DE2012207B2

DE2012207B2 - Verfahren und vorrichtung zum steuern und/oder regeln viskositaetsabhaengiger verfahrensvorgaenge

Info

Publication number: DE2012207B2
Application number: DE19702012207
Authority: DE
Inventors: Die Anmelder Sind
Original assignee: Pohlman, Reimar, Dr.phil., 5100 Aachen; Menges, Georg, Dr.-Ing., 5105 Laurensberg
Current assignee: HERBERTZ, JOACHIM, PROF. DR.-ING., 4150 KREFELD, D
Priority date: 1970-03-14
Filing date: 1970-03-14
Publication date: 1972-12-28
Also published as: GB1346095A; FR2091976A1; JPS5131356B1; FR2091976B1; DE2012207A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern und/od^r Regeln viskositätsabhängiger Verfahrensvorgänge, insbesondere bei Anlagen zur Polymerisation, Kondensation oder Addition von Hochpolymeren bzw. zum Plastizieren und Fördern von Schmelzen dieser S;offe sowie eine Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens.

Hochpolymere Schmelzen, die zu Spritzgußteilen, geblasenen Hohlkörpern, Fasern, Rohren, Folien od. dgl. ausgeformt werden sollen, bedürfen eines konstanten Fließzustandes, um zu vermeiden, daß die äußeren Abmessungen oder die äußere Erscheinung dieser Teile im ausgehärteten Fertigzustand beträchtliche Änderungen gegenüber dem Sollzustand aufweisen.

Bisher hat man im wesentlichen versucht, die Rohstoffe zu solchen Verfahren mögliebst gleichmäßig zu erzeugen oder zuzugeben und die Aufschmelzbedingungen so lange zu variieren, bis ein gewünschter Fließzustand erreicht war. Der auf diese Weise empirisch und für jede Charge reu ermittelte Fließzustand, wurde, wenn er zu brauchbaren Ergebnissen führte, festgehalten. Bei der Verarbeitung von Kunststoffen bedient man sich in erster Linie der Steuerung der Beheizung des zu verarbeitenden Stoffes. Das genannte Einstellverfahren besaß natürlich erhebliche Mangel und war äußerst ungenau. Insbesondere war damit auch eine kontinuierliche Messung des Fließzustandes der zu messenden Masse nicht möglich.

Da in Anbetracht der großen Verbreitung von Kunststofferzeugnissen auch die Qualitätsanforderungen an diese immer mehr gesteigert worden sind, was insbesondere für den Bereich der Chemiefasern zutrifft, hat man bereits versucht, die für diese Vorgänge wesentliche Kenngiöße, nämlich die Viskosität, kontinuierlich zu messen und die Verarbeitungsvorrichtung mit den Meßwerten zu steuern.

Die Viskosität ist abhängig von Temperatur, Druck, Schergeschwindigkeit und Molekulargewicht des benutzten Werkstoffes.

Es wurde schon mehrfach versucht, an Stelle der Viskosität die sie beeinflussenden Größen ersatzweise zu messen, doch war es damit nicht möglich, den gesamten zu regelnden Zustand zu erfassen. Die betreffenden Größen sind über den Strömungsquerschnitt verschieden. Auch er.jrdert beispielsweise eine Temperaturmessung wegen dei großen Wärmeleitfehler weit in den Massestrom eintauchende Fühler, die als hohe Ecken den WerkstofffluC stören und gegebenenfalls Zersetzungserscheinungen hervorrufen.

Auch reicht insbesondere bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten, wie sie beim Spritzgußverfahren auftreten, die Festigkeit der Fühler nicht aus.

So wurde beispielsweise (Patentschrift Nr. 54 120. des Amtes für Erfindungs- und Patentwesen in Ost-

3c Berlin) eine Viskositätsmessung auf indirektem Wege vorgeschlagen, wobei die der Viskjsität verhältnisgleiche Leistung eines die Schnecke antreibenden Motors gemessen wurde. Das erhaltene Meßergebnis ist insofern jedoch untauglich, als es auch die dem elastischen Anteil entsprechende und nach dem Extrudieren frei werdende Ve.-arbeitungsenergie als scheinbare Viskosität miterfaßt.

Rotationsviskosimeter, die in die Masse tauchen, sind ebenso wie Schwinger in der Masse unerwünscht.

weil die den Massefluß stören. Beipässe mit Kapillaren haben sich ebenfalls nicht bewährt.

