 kann einstellbar sein, beispielsweise durch lineare Verschiebung der Schlageinheit 81 und/oder der Führung 79 und/oder durch die Länge der Schlagelemente 90.
Die Schlageinheit 81 weist zur Messung eines Drehmoments M einen Drehmoment-Messsensor 91 auf, der zwischen dem Antriebsmotor 88 und dem Rotor 87 angeordnet ist. Weiterhin weist der Antriebsmotor 88 zur Messung seiner Winkelgeschwindigkeit ω bzw. Drehzahl einen Winkelgeschwindigkeits-Messsensor 92 bzw. Drehzahl-Messsensor auf. Zur Messung der aufgenommenen elektrischen Leistung P_E weist der Antriebsmotor 88 einen Leistungs-Messsensor 93 auf Der Leistungs-Messsensor 93 umfasst einen Strom- und Spannungsmesser.
Das Führungselement 78 umgibt den Kunststoff-Strang 2 senkrecht zur Transportrichtung 8, also in radialer Richtung vollständig. Im Bereich der Abschlagkante 86 ist ein Kraft-Messsensor 94 angeordnet, der in die Führung 79 bzw. das Führungselement 78 integriert ist und mittels dem die während des Schlages wirkende Kraft F auf die Führung 79 im Bereich der Abschlagkante 86 messbar ist.
Zur Steuerung der Messung sowie zur Übermittlung der Messsignale M, ω, P_E und F ist die Messvorrichtung 28 bzw. die zugehörigen Messsensoren 91 bis 94 an die Steuervorrichtung 7 angeschlossen.
In der Compoundiervorrichtung 3 werden die Ausgangsstoffe A₁ bis A_n in einem definierten Mischungsverhältnis zu einem zu untersuchenden Kunststoffmaterial compoundiert und durch das Austragselement 4 zu dem Kunststoff-Strang 2 extrudiert. Das Mischungsverhältnis wird von der Steuervorrichtung 7 vorgegeben und mittels der Dosiereinheit 6 eingestellt. Der extrudierte Kunststoff-Strang 2 wird über die Umlenkwalze 12 in die Kühlflüssigkeit 10 geführt und entlang der Kühlstrecke S gekühlt. Die Kühlstrecke S wird mittels der Steuervorrichtung 7 eingestellt, indem der Schlitten 16 an eine bestimmte Position verfahren wird. Dadurch, dass der Kunststoff-Strang 2 zwischen den Umlenkwalzen 13 und 15 geführt ist, ändert sich durch das Verfahren des Schlittens 16 die Austrittsstelle des Kunststoff-Strangs 2 aus der Kühlflüssigkeit 10 und somit die Kühlstrecke S.
Durch das Abkühlen erhält der Kunststoff-Strang 2 die erforderliche mechanische Formstabilität, sodass dieser mittels der Abzugsvorrichtung 20 mit einer vorgegebenen Abzugsgeschwindigkeit v₁ in Transportrichtung 8 weiterbefördert wird. Die Temperatur T₁ des Kunststoff-Strangs 2 nach dem Austritt aus der Kühlvorrichtung 9 wird mittels der Temperatur-Messeinheit 19 berührungslos gemessen und an die Steuervorrichtung 7 übermittelt.
