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@assetemperatur-Meßwertgeber für Plastverarbeitungsmaschinen Die Erfindung
betrifft einen Massetemperatur-Meßwertgeber für Plastverarbeitungsmaschinen zur
genauen Me@ßung der Temperatur im Schmelzekanal.
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Bekanntlich werden zur Messung der Massetemperatur thermoelektrische
Meßwertgeber verwendet. Durch die bei dem Verarbeitungsprozeß in Plastverarbeitungsmaschinen
auftretenden Drücke bis zu 2000 kp/cm2 und Temperaturen bis zu 400 °G werden die
Meßwergeber hohen Beanspruchungen ausgesetzt, denen sie ohne Beeinträchtigung ihrer
Funktion widerstehen müssen. Obwohl die konstruktivenProbleme zur Gestaltung entsprechend
widerstandsfähiger f1eJ3wert eber im wes entlichten gelöst wurden, bestehen bei
der meßtechnischen Erfassung der wahren Temperatur der Masse im Schmelzekanal noch
erhebliche Probleme, die sich auf Grund der Wärmeableitung durch den metallischen
Kontakt des Thermoelementes mit der Einbauarmatur und dem Maschinengehäuse ergeben.
So können durch die Wärmeableitung zwischen der wahren Temperatur der im bohmelzekanal
befindlichen Masse und der Temperatur des Maschinengehäuses, in dem die Einbauarmatur
angeordnet ist, Differenzen bis zu 50 °C auftreten, die zum entstehen eines Wärmeableitfehlers
und damit eines relativen Meßfehlers des Meßwertgebers führen.
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Der relative Meßfehler # des Meßwertgebers läßt sich aus der Gleichung
T0 - Tm # = T1 - Tm ermitteln.
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In der Gleichung bedeuten: T0 = die vom Meßwertgeber angezeigte Temperatur
Tm = die wahre Temperatur der Masse an der Meßstelle T1 = die Temperatur des Maschinengehauses
an der Einbaustelle des Meßwertgebers Aus Untersuchungen gewonnene Brkenntnisse
besagen, daß zur exakten Temperaturmessung der relative Medfehler # kleiner als
0,1 sein muß, um ein richtiges Bild des Temperaturzustandes der Masse an der Meßstelle
im Schmelzekanal zu erhalten.
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Es ist ein Meßwertgeber zur Messung der Massetemperatur bekannt, der
eine Heiz- bzwQ Kühleinrichtung am Schaftstück des Thermoelementes besitzt, um die
Differenz zwischen der wahren Temperatur der Masse und der Gehäusetemperatur zu
kompensieren0 Der relative Meßfehler des Meßwertgebers wird zwar mittels dieser
Temperaturkompensationseinrichtung klein gehalten und eine genauere Messung der
Massetemperatur erreich-t,
doch wirkt sich der erforderliche technische
Aufwand für die Aompensationseinrichtung nachteilig aus0 bei einem anderen bekannten
Meßwertgeber ist der Meßfühler mit der Halterung metallisch verbunden und in einer
Länge von bevorzugt 10 d Drahtdurchmesser ausgeführt. Der jNjeßfühler ist parallel
zum Schmelzekanal liegend eingebaut.
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Nachteilig an dieser Anordnung sind die verhältnismä!3ig große Lange
des Meßfühlers, die sich notwendigerweise zur Kleinhaltung des Wärmeableitfehlers
durch die metallische Verbindung des Meßfühlers mit der Halterung ergibt und die
sich aus der Länge des Meßfühlers ergebenden schwierigen Einbauverhältnisse im Schmelzekanal.
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Es ist weiterhin e.in Ueßwertgeber bekannt, bei dem der Meßfühler
in einem im Schmelzekanal liegenden uersteg angeordnet und die Spitze des Meßfühlers
der Fließrichtung der Schmelze entgegengerichtet ist0 Obwohl durch diese Anordnung
die Einbauverhältnisse des Meßwertgebers verbessert werden, ergeben sich nachteilige
Foleen durch das Entstehen von Toträumen bn Schmelzekanal, die erheblich den Schmelzefluß
stören können.
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Auch eine massearme Ausbildung eines Meßwertgebers ist bekannt, bei
der die Wärmeableitung des Meßfühlers durch eine Isolierung wesentlich vermindert
wird.
