DE102010027818B4

DE102010027818B4 - Messanlage zur Ermittlung eines die Druckeigenschaften von Kunststoffen charakterisierenden Materialkennwertes

Info

Publication number: DE102010027818B4
Application number: DE102010027818.1A
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: 2014-12-24
Anticipated expiration: 2030-04-16
Also published as: DE102010027818A1

Abstract

Messanlage zur Ermittlung eines die Druckeigenschaften 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) mit – einem Druckelement (81E, 81F) und einem diesem relativ zu dem Kunststoff-Strang (2) gegenüberliegenden Gegendruckelement (82) zur Ausübung einer Druckkraft (F) auf den Kunststoff-Strang (2), wobei das Druckelement (81E, 81F) um eine Drehachse (85) drehbar gelagert ist und exzentrisch zu der Drehachse (85) angeordnet ist, und – mindestens einem Messsensor (78, 80, 86, 87, 88, 95) zur Messung mindestens eines Messsignals (D1, D2, ω, PE, M, G), das eine aus der wirkenden Druckkraft (F) resultierende Veränderung des Kunststoff-Strangs (2) charakterisiert, und – eine Steuervorrichtung (7) zur Ermittlung mindestens eines die Druckeigenschaften des Kunststoff-Strangs (2) charakterisierenden Materialkennwertes (K) aus dem mindestens einen Messsignal (D1, D2, ω, PE, M, G).

Description

Die Erfindung betrifft eine Messanlage zur Ermittlung eines die Druckeigenschaften 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.
Aus der EP 0 866 327 A2 ist eine Messanlage zur Ermittlung der Druckeigenschaften von elastischen Materialien, wie beispielsweise von Leder, bekannt. Die Messanlage weist zwei Druckwalzen auf, die quer zu der Transportrichtung eines Material-Strangs verlagerbar sind, sodass der zwischen den Druckwalzen gebildete Spalt einstellbar ist. Der Material-Strang ist durch den Spalt geführt. Die Druckeigenschaften des Material-Strangs können derart bestimmt werden, dass der Spalt zwischen den Druckwalzen verkleinert wird. Die Verkleinerung des Spalts sowie die Kraft auf die Druckwalzen werden gemessen. Anhand der Messwerte kann die Kompressibilität des Material-Strangs bestimmt werden. Nachteilig an dieser bekannten Messanlage ist, dass diese langsam ist und einen komplizierten Aufbau hat.
Aus der EP 0 237 723 A2 ist eine Compoundiervorrichtung zur Erzeugung von Kunststoff-Strängen bekannt. Mittels eines Extruders wird durch ein Profilwerkzeug ein Kunststoff-Strang extrudiert. Der Kunststoff-Strang wird durch ein Kühlbad geführt und mittels einer Abzugsvorrichtung in eine Transportrichtung gefördert. Diese Vorrichtung ist zur Entwicklung neuer Kunststoffmaterialien nicht geeignet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Messanlage zu schaffen, die eine einfache und schnelle Entwicklung neuer Kunststoffmaterialien in Bezug auf deren Druckeigenschaften ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch eine Messanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 14 gelöst. Erfindungsgemäß wird mittels der Compoundiervorrichtung ein Kunststoff-Strang extrudiert, der als Probenkörper für die nachgeordnete Ermittlung eines die Druckeigenschaften des Kunststoffmaterials charakterisierenden Materialkennwertes mittels der Messvorrichtung dient. Der Kunststoff-Strang wird zeitnah zur Compoundierung der Messvorrichtung zugeführt. Die Messvorrichtung ist derart ausgebildet, dass mindestens ein die Druckeigenschaften des Kunststoff-Strangs charakterisierender Materialkennwert ermittelbar ist. Hierzu weist die Messvorrichtung ein Druckelement sowie ein diesem relativ zu dem Kunststoff-Strang gegenüberliegendes Gegendruckelement auf, mittels denen eine Druckkraft auf den Kunststoff-Strang ausgeübt wird. Mittels des mindestens einen Messsensors wird mindestens ein Messsignal ermittelt, das eine aus der wirkenden Druckkraft resultierende Veränderung des Kunststoff-Strangs charakterisiert. Das mindestens eine Messsignal kann beispielsweise ein Kraft- und/oder Drehmoment- und/oder Abmessungs-Messsignal sein, mittels dem die Härte und/oder Festigkeit analog zu den 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 Druckeigenschaften 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 den Materialkennwerten 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 Druckeigenschaften 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 1 ermöglicht ein einfaches Ausüben der gewünschten Druckkraft. Zur Ausübung der Druckkraft ist das Druckelement exzentrisch zu der Drehachse angeordnet. Hierdurch kann auf den Kunststoff-Strang in einfacher Weise eine periodische Druckkraft ausgeübt werden.