In der Temperiervorrichtung 21 erfolgt eine Temperatureinstellung des Kunststoff-Strangs 2 auf eine mittels der Steuervorrichtung 7 vorgegebene Soll-Temperatur T_S. Hierzu wird die Innentemperatur T_K der Temperierkammer 21 in Abhängigkeit der gemessenen Temperatur T₁ und/oder der mittels der Temperatur-Messeinheit 40 gemessenen Temperatur T₂ gesteuert oder geregelt. Gleichzeitig erfolgt mittels des Pufferspeichers 26 eine Entkopplung der Messvorrichtung 28 von der Kühlvorrichtung 9 sowie der Compoundiervorrichtung 3. In Abhängigkeit der ersten Abzugsgeschwindigkeit v₁ sowie der zweiten Abzugsgeschwindigkeit v₂ der zweiten Abzugsvorrichtung 27 wird der Antriebsmotor 34 betätigt, sodass das Verbindungselement 33 um die Schwenkachse 35 verschwenkt wird. Dadurch, dass der Kunststoff-Strang 2 mäanderförmig um die Umlenkwalzen 29, 30, 31 und 32 geführt ist, wird der Pufferspeicher 26 durch das Verschwenken in die eine oder die andere Richtung gefüllt oder geleert. Aufgrund der Speicherung des Kunststoff-Strangs 2 hat dieser eine ausreichend lange Verweildauer in der Temperiervorrichtung 21, sodass der Kunststoff-Strang 2 die vorgegebene Soll-Temperatur T_S bzw. die Innentemperatur T_K annehmen kann.
Die Abzugsgeschwindigkeit v₂ wird von der Steuervorrichtung 7 so eingestellt, wie dies für die Messung in der Messvorrichtung 28 erforderlich ist. Vor Eintritt des Kunststoff-Strangs 2 in die Messvorrichtung 28 wird mittels der Temperatur-Messeinheit 40 die Temperatur T₂ gemessen und an die Steuervorrichtung 7 übertragen.
Die Steuervorrichtung 7 übermittelt an die Messvorrichtung 28 zu einem gewünschten Zeitpunkt ein Triggersignal, das einen Messvorgang startet. Der Kunststoff-Strang 2 durchläuft zunächst das Führungselement 78 und tritt durch die Austrittsöffnung 85 aus diesem aus. Nach dem Führungselement 78 wird zunächst mittels des Messsensors 80 der Durchmesser D des Kunststoff Strangs 2 gemessen und an die Steuervorrichtung 7 übermittelt, die daraus den Querschnitt Q bzw. die Querschnittsfläche des Kunststoff-Strangs 2 berechnet.
Der Rotor 78 wird mittels des Antriebsmotors 88 mit der Winkelgeschwindigkeit ω um die Drehachse 89 drehangetrieben. Hierbei treffen die als Zapfen ausgebildeten Schlagelemente 90 auf das freie Ende des Kunststoff-Strangs 2, so dass auf dieses eine Kraft F_S ausgeübt wird, die quer zu der Transportrichtung 8 verläuft. Der Kunststoff-Strang 2 ist in dem Führungselement 78 abschlagfixiert, so dass dieser an der Abschlagkante 86 aufgrund der Kraft F_S gebrochen bzw. abgeschlagen wird. Während des Auftreffens eines Schlagelements 90 auf den Kunststoff-Strang 2 und des Abschlagens des Kunststoff-Strangs 2 werden mittels der Messsensoren 91 bis 94 das Drehmoment M, die Winkelgeschwindigkeit ω und die aufgenommene Leistung P_E des Antriebsmotors 88 sowie die Kraft F an der Abschlagkante 86 gemessen und an die Steuervorrichtung 7 übermittelt. Aus dem gemessenen Drehmoment M, der gemessenen Winkelgeschwindigkeit ω, der gemessenen Leistung P_E und/oder der gemessenen Kraft F kann die während des Abschlagens verrichtete Schlagarbeit W berechnet werden. Ist der Antriebsmotor 88 beispielsweise drehzahlgeregelt und wird mit einer konstanten Drehzahl bzw. Winkelgeschwindigkeit ω betrieben, so kann die Schlagarbeit W aus der Erhöhung des Drehmoments M während des Abschlagens berechnet werden. Das Drehmoment M kann auch aus der aufgenommenen Leistung P_E und der Winkelgeschwindigkeit ω berechnet werden. In diesem Fall kann die Messung des Drehmoments M bzw. der Drehmoment-Messsensor 91 entfallen. Anstelle des Drehmoments M kann auch die gemessene Kraft F zur Berechnung der Schlagarbeit W verwendet werden.