Es wurde auch schon versucht, die Viskosität von Schmelzen mit ultraschallerregton Fühlern über die Dämpfung der von ihnen erzeugten Scherwelle zu ermitteln (vgl. USA.-Patentschrift 2 839 915). Dabei wurde besonders darauf geachtet, daß, obwohl eine Zunge zu longitudinalen Schwingungen erregt wurde, diese Zunge so geformt z. B. spitz zulaufend ausgebildet war, daß sie in der zu messenden Flüssigkeit keine Longitudinalwellen, sondern ausschließlich Scher-'.vellen erzeugte. Diese Versuche haben sich aus mehreren Gründen nicht bewährt.

Die Fühle: wurden relativ schnei! zerstört. Ferner führte der Einbau der Fühler zu Strömungsstörungen, wie sie oben schon bei anderen Fühlern erwähnt wurden. Schließlich erwies sich aber auch die transversale Schwingung (Scherwelle) als völlig ungeeignet, weil sie sehr rasch in einer Kunststoffschmelze abklingt. Mit diesem Meßverfahren werden somit nur die Viskositätswerte in unmittelbarer Umgebung des Fühlers erfaßt. Es ergibt sich aber keine Ermittlung eines integralen Wertes über den gesamten Strömungsquerschnitt.
Da es sich bei der Viskosität um eine Scherbean-

G5 spruchung handelt, arbeiten alle bekannten Viskosimeter nach dem Prinzip, die bei Scherbeanspruchung auftretenden Kräfte zu erfassen. Dies erfolgt beim Rotationsviskosimeter durch eine gleichbleibende Ro-

tatiombewegung oder beim Ultraschallviskosimeter durch einen Scherwellen erzeugenden Oszillator. Alle diese Viskosimeter benötigen einen in die Flüssigkeit eintauchenden Fühler, der, wie oben ausgeführt, Nachteile hat.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem viskositätsabhängige Verfahrensvorgänge gesteuert oder geregelt werden können, das eine die Mängel der bekannten Viskositätsmeßeinrichtungen vermeidende Meßeinrichtung verwendet. Dieses Meßgerät soll möglichst ohne in die Strömung eintauchende und diese störende Fühler arbeiten und eine kontinuierliche Ermittlung des integralen Viskositätswertes eines Strömungsquerschnittes ermöglichen, der dann zur Steuerung oder Regelung des Verfahrensvorganges benutzt wird.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß, in Abkehr von den bisherigen Verfahren, die Viskosität mittels longitudinaler Ultraschallwellen ermittelt werden kann, die vorzugsweise senkrecht zur Strömungsrichtung der zu messenden Masse durch diese geleitet werden.

Die Ermittlung der Viskosität erfolgt dabei durch Messung der Absorption eines longitudinalen Ultrasrliallwellenzuges und der Laufzeit der Wellen, d. h. der Ultraschallgeschwindigkeit.

Nach einer Näherungsgleichung ist die Absorption α' einer longitudinalen Ultraschallschwingung in einer Flüssigkeit gegeben durch die Gleichung:

d. h. durch die Summe der Volumenviskosität, der Scherviskosität, der Wärmeleitung und der Wärmestrahlung.
Die Gleichung lautet explizit angenähert:

ω² _fc 2 c/j^a

Λ = ξ H 1

2gc³ 3 ge³

α = ξ

2qc'\

CU^Z Cp — Cv

2gc³ Ic

Hierin bedeuten:

ω = die Kreisfrequenz
ρ — Dichte

c = uuraschaiigeschwindigkeit
ξ = Volumenviskosität
η = dynamische Viskosität (Scherviskosität)
Cp und Cv = die spezifischen Wärmen
K — Wärmeleitungskoeffizient
q — Wärmestrahlungskoeffizient

Das zweite Glied dieser Summe ist größer als das erste Glied. Beide Glieder für sich sind größer als das dritte Glied und viel größer als das vierte Glied der Summe. Das den Wert?; enthaltende zweite Glied reicht somit aus, um die Viskosität der Masse über eine Absorptionsmessung eines Ultraschallwellenzuges zu erfassen.

Versuche zeigten, daß sich von allen genannten Größen lediglich die Ultraschallgeschwindigkeit am meisten in Abhängigkeit von Temperatur und Druck ändert. Da sie in der dritten Potenz eingeht, kann sie den durch die Absorption ca' ermittelten Wert der Scherviskosität η stark verfälschen.