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Nachteilig an dieser Ausführung des Meßwertgebers sind die strömungstechnisch
ungünstige' Gestaltung und die nicht zweckmäßige Anordnung des Meßfühlers sowie
eine noch notwendige Korrektur des Meßwertes, um die wahre Massetemperatur zu ermitteln.
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Der Zweck der Erfindung besteht darin, die Primärsignalerfassung der
wahren Massetemperatur so genau zu ermöglichen, daB sich eine Korrektur des Meßwertes
erübrigt und die thermische Überwachung und Regelung des Verarbeitungsprozesses
einfach und mit geringem technischen Aufwand durchführbar sowie in dessen Ergebnis
eine Erhöhung der Qualität des verarbeiteten Plastwerkstoffes erreichbar ist, Im
weiteren soll eine Verbesserung der Einbaumöglichkeit des Meßwertgebers erzielt
werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Massetemperaturmeertgeber
zu schaffen, der durch eine besondere Gestaltung des me3empfindlichen Teils und
der Einbaua-rmatur eine minimale Wärmeableltung und demzufolge einen relativen Meßfehler
zu besitzt,
der kleiner als 0,1 ist. Zur Erfassung schnell wechselnder
Massetemperaturen soll der Meßwertgeber eine hohe Meßempfindlichkeit besitzen und
in spezieller Ausführungsart auch die Durchführung von Mehrpunktmessungen zur Bestimmung
des Temperaturprofiles über den Querschnitt des Schmelzekanals gestatten.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in einer für
die Belange der llIassetemperaturmessung in Plastverarbeitungsinaschinen zweckmäßig
gestalteten Einbauarmatur ein an sich bekannter Mantelthermodraht mit einem Durchmesser
d kleiner als 2 mm, vorzugsweise 1,5 mm, mit geringsten metallischem Kontakt in
einer Wärmeisoliermasse eingebettet ist. Von dem Mantelthermodraht ragt ein meßempfindlicher
Teil mit einer von der Schmelze umspülten Länge li von 3 bis 5 d an der Meßstelle
derartig in den Schmelzekanal der Plastverarbeitungsmaschine hinein, daß zwischen
den Mittelachsen des meßempfindlichen Teils und des Schmelzekanals Parallelitat
vorhanden ist.
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Die Spitze des meßempfindlichen Teils ist dabei der Fließrichtung
der Schmelze entgegengerichtet.
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Der Mantelthermodraht ist erst in einem größeren Abstand 13= 11 +
12 = 15 d bzw. bei besonderer Gestaltung der Abstützung und der Isolierung des M'antelthermodrahtes
gegenüber dem Maschinenteil l3 >- 10 d gemessen von der Spitze des meßempfindlichen
Teils an
einer Verbindungsstelle mit einem Übergangsnippel bzw.
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einem Verschlußmittel oder einem Befestigungsring durch eine Lötung
oder Schweißung metallisch verbunden. Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Erfindungsgedankens
für die Durchführung von Ein- und/oder Mehrpunktmessungen der Massetemperatur besteht
darin, einen oder mehrere Mantelthermodrähte in eine mit Wärmeisoliermasse ausgefüllte
in den Schmelzekanal eintauchende Schutzhülse einzubetten; die ein im Querschnitt
strömungsgünstig, vorzugsweise elliptisch, ausgebildetes Profil besitzt.
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Der meßempfindliche Teil des Mantelthermodrahtes ragt an der Meßstelle
in vorbeschriebener Weise bei einer Ausgestaltung des Meßwertgebers für Einpunk-tmessung
aus der Schutzhülse heraus in den Schmelzekanal.
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Bei einer Ausgestaltung des Meßwertgebers für ,wlehrpunktmessungen
sind an der Schutzhülse mehrere in unterschiedlicher Eintauchtiefe des Schmelzekanals
liegende Kerben angeordnet, aus denen die meßempfindlichen Teile an den Meßstellen
in vorbeschriebener Weise in den Schmelzekanal ragen.
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Bei beiden Ausführungsarten des Meßwertgebers steht der Mantelthermodraht
in vorbeschriebener Weise an der-.