In der Steuervorrichtung 7 wird die berechnete Schlagarbeit W im Verhältnis zu dem Durchmesser D bzw. dem entsprechenden Querschnitt Q gesetzt, so dass sich ein Materialkennwert K ergibt, der die Schlagzähigkeit des Kunststoffmaterials bzw. des Kunststoff-Strangs 2 charakterisiert und in dem Querschnittsschwankungen des Kunststoff-Strangs 2 korrigiert sind.
Da die Temperatur T₂ des Kunststoff-Strangs 2 vor Eintritt in die Messvorrichtung 28 gemessen wird, können Temperaturschwankungen des Kunststoff-Strangs 2 bei der Ermittlung des Materialkennwertes K korrigiert werden. Zusätzlich können gezielt unterschiedliche Temperaturen T₂ eingestellt werden, so dass der Materialkennwert K in Abhängigkeit der Temperatur T₂ des Kunststoff-Strangs 2 ermittelt wird.
Das Online- bzw. Inline-Prüfverfahren ist an die Normprüfung nach Izod angelehnt. Der Materialkennwert K wird mit einem Soll-Kennwert K_S verglichen. In Abhängigkeit des Materialkennwertes K bzw. des Vergleichsergebnisses werden die Betriebsparameter P und/oder das Mischungsverhältnis der Ausgangsstoffe A₁ bis A_n verändert, um das Betriebsverfahren der Compoundiervorrichtung 3 und/oder die Rezeptur des Kunststoffmaterials zu modifizieren bzw. zu optimieren.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 5 und 6 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Konstruktiv identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, auf dessen Beschreibung hiermit verwiesen wird. Konstruktiv unterschiedliche, jedoch funktionell gleichartige Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten a. Die Kühlvorrichtung 9a der Messanlage 1a weist eine Kühlflüssigkeits-Pumpe 43 sowie eine Kühlflüssigkeits-Temperiereinheit 44 auf, die über eine Rohrleitung 45 mit dem Behälter 11 verbunden ist und so eine Zirkulation der Kühlflüssigkeit 10 ermöglichen. Die Kühlwirkung der Kühlvorrichtung 9a ist somit über die Kühlstrecke S, die Temperatur T_F der Kühlflüssigkeit 10 und/oder den Volumenstrom V_F der Kühlflüssigkeit 10 einstellbar. Die Kühlflüssigkeits-Temperiereinheit 44 ist an die Steuervorrichtung 7 angeschlossen, sodass mittels dieser die Temperatur T_F veränderbar ist. Entsprechend ist die Kühlflüssigkeits-Pumpe 43 an die Steuervorrichtung 7 angeschlossen, sodass der Volumenstrom V_F veränderbar ist.
Die Temperiervorrichtung 21a ist aus mehreren hintereinander angeordneten Gebläsen 46 ausgebildet und zwischen der Temperatur-Messeinheit 19 und der ersten Abzugsvorrichtung 20 angeordnet. Die Gebläse 46 sind an die Steuervorrichtung 7 angeschlossen, mittels der der Volumenstrom V_K und die Temperatur T_K des mittels der Gebläse 46 erzeugten Luftstroms veränderbar ist. Zwischen den Abzugsvorrichtungen 20, 27 ist eine Vermessungseinheit 47 angeordnet, die zur Messung bzw. Ermittlung des Durchmessers D und/oder des Querschnitts Q bzw. der Querschnittsfläche des Kunststoff-Strangs 2 dient. Die Vermessung des Durchmessers D und/oder des Querschnitts Q bzw. Profils des Kunststoff-Strangs 2 erfolgt vorzugsweise berührungslos. Die Vermessungseinheit 47 ist an die Steuervorrichtung 7 angeschlossen. Der ermittelte Durchmessers D und/oder der ermittelte Querschnitt Q kann zur Ermittlung bzw. Korrektur des Materialkennwertes K verwendet werden. Weicht der Durchmesser D bzw. der Querschnitt Q von einem vorgegebenen Soll-Durchmesser D_S bzw. Soll-Querschnitt Q_S ab, so wird mittels der Abzugsvorrichtung 20 und/oder 27 die Abzugsgeschwindigkeit v₁ und/oder v₂ verändert. Hierdurch kann der Durchmesser D bzw. der Querschnitt Q an den gewünschten Soll-Durchmesser D_S bzw. Soll-Querschnitt Q_S angepasst werden.
