DE2607400B2

DE2607400B2 - Vorrichtung zur Bestimmung der Viskosität von Substanzen auf einer Walze

Info

Publication number: DE2607400B2
Application number: DE19762607400
Authority: DE
Inventors: Heinz Dipl.-Chem. Dr. Kopsch; Reinhard Dr.-Ing. Schuller
Original assignee: Krauss Maffei AG
Current assignee: Kraftanlagen AG
Priority date: 1976-02-24
Filing date: 1976-02-24
Publication date: 1980-05-08
Also published as: FR2342491B1; DD128466A5; DE2607400A1; DE2607400C3; JPS52113269A; IT1077461B; FR2342491A1

Description

a) eine Einrichtung (3) zur Bestimmung der beim Durchgang der Substanz (10) durch den Spalt (5) zwischen Walze (2) und Meßwalze (1) auftretenden, senkrecht zu den Walzenachsen '' wirkenden Spaltkraft,

b) eine Einrichtung (9) zur Bestimmung der Spaltweite zwischen Walze (2) und Meßwalze

c) eine Einrichtung (11) zur Bestimmung der '" Umfangsgeschwindigkeit der Walze (2) und/ oder der Meßwalze (1).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwalze (1) mittels Hydraulikzy- >-. lindern (4) gegen die Walze (2) angestellt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwalze (1) mit der gleichen Umfangsgeschwindigkeit wie die Walze (2) angetrieben ist. _m

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwalze (1) einen Durchmesser von 0,2 bis 0,3 des Durchmessers der Walze (2) aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, π dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Messung der Spallkraft eine zwischen dem Hydraulikzylinder (4) und dem Lager (6) der Meßwalze (1) angeordnete Kraftmeßdose (3) umfaßt.

ö. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Bestimmung der Spaltweite zwischen Walze (2) und Meßwalze (1) Tauchspulen (9) umfaßt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Messung der Umfangsgeschwindigkeit einen am Zapfen der Walze (2) oder der Meßwalze (1) angeordneten Impulsgeber (11) umfaßt.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung der Viskosität von Substanzen, insbesondere von hochpolymeren Materialien auf einer Walze τ, gemäß Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Die Viskosität des Materials ist besonders beim Walzen von hochpolymeren Werkstoffen ein Verfahrensparamter, der den Frozeß entscheidend beeinflußt.

Zur Messung der Viskosität eines Polymeren, das als mi Fell oder Folie auf einer Walze umläuft, wird ein sogenanntes Schalenrheometer zum Anbau an Walzwerke und Kalander handelsüblich angeboten. Dieses Gerät hat jedoch den Nachteil, daß bedingt durch das konstruktive Prinzip damit zusätzliche Scherkräfte auf hi das Polymer einwirken, die eine Temperaturerhöhung und damit Verringerung der Viskosität zur Folge haben.

In der DE-OS 24 35 069 ist eine Vorrichtung zur Viskositälsbesiimmung von Flüssigkeiten beschrieben. Bei dieser Vorrichtung werden die von der Flüssigkeit auf die Meßwalze übertragbaren Kräfte der axial bewegten Zuteilerwalze gemessen. Diese Art der Messung ist nur bei axialer Bewegung der Bezugswalze möglich und nur bei Materialien niedriger Viskosität, etwa 10- »bis 10 ' Pa s(Pascalsekunden).

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung zur Messung der Viskosität von insbesondere hochpolymeren Werkstoffen auf einer Walze, bei der die beim Schalenrheomeier auftretenden Nachteile, nämlich insbesondere das Auftreten zusätzlicher Scherkräfte, vermieden werden.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung gestattet es, die Viskosität von hochpolymeren Materialien auf einer Walze genau zu bestimmen, ohne das Material selbst oder dessen Verarbeitung zu beeinträchtigen.

Gemäß der Erfindung wird an eine Walze eine kleine Meßwalze angestellt. Das Walzfell übt dann beim Durchgang durch den von der Walzwcrks'-(Kalandcr-) Walze und der Meßwalzc gebildeten Spalt auf die Walzen eine Druckbelasiung aus.