Eine Messanlage nach Anspruch 2 ermöglicht in einfacher Weise das Ausüben einer Druckkraft auf den Kunststoff-Strang, ohne dass dieser einer nennenswerten Reibung unterliegt. Der Kunststoff-Strang kann im Wesentlichen reibungslos in der Transportrichtung über die Gegendruckwalze geführt werden.
Eine Messanlage nach Anspruch 3 ermöglicht das Ausüben hoher Druckkräfte, da der Kunststoff-Strang aufgrund der wannenförmigen Oberfläche nicht seitlich ausweichen kann.
Eine Messanlage nach Anspruch 4 eignet sich zur Ermittlung eines die Härteeigenschaften des Kunststoffmaterials charakterisierenden Materialkennwertes. Die Kraft bzw. Anpresskraft wird wesentlich durch die Härte des Kunststoffmaterials bestimmt. Über Kraft-Messsensoren an dem Druckelement und/oder Gegendruckelement können die wirkenden Kräfte ermittelt werden. Hieraus können die die Härte charakterisierenden Materialkennwerte ermittelt werden, beispielsweise in Anlehnung an die Norm-Prüfungen nach Shore A und/oder Shore D.
Eine Messanlage nach Anspruch 5 ermöglicht eine gezielte Vorgabe der Druckkraft, indem das Druckelement quer zu der Transportrichtung linear verlagert, insbesondere verfahren wird. Ist das Druckelement als Druckwalze mit einer kreisförmigen Außenkontur ausgebildet, kann durch das lineare Verfahren ein gewünschter Druckkraftverlauf, beispielsweise ein periodischer Druckkraftverlauf, vorgegeben werden. Ist das Druckelement beispielsweise als Druckwalze mit ellipsenförmiger Außenkontur ausgebildet, so kann durch das lineare Verfahren der Kraft-Offset des periodischen Druckkraftverlaufs vorgegeben werden.
Eine Messanlage nach Anspruch 6 ermöglicht eine Härtemessung bzw. Härteprüfung in Anlehnung an die Normprüfungen zur Ermittlung der Härte nach Shore A und/oder der Kugeldruckhärte.
Eine Messanlage nach Anspruch 7 ermöglicht auf einfache Weise das Ausüben einer periodischen Druckkraft.
Eine Messanlage nach Anspruch 8 ermöglicht die Härtemessung bzw. -prüfung in Anlehnung an die Normprüfung der Härte nach Shore D.
Eine Messanlage nach Anspruch 9 stellt auf einfache Weise ein Messsignal bereit, mittels dem ein die Härte charakterisierender Materialkennwert ermittelt werden kann. Bei drehantreibbaren Druckelementen ist das aufzubringende Drehmoment ein Maß für die Härte des Kunststoffmaterials. Das Drehmoment kann mittels eines Drehmoment-Messsensors einfach und genau ermittelt werden. Alternativ kann das Drehmoment aus der aufgenommenen Leistung des Antriebsmotors und der Winkelgeschwindigkeit berechnet werden.
Eine Messanlage nach Anspruch 10 ermöglicht eine einfache Messung der Verformung des Kunststoff-Strangs infolge der ausgeübten Druckkraft. Hierdurch können Materialkennwerte genauer und/oder zusätzlich ermittelt werden. Insbesondere kann zwischen einer elastischen und plastischen Verformung des Kunststoff-Strangs unterschieden werden.
Eine Messanlage nach Anspruch 11 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 12 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 13 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 Druckeigenschaften 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.
Die Messanlage nach Anspruch 14 ermöglicht eine Härtemessung bzw. Härteprüfung in Anlehnung an die Normprüfungen zur Ermittlung der Härte nach Shore A und/oder der Kugeldruckhärte. Sie ermöglicht auf einfache Weise das Ausüben einer periodischen Druckkraft.