Die Führung 79a der Messvorrichtung 28a weist zusätzlich zu dem ersten Führungselement 78a ein zweites Führungselement 95 auf, das relativ zu der Schlageinheit 81 gegenüberliegend zu dem ersten Führungselement 78a angeordnet ist. Das Führungselement 95 weist entsprechend dem ersten Führungselement 78a eine Bohrung 96 auf, die parallel zu der Transportrichtung 8 und konzentrisch zu der Bohrung 83 verläuft und eine Eintrittsöffnung 97 sowie eine Austrittsöffnung 98 bildet. Das Führungselement 95 ist im Bereich der Eintrittsöffnung 97 trichterförmig ausgebildet, so dass der Kunststoff-Strang 2 aufgrund seiner Bewegung in der Transportrichtung 8 durch die Eintrittsöffnung 97 in die Bohrung 96 eingeführt wird. Die Eintrittsöffnung 97 bildet für den Kunststoff-Strang 2 eine Abschlagkante 99 aus. Entsprechend dem ersten Führungselement 78a ist im Bereich der Abschlagkante 99 ein Kraft-Messsensor 100 angeordnet. Im Betrieb der Messvorrichtung 28a wird somit mittels des Kraft-Messsensors 94 eine erste Kraft F₁ und mittels des Kraftmesssensors 100 eine zweite Kraft F₂ gemessen. Um einen symmetrischen Aufbau der Führung 79a zu erzielen, ist das erste Führungselement 78a im Bereich der Austrittsöffnung 85 trichterförmig ausgebildet.
Die Schlageinheit 81 ist entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet und an dem Grundgestell 82a befestigt. Der Messsensor 80 kann auch entfallen, da der Durchmesser D bzw. der zugehörige Querschnitt Q bereits mittels der Vermessungseinheit 47 gemessen wird.
Das freie Ende des Kunststoff-Strangs 2 wird aufgrund der Bewegung in der Transportrichtung 8 und der trichterförmigen Ausbildung des zweiten Führungselements 95 automatisch in dieses eingeführt. Die Winkelgeschwindigkeit ω des Rotors 87 ist derart an die Geschwindigkeit v₂ des Kunststoff-Strangs 2 angepasst, dass ein Schlagelement 90 immer dann auf den Kunststoff-Strang 2 trifft, wenn dieser beidseitig geführt ist. Der Kunststoff-Strang 2 wird von dem jeweiligen Schlagelement 90 durchschlagen. Die Schlagarbeit W wird entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel ermittelt, wobei zusätzlich zu der Kraft F₁ des Kraft-Messsensors 94 die Kraft F₂ des Kraft-Messsensors 100 verwendet werden kann. Das mittels der Messvorrichtung 28a durchführbare Messverfahren bzw. Prüfverfahren ist an die Normprüfung nach Charpy angelehnt. Hinsichtlich der weiteren Funktionsweise wird auf das erste Ausführungsbeispiel verwiesen.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 7 bis 10 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Konstruktiv identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei den vorangegangenen Ausführungsbeispielen, auf deren Beschreibung hiermit verwiesen wird. Konstruktiv unterschiedliche, jedoch funktionell gleichartige Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten b. Im Unterschied zu den vorangegangenen Ausführungsbeispielen ist die Kühlvorrichtung 9b der Messanlage 1b als Sprühanlage ausgebildet. Der Kunststoff-Strang 2 wird auf ein Transportband 48 extrudiert, das um zwei Umlenkwalzen 49, 50 gespannt und mittels eines Antriebsmotors 51 in Transportrichtung 8 angetrieben wird. Oberhalb des Transportbandes 48 sind mehrere Sprüheinheiten 52 bis 56 in Transportrichtung 8 hintereinander angeordnet. Jede der Sprüheinheiten 52 bis 56 weist eine Sprühdüse 57 und ein zugehöriges Sprühventil 58 auf. Die Sprühdüsen 57 sind über die Rohrleitung 45 mit der Kühlflüssigkeits-Pumpe 43 und der Kühlflüssigkeits-Temperiereinheit 44 verbunden. Die Sprühventile 58 sind zur Einstellung der Ventilöffnung milder Steuervorrichtung 7 verbunden. Die Kühlstrecke S kann über die Anzahl der in Betrieb befindlichen Sprüheinheiten 52 bis 56 verändert werden. Zusätzlich kann über die Sprühventile 58 der Volumenstrom V_F und über die Kühlflüssigkeits-Temperiereinheit 44 die Temperatur T_F der Kühlflüssigkeit 10 eingestellt werden.