Die scheinbare Viskosität läßt sich bei einer solchen Anordnung durch folgende Formel bestimmen:

P ■ ho
kr

wobei die Dimensionen einzelner Grollen sich wie folgt ändern:

ι/ = scheinbare Viskosität (kg ■ s · m ^!) r — Umfangsgeschwindigkeit (m s ')
k - Konstante (rrr).

Für die Umfangsgeschwindigkeit ν wird bei unterschiedlicher Umfangsgeschwindigkeit der Walze und der Meßwalze der Mittelwert aus beiden Umfangsgeschwindigkeiten eingesetzt.

In der Konstante Ar gehen die Breite der Meßwalze (da diese wesentlich kleiner ist als die der Walzwerksoder Kalanderwalze), der Walzendurchmesser (haben Walze und Meßwalzc unterschiedlichen Durchmesser, wird der Äquivalentdurchmcsscr

eingesetzt) und der Durchmesser des Wulstes vor dem Spalt (der jedoch vernachlässigt werden kann) ein.

Für die Praxis ist es nicht erforderlich, den Absolutwert der Viskosität zu erfassen. Es genügt vielmehr, einen reproduzierbaren Rclativwert zu erhalten.

Die F.rfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. I die Vorrichtung in Scitenschnittansicht einsprechend der Ebene I —! in F i g. 2, und

Fi g. 2 die Vorrichtung gemäß der Erfindung in einer gegenüber F i g. I um 90° gedrehten Scitcnschnittan-

sieht entsprechend der Ebene 11 — 11 in Fig. I.

In Fi g. 1 ist mit 2 die Walze bezeichnet. Ks kann sich um eine Walze eines Walzwerks oder Kalanders handeln. Bei einem Walzwerk wird die Meßwalze 1 an die Abnahmewalze angestellt, und zwar vor einer gegebenenfalls vorgesehenen Streifenschneidvorrichtung 12. Bei einem Kalander kann die Meßwalze auch an eine andere Walze als die Abnahmewalzc angestellt werden.

Um üjs Auftreten von Scherkräften hintan/.uhalten, wird als Meßwalze I eine Walze gewählt, deren Durchmesser gegenüber der Walzwerkwalze verhältnismäßig klein ist. Bevorzugt beträgt der Durchmesser der Meßwalzc- I das 0.2 bis O.Jfache des Durchmessers der Walze 2.

Üblicherweise befindet sich an der Abnahmewalze 2 eines Walzwerks in geringer Entfernung von einem Walzenballenrand eine ausschwenkbare und in ihrer Schnittbreite verstellbare Streifcnschneidvorriclitung 12.

Die Breite der Meßwalze 1 kann an sich beliebig gewählt werden. Es wird jedoch bevorzugt, wenn die Breite der Meßwalze 1 den größten Einstellbereich der Streifenschneidvorrichtung 12 überschreitet. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß das nach der Streifenschneidvorrichtung abgezogene Matcrialband durch die Meßwalzc nicht ungleichmäßig beeinfluß wird. Da üblicherweise die Streifenschneidvorrichtung verstellbar angeordnet ist, ist es vorteilhaft, die Breite der Meßwalze 1 so zu wählen, daß sie die größte Einstellbreitc der Strcifcnschneidvorrichiung auf jeder Seite um 10 bis 20% überschreitet.

Die Meßwalze t kann unangeirieben sein und wird dann von der Walze 2 über das Walzcnfell in Rotation versetzt. Hs ist jedoch vorteilhafter, die Meßwalze selbst anzutreiben. Insbesondere wird es bevorzugt, die Meßwalze so anzutreiben, daß beide Walzen gleiche Umfangsgeschwindigkeiten aufweisen. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, die Umfangsgeschwindigkeiten beider Walzen messen zu müssen.

Das hochpolymere Material 10 wird bei der in der Zeichnung gezeigten Anordnung durch den zwischen Walze 2 und Meßwalze 1 gebildeten Walzenspalt 5 geführt und das von der Slreifenschneidvorrichtung 12 herausgeschnittene Band über die Führungswalze 13 abgezogen.

Die Meßwalze 1 ist an einem drehbar gelagerten Lenkerhebel 8 schwenkbar angeordnet und wird mit einer geeigneten Einrichtung an die Walze 2 angestellt. Dafür kommen in erster Linie 1 lydraulikzylinder 4 oder Pneumatikzylinder in Frage.

