DE2029337B1

DE2029337B1 - Verfahren zur Messung von Verweilzeitspektrum und Summenkurve bei der kontinuierlichen Verarbeitung von rheologischen Medien, insbesondere Kunststoffschmelzen, und Schneckenstrangpresse zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2029337B1
Application number: DE19702029337
Authority: DE
Inventors: W Ulmer; Hans Werner
Original assignee: Werner and Pfleiderer GmbH
Current assignee: Werner and Pfleiderer GmbH
Priority date: 1970-06-13
Filing date: 1970-06-13
Publication date: 1971-11-11
Also published as: DE2029337C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schneckenstrangpresse zur Messung von Verweilzeitspektrum und Summenkurve bei der kontinuierlichen Verarbeitung von rheologischen Medien, insbesondere Kunststoffschmelzen.
Die Verweilzeit ist einer der wichtigsten Verarbeitungsparameter bei der kontinuierlichen Behandlung eines Gutes. Man versteht darunter die Zeit, welche das Gut der Behandlung ausgesetzt ist. Nur bei der sogenannten Propfströmung ist diese Zeit eindeutig definiert. In allen übrigen Fällen ergibt sich ein Verweilzeitspektrum, d. h., es gibt Materialteilchen bei dem zu behandelnden Gut, welche Fänger oder weniger lang als eine mittlere Verweilzeit in der Maschine bzw. dem Behandlungsraum bleiben.
Die mittlere Verweilzeit kann auf verschiedene Weise definiert sein, zur Bestimmung ist jedoch immer das Verweilzeitspektrum erforderlich. Das Verweilzeitspektrum läßt ferner Aussagen über die Mischwirkung einer Verarbeitungsmaschine zu. So bedeutet z. B. ein enges Verweilzeitspektrum eine geringe Längsmischung, ein breites Spektrum eine stärkere Längsmischung in der Maschine. An Hand des Verweilzeitspektrums kann auch die Selbstreinigung einer Verarbeitungsmaschine beurteilt werden, ebenso wie sich »tote Ecken« in einer solchen Verarbeitungsmaschine nachweisen lassen.
Die Kenntnis der Verweilzeit bzw. des Verweilzeitspektrums ist also eine wichtige Voraussetzung bei der Durchführung von kontinuierlichen Bearbeitungsverfahren an rheologischen Medien. Um ein Verweilzeitspektrum im beschriebenen Sinne zu messen, ist es bekannt, so vorzugehen, daß man einen in die Einfüllöffnung des Behandlungsraumes dem zu verarbeitenden Material zugegebenen Indikator nach einer Zeitspanne an einem stromabwärts gelegenen Meßpunkt der Verarbeitungsmaschinen bzw. des Behandlungsraumes - z. B. an der Austrittsöffnung desselben - in dem dort austretenden Materialstrom des behandelten Gutes registriert.
Dabei wird als Indikator eine Substanz verwendet, die in dem verarbeiteten Medium z. B. chemisch nachgewiesen werden kann. Man nimmt dann am Ende des Behandlungsraumes periodisch Proben, in denen der Indikator nach Gewichtsanteil ermittelt wird. Dazu verbrennt man beispielsweise, wenn das zu verarbeitende Material ein brennbarer Kunststoff ist, dasselbe und wiegt die Menge des nichtbrennbaren Indikators - z. B. Eisenoxyd - zurück.
Die Werte der Indikatorkonzentration im verarbeiteten Material werden dann als Funktion von der Zeit graphisch aufgetragen und ergeben so schließlich das Verweilzeitspektrum bzw. die Summenkurve.
Wichtig ist bei diesem Verfahren im übrigen, daß der Indikator in kleinen Mengen dosiert wird und die Strömungsverhältnisse im Behandlungsraum nicht verändert. Zur Bestimmung der Summenkurve wird der Indikator kontinuierlich zugegeben. Bei einer exakt gleichmäßigen Dosierung des Indikators läßt sich so an Hand der Summenkurve die makroskopische Mischwirkung einer Mischmaschine beurteilen.
Die beschriebene Verwendung eines chemisch nachzuweisenden Indikators mit periodischer Probennahme hat nun allerdings schwerwiegende Nachteile. Diese Methode ist erstens einmal ungenau und vor allem sehr zeitraubend. So ist z. B. über längere Zeit hinweg eine Bedienungsperson ständig damit beschäftigt, die Proben vom austretenden Strang abzuschneiden, zu verbrennen und zu wiegen. Eine kontinuierliche und zerstörungsfreie Arbeitsweise direkt an der Maschine ist nicht möglich. Außerdem ist die beschriebene Methode nicht bei allen plastischen Materialien anwendbar.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Schneckenstrangpresse zur Messung von Verweilzeitspektrum und Summenkurve bei der kontinuierlichen Verarbeitung von rheologischen Medien, insbesondere Kunststoffschmelzen, zu schaffen, welche die beschriebenen Nachteile nicht aufweisen. Ein kontinuierlicher und zerstörungsfreier Meßvorgang direkt an der Maschine bzw. während der Produktion soll ermöglicht werden, welcher bei allen in Frage kommenden Medien anwendbar ist, relativ wenig Bauaufwand erfordert und vor allem die durch den Zeitaufwand bedingten sehr hohen Kosten vermeidet.