Die Temperiervorrichtung 21b ist entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel als Temperierkammer ausgebildet, durch die der Kunststoff-Strang 2 direkt ohne Zwischenspeicherung geführt wird. Zwischen der Temperatur-Messeinheit 40 und der Messvorrichtung 28b ist die Vermessungseinheit 47b angeordnet, die mechanisch ausgebildet ist. Die Vermessungseinheit 47b weist zwei Messwalzen 59, 60 auf, die einen Messspalt 61 begrenzen, durch den der Kunststoff-Strang 2 geführt wird. Die Messwalze 60 ist fest angeordnet, wohingegen die Messwalze 59 in Abhängigkeit des Durchmessers D bzw. des Querschnitts Q des Kunststoff-Strangs 2 linear verlagerbar ist Die Verlagerung der Messwalze 59 ist mittels einer Kolben-Zylinder-Einheit 62 messbar. Hierzu ist der in dem Zylinder 63 geführte Kolben 64 mit einem Federelement 65 gegen die Messwalze 59 vorgespannt.
Zwischen der Vermessungseinheit 47b und der Messvorrichtung 28b ist zusätzlich eine Detektionseinheit 66 angeordnet, die zur Ermittlung von inneren Defekten, wie beispielsweise Vakuolen oder Lunkern des Kunststoff-Strangs 2 dient. Die Detektionseinheit 66 ist an die Steuervorrichtung 7 angeschlossen. Die Detektionseinheit 66 detektiert berührungslos innere Defekte und übermittelt ein entsprechendes Defektsignal E an die Steuervorrichtung 7. Die Steuervorrichtung 7 steuert das Triggersignal für die Messvorrichtung 28b derart, dass die Messung an dem Kunststoff-Strang 2 nicht in dem von den inneren Defekten betroffenen Teilbereich des Kunststoff-Strangs 2 erfolgt bzw. das ermittelte Messergebnis nicht berücksichtigt wird.
Mittels der Messvorrichtung 28b werden die Kerbschlagzähigkeitseigenschaften des Kunststoff-Strangs 2 untersucht. Hierzu weist die Messvorrichtung 28b eine Kerbeinheit 101 mit einem Kerbelement 102 auf. Mittels des Kerbelements 102 werden in den Kunststoff-Strang 2 Einkerbungen 103 eingebracht, die im Wesentlichen gleiche Abstände voneinander aufweisen. Das Kerbelement 102 ist in das Führungselement 78b integriert, so dass dieses den Kunststoff-Strang 2 beim Einkerben in radialer Richtung fixiert.
8 zeigt eine erste Ausführungsform der Messvorrichtung 28b. Das Einkerbelement 102 ist als Schneckenwelle ausgebildet, die sich im Wesentlichen in der Transportrichtung 8 erstreckt und leicht schräg zu dem Kunststoff-Strang 2 angeordnet ist, so dass die einzelnen Schneckengänge die Einkerbungen 103 zunehmend vertiefen. Die Schneckenwelle 102 ist in das Führungselement 78b integriert und erstreckt sich mit den Schneckengängen in die Bohrung 83. Die Schneckenwelle 102 wird von einem zugehörigen Antriebsmotor 104 drehangetrieben.
