-
Vorrichtung zum kontinuierlichen Messen Die Erfindung betrifft eine
Vorrichtung zum kontinuierlichen Messen mit einem pneumatischen System, bestehend
aus einer Druckluftquelle, an die eine Leitung angeschlossen ist, die eine T)rosselstelle
aufweist und die weiterhin mit einer auf die Oberflächexdes zu messenden Materials
ausgerichteten nüsse verbunden ist, wobei die Düse mechanisch mit einer durch eine
Feder rückgestellten Stange und mit einem feststehenden Druck zylinder oder Balgen
verbunden ist, welcher mit dem Ausgangsdruck eines pneumatischen Verstärkers gespeist
wird, dessen Eingang an einen Punkt der pneumatischen Leitung zwischen der Düse
und der Drosselstelle angeschlossen ist, wobei der Verstärker und die Feder im Hinblick
auf den pneumatischen Druck und den Innendurchmesser der Düse so ausgelegt sind,
daß der Abstand zwischen der Idee und der Oberfläche im wesentlichen konstant gehalten
wird.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Me-ßsystem zu schaffen, das besonders
geeignet zur kontinuierlichen Messung der Wandstärke von Kunststoffrohren bei der
Herstellung mittels eines Extruders ist. Derartige Messungen sollten zerstörungsfrei
in der Nähe des Extruderkopfes vorgenommen werden. yEr dieses Problem ist bisher
keine zufriedenstellende Lösung gefunden worden.
-
Das Problem ist durch eine Reihe von Faktoren bestimmt, deren wichtigste
wie folgt zusammengefaßt werden können.
-
Zunächst sollte das System geeignet sein, bei verhältnismäßig hohen
Temperaturen in der Größanordnung von 2000 a zu arbeiten.
-
Unter diesen Bedingungen können natürlich Spannungen und Dehnungen
auftreten. Weiterhin sollte berticksichtigt werden, daß in Extrudern eine Anzahl
von Teilen austauschbar sein sollen, wenn man zur Herstellung von Rohren verschiedener
Abmessungen übergeht. Das Meßsystem sollte deshalb in einfacher Weise umstellbar
sein und es sollte beachtet werden, daß während der Produktion eine Eichung nicht
mehr möglich ist, so daß die Anordnung des Meßsystems genau reproduzierbar sein
sollte, da eine fehlerhafte Anordnung sich direkt als Meßfehler auswirken agürde.
Es ist weiterhin gefordert, daß das System in einfacher Weise an bestehenden Maschinen
angebracht werden kann, da es aus wirtschaftlichen Gründen in einem Herstellungsbetrieb
praktisch unmöglich ist, alle austauschbaren Teile wie Klonen und Kalibrierhülsen
im Hinblick auf den Einsatz des Meßsystems zu
ersetzen.
-
Der Meßbereich des Systems sollte zumindest den Toleranzbereich für
die in der Produktion zugelassenen Veränderungen in der Stärke einschließen, während
es ersichtlich möglich sein sollte, für das Meßsystem zu beiden Seiten des Toleranzbereichs
ein Überschreiten der Grenzwerte vorzusehen. Dieses bedeutet einen Gesambmeßbereich
des Systems gleich der doppelten Toleranz der Herstellungsschwankungen. Bei stnrkwrandigen
Rohren füiirt dieses zu einem Meßbereich von etala 4 mm. Die Wandstärke der gegebenenfalls
zu prüfenden Rohre kann in einem Bereich zwischen 4 und 40 mm lä gen.
-
Im Hinblick auf diese Anforderungen ist ersichtlich, daß Meßsysteme
herkömmlicher Art hierzu nicht geeignet sind. So ist beispielsweise ein pneumatisches
Meßsystem bekannt, das eine Düse geringen Durchmessers aufweist, die in einem geringen
Abstand von der Oberfläche des Materials angeordnet ist, dessen Stärke gemessen
werden soll. Veränderungen in der Materialstärke vergrößern oder verringern den
Widerstand der ausströmenden Luft und dieses Prinzip gestattet die Durchführung
einer Wandstärkenmessung in Abhängigkeit von der Druckveränderung zwischen einer
Drosselstelle in der pneumatischen Zuleitung zur Idose und der Düse selbst. Ein
erster Nachteil dieses Systems ist, daß die Messung direkt erfolgt; man muß den
Wert des Abstandes zwischen der Düse und der Oberfläche von dem Abstand zwischen
der
Düse und der Rückseite des hergestellten Teils abziehen.