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 Druckeigenschaften eines Kunststoff-Strangs charakterisierenden Materialkennwerts mittels einer Messvorrichtung,
2 eine schematische Darstellung der Messvorrichtung in 1 in einem ersten Betriebszustand,
3 eine schematische Darstellung der Messvorrichtung in 2 in einem zweiten Betriebszustand,
4 eine Schnittdarstellung der Messvorrichtung in 2 entlang der Schnittlinie IV-IV,
5A bis 5F mehrere Seitenansichten von verschiedenen Druckelementen der Messvorrichtung in 2,
6 einen zeitlichen Verlauf der auf den Kunststoff-Strang mittels der Messvorrichtung in 2 ausgeübten Druckkraft,
7 eine schematische Darstellung der Messvorrichtung entsprechend 3 mit einem sternförmigen Druckelement,
8A und 8B mehrere perspektivische Ansichten von sternförmigen Druckelementen der Messvorrichtung entsprechend 7,
9 eine schematische Darstellung einer Messanlage gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel mit einer Messvorrichtung entsprechend den 2 bis 8B,
10 eine schematische Darstellung einer Messanlage gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel mit einer Messvorrichtung entsprechend den 2 bis 8B, und
11 eine schematische Darstellung einer Messanlage gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel mit einer Messvorrichtung entsprechend den 2 bis 8B.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 8B 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 Druckeigenschaften des Kunststoff-Strangs 2 bzw. des den Kunststoff-Strang 2 bildenden Kunststoffmaterials charakterisiert. Die Messvorrichtung 28 weist in der Transportrichtung 8 nacheinander einen ersten Messsensor 78, eine Druckeinheit 79 und einen zweiten Messsensor 80 auf. Die Messsensoren 78, 80 sind derart ausgebildet, dass eine Abmessung des Kunststoff-Strangs 2 vor und nach der Druckeinheit 79 berührungslos messbar ist. Die Messsensoren 78, 80 sind beispielsweise als Messlichtschranken ausgebildet und messen einen Durchmesser D₁ des Kunststoff-Strangs 2 vor und einen Durchmesser D₂ nach der Druckeinheit 79. Der Kunststoff-Strang 2 kann als Voll- oder Hohl-Strang ausgebildet sein, sodass die Messvorrichtung 28 auch zur Untersuchung von rohrförmigen Kunststoff-Strängen 2 bzw. Kunststoff-Rohren einsetzbar ist. Die 2 bis 4 zeigen beispielsweise einen rohrförmigen Kunststoff-Strang 2.
Die Druckeinheit 79 weist ein Druckelement 81 und ein diesem relativ zu dem Kunststoff-Strang 2 gegenüberliegendes Gegendruckelement 82 auf, mittels denen eine Druckkraft F auf den Kunststoff-Strang 2 ausübbar ist, die quer zu der Transportrichtung 8 gerichtet ist. Das Druckelement 81 ist an einem Grundgestell 83 angeordnet und mittels eines elektrischen Antriebsmotors 84 um eine senkrecht zu der Transportrichtung 8 verlaufende Drehachse 85 drehantreibbar. Der Antriebsmotor 84 weist standardmäßig einen Winkelgeschwindigkeits-Messsensor 86 zur Messung einer Winkelgeschwindigkeit ω und einen Leistungs-Messsensor 87 zur Messung der aufgenommenen elektrischen Leistung P_E auf. Der Leistungs-Messsensor 87 umfasst einen Strom- und Spannungsmesser, mittels denen der Strom und die Spannung an dem Antriebsmotor 84 und dementsprechend die auf genommene Leistung P_E messbar sind. Zusätzlich ist zwischen dem Antriebsmotor 84 und dem Druckelement 81 ein Drehmoment-Messsensor 88 angeordnet, mittels dem das auf das Druckelement 81 übertragene Drehmoment M messbar ist. Das Druckelement 81 ist senkrecht zu der Transportrichtung 8 linear verfahrbar. Hierzu sind an dem Grundgestell 83 zwei Antriebsmotoren 89, 90 angeordnet, mittels denen das Druckelement 81 zusammen mit der Drehachse 85 und dem Antriebsmotor 84 verfahrbar ist. Zur Steuerung der Druckeinheit 79 sind die Antriebsmotoren 84, 89 und 90 an die Steuervorrichtung 7 angeschlossen. Weiterhin sind zur Übertragung von Messsignalen die Messsensoren 78, 80, 86, 87 und 88 an die Steuervorrichtung 7 angeschlossen.