Weitere Versuche ergaben, daß in vielen Fällen auch an Stelle der Scherviskosität η die Ultraschall-Absorption allein zur Steuerung und Regelung benutzt werden kann. Gegebenenfalls besteht auch die Möglichkeit, in gewissen Fällen mit der Messung und Auswertung der Ultraschallgeschwindigkeit allein auszukommen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist demgemäß dadurch gekennzeichnet, daß mindestens an einer Stelle der Bewegungsbahn einer viskosen Masse longitudinal Ultraschallwellen senkrecht zur Strömungsrichtung durch die viskose Masse gesendet werden, daß die Absorption und die UltraschallgRschwindigkeit gemessen und mindestens einer dieser Werte in eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung für die Be- oder Verarbeitungsvorrichtung eingespeist wird.

Dieses Verfahren hat sich im Versuchsbetrieb bereits bewährt Es ermöglichst ein kontinuierliches

Messen und praktisch gleichzeitiges Steuern bzw. Regeln eines Verfahrensvorganges, der von der Viskosität einer herzustellenden oder zu verarbeitenden e abhängig ίςΓ Dahei werden jegliche den Strömungsverlauf der Masse beeinträchtigende vorstehende Fühler gänzlich vermieden.

Es ergeben sich dabei Meßwerte, die in hohem Maße den wahren integralen Viskositätszustand der Masse beschreiben. Darüber hinaus läßt sich das Verfahren auf relativ einfache und kostensparende Weise durchführen.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Werte für die Ultraschallgeschwindigkeit und die Absorption in einer Datenverarbeitungseinrichtung in Viskositätskennwerte umgewandelt, mit der Sollviskosität verglichen und in die Steuer- und Regeleinrichtung eingespeist werden.

Je nach den zur Verfügung stehenden Möglichkeiten können die Ultraschallmessungen im Durchstrahloder im Impuls-Echo-Verfahren durchgeführt werden. Letzteres ist deshalb empfehlenswert, weil hierfür nur ein Sender, der zugleich Empfänger ist, benötigt wird.

Eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß an mindestens einer Stelle der Bewegungsbahn der zu steuernden bzw. zu regelnden Masse eine Meß einrichtung angeordnet ist, die quer durch die Masse, vorzugsweise senkrecht zu deren Bewegungsrichtung longitudinal Ultraschallwellen sendet, empfängt und Meßwerte bezüglich der Ultraschallgeschwindigkeit und/oder Absorption aufzeichnet bzw. abgibt, daß an die Meßeinrichtung eine elektronische Datenverarbeitungseinrichtung angeschlossen ist und daß diese mit Stell- und Regelgliedern zur Beeinflussung der physikalischen Zustände des Verfahrensvorganges verbunden ist.

Eine vorteilhafte Ausffihrungsform der Vorrichtung besteht darin, daß das Meßgerät ein den Sender bzw. Empfänger aufnehmendes, quer zur Bewegungsbahn der viskosen Masse gerichtetes druckfestes Gehäuse

2??2

aufweist, das über eine axiale Bohrung unmittelbar F i g. 3 eine Ausführung einer Meßeinrichtung für mit dem die viskose Masse führenden Kanal oder Rohr das Impuls-Echoverfahren und
verbunden ist, daß in der Bohrung ein an seiner F i g. 4 bis 6 abgewandelte Ausführungsformen der Vorderseite metallisierter piezoelektrischer Wandler Meßeinrichtungen nach den F i g. 2 bzw. 3.
angeordnet ist, der zugleich einen Teil der Wandung 5 F i g. 1 zeigt als Anwendungsbeispiel für das erfindes Kanals oder Rohres bildet und daß die Rückseite dungsgemäße Verfahren einen Kunststoffextruder 1 des piezoelektrisch :n Wandlers auf einem elektrisch mit Antriebsmotor 2 und Getriebe 3. Der zu verleitfähigen Auflagenetz, z. B. aus dünnem Draht- arbeitende Kunststoff wird in den Trichter 4 einge· gewebe abgestützt ist, das seinerseits auf einem geben und mittels einer Förderschnecke 5 durch den hochwärmfesten, elektrisch isolierenden Werkstoff- io Preßkanal 6, dessen Außenwandungen beheizt sind, körper, z. B. aus Keramik liegt, der im Gehäuse zum Pressenkopf 7 gefördert, wo er in bekannter festgehalten ist. Mit dieser Ausbildung können hohe Weise extrudiert wird.