Der von den Hydraulikzylindern 4 über die Kolbenstange 7 auf die Meßwalze 1 ausgeübte Druck muß mindestens dem sich ausbildenden Spaltdruck entsprechen. Möglichst sollte der eingestellte Druck nur geringfügig höher als der Spaltdruck sein.

Zur Bestimmung der Viskosität werden bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung Jer Spaltdruck. die Spaltweiie und die Umfangsgeschwindigkeit der Walzen gemessen.

Entspricht der aufgebrachte Hydraulikdruck der sich -, einstellenden Spaltlast. kann dieser eingestellte Druck direkt als Meßwert verwendet werden. Zur genaueren Messung des Spaltdruckes ist es aber günstiger, wenn die Messung durch Druckmeßdosen erfolgt. Diese können beispielsweise zwischen den Anlenkungen der

Hi Kolbenstangen 7 und den Lagern 6 der Meßwalze angeordnet sein. Geeignete Druckmeßdosen 3 sind im Handel erhältlich. Vorzuziehen sind solche, die prak tisch weglos ein elektrisches Signal liefern.

Zur genauen Messung der .Spaltweiie /wischen Walze

η 1 und Meßwalze 1 können entweder die Kolbenstangen der Anstellung selbst in je einer Tauchspule laufen, oder es werden parallel zu den Kolbenstangen oder /u den Lagern der Meßwalze 1 Tauchspulgeber 9 angeordnet. Dadurch wird ein elektrisches Signal für die Spallweite

_>ii erhalten.

Die Bestimmung der Umfangsgeschwindigkeit der Walze 2 und/oder der Meßwalze 1 erfolgt in bekannter Weise. Bei gleicher Geschwindigkeit beider Walzen ist die Messung der Umfangsgeschwindigkeit einer Walze

j-, ausreichend. Bei Gleichstromantrieb kann die Umfangsgeschwindigkeit durch einen Tachogenerator 14 am Antriebsmotor gemessen werden. Zur genaueren Messung der Umfangsgeschwindigkeit wird es jedoch vorgezogen, einen empfindlichen Impulsgeber 11 am

in Zapfen der Walze 2 und/oder der Meßwal/.e 1 vorzusehen.

Die erhaltenen Meßsignale für den Spaltdruck, die Spaltweite und die Umfangsgeschwindigkeit werden vorzugsweise auf elektrischem Wege einem Rechner

Γι zugeführt. Dieser vergleicht die verarbeitenden Meßsignale mit einem vorgegebenen Sollwert. Die Abweichung vom Sollwert kann dann als Regelsignal entweder für das Walzwerk selbst zur Änderung der Drehzahl und/oder der Spaltweite oder für eine vordem

in Walzwerk befindliche Einrichtung, /.. B. einen kontinuierlichen Kneter verwendet werden.

Die Viskositäten von hochpoiymeren Materialien, die üblicherweise auf Walzwerken oder Kalandern verarbeitet werden, liegen im Bereich von etwa 10' bis 1O¹

•η Pa s (Paskaisekunden). Die der Kunststoffe betragen üblicherweise 10-' bis 10' Pa s, während Kautschuk Viskositätswerte über 10' Pa s aufweist. Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet Viskositätsmessungen innerhalb dieses gesamten Viskositätsbereichs.

κι Als hochpolymere Materialien, deren Viskosität mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bestimmt werden kann, kommen alle jene Materialien in Betracht, die üblicherweise auf Walzwerken und Kalandern verarbeitet werden. Insbesondere sind dies Hart-Polyvinylchlo-

Ti rid, Wcich-Polyvinylchlorid, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Mischpolymerisat, Polypropylen, Polyäthylen, Celluloseester und Kautschuk.

I Iici/ii 2 ülatt Zeichnuni:

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Bestimmung der Fließeigenschaften von Substanzen, insbesondere von hochpo- ·-, lymeren Materialien auf einer Walze, mit einer an die Walze angestellten Meßwalze sowie einer Einrichtung zur Messung der durch die im Spalt zwischen der Walze und der Meßwalze befindliche Substanz auf die Meßwalze übertragenen Kraft, n> gekennzeichnetdurch