-
Dieser Abstand muß bekannt sein und exakt gleich bleiben (vergl. die
Funktion des Bügels bei Anwendung einer herkömmlichen mechanischen Mikrometerschraube).
Ein bedeutenderer Nachteil ist jedoch, daß mit dieser pneumatischen Meßmethode,
die tatsächlich eine Genauigkeit und Reproduzierbarkeit von nur 0,2 bis 1 Micron
zuläßt, der Meßbereich auf einen Abstand von höchsten 0,2 mm zwischen der Düse und
der Oberfläche, gegenüber der die Messung ausgeführt wird, beschränkt ist. Dieser
Meßbereich beträgt deshalb etwa 5% von dem, was für den durch die Erfindung angestrebten
Gegenstand gefordert ist.
-
Bekannt ist eine Abwandlung dieses pneumatischen Systems, in der die
Druckänderungen hinter der Meßdüse in einen pneumatischen Verstärker mit einer sehr
hohen Verstärkung eingegeben werden. Der Ausgangsdruck dieses Verstärkers wird zur
Betätigung eines Druckluftzylinders oder Balgens verwandt, an den die Meßdüse mechanisch
angekoppelt ist. Eine Feder wirkt dem Luftdruck entgegen, so daß die Stellung der
Meßdüse durch den Druck an der Ausgangs seite des Verstärkers bestimmt ist. Diese
Druck ist dann ein Maß für den Abstand zwischen der Meßdüse und 0 und demzufolge
ein geeignetes Meßergebnis zur Bestimmung der Wandstärke. Entsprechend der beachtlichen
Verstärkung des Drucks hinter der Düse bleibt der Abstand zur schen der Düse und
dem Gegenstand automatisch etwa gleich, so daß die Düse anscheinend den Unebenheiten
einer vorbeigeführ ten Fläche folgt. Der Meßbereich wird sehr viel größer, jedoch
bleibt
ein beträchtlicher Nachteil, daß nämlich die Genauigkeit umgekehrt proportional
zur Vergrößerung des Meßbereichs abnimmt. Für den angestrebten Zweck kann diese
Lösung nicht verwandt werden.
-
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß
ein Meßkopf mechanisch mit dem beweglichen Teil des pneumatischen Systems verbunden
ist, der in gleicher Weise auf die zu messende Oberfläche ausgerichtet ist und nach
dem magnetisch induktiven oder elektrischen Prinzip arbeitet.
-
Somit wird das pneumatische System selbst nicht zur Messung verwandt,
sondern lediglich als Hilfsmittel zur genauen Verstellung des Meßsystems; auf diese
Weise sind die vorher für das pneumatische System genannten Schwierigkeiten vermieden.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Meßkopf ein induktiv
arbeitender Meßkopf. Er wird mit der Düse geführt, wenn Veränderungen in der Wandstärke
in dem zu messenden Material auftreten. Wenn große Wandstärken des Materials gemessen
werde sollten, tritt die Schwierigkeit auf, daß ein induktiver QçMeßkopf zu schwer
wird und deshalb den bewegten Teilen des pneumatischen Systems eine zu große Trägheit
verleiht. Für diesen Fall ist eine Ausgestaltung vorgesehen, die dadurch geResnzeichnet
ist, daß der Meßkopf ein elektrischer Wegmesser ist, dessen Kern mit dein bewegten
Teil des pneumatischen Systems
und dessen Spule mit dem feststehenden
Teil verbunden ist.