Drücke bis zu einer Größenordnung von etwa 400 atü. Vor dem Pressenkopf 7 ist eine Meßeinrichtung 8 aufgefangen werden. Ferner behält der piezoelektrische angeordnet, die mit einem Impuls-Echogerät 9 verWandler auch bei den erforderlichen Temperaturen 15 bunden ist. Die'-es ist wiederum über einen Monitor 10 von 300 bis 400°C seine piezoelektrischen Eigen- mit einer elektronischen Datenverarbeitungseinrichschaften. Durch die gleitende Abstützung an dem tung 11 verbunden. Die elektronische Datenver-Auflagenetz werden etwaige unterschiedliche Tem- arbeitungseinrichtung ist ausgangsseitig mit einer peraturkoeffizienten von Metall und piezoelektrischem Anzahl Stellgliedern 12 zur Beeinflussung von Reglern Wandler ausgeglichen. Ferner wird hierdurch der 20 13 verbunden, die unmittelbar auf die den Pressenpiezoelektrische Wandler rückseitig elektrisch berührt. kanal umgebenden Heizeinrichtungen einwirken.

Das Auflagenetz bewirkt zugleich wegen seiner Je nach den gebotenen Möglichkeiten können die

vielen Luftporen eine akustische »Entkopplung«, so Regler, die hier in Form einer Kaskadenregeleinrich-

daß der piezoelektrische Wandler praktisch frei in tung angeordnet sind, auch mit anderen auf die zu

seiner Eigenfrequenz schwingt. *5 messende Masse einwirkenden Organen verbunden

Eine abgewandelte vorteilhafte Ausführungsform sein, z. B. mit dem Getriebe. Zuführorganen, insbe-

besteht darin, daß an Stelle des vorgenannten, front- sondere bei Mehrstoffzugabe od. dgl.

seitig metallisierten piezoelektrischen Wandlers in der Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden

Bor.ung eine dünne, abdichtende Metallscheibe ange- vom Meßgeräte aus longitudinale Schallwellen von

ordnet ist. deren genau plangeschliffene Rückseite auf 30 der Sendelinie 14 her senkrecht zur Bewegungsrichtung

einer plangeschliffenen Vorderseite eines pieZuclek- der Kunststoffmasse durch diese gesendet,

irischen Wandlers aufliegt und daß die Dicke der Besitzt das Meßgeräte zwei einander gegenüber-

Metallscheibe und/oder diejenige des piezoelektrischen stehende Sender und Empfänger, so wird die Masse

,„ „ , . ... ,., ,, ,- λ . ■ im Durchstrahlungsverfahren entsprechend der ee-

Wandlers auf e.ne halbe Wellenlange _γ bzw. em ^ _{strichelten Linie} ,| _gemessen. _Ist ^P _{statt des eil}f_en

Vielfaches davon abgestimmt ist. Die Rückseite des Senders eine Reflektionsfläche vorgesehene, so wird

piezoelektrischen Wandlers liegt wie vorbeschrieben im Impuls-Echo-Verfahren gearbeitet. In diesem

auf einem Auflagenetz. Falle gehen die Meßwerte über die Linie 16 in das

Eine weitere Abwandlung besteht darin, daß an Impuls-Echo-Gerät 9 ein.

Stelle des frontseitig metallisierten piezoelektrischen 40 Der an dieses Gerät angeschlossene Monitor 10

Wandlers das der viskosen Masse zugewandte Ende trennt die Meßwerte in Funktionen A₁ der Ultra-

des Gehäuses von einer Metallfolie abgedeckt ist, die Schallgeschwindigkeit und A_% der Absorption auf und

auf dieses Gehäuseende stumpf aufgelötet ist, und daß gibt diese in die elektronische Datenverarbeitungs-

unmittelbai hinter der Stahlfolie an dieser anliegend einrichtung 11 ein. Hier wird eine die gemessene ein piezoelektrischer Wandler angeordnet ist, dessen 45 Zähigkeit darstellende Funktion η = c³a gebildet und

Rückseite auf einem Auflagenetz in der vorbeschrie- mit einem in die elektronische Datenverarbeitungs-

benen Weise abgestützt ist. einrichtung eingeführten, die Sollzähigkeit η_ίΟιι kenn-

Eine andere Ausführungsform besteht darin, daP zeichnenden Wert verglichen. Der Differenzwert wird

das Meßgerät ein den Sender bzw. Empfänger auf- ausgangsseitig den abgestuften Stellgliedern 12 zuge- nehmendes, quer zur Bewegungsbahn der viskosen so führt, die dann ihrerseits die Regler 13 beeinflussen.