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Verbindungsstelle mit einem Übergangsnippel in metallischen Kontakt.
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Eine andere denkbare Ausführung des Erfindungsgedankens besteht darin,
mehrere Mantelthermodrähte in einer mit Wärmeisoliermasse ausgefüllten radialen
Bohrung einer
in den Schmelzekanal einsetzbaren Strainerplatte einzubetten.
Die meßempfindlichen Teile ragen an den Meßstellen aus mehreren auf unterschiedlich
großen Radien der Strainerplatte angeordneten und mit der radialen Bohrung in Verbindung
stehenden Einsenkungen in vorbeschriebener Weise in den Schmelzekanal.
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Die Mantelthermodrähte stehen an der Verbindungsstelle in vorbeschriebener
Weise mit einem Verschlußmittel in metallischen Kontakt.
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Ein weiteres Merkmal der erfindungsgemäßen Lösung besteht in der Art
der unmittelbaren Anordnung und Befestigung des I'.eßwertgebers an einem im Schmelzekanal
vorhandenen Maschinenteil So ist es möglich, den Mantelthermodraht in einer mit
Wärmeisoliermasse ausgefüllten konischen in das Maschinenteil einschraubbaren Schutzhülse
oder in einem aus Wärmeisoliermasse bestehenden in eine entsprechende Bohrung des
Maschinenteils einpreßbaren Stopfen einzubetten.
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Der I.:antelthermodraht besitzt in vorbeschriebener Weise an der Verbindungsstelle
mit einem Befestigungering metallischen Kontakt. Zur Aufnahme der auf den I.Tantelthermo-draht
wirkenden Druckkräfte ist der Befestigungsring durch eine geschlitzte Stützscheibe
gegenüber dem Maschinenteil abgestützte Bei der Einbettung des Mantelthermodlsahtes
in den aus Wärmeisolieriaasse bestehenden Stopfen kann. der Abstand 13 des
Mantelthermodrahtes
von der Spitze des meßempfindlichen Teils bis zu der Verbindungsstelle durch Beilegen
einer geschlitzten Isolierscheibe zwischen die Stützscheibe und das Llaschinenteil
auf einen ert 13= 10 d verringert erden, ohne daß der Uärmeableitfehler unzulässig
zunimmt.
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Der meßempfindliche Teil des Mantelthermodrahtes ragt an der Meßstelle
in vorbeschriebener Weise in den Schmelzekanal. Der andere Teil des Mantelthermodrahtes
wird in einem Leitungskanal als Meßleitung aus dem Maschinenteil herausgeführt.
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Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung gegenüber dem bekannten
Stand der Technik bestehen in der qualitativen Verbesserung der Temperaturmessung
der Masse, indem durch weitgehende Verringerung der Wärmeableitung des meßempfindlichen
Teils der relative Meßfehler des Meßwertgebers auf Werte kleiner als 0,1 reduziert
wird. Somit sind Norrekturen der Meßwerte nicht mehr erforderlich und die Möglichkeit
der verbesserten thermischen Überwachung und Regelung des Verarbeitungsprozesses
zeitigt im Ergebnis eine Erhöhung der Qualität des verarbeiteten Plastv,erkstoffes0
Das entwickelte Grundprinzip des Massetemperatur-Meßwertgebers schafft außerdem
bessere Voraussetzungen für die zweckmäßigere Gestaltung schaft- oder blendenförmiger
Einpunkt- und/oder Mehrpunktmeßwertgeber, die relativ einfach in den Schmelzekanal
bzw. in entsprechende Maschinenteile
einbaubar sind. So besitzt
beispielsweise ein Mehrpunktmeßwertgeber in Strainerplattenbauart gegenüber einer
einschraubbaren schaftförmigen Einbauarmatur den Vorteil der Vermeidung von Toträumen
und Strömungsstörungen im Schmelzekanal sowie der Vermeidung von Durchbrüchen in
beheizten Maschinenflächen.
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Die Erfindung soll nachstehend an fünf Ausführungsbeispielen näher
erläutert werden.