Durch die Erfindung wird die gestellte Aufgabe gelöst. Das eingangs beschriebene Verfahren zeichnet sich daher erfindungsgemäß dadurch aus, daß die Messung kontinuierlich und zerstörungsfrei auf elektrischem Wege erfolgt, wobei dem zu verarbeitenden Medium ein magnetisches Indikatormaterial zugesetzt wird und an einem am Ende der Verarbeitungsstrecke befindlichen Meßpunkt das mit den Einschlüssen des magnetischen Indikatormaterials versehene strömende Medium als Kern eine Spule durchfließt, welche das Indikatormaterial in Abhängigkeit von seiner Konzentration registriert und die Konzentration über weitere elektrische und/oder elektronische Einrichtungen meßbar werden läßt.
Als vorteilhaft zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat sich eine Schneckenstrangpresse erwiesen, die sich dadurch kennzeichnet, daß an der als Meßpunkt vorgesehenen Austrittsöffnung unmittelbar anschließend eine aus nichtmagnetischem Werkstoff bestehende Röhre angeordnet ist, deren Innendurchmesser dem Durchmesser des zu extrudierenden, mit Einschlüssen magnetischen Indikatormaterials versehenen Stranges und deren Außendurchmesser dem Innendurchmesser einer auf der Röhre, diese umschließend angeordneten, mit elektrischen Meß- und Anzeigeeinrichtungen verbundenen Prüfspule entspricht.
In besonders günstiger Weise gestaltet man die Schneckenstrangpresse so, daß die Prüfspule als Prüftransformator ausgebildet ist, dem ein Abgleichtransformator zugeordnet ist, wobei die Sekundärwicklungen beider Transformatoren über je einen Zwischengleichrichter aus vier Dioden, einem Eade kondensator und einem Entladewiderstand in Brückenschaltung zueinander angeordnet sind, wobei ein Potentiometer zur Einstellung des die Primärwicklungen beider Transformatoren durchfließenden, in den Sekundärwicklungen eine Spannung induzierenden Stromes vorgesehen ist, und wobei Einrichtungen zur Messung einer elektrischen Spannungsdifferenz an den Entladewiderständen angeordnet sind.
Im folgenden wird an Hand von Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben.
Fig. 1 zeigt die Anordnung der Prüfspule mit Zubehör an der Austrittsöffnung einer kontinuierlichen Schneckenstrangpresse für die Bearbeitung von Kunststoffmassen.
F i g. 2 stellt in vereinfachter Weise die weitere Anordnung der Bauteile zueinander und ihre elektrische Schaltung dar.
Es steht bei der beispielsweisen Ausführung eine zweiwelligc Schneckenstrangpresse 2 zur Verfügung, deren Schneckenlänge 1 = 774 mm, deren Schnekkendurclmlesserd = 28 mm, deren Schneckensteigung l-I = 30 mm und deren Schneckendrehzahl 11 = 200 Umdrchungen pro Minute beträgt. Das in der Maschine zu verarbeitende strömende Medium ist Hochdruckpolyäthylen. Der Durchsatz soll 4,8 kg Schmelze pro Stunde sein. Man arbeitet mit einer spezifischen Energieeinleitung von 0,27 kWh/kg. Der Erregerstrom des Meßgerätes beträgt 50 mA, die Empfindlichkeit des zum Meßgerät geschalteten Kompensationsschreibers ist 50 mV.
Über die Eintrittsöffnung (nicht in der F i g. 1 dargestellt) der Schneckenstrangpresse 2 werden dem darin zu verarbeitenden Medium 5 g Eisenpulver als Indikatormaterial zugesetzt. Am Austrittsende der Schneckenstrangpresse 2 ist wie üblich eine Düsenplatte 2a vorgesehen. In die Austrittsöffnung 1 dieser Platte 2a ist eine Röhre 3 z. B. ein Glasröhrchen eingesetzt, dessen Innendurchmesser dem Durchmesser des zu extrudierenden Stranges entspricht.
Der Außendurchmesser des Glasröhrchens entspricht hingegen dem Innendurchmesser einer auf der Röhre 3, diese umschließend angeordneten Prüfspule 4, welche als Transformator ausgebildet ist.
Dieser Prüftrausformator 4 ist auf einem Ständer 10 angeordnet. Über die - teilweise strichpunktiert gezeichnete - Leitung 11 mit Stecker wird die elektrische Verbindung zu den anderen Teilen der tlIe.anordnung hergestellt.