Masse gerichtetes druckfestes Gehäuse aufweist, das In gewissen Fällen genügt es auch, die Stellglieder 12

über eine axiale Bohrung unmitteü-"· mit dem die mit nur einer der Funktionen A₁ oder A_t zu beein-

viskose Masse führenden Kanal oder Rout verbunden flüssen, da jede für sich bereits eine gewisse Analogie

ist, daß im Gehäuse ein dieses ausfüllender Klotz aus zur Zähigkeit η aufweist.

gutwärmeisolierendem, jedoch gut schalleitendem 55 Wesentlicher Teil der erfindungsgemäßen Vorrich-

Werkstoff, z. B. aus hochgebrannter Keramik, Quarz- tung ist das Meßgerät 8. F i g. 2 zeigt ein solches

glas od. dgl. angeordnet ist, dessen Vorderseite zu- Meßgerät für das Durchstrahlungsverfahren. Es be*

gleich einen Teil der Wandung des Kanals oder steht aus einem Sender 17 und einem diesem gegen-

Rohres bildet und der rückseitig gegen einen Gehäuse- uburl'sgenden, in gleicher Weise ausgebildeten Empdeckel abgestützt ist und auf einem Teil seiner Rück- 60 fänger 18. Der Einfachheit halber ist nachstehend nur

Seite einen piezoelektrischen Wandler trägt der Sender 17 näher beschrieben. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der er· Der Sender 17 umfaßt ein quer zum Preßkanal 6 in

findungsgemäßen Vorrichtung näher erläutert, und dessen Wandung eingesetztes Gehäuse 19, das in

zwar zeigt geeigneter Weise abgedichtet ist. Das Gehäuse besteht

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Steuer- 65 aus einem rohrförmigen Teil 20, das rückseitig als

bzw. Regelvorrichtung für einen Kunststoffextruder, Flansch 21 ausgebildet ist, der mittels Schrauben mit

F i g. 2 eine Ausführung einer Meßeinrichtung für der Wandtig des Preßkanals verbindbar ist.

das Durchstrahlungsverfahren, In dem dem Preßkanal 6 zugewandten Ende der

9 10

Bohrung 22 des Gehäuses 19 ist ein frontseitig metalli- der Rückseite des Metallplattenrandes ist zweckmäßig

sierter piezoelektrischer Wandler 23, z. B. ein Quarz- eine Asbestdichtung 33 vorgesehen,

kristall angeordnet, der von einer geeigneten Dichtung, _{Dje Dicke der M} „ , ₃₂ . _{zweckmäßig auf} A

z. B. einem Asbestring, der gegebenenfalls mit Tetra- ^v ° 2

fluoräthylen oder einem anderen Stoff imprägniert 5 (halbe Wellenlänge) oder ein Vielfaches davon abge-

sein kann, umgeben ist. Die metallische Fläche des stimmt. Das Gleiche gilt für den piezoelektrischen

Wandlers ist mit dem Metall der Wandlung des Preß- Wandler 23. Infolgedessen schwingen beide durch

kanals 6 verbunden und somit geerdet. den hohen Andruck akustisch festgekoppelt als

Mit seiner Rückseite liegt der Wandler gleitend Einheit. Die verschiedenen Temperaturkoeffizienten

gegen ein Auflagenetz 24, z. B. aus einem Drahtge- io zwischen dem piezoelektrischen Wandler und der

flecht von etwa 0,5 mm Maschenweite an, das seiner- Metallplatte 32 sind unwesentlich, da beide Teile

seits gegen eine Scheibe 25 aus nichtgleitendem, nicht miteinander verkittet sind und beim Steigen

hochwarmfestem Werkstoff, z. B. Keramik abgestützt bzw. Senken der Temperatur aufeinander gleiten

ist. Diese Scheibe 25 ist wieder-in gegen einen massiven können.

Stahlklotz 26 abgestützt, der in die Bohrung 22 einge- 15 F i g. 5 zeigt eine abgewandelte Ausführung derart,

schraubt ist. daß an Stelle der Metallplatte 32 eine das Gehäuse 19

Im rückwärtigen Teil der Einrichtung ist eine mit vorne abschließende Stahlfolie 34 vorgesehen ist, die einer Wechselstromquelle verbundene Spule 27 an- stumpf gegen das Gehäuse 19 angeschweißt ist. Mittels geordnet, die über einen Zuleitungsdrahi 28, der durch eines hinter der Stahlfolie 34 angeordneten Dichtungs-Bohrungen 26', 25' im Stahlklotz 26 und in der 20 ringes 35 und des Stahlklotzes 26 kann die Stahl-Scheibe 25 mit dem Auflagenetz 24 verbunden ist. folie 34 entsprechend gespannt werden.