9 zeigt eine zweite Ausführungsform der Messvorrichtung 28b. Das Kerbelement 102 ist stiftförmig ausgebildet und in einer Führungsbohrung 105 des Führungselements 78b linear verschiebbar geführt. Zum linearen Verschieben des Kerbelements 102 ist eine Kolben-Zylinder-Einheit 106 vorgesehen, die an dem Grundgestell 82 befestigt und mit dem Kerbelement 102 verbunden ist. Mittels der Kolben-Zylinder-Einheit 106 ist das Kerbelement 102 senkrecht zu der Transportrichtung 8 verschiebbar, wobei bei Eintritt des Kerbelements 102 in die Bohrung 83 eine Einkerbung 103 in dem Kunststoff-Strang 2 erzeugt wird.
10 zeigt eine dritte Ausführungsform der Messvorrichtung 28b. Die Kerbeinheit 101 ist als Lasereinheit mit einem Laserstrahlerzeuger 107 und einer zugehörigen Fokusierungsoptik 108 ausgebildet. Das Kerbelement 102 ist der erzeugte Laserstrahl. Der Laserstrahl 102 tritt durch ein Eintrittsfenster 109 in das Führungselement 78b ein, wo der Laserstrahl 102 auf den Kunststoff-Strang 2 trifft und die gewünschte Einkerbung 103 erzeugt. Hinsichtlich der weiteren Funktionsweise wird auf die vorangegangenen Ausführungsbeispiele verwiesen.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 11 bis 13 ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Konstruktiv identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei den vorangegangenen Ausführungsbeispielen, auf deren Beschreibung hiermit verwiesen wird. Konstruktiv unterschiedliche, jedoch funktionell gleichartige Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten c. Die Compoundiervorrichtung 3c der Messanlage 1c weist eine Schmelzepumpe 67 auf, die dem Austragselement 4 in der Transportrichtung 8 vorgeordnet ist. Die Schmelzepumpe 67 ist an die Steuervorrichtung 7 angeschlossen und dient zur Einstellung eines definierten Kunststoff-Volumenstroms durch das Austragselement 4. Die Schmelzepumpe 67 ist beispielsweise als Zahnradpumpe ausgebildet. Die Kühlvorrichtung 9c weist eine konstante Kühlstrecke S₁ auf, die durch eine feste Anordnung der Umlenkwalzen 13c und 15c erzielt wird. Die Temperiervorrichtung 21c ist als Flüssigkeitsbad ausgebildet und weist einen Behälter 68 mit einer darin aufgenommenen Temperierflüssigkeit 69 auf. Die Temperiervorrichtung 21c ist entsprechend der Kühlvorrichtung 9 des ersten Ausführungsbeispiels oder der Kühlvorrichtung 9a des zweiten Ausführungsbeispiels ausgebildet. Dementsprechend weist diese fest angeordnete Umlenkwalzen 70, 71 zur Zuführung des Kunststoff-Strangs 2 in die Temperierflüssigkeit 69 und linear verfahrbar angeordnete Umlenkwalzen 72, 73 zum Abführen des Kunststoff-Strangs 2 aus der Temperierflüssigkeit 69 auf. Die Umlenkwalzen 72, 73 sind an einem Verbindungselement 74 angeordnet, das mit einem Schlitten 75 verbunden ist. Der Schlitten 75 ist in der Transportrichtung 8 an einer Schiene 76 mittels eines Antriebsmotors 77 verfahrbar. Zur Einstellung der Kühlstrecke S₂ ist der Antriebsmotor 77 an die Steuervorrichtung 7 angeschlossen. Die Kerbeinheit 101c ist außerhalb des Führungselements 78c angeordnet und dementsprechend nicht in dieses integriert.