-
Auf die eine oder andere Art sollte ein Bezugspunkt festgelegt werden,
bezüglich dessen das Signal des Meßkopfes ausgewertet wird. Gemäß der Erfindung
kann weiterhin ein Mittel zur Bestlegung des Bezugswertes durch statische Messung
vorgesehen werden. Kennzeichnend für die Einrichtung ist hierzu, daß weiterhin ein
induktiver Meßkopf mit dem feststehenden Teil des pneumatischen Systems verbunden-
ist. ffi
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich
aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele
für den Gegenstand der Erfindung, wobei auf die Zeichnung Bezug genommen wird. In
der Zeichnung zeigen: Fig. 1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausfehrungsform
des erfindungsgemäßen Systems, Fig. 2 eine zweite Ausführungsform, gleichfalls in
schematischer Darstellung, die insbesondere zur Kessung von Material mit großer
Wandstärke aus legt ist.
-
Fig. 1 zeigt schematisch ein Rohr 1, das mit einem bestimmten Wert
für die Wandstärke In einem Extruder hergestellt vird.
-
eine Kalibrierhülse 2 ist mit dem Extruderkopf verbunden, während
das Innere der Hülse durch den bekannten Konus eingenommen ist. Das Meßsystem gemäß
der Erfindung, das als Ganzes mit 4 bezeichnet ist, kann an dem Konus befestigt
sein.
-
Aus einer Druckluftquelle 5 wird Luft durch eine Leitung 6 über eine
Drosselstelle 7 einer Düse 8 zugeführt, die auf die Oberfläche 9 des zu messenden
Materials gerichtet ist. Ein Anschluß ist bei einem Punkt 10 zwischen der Drosselstelle
7 und der Düse 8 ausgeführt, der zu dem Meßeingang eines pneumatischen Verstärkers
führt, der zusätzlich über eine der Druckluftqtielle verbundene Leitung 12 versorgt
wItd Die Ausgangsleitung
13 des pneumatischen Verstärkers führt
zum Einlaß eines Zylinders 14, in dem ein Kolben 15 angeordnet ist, der unter der
Einwirkung einer Druckfeder 16 steht. Über den Stab 18 ist die Meßdüse 8 mechanisch
mit der Kolbenstange 17 verbunden, weiterhin ist ein induktiver Meßkopf mit dem
gleichen mechanischen Teil verbunden. Dieser induktive Meßkopf 19 benutzt die Kalibrierhülse
2 als Gegenpol, so daß der Abstand zwischen dem INeßkopf und der Kalibrierhülse
bestimmt werden kann.
-
Von diesem System ist die Kombination der Teile 5 bis eins#.
-
18 in dieter Form bekannt, wodurch an der Düse 8 ein Nachlaufsystem
für Äderungen der Rrandstärke des Materials geschaffen ist, das eine Oberfläche
9 aufweist, auf die die Düse 8 grichtet ist. In diesem bekannten System wurde jedoch
der Druck in den Zylinder 14 ausgewertet, während die vorliegende Erfindung elektrische
Signale an den Ausgängen des induktiven Meßkopfes verwendet.
-
Fig. 1 zeigt die verschiedenen interessierenden Abstände. Die gesuchte
Wandstärke w wird bestimmt durch w = Z - y - x, Hierin kann der slert von z durch
den induktiven Meßkopf 19 gemessen werden. Der Abstand x wird durch das pneumatische
System7 als Abstand zwischen der Düse und der Oberfläche 9 konstant gehalten und
der Wert von y ist gleichfalls konstant, nämlich der strukturelle Abstand zwischen
der Düse und der Meßfläche
des selbstverständlich gleichfalls auf
die Oberfläche 9 gerichteten Meßkopfes 19. Das abschließende Ergebnis ist somit:
w = z - constant.
-
Da in der Praxis der Durchmesser der Austrittsöffnung der Meßdüse
sehr klein ist, antwortet dieses System bereits sehr wirksam im Falle kleiner Unregelmäßigkeiten
der Wand und be-çzir'çt damit, daß jegliche Änderungen in der Wandstärke w des Rohres
sehr genau gemessen werden. Tatsächlich können die erhaltenen Signale so ausgewertet
werden, daß einerseits eine mittlere Wandstärke bestimmt wird und dementsprechend
auch deren Änderungen mit der Zeit, um erforderlichenfalls den Extruder nachzustellen,
während zusätzlich dazu jegliche kleine zimderengen in der Wandstärke, die für die
Qualität der erzeugten Rohre kritisch sind, sehr genau gemessen werden können.