Mit Hilfe des Stahlklotzes 26 können Drücke bis F i g. 6 zeigt eine weitere Abwandlung des Senders etwa 400 atü aufgenommen werden. Durch die Ma- 17. Um zu vermeiden, daß der piezoelektrische Wandschen des Auflagenetzes 24 ist der piezoelektrische ler 23 zu starken Temperaturen ausgesetzt ist, ist bei Wandler 23 akustisch »entkoppelt« und kann praktisch 35 dieser Ausführung in der Bohrung 22 ein hochwarmfrei in seiner Eigenfrequenz schwingen. fester, schlecht wärmeleitender, jedoch gut schall-

Die vom Sender 17 ausgehenden longitudinalen leitender, im allgemeinen zylindrischer, relativ dicke Ultraschallwellen gehen senkrecht zur Bewegungs- Isolator 36, z. B. aus hochgebrannter Keramik, Quarzrichtung der im Preßkanal geförderten Masse zum glas usw. vorgesehen, der das Gehäuse 19 in Richtung Empfänger 18, der sie, wie eben angegeben, über die 30 zum Preßkana! 6 dichtend abschließt. An der RückLeitung 15 dem Impuls-Echo-Gerät 9 zuführt. Je nach seite des Isolators 36 ist ein piezoelektrischer Wandder Zähigkeit der gemessenen Masse ergibt sich eine ler 23 angeordnet, der über eine Zuleitung 28 mit der mehr oder weniger starke Absorption der Ultraschall- Spule 27 in Verbindung steht. Er kann mit de-n wellen und eine unterschiedliche Ultraschallgeschwin- Isolator 36 verkittet sein. Im rückwärtigen Teil des digkeit. 35 Gehäuses 19 ist zusätzlich ein Kühlmantel 37 vorge-

An Stelle der Scheibe 25 kann auch ein Keramik- sehen, der an eine Quelle 38 für ein Kühlmittel sowie

klotz vorgesehen sein. In diesem Fall müßte er von an eine Rücklaufleitung 39 angeschlossen ist.

einem weniger voluminösen Stahlklotz abgestützt Der Isolator 36 wird durch einen Gehäusering 40

sein. fest gegen das Gehäuse 19 angedrückt. Der Isolator

F i g. 3 zeigt eine im wesentlichen gleiche Anordnung 40 nimmt somit ebenfalls die hohen Drücke auf. In dem

wie F i g. 2. Lediglich der Empfänger 18 ist hier ersetzt Bereich, wo eine hohe Temperatur unerwünscht ist.

durch eine Reflektionseinrichtung 29. Um diese jeder- wird sie durch die Kühleinrichtung merklich abge-

zeit durch einen Empfänger 18 auszutauschen, ist im schwächt.

Gehäuse 20 dieser Einrichtung zweckmäßig ein Stahl- Eine gegebenenfalls als Nachteil anzusehende Eigenklotz 30 eingeschraubt, dessen Stirnseite 31 eine ebene 45 schaft dieser Ausführung, die andererseits sehr zweck-Reflektionsfläche für die vom Sender 17 ausgehenden mäßig ist, mag die sogenannte »VorlaufeigenschafU Ultraschallwellen bildet. Die ausgesendeten Ultra- sein. Die vom piezoelektrischen Wandler ausgehender schallwellen werden voll reflektiert und vom Sender, Ultraschallwellen reflektieren vor dem Eintritt in die der dann als Empfänger arbeitet, über die Leitung 16 zu messende Masse an der unteren Grenzfläche 41 dem Impuls-Echo-Gerät zugeführt. so des Isolators 36, kehren zum Wandler 23 zurück

Die F i g. 4 bis 6 zeigen abgewandelte Ausführungen werden dort wieder reflektiert usw. Hierdurch ent

der Sender 17 bzw. Empfänger 18, die im Gehäuse 20 steht nicht nur ein einziger, steuertechniscb leich

der F i g. 2 oder 3 einsetzbar sind. verwertbarer Eingangsimpuls, sondern eine ganzf