An dem Grundgestell 83 ist das Gegendruckelement 82 derart angeordnet, dass dieses mit dem Druckelement 81 einen Spalt 91 für den Kunststoff-Strang 2 ausbildet. Das Gegendruckelement 82 ist um eine senkrecht zu der Transportrichtung 8 verlaufende Drehachse 92 drehbar an dem Grundgestell 83 gelagert. Das Gegendruckelement 82 ist als Gegendruckwalze ausgebildet und weist eine kreisförmige Außenkontur 93 sowie eine wannenförmige Oberfläche 94 bzw. Mantelfläche auf. Zur Messung einer radial wirkenden Kraft G auf die Drehachse 92 ist an dieser ein Kraft-Messsensor 95 angeordnet. Der Kraft-Messsensor 95 ist zur Übertragung des Kraft-Messsignals G an die Steuervorrichtung 7 angeschlossen.
Das Druckelement 81 ist in den 2 bis 4 lediglich beispielhaft dargestellt und kann – je nach Art der Messung bzw. Prüfung – unterschiedlich ausgebildet sein. In den 5A bis 5F, 8A und 8B sind verschiedene Ausgestaltungen des Druckelementes 81 dargestellt, die im Einzelnen mit 81A bis 81H bezeichnet sind. In die Druckeinheit 79 kann – je nach Art der Messung bzw. Prüfung – ein gewünschtes Druckelement 81A bis 81H eingesetzt werden. Die 2 bis 4 zeigen exemplarisch die Druckeinheit 79 mit dem Druckelement 81B, wohingegen 7 die Druckeinheit 79 mit dem Druckelement 81G zeigt.
Das nicht-erfindungsgemäße Druckelement 81A ist als Druckwalze mit einer kreisförmigen Außenkontur 96 ausgebildet. Die Drehachse 85 ist konzentrisch zu dem Druckelement 81A angeordnet. Durch lineares Verfahren des Druckelements 81A mittels der Antriebsmotoren 89, 90 ist ein gewünschter Verlauf der Druckkraft F erzeugbar.
Das Druckelement 81B ist ebenfalls als Druckwalze ausgebildet und weist eine ovale bzw. ellipsenförmige Außenkontur 96 auf. Die Drehachse 85 ist mittig zu dem Druckelement 81B angeordnet. Durch Drehantreiben des Druckelements 81B mittels des Antriebsmotors 84 ist ein periodischer Verlauf der Druckkraft F erzeugbar. 6 zeigt beispielhaft den Verlauf der Druckkraft F über der Zeit t. Die Amplitude ΔF ist über die Form bzw. Unrundheit des Druckelements 81B einstellbar, wohingegen der Kraft-Offset F₀ durch Verfahren des Druckelements 81B quer zu der Transportrichtung 8 mittels der Antriebsmotoren 89, 90 einstellbar ist.
Das Druckelement 81C ist als Druckwalze mit einer dreieckförmigen Außenkontur 96 ausgebildet, deren Ecken abgerundet sind. Die Drehachse 85 ist mittig zu dem Druckelement 81C angeordnet. Die Kraft-Amplitude ΔF und der Kraft-Offset F₀ sind entsprechend dem Druckelement 81B einstellbar.
Das Druckelement 81D ist als Druckwalze mit einer viereckförmigen Außenkontur 96 ausgebildet, deren Ecken abgerundet sind. Die Drehachse 85 ist mittig zu dem Druckelement 81D angeordnet. Die Kraft-Amplitude ΔF und der Kraft-Offset F₀ sind entsprechend dem Druckelement 81C einstellbar.
Das Druckelement 81E ist als Druckwalze mit kreisförmiger Außenkontur 96 ausgebildet. Die Drehachse 85 ist exzentrisch zu einer Längsachse 97 des Druckelements 81E angeordnet. Der radiale Abstand e der Drehachse 85 von der Längsachse 97 kennzeichnet die Exzentrizität. Die Kraft-Amplitude ΔF ist über die Exzentrizität e einstellbar, wohingegen der Kraft-Offset F₀ durch Verfahren des Druckelements 81E quer zu der Transportrichtung 8 einstellbar ist.