-
Das ganze System kann sehr einfach eingebaut werden. Es brauchen keine
Veränderungen in der Kalibrierhülse vorgenommen werden und das kombinierte pneumatisch-induktive
Meßsystem kann als Einheit an die Vorderseite des Konus angebracht werden. Ver bindungen
brauchen lediglich für die pneumatische Leitung 6 zur Druckluftquelle 5 vorgesehen
werden, die selbstverständlich außerhalb des Extruders angeordnet ist und weiterhin
für zwei elektrische Drähte vom Meßkopf.
-
Vorstehend sind ein feststehender und ein beweglicher Teil des
Meßsystems
beschrieben worden. Die Bedeutung dieser Bezeichnungsweise wird klar sein. Der "feststehende"
Teil braucht nicht insgesamt unbeweglich sein, da dieses System auch an einem Schwenkarm
befestigt sein kann mit einer Schwenkachse, die mit der Achse des Extruderkopfes
zusammenfällt, so daß auf Wunsch eine Wandstärkenmessung längs des gesamten Umfangs
des Rohres durchgeführt werden kann.
-
Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform für den der Erfindung zugrundeliegenden
Gedanken, die insbesondere für die Anwendung bei den größten auftretenden Wandstärken
ausgelegt ist. Für sehr starBfandige Rohre (Wandstärken in der Größenordnung von
30 mm oder mehr sind hier in Betracht gezogen) würde der indukr tive Meßkopf einen
zu großen Einfluß auf die Trägheit des beweglichen Teils des Systems haben. In Fig.
2 ist gezeigt, daß der pneumatische Teil im wesentlichen gleich dem der ersten Ausführungsform
ist; alle entsprechenden Teile sind deshalb mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
In diesem Fall sind jedoch zwei induktive Meßköpfe 23, 24 mit Hilfe zweier Arme
21, 22 mit dem feststehenden Teil des pneumatischen Systems verbunden. Mit der Düse
8 ist ein Weicheisenkern 25 verbunden, der sich innerhalb einer Spule 26 eines elektrischen
Wegmessers mit der Düse hin und her bewegt. Diese Spule kann innerhalb des Zylinders
14 angeordnet sein.
-
Der Nlert des Abstandes z1 zwischen den induktiven Meßköt-en
und
der Innenseite der Kalibrierhülse 2 ist hierzu nicht variabel, sondern festgelegt
und dieser Wert wird einmalig mittels der Meßköpfe 23, 24 gemessen. In der gleichen
Weise wie in der ersten Ausführungsform ist der Abstand zwischen der .:ündung der
Düse und der Oberfläche des Materials 9 eine Konstante, die durch die Abmessungen
des pneumatischen Systems bestimmt ist. Der Wert yl ist, abgesehen von einem konstanten
Faktor, der durch die Lage der Spule 26 bezüglich der Meßköpfe 23, 24 einerseits
und der Lage der Düse 8 bezüglich des Weicheisenkerns 25 andererseits gegeben ist,
durch die Arbeit des Wegmessers 25, 26 bestimmt. Das Signal des Wegmessers ist deshalb
eine eindeutige Angabe zur Bestimmung der Wandstärke w1. Die Messung des Wertes
z1 kann als eine statische Messung und die nachfolgende Auswertung des elektrischen
Wegmessers 25, 26 als eine dynamische messung angesehen werden.
-
In dieser Ausführungsforin sind zwei Magnetköpfe 23, 2L verwandt,
die hinsichtlich der Lage der Düse 8 symmetrisch angeordnet sind, nämlich in Richtung
der Verschiebung des hergestellten Rohrmaterials 1 hintereinander. Somit wird eine
automatische Kompensation eventueller Fehler in der Parallelität der Achsen von
Kalib#ierhtlse und Dorn erreicht, Abgesehen von diesem Vorteil genügt selbstverständlich
ein einziger induktiver Meßkopf 23 oder 24.
-
Ersichtlich kann auch diese Ausführungsform auf einen drehbaren
Arm
befestigt werden, so daß die Messung längs des gesamten Umfangs des Rohres ausgeführt
werden kann.