F i g. 4 zeigt eine im wesentlichen ähnliche Anord- Kette derartiger Impulse. Die Anordnung nacl

nung wie F i g. 2. An Stelle der metallisierten Vorder- 55 F i g. 6 ist daher zweckmäßig nur für das Durchstrah

seite des piezoelektrischen Wandlers 23 ist hier eine hingsverfahren zu empfehlen, bei dem auf verhältnis

die Gehäusebohrung 22 abschließende, rückseitig sehr mäßig leichte Weise nur jeweils der erste Impuls de

gut plangeschliffene Metallplatte 32 vorgesehen, die Senders mit dem ersten Impuls des Empfängers ii

in das Gehäuse 19 eingeschraubt ist. An der Rückseite Korrelation gebracht wird, während die übrigei

dieser Metallplatte 32 hegt ein ebenfalls genau plan- 60 Impulse einer Kette unbeachtlich bleiben. Bein

geschliffener piezoelektrischer Wandler ohne Zwischen- Impuls-Echo-Verfahren wurden sich diese Impuls«

schaltung irgendeines Bindemittels an, der seinerseits mit den tatsächlich gewünschten Impulsen überlagen

wiederum an einem Auflagenetz 24 abgestützt ist. An und ein unübersichtliches Bild geben.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

28?2

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Steuern und/oder Regein viskositätsabhängiger Verfahrensvorgänge, insbe- S sondere bei Anlagen zur Polymerisation, Kondensation oder Addition von Hochpolymeren bzw. zum Plastizieren und Fördern von Schmelzen dieser Stoffe, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens an einer Stelle der Bewegungsbahn einer viskosen Masse Iongitudinale Ultraschallwellen senkrecht zur Strömungsrichtung durch die viskose Masse gesendet werden, daß die Absorption (κ¹) und die Ultraschallgeschwindigkeit (c) gemessen und wenigstens einer dieser Werte in eine Steuer und/oder Regeleinrichtung (12,13) für die Be- oder Verarbeitungsvorrichtung (1) eingespeist wird.

2. Verfat ren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte für die Absorption (\') und für die Ultraschallgeschwindigkeit (c) in einer Datenverarbeitungseinrichtung (11) in Viskosi'ätskennwerte (?;) umgewandelt, mit der Sollviskosität {jUoii) verglichen und in die Steuer- und/oder Regeleinrichtung (12, 13) eingespeist werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die longitudinalen Ultraschallwellen zur Ermittlung der physikalischen Werte des Schmelzzustandes der viskosen Massen unmittelbar vor und/oder an der Ausformungsstelle gesendet werdtn.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, d..ß die Ultraschallwellen im Durchstrahlungsverfahren durch den Querschnitt der viskosen Masse geleitet werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallwellen im Echo-Impuls-Verfahren gegen eine Reflexionsfläche (31) gesendet und vom Sender (17) wieder empfangen werden.

6. Vorrichtung zum Steuern und/oder Regeln viskositätsabhängiger Verfahrensvorgänge, insbesondere bei Anlagen zur Polymerisation, Kondensation oder Addition von Hochpolymeren bzw. zum Plastizieren und Fördern von Schmelzen dieser Stoffe, dadurch gekennzeichnet, daß an mindestens einer Stelle der Bewegungsbahn der zu steuernden bzw. zu regelnden Masse eine Meßeinrichtung (8) angeordnet ist, die quer durch die Masse, vorzugsweise senkrecht zu deren Bewegungsrichtung, Iongitudinale Ultraschallwellen sendet, empfängt und Meßwerte bezüglich der Ultraschallgeschwindigkeit (c) und/oder Absorption {ex.') aufzeichnet bzw. abgibt, daß an die Meßeinrichtung (8) eine elektronische Datenverarbeitungseinrichtung (II) angeschlossen ist und daß diese mit Stell- und Regelgliedern (12, 13) zur Beeinflussung der physikalischen Zustände des Verfahrensvorganges verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (8) einen Sender (17) und einen Empfänger (18) für Iongitudinale Ultraschallwellen aufweist, die in der Querschnittsebene durch die viskose Masse einander gegenüber angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (8) ein abwechselnd als Sender und Empfänger für longitudinale Ultraschallimpulse arbeitendes Glied (17) und eine diesem in der Querschnittsebene durch die viskose Masse gegenüberliegenden Reflexionsfläche (31) aufweist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßgerät (1) ein den Sender (17) bzw. Empfänger (18) aufnehmendes quer zur Bewegungsbahn der vislosen Masse gerichtetes druckfestes Gehäuse (19) aufweist, das über eine axiale Bohrung (22) unmittelbar mit dem die viskose Masse führenden Kanal oder Rohr (6) verbunden ist, daß in der Bohrung (22) ein an seiner Vorderseite metallisierter piezoelektrischer Wandler (23) angeordnet ist, der zugleich einen Teil der Wandung des Kanals oder Rohres (6) bildet, daß die Rückseite des piezoelektrischen Wandlers (23) auf einem elektrisch leitfähigen Auflagenetz (24), z. B. aus dünnem Drahtgewebe abgestützt ist, das seinerseits auf einem hochwarmfesten, elektrisch isolierenden Werkstoffkörper (25) ζ. B. aus Keramik liegt, der im Gehäuse (19) fest gehalten ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßgerät (8) ein den Sender (17) b<iw. Empfänger (18) aufnehmendes, quer zur Bewegungsbahn der viskosen Masse gerichtetes druckfestes Gehäuse (19) aufweist, das über eine axiale Bohrung (22) unmittelbar mit den die viskose Masse führenden Kanal oder Rohr (4) verbunden ist, daß in der Bohrung (22) eine dünne abdichtende Metallscheibe (32) angeordnet ist, deren genau plangeschliffene Rückseite auf einer plangeschliffenen Vorderseite eines piezoelektrischen Wandlers (23) gleitend aufliegt, daß die Dicke der Metallscheibe (32) und/oder diejenige des piezoelektrischen