Das Druckelement 81F ist als Druckwalze mit einer Außenkontur 96 ausgebildet, die der Außenkontur 96 des Druckelements 81B entspricht. Die Drehachse 85 ist exzentrisch zu der Längsachse 97 angeordnet, wobei der radiale Abstand e die Exzentrizität bezeichnet. Die Kraft-Amplitude ΔF sowie der Kraft-Offset F₀ sind entsprechend zu dem Druckelement 81E einstellbar. Zusätzlich wird die Kraft-Amplitude ΔF durch die Form bzw. Unrundheit des Druckelements 81F beeinflusst.
Das Druckelement 81G weist eine sternförmige Außenkontur 96 auf und bildet quer zu der Transportrichtung 8 verlaufende Druckkanten 98 aus. Die Druckkanten 98 verlaufen im Wesentlichen parallel zu der Drehachse 85. Die Drehachse 85 ist mittig zu dem Druckelement 81G angeordnet. Mittels des Druckelements 81G ist in periodischen Abständen eine Druckkraft F erzeugbar, die als Druckkraftspitze mit einer Kraft-Amplitude ΔF auf den Kunststoff-Strang 2 wirkt. Die Kraft-Amplitude ΔF ist durch Verfahren des Druckelements 81G quer zu der Transportrichtung 8 einstellbar.
Das Druckelement 81H weist ebenfalls eine sternförmige Außenkontur 96 auf, jedoch bildet dieses im Unterschied zu dem Druckelement 81G pyramidenförmige Druckspitzen 99 aus. Die Drehachse 85 ist mittig zu dem Druckelement 81H angeordnet. Das Einstellen der Kraft-Amplitude ΔF erfolgt entsprechend zu dem Druckelement 81G.
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. Hierzu wird die Druckeinheit 79 derart quer zu der Transportrichtung 8 linear verfahren, dass durch das Verfahren selbst und/oder die Form des Druckelements 81 und/oder die Exzentrizität e des Druckelements 81 eine Druckkraft F mit einer gewünschten Kraft-Amplitude ΔF und bei den als Druckwalzen ausgebildeten Druckelementen 81 mit einem gewünschten Kraft-Offset F₀ ausgeübt wird. Wie aus den 3 und 4 ersichtlich ist, wird mittels der Messsensoren 78, 80 der Durchmesser D₁ vor und der Durchmesser D₂ nach der Druckeinheit 79 gemessen, woraus in der Steuervorrichtung 7 eine Durchmesserdifferenz gebildet werden kann, die ein Maß für die plastische Verformung des Kunststoff-Strangs 2 infolge der Druckkraft F ist. Weiterhin wird mittels des Drehmoment-Messsensors 88 das Drehmoment-Messsignal M und mittels des Kraft-Messsensors 95 das Kraft-Messsignal G ermittelt, die die Härte des Kunststoff-Strangs 2 bzw. den Kunststoff-Strang 2 bildenden Kunststoffmaterials charakterisieren. Alternativ zu der Messung des Drehmoments M kann das Drehmoment M aus der elektrischen Leistung P_E und der Winkelgeschwindigkeit ω errechnet werden. Der Drehmoment-Messsensor 88 kann in diesem Fall auch entfallen.
Die Messsensoren 78, 80, 86, 87, 88 und 95 übermitteln die entsprechenden Messsignale D₁, D₂, ω, P_E, M und G an die Steuervorrichtung 7, die daraus mindestens einen Materialkennwert K errechnet, der die Druckeigenschaften des Kunststoff-Strangs 2 bzw. dessen Kunststoffmaterials charakterisiert. Der mindestens eine Materialkennwert K entspricht beispielsweise der Härte nach Shore A oder der Kugeldruckhärte. Da zwischen der Verformung des Kunststoff-Strangs 2 bzw. der Eindringtiefe des Druckelements 81 und der Druckkraft F bzw. der Eindringkraft eine streng monotone Beziehung gilt, kann mittels der Druckeinheit 79 auch eine konstante Eindringtiefe initiiert werden und die wirkende Druckkraft F, beispielsweise über die Kraft G gemessen werden. Der mindestens eine Materialkennwert K kann somit in guter Korrelation zur Härte nach Shore A oder zur Kugeldruckhärte ermittelt werden. Die 2 und 3 zeigen beispielsweise eine geeignete Druckeinheit 79 zum Ermitteln der Härte entsprechend Shore A.