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In der zugehörigen Zeichnung zeigen: Fig. 1 den Längsschnitt durch
einen einschraubbaren schaftförmigen bleßwertgeber für Einpunktmessung Fig. 2 den
Längsschnitt durch einen einschraubbaren schaftförmigen Meßwertgeber für Mehrpunktmeszungen
Fig. 3 den Schnitt A-A nach Fig. 2 Fig. 4 die Vorderansicht mit Teilausschnitt eines
blendenförmigen Meßwertgebers für Mehrpunktmessungen Fig. 5 den Schnitt B-B nach
Fig. 4 Fig. 6 den Längsschnitt durch einen einschraubbaren Meßwertgeber Fig. 7 den
Längsschnitt durch einen stopfenförmigen Meßwertgeber.
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Die Fig. 1 zeigt den Längsschnitt durch den Meßwertgeber für Einpunktmessung.
In einer mit Wärmeisoliermasse 10 ausgefüllten Einbauarmatur, die aus der Schutzhülse
7 mit im Querschnitt strömungsgünstig, vorzugsweise elliptisch, ausgebildeten Profil,
dem Verbindungsrohr 11 und dem Übergangsnippel 13 besteht, ist der Mantelthermodraht
6 eingebettet. Ein meßempfindlicher Teil 5 des Mantelthermodrahtes 6 mit einer von
Schmelze umspülten Länge 11 von 3 bis 5 d ragt an der Meßstelle derartig in den
Schmelzekanal 1 hinein, daß zwischen den Mittelachsen des meßempfindli,chen Teiles
5 und des Schmelzekanals 1 Parallelität vorhanden ist. Die Spitze des meßempfindlichen
Teiles 5 ist der Fließrichtung der Schmelze 2 entgegengerichtet. Der ItIantelthermodraht
6 ist in einem Abstand 13 gleich oder größer als 15 d von-der Spitze des meßempfindlichen
Teils 5 an der Verbindungsstelle 12 mit dem Übergangsnippel 13 durch eine Lötung
oder Schweißung metallisch verbunden. Der X4eßwertgeber ist mittels des Druckstückes
9 in die mit Dichtsitz versehene Bohrung 4 der Schmelzekanalwand 3 einschraubbar.
Der Übergangsnippel 13 ist mit einer Markierung der Fließrichtung 14 versehen, um
die Lage des meßempfindlichen Teils 5 im Schmelzekanal 1 beim Einbau des Meßwertgebers
eindeutig zu bestimmen. Im Übergangsnippel 13 bildet der ¢antelthermodraht 6 die
Meßleitung 15, die zum Meßleitungsanschluß 16 führt.
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Der in die Masse ragende meßempfindliche Teil 5 des Mantelthermodrahtes
6 ist hakenahnlich gebogen, szodurch
die Länge des eintauchenden
1<lantelthermodrahtes 6 ohne Vergrößerung der Abmessungen der Schaftkonstruktion
erhöht wird0 Eine einseitige taschenförmige Auss-oarung der Bohrung der Schutzhülse
7 erleichtert das Biegen des Mantelthermodrahtes.
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In Fig. 2 ist der Längsschnitt durch den Meßwertgeber für Mehrpunktmessungen
dargestellt. In einer mit Wärneisoliermasse 10 ausgefüllten Einbauarmatur, die aus
den Teilen 7, 11, 13 entsprechend Fig. 1 besteht, sind mehrere Mantelthermodrähte
6 eingebettet. An der Schutzhülse 7 sind mehrere in unterschiedlicher Ein tauchtiefe
des Schmelzekanals 1 liegende Kerben 8 angeordnet, aus denen die meßempfindlichen
Teile 5 nach in Fig. 1 vorbeschriebener Weise an den Meßstellen in den Schmelzekanal
1 ragen. Die Mantelthermodrähte 6 sind an der Verbindungsstelle 12 nach in Fig.
1 vorbeschriebener Weise mit dem Übergangsnippel 13 verbunden.
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Im weiteren entspricht der konstruktive Aufbau des Meßwertgebers im
Detail der Darstellung in Fig. 1.
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Die Fig. 3 zeigt den Schnitt A-A nach Fig. 2 in vergrößerter Darstellung.
Der Schnitt durch die Schutzhülse 7 verdeutlicht die Einbettung des Mantelthermodrahtes
6 in die Wärmeisoliermasse 10 und die Anordnung des meßempfindlichen Teils 5, der
im Fluß der Schmelze liegt.