Das in der Schneckenstrangpresse 2 verarbeitete Medium strömt nun, mit den Einschlüssen des erwähnten Indikatormaterials versehen, in den Pfeilrichtungen A der Austrittsöffnung 1 zu und dort durch das Glasröhrehen 3 und damit durch den Prüftrausformator 4 hindurch. Es wirkt sozusagen als Kern dieses Prüftransformators 4. Da das Indikatormaterial aus Eisenpulver besteht, also eine magnetische Substanz ist, verleiht es dem strömenden, verarbeiteten Medium je nach Anteil an magnetischem Indikatormaterial unterschiedliche elektromagnetische Eigenschaften. Die Prüfspule bzw. der Prüftransforn#ator 4 registriert also das durch die Röhre 3 fließende magnetische Indikatormaterial abhängig von seiner Konzentration in dem gleichfalls die Röhre durchströmenden Medium.
Dem Prüftransformator 4 ist ein Abgleichtransformator 5 mit Abgleichkern zugeordnet. Die Sekundärwicklungen der beiden Transformatoren 4 und 5 sind über je einen Zwischengleichricllter aus vier Dioden 6, einem Ladekondensator 7 und einem Entlade widerstand 8 in Brücke geschaltet. Die Primärwicklungen beider Transformatoren 4 und 5 werden von einem mit dem Potentiometer 9 einstellbaren Strom durchflossen, der in den Sekundärwicklungen eine Spannung induziert. Durch Verschieben des Eisenkernes im Abgleichtransformator 5 kann die Brükkenspannung zu Null gemacht werden, da sich dadurch die Kopplung im Abgleichtransformator variieren läßt. Durch das zusammen mit dem strömenden Medium jeweils in der Glasröhre 3 befindliebe Eisenpulver verändert sich die Kopplung im Prührajisformator 4. Die daraus resultierende Ver- änderung der Brückenspannung ist bei den kleinen verwendeten Mengen von Indikatormaterial proportional der Menge des im Kunststoff enthaltenen Eisenpulvers. Die an den Entladewiderständen 8 entstehende Spannungsdifferenz kann an einem entsprechend eingebauten instrument abgelesen oder von einem Schreiber 14 festgehalten werden. So entstehen dann die gewünschten Mcßangaben oder Meßaufzeiehnungen über das Verweilzeitspektrum bzw. die Summenkurve.
Die Empfindlichkeit der Meßanordnung läßt sich durch Verändern des Stromes in den Primärwicklungen durch das schon erwähnte Potentiometer 9 der jeweils verwendeten Menge von Indikatormaterial anpassen.
In der F i g. 2 sind noch mit 12 eine Sicherung und mit 13 eine vierpolige Buchse an sich bekannter Bauart bezeichnet, deren Pole mit den römischen Ziffern I, II, III und IV numeriert sind.
Patentansprüche: 1. Verfahren zur Messung von Verweilzeitspektrum und Summenkurve bei der kontinuierlichen Verarbeitung von rheologischen Medien, insbesondere Kunststoffschmelzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung kontinuierlich und zerstörungsfrei auf elektrischem Wege erfolgt, wobei dem zu verarbeitenden Medium ein magnetisches Indikatormaterial zugesetzt wird und an einem am Ende der Verarbeitungsstrecke befindlichen Meßpunkt das mit den Einschlüssen des magnetischen Indikatormaterials versehene strömende Medium als Kern eine Spule durchfließt, welche das Indikatormaterial in Abhängigkeit von seiner Konzentration registriert und die Konzentration über weitere elektrische und/oder elektronische Einrichtungen meßbar werden läßt.
2. Schneckenstrangpresse zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der als Meßpunkt vorgesehenen Austrittsöffnung (1) unmittelbar anschließend eine aus nichtmagnetischem Werkstoff bestehende Röhre (3) angeordnet ist, deren Innendurchmesser dem Durchmesser des zu extrudierenden, mit Einschlüssen magnetischen Indikatormaterials versehenen Stranges und deren Außendurchmesser dem Innendurchmesser einer auf der Röhre, diese umschließend angeordneten, mit elektrischen Meß- und Anzeigeeinrichtungen verbundenen Prüfspule (4) entspricht.

Claims

3. Schneckenstrangpresse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfspule (4) als Prüftransformator ausgebildet ist, dem ein Abgleichtransformator (5) zugeordnet ist, wobei die Sekundärwicklungen beider Transformatoren über je einen Zwiscllengleichrichter aus vier Dioden (6), einem Ladekondensator(7) und einem Enfiadewiderstand (8) in Brückenschaltung zueinander angeordnet sind, wobei ein Potentiometer(9) zur Einstellung des die Primärwicklungen beider Transformatoren durchfließenden, in den Sekundärwicklungen eine Spannung induzierenden Stromes vorgesehen ist, und wobei Einrichtungen zur Messung einer elektrischen Spannungsdifterenz an den Entladewiderständen (8) angeordnet sind.