Zur Ermittlung der Härte nach Shore D können die Druckelemente 81G und 81H eingesetzt werden. Dies ist beispielsweise in 7 gezeigt. Die in 7 dargestellten Messsensoren 78, 80 sind als digitale Bildverarbeitungssysteme ausgebildet, mittels denen durch Auswertung von digitalen Bilddaten die Durchmesser D₁ und D₂ ermittelbar sind.
Die Messergebnisse werden von der Temperatur T₂ des Kunststoff-Strangs 2 beeinflusst, weshalb eine Messung der Temperatur T₂ erfolgt. Treten Temperaturschwankungen auf, so können die ermittelten Materialkennwerte K über Ausgleichsrechnungen korrigiert werden. Zusätzlich kann das Verhalten der Materialkennwerte K über der Temperatur T₂ ermittelt werden. Der Durchmesser D₁ wirkt sich ebenfalls auf die Materialkennwerte K aus, sodass dieser mittels des Messsensors 78 gemessen wird. Der Abstand zwischen dem Druckelement 81 und dem Gegendruckelement 82 kann aktiv geregelt werden, damit die Messvorrichtung 28 auf Schwankungen des Durchmessers D₁ und/oder unterschiedliche Härten des Kunststoffmaterials abgestimmt werden kann. Treten Schwankungen im Durchmesser D₁ bzw. Querschnittschwankungen auf, so können die Materialkennwerte K über Ausgleichsrechnungen korrigiert werden.
Durch eine Messung des Querschnitts bzw. des Durchmessers D₂ nach der Druckeinheit 79 und durch den Abgleich mit dem Messsignal D₁ kann zwischen bleibender und reversibler Verformung unterschieden werden. Damit kann auf plastische und elastische Druckeigenschaften des Kunststoffmaterials geschlossen werden. Das Druckelement 81 und/oder das Gegendruckelement 82 können aktiv angetrieben werden oder freilaufen. Werden das Druckelement 81 und/oder das Gegendruckelement 82 aktiv angetrieben und entspricht deren Umfangsgeschwindigkeit nicht exakt der Stranggeschwindigkeit, so kommt es zu einem Schlupf zwischen dem Kunststoff-Strang 2 und dem Druckelement 81 bzw. Gegendruckelement 82. Hierdurch können tribologisehe Materialeigenschaften, wie beispielsweise der Reibungskoeffizient, durch die Ermittlung des Drehmoments M ermittelt werden. Als Materialkennwert K für die Härte nach Shore A kann beispielsweise der Mittelwert der Druckkraft F als auch deren Kraft-Amplitude ΔF herangezogen werden. Der jeweilige 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 9 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, die die ermittelte Querschnittsfläche zur Ermittlung bzw. Korrektur des Materialkennwertes K verwenden kann. 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. Hinsichtlich der weiteren Funktionsweise wird auf das erste Ausführungsbeispiel verwiesen.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 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 mit der 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 28 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 28 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 28 derart, dass die Messung an dem Kunststoff-Strang 2 nicht in dem von den inneren Defekten betroffenen Teilbereich des Kunststoff-Strangs 2 erfolgt. Hinsichtlich der weiteren Funktionsweise wird auf die vorangegangenen Ausführungsbeispiele verwiesen.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 11 ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Konstruktiv identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei den vorangegangenen Ausführungsbeispielen, auf deren Beschreibung hiermit verwesen 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. Hinsichtlich der 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-Messeinheiten 19, 40, die Vermessungseinheiten 47, 47b, die Detektionseinheit 66 und die Messvorrichtung 28, insbesondere die Druckelemente 81A bis 81H können je nach Bedarf beliebig miteinander kombiniert werden. Insbesondere können für die Untersuchung von mehreren Kunststoffsträngen 2 in unterschiedlichen Messvorrichtungen 28 auch parallele Messlinien aufgebaut werden, die Vorrichtungen oder Einheiten gemeinsam nutzen oder jeweils eigene Vorrichtungen oder Einheiten aufweisen.