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Die Fig. 4 zeigt die Vorderansicht-und einen Teilausschnitt -des blendenförmigen
in den Schmelzekanal 1 einsetzbaren Meßwertgebers für Mehrpunktmessungen in Strainerpltt-tenbauart
Mehrere Mantelthermodrähte 6 sind in der mit Wärmeisoliermasse 10 ausgefüllten mit
dem Rohrstutzen 20 versehenen radialen Bohrung 18 der Strainerplatte 17 eingebettet.
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Auf der Stirnseite der Strainerplatte 17 sind mehrere auf unterschiedlich
großen Radien angeordnete Einsenkungen 19 vorhanden, die mit der radialen Bohrung
18 in Verbindung stehen, Die von den IvIantelthermodrähten 6 gebildeten meßempfindlichen
Teile 5 ragen aus den Einsenkungen 19 nach.in Fig. 1 vorbeschriebener Weise in den
Schmelzekanal 1. Die Mantelthermodrähte 6 sind mit dem den Rohrstutzen 20 abschließenden
Verschlußmittel 21 an der Verbindungsstelle 12 metallisch verbunden.
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Die Fig. 5 stellt den Schnitt B-B nach Fig. 4 dar und verdeutlicht
die Anordnung des meßempfindlichen Teils 5 in der Einsenkung 19, die mit der radialen
Bohrung 18 in Verbindung steht.
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Die Pig. 6 zeigt den Längs schnitt durch einen einechraubbaren hülsenförmigen
Meßwertgeber, der in einen im Schmelzekanal 1 angeordneten Maschinenteil 28 unmittelbar
befestigt ist.
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Der Manteithermodraht 6 ist in der mit Wärmeisoliermasse 10 ausgefüllten
in das Maschinenteil 28 einechraubbaren
konischen Schutzhülse
27 eingebettet. Der Mantelthermodraht 6 besitzt in vorbeschriebener Weise an der
Verbindungsstelle 12 mit dem Befestigungsring 22 metallischen Kontakt. Zur Aufnahme
der auf den Mantelthermodraht 6 wirkenden Druckkräfte ist der Befestigungsring 22
durch die geschlitzte Stützscheibe 23 gegenüber dem Maschinenteil 28 abgestützt.
In dem beitungskanal 26 wird der Manteithermodraht 6 als Meßleitung 15 aus dem Maschinenteil
28 herausgeführt. Der meßempfindliche Teil, 5 des Manteltbermodrahtes 6 ragt aus
der konischen Schutzhülse (27) an der Meßstelle in vorbeschriebener Weise in den
Schmelzekanal 1.
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Die Fig. 7 zeigt den Längsschnitt durch einen stopfenförmigen Meßwertgeber.
Der Manteithermodraht 6 ist in dem aus Wärmeisoliermasse 10 bestehenden in eine
entsprechende.Bohrung des Maschinen teils 28 einpreßbaren konischen Stopfen 25 eingebettet.
Der Manteithermodraht 6 besitzt in vorbeschriebener Weise an der Verblndungsstelle
12 mit dem Befestigungsring 22 metallischen Kontakt.
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Zur Aufnahme der auf den Manteithermodraht 6 wirkenden Druckkräfte
ist der Befestigungsring 22 durch die geschlitzte Stützscheibe 23 und die beigelegte
geschlitzte Isolierscheibe 24 gegenüber dem Maschinenteil 28 abgestützt und zusätzlich
isoliert. Durch das Beilegen der Isolierscheibe 24 kann der Abstand 13 des Mantelthermodrahtes
6 von der Spitze des meßempfindlichen Teils 5 bis zu der Verbindungsstelle 12 auf
einen
Wert 13 gleich oder größer 10 d verringert werden, ohne daß der Wärmeableitfehler
unzulässig zunimmt.
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Der den meßempfindlichen Teil 5 bildende Teil des Mantelthermodrahtes
6 ragt aus des konischen Stopfen 25 an der Meßstelle in vorbeschriebener Weise in
den Schmelzekanal 1. Der Mantelthermodraht 6 wird als Meßleitung 15 durch den Leitungskanal
26 aus dem Maschinenteil 28 herausgeführt.