12 zeigt eine erste Ausführungsform der Messvorrichtung 28c. Das Kerbelement 102c ist als beheizbare Walze mit einer sternförmigen Außenkontur ausgebildet. Die Walze 102c ist mittels eines Antriebsmotors 110 um eine Drehachse 111 drehantreibbar. Die Walze 102c begrenzt mit einer Gegenwalze 112 einen Spalt 113, durch den der Kunststoff-Strang 2 geführt ist. Die Gegenwalze 112 ist um eine Drehachse 114 drehbar. Die Gegenwalze 112 weist eine kreisförmige Außenkontur auf. Die Kerbeinheit 101c ist in der Transportrichtung 8 dem Führungselement 78c vorgeordnet und an dem Grundgestell 82 befestigt. Die Einkerbungen 103 werden beim Durchführen des Kunststoff-Strangs 2 durch den Spalt 113 erzeugt, wenn die Walze 102c an dem Kunststoff-Strang 2 anliegt und diesen gegen die Gegenwalze 112 presst. Dieser Zustand ist in 12 gezeigt.
13 zeigt eine zweite Ausführungsform der Messvorrichtung 28c. Die Kerbeinheit 101c ist außerhalb des Führungselements 78c und zwischen diesem und der Schlageinheit 81 angeordnet und an dem Grundgestell 82 befestigt. Das Kerbelement 102c ist als Fräs-Werkzeug ausgebildet und mittels eines Antriebsmotors 115 um eine zugehörige Drehachse 116 drehantreibbar. Die Drehachse 116 verläuft im Wesentlichen parallel zu der Transportrichtung 8. Der Antriebsmotor 115 mit dem Fräs-Werkzeug 102c ist an einer Kolben-Zylinder-Einheit 117 befestigt, so dass das Fräs-Werkzeug 102c senkrecht zu der Transportrichtung 8 linear verfahrbar ist. Die Kolben-Zylinder-Einheit 117 wird in gleichen Zeitabständen von der Steuervorrichtung 7 angesteuert, so dass das Fräs-Werkzeug 102c linear verfahren wird und in dem Kunststoff-Strang 2 Einkerbungen 103 erzeugt. Der Messsensor 80 ist in 13 nicht dargestellt. Hinsichtlich der weiteren Funktionsweise wird auf die vorangegangenen Ausführungsbeispiele verwiesen.
Die Compoundiervorrichtungen 3, 3c, die Kühlvorrichtungen 9, 9a bis 9c, die Temperiervorrichtungen 21, 21a bis 21c, der Pufferspeicher 26, die Temperatur-Messeinheit 19, 40, die Vermessungseinheiten 47, 47b und die Detektionseinheit 66 sowie die Messvorrichtungen 28, 28a bis 28c, sowie deren Teile, insbesondere die Führungen 79, 79a bis 79c, die Schlageinheiten 81, die Messsensoren 80, 91 bis 94, 100 sowie die Kerbeinheiten 101, 101c mit den zugehörigen Kerbelementen 102, 102c können beliebig miteinander kombiniert werden. Insbesondere können für die Untersuchung von mehreren Kunststoff-Strängen 2 in unterschiedlichen Messvorrichtungen 28, 28a bis 28c auch parallele Messlinien aufgebaut werden, die Vorrichtungen oder Einheiten gemeinsam nutzen oder jeweils eigene Vorrichtungen und Einheiten aufweisen.

Claims

Messanlage zur Ermittlung eines die Schlagzähigkeitseigenschaften von Kunststoffen charakterisierenden Materialkennwertes, umfassend – eine Compoundiervorrichtung (3; 3c) zur Erzeugung eines Kunststoff-Strangs (2), – eine der Compoundiervorrichtung (3; 3c) in einer Transportrichtung (8) des Kunststoff-Strangs (2) nachgeordnete Messvorrichtung (28; 28a bis 28c) mit – einer Führung (79; 79a bis 79c) für den Kunststoff-Strang (2), – einem Schlagelement (90) zur Ausübung eines Schlages auf den Kunststoff-Strang (2), das mittels eines Antriebsmotors (88) um eine Drehachse (89) drehantreibbar ist, und – mindestens einem Messsensor (80, 91 bis 94; 80, 91 bis 94, 100) zur Messung mindestens eines Messsignals (D, M, ω, P_E, F; D, M, ω, P_E, F₁, F₂), das eine während des Schlages an dem Kunststoff-Strang (2) verrichtete Schlagarbeit (W) charakterisiert, – eine Steuervorrichtung (7) zur Ermittlung mindestens eines die Schlagzähigkeitseigenschaften des Kunststoff-Strangs (2) charakterisierenden Materialkennwertes (K) aus dem mindestens einen Messsignal (D, M, ω, P_E, F; D, M, ω, P_E, F₁, F₂).
Messanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere als Zapfen ausgebildete Schlagelemente (90) umfangsseitig an einem Rotor (87) angeordnet sind, wobei die Schlagelemente (90) insbesondere in gleichen Winkelabständen (α) angeordnet sind.
Messanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse (89) quer und insbesondere senkrecht zu der Transportrichtung (8) des Kunststoff-Strangs (2) verläuft.
Messanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse (89) parallel zu der Transportrichtung (8) des Kunststoff-Strangs (2) verläuft.
Messanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung (79; 79a bis 79c) mindestens ein Führungselement (78; 78a, 95; 78b; 78c) aufweist, das den Kunststoff-Strang (2) senkrecht zur Transportrichtung (8) vollständig umgibt.
Messanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung (79; 79a bis 79c) ein erstes Führungselement (78; 78a; 78b; 78c) aufweist, das dem Schlagelement (90) in der Transportrichtung (8) vorgeordnet ist.
Messanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung (79a) ein zweites Führungselement (95) aufweist, das dem Schlagelement (90) in der Transportrichtung (8) nachgeordnet ist und insbesondere an einer dem Schlagelement (90) zugewandten Seite trichterförmig ausgebildet ist.
Messanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Messsensor (91 bis 94; 91 bis 94, 100) derart ausgebildet ist, dass die verrichtete Schlagarbeit (W) des Antriebsmotors (88) ermittelbar ist, wobei insbesondere jeweils ein das Drehmoment und/oder die Drehzahl des Antriebsmotors (88) und/oder ein die aufgenommene Leistung des Antriebsmotors (88) charakterisierendes Messsignal (M, ω, P_E, F; M, ω, P_E, F₁, F₂) messbar ist.
Messanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Messsensor (94; 94, 100) derart ausgebildet ist, dass eine während des Schlages wirkende Kraft (F; F₁, F₂) auf die Führung (79; 79a bis 79c) messbar ist.
Messanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Messsensor (80) derart ausgebildet ist, dass eine Abmessung (D) des Kunststoff-Strangs (2) vor dem Schlagelement (90) messbar ist, insbesondere berührungslos messbar ist.
Messanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erzeugen einer Einkerbung (103) in dem Kunststoff-Strang (2) ein Kerbelement (102; 102c) in der Transportrichtung (8) dem Schlagelement (90) vorgeordnet ist.
Messanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Kerbelement (102) in die Führung (79b) integriert ist.
Messanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Compoundiervorrichtung (3; 3c) eine Dosiereinheit (6) zur Zuführung von mehreren Ausgangsstoffen (A₁ bis A_n) des Kunststoff-Strangs (2) aufweist, wobei das Mischungsverhältnis der Ausgangsstoffe (A₁ bis A_n) in Abhängigkeit des ermittelten Materialkennwertes (K) mittels der Steuereinrichtung (7) einstellbar ist.
Messanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Betriebsparameter (P) der Compoundiervorrichtung (3; 3c) in Abhängigkeit des ermittelten Materialkennwertes (K) mittels der Steuereinrichtung (7) einstellbar ist.
Messanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Compoundiervorrichtung (3; 3c) und der Messvorrichtung (28; 28a bis 28c) eine Temperiervorrichtung (21; 21a bis 21c) zur Einstellung einer Soll-Temperatur (T_S) des Kunststoff-Strangs (2) angeordnet ist und insbesondere zwischen der Temperiervorrichtung (21; 21a bis 21c) und der Messvorrichtung (28; 28a bis 28c) eine Temperatur-Messeinheit (19, 40) angeordnet ist.