Claims

Messanlage zur Ermittlung eines die Druckeigenschaften 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) mit – einem Druckelement (81E, 81F) und einem diesem relativ zu dem Kunststoff-Strang (2) gegenüberliegenden Gegendruckelement (82) zur Ausübung einer Druckkraft (F) auf den Kunststoff-Strang (2), wobei das Druckelement (81E, 81F) um eine Drehachse (85) drehbar gelagert ist und exzentrisch zu der Drehachse (85) angeordnet ist, und – mindestens einem Messsensor (78, 80, 86, 87, 88, 95) zur Messung mindestens eines Messsignals (D₁, D₂, ω, P_E, M, G), das eine aus der wirkenden Druckkraft (F) resultierende Veränderung des Kunststoff-Strangs (2) charakterisiert, und – eine Steuervorrichtung (7) zur Ermittlung mindestens eines die Druckeigenschaften des Kunststoff-Strangs (2) charakterisierenden Materialkennwertes (K) aus dem mindestens einen Messsignal (D₁, D₂, ω, P_E, M, G).
Messanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegendruckelement (82) eine Gegendruckwalze ist, die an einem Grundgestell (83) um eine Drehachse (92) drehbar angeordnet ist und insbesondere eine kreisförmige Außenkontur (93) aufweist.
Messanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegendruckelement (82), insbesondere die Gegendruckwalze zur seitlichen Führung des Kunststoff-Strangs (2) eine wannenförmig ausgebildete Oberfläche (94) aufweist.
Messanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Messsensor (86, 87, 88, 95) derart ausgebildet ist, dass eine Kraft an dem Druckelement (81E, 81F) und/oder Gegendruckelement (82), insbesondere eine radial wirkende Kraft an dem Druckelement (81E, 81F) und/oder der Gegendruckwalze (82) ermittelbar ist.
Messanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckelement (81E, 81F) quer zu der Transportrichtung (8) linear verlagerbar ist.
Messanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckelement (81E, 81F) eine Druckwalze ist.
Messanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckwalze (81F) eine nicht kreisförmige Außenkontur (96), insbesondere eine ellipsenförmige Außenkontur (96) aufweist.
Messanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckelement eine zumindest teilweise spitz verlaufende, insbesondere sternförmige Außenkontur (96) aufweist, die Druckspitzen (99) und/oder Druckkanten (98) ausbildet.
Messanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckelement (81E, 81F) mittels eines Antriebsmotors (84) drehantreibbar ist und mittels des mindestens einen Messsensors (86, 87, 88) ein das Drehmoment des Antriebsmotors (84) charakterisierendes Messsignal (ω, P_E, M) ermittelbar ist.
Messanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Messsensor (78, 80) derart ausgebildet ist, dass eine Abmessung des Kunststoff-Strangs (2) vor und/oder nach dem Druckelement (81E, 81F) berührungslos messbar ist.
Messanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, 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 Steuervorrichtung (7) einstellbar ist.
Messanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Betriebsparameter (P) der Compoundiervorrichtung (3; 3c) in Abhängigkeit des ermittelten Materialkennwertes (K) mittels der Steuervorrichtung (7) einstellbar ist.
Messanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Compoundiervorrichtung (3; 3c) und der Messvorrichtung (28) 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) eine Temperatur-Messeinheit (19, 40) angeordnet ist.
Messanlage zur Ermittlung eines die Druckeigenschaften 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) mit – einem Druckelement (81B, 81C, 81D, 81F) und einem diesem relativ zu dem Kunststoff-Strang (2) gegenüberliegenden Gegendruckelement (82) zur Ausübung einer Druckkraft (F) auf den Kunststoff-Strang (2), wobei das Druckelement (81B, 81C, 81D, 81F) um eine Drehachse (85) drehbar gelagert ist und eine Druckwalze ist, die eine nicht kreisförmige Außenkontur (96) aufweist, und – mindestens einem Messsensor (78, 80, 86, 87, 88, 95) zur Messung mindestens eines Messsignals (D₁, D₂, ω, P_E, M, G), das eine aus der wirkenden Druckkraft (F) resultierende Veränderung des Kunststoff-Strangs (2) charakterisiert, und – eine Steuervorrichtung (7) zur Ermittlung mindestens eines die Druckeigenschaften des Kunststoff-Strangs (2) charakterisierenden Materialkennwertes (K) aus dem mindestens einen Messsignal (D₁, D₂, ω, P_E, M, G).
Messanlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckwalze (81B, 81F) eine ellipsenförmige Außenkontur (96) aufweist.