Wandlers (23) auf eine halbe Wellenlänge y bzw. ein Vielfaches davon abgestimmt ist und daß die Rückseite des piezoelektrischen Wandlers (23) auf einem Auflagenetz (24) z. B. aus dünnem Drahtgewebe abgestützt ist, das seinerseits auf einem hochwarmfesten elektrisch isolierenden Werkstoffkörper (25) ζ. B. aus Keramik liegt, der im Gehäuse (19) festgehalten ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßgerät (8) ein den Sender (17) bzw. Empfänger (18) aufnehmendes, quer zur Bewegungsbahn der viskosen Masse gerichtetes druckfestes Gehäuse (19) aufweist, das über eine axiale Bohrung (22) unmittelbar mit dem die viskose Masse führenden Kanal oder Rohr (6) verbunden ist, daß das der viskosen Masse zugewandte Ende (20) des Gehäuses (19) von einer Metallfolie (34) abgedeckt ist, die auf dieses Gehäuseende (20) stumpf aufgelötet ist, daß unmittelbar hinter der Stahlfolie (34) an dieser anliegend ein piezoelektnscher Wandler (23) angeordnet ist und daß die Rückseite des piezoelektrischen Wandlers (23) auf einem Auflagenetz (24), z. B. aus dünnem Drahtgewebe abgestützt ist, das seinerseits auf einem hochwärmefesten, elektrisch isolierenden Werkstoffkörper (25) τ. B. aus Keramik liegt, der im Gehäuse (19) fest gehalten ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche S bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der hochwarmfeste, elektrisch isolierende Werkstoffkörpei

(25) als Keramikscheibe (25) ausgebildet ist und gegen einen in die Bohrung (22) einschraubbaren Stahlklotz (26) abgestützt ist.

13. Vorrichtung nach Ansprach 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikscheibe (25) und gegebenenfalls der Stahlklotz (26) durchbohrt sind und daß durch diese Bohrungen (26', 25') der Zuleitungsdraht (28) zum Auflagenetz (24) geführt ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daf. das Meßgerät (8) ein den Sender (17) bzw. Empfänger (18) aufnehmendes, quer zur Bewegungsbahn der viskosen Masse gerichtetes druckfestes Gehäuse (19) aufweist, das über eine axiale Bohrung (22) unmittelbar mit dem die viskose Masse führenden Kanal oder Rohr (6) verbunden ist, daß in dem Gehäuse (19) ein dieses ausfüllender Klotz (36) aus gut wärmeisolierendem, jedoch gut schalleitendem Werkstoff, z. B. aus hochgebrannter Keramik, Quarzglas od. dgl. angeordnet ist, dessen Vorderseite (41) zugleich einen Teil der Wandung und des Kanals oder Rohres (6) bildet und der rückseitig gegen einen Gehäusedeckel (40) abgestützt ist und auf einem Teil seiner Rückseite einen piezoelektrischen Wandler (23) trägt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (19) des Meßgerätes (8) einen Kühlmantel (37) aufweist, der mit Zu- und Abführstutzen (38, 39) lür ein Kühlmittel versehen ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsfläche (31) aus der plangeschliffenen Vorderseite eines Metallkörpers (30) besteht, der in ein Gehäuse (19) für einen Empfänger (18) gegenüber dem eigentlichen Sender (17) eingesetzt ist.