DE4135339C2

DE4135339C2 -

Info

Publication number: DE4135339C2
Application number: DE4135339A
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Conpro GmbH
Current assignee: Conpro GmbH
Priority date: 1991-10-26
Filing date: 1991-10-26
Publication date: 1993-07-29
Also published as: DE4135339A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Ultraschallwanddickenmeßeinrichtung für in einer Extrusionsanlage herzustellende Rohre, Profile, Bänder und Kabelummantelungen mit einem eine Extruderdüse umfassenden Extruderwerkzeug und einer ihr unmittelbar nachgeordneten Kühlstrecke, insbesondere einer unter Unterdruck stehenden Wasserkammer, mit einer Kalibriereinrichtung, insbesondere einer Kalibrierhülse, der ein durch die Wand des Rohres oder dergleichen gerichteter Ultraschallmeßkopf zugeordnet ist.

Um in einer Extrusionsanlage Rohre, Profile und Bänder maßhaltig herstellen zu können, ist es erforderlich, während der Extrusion die Abzugsgeschwindigkeit und/oder die Materialzugabe in Abhängigkeit von der am noch warmen Rohr und dergleichen gemessenen Wanddicke zu steuern. Da dieser Wanddickenmeßwert temperatur- und materialabhängig ist, läßt er allein keine eindeutige Aussage über die Wanddicke des Rohres nach dessen vollständiger Abkühlung zu. Um gleichwohl zu einer eindeutigen Aussage über diesen Meßwert zu kommen, gibt es zwei Möglichkeiten:

1. Es wird eine Vergleichsmessung am abgekühlten Rohr vorgenommen.
2. Es erfolgt ein Abgleich über die mittlere Wanddicke in Abhängigkeit von dem über die Materialzugabe ermittelten Metergewicht.

Die erste Alternative hat den Nachteil, daß sie keine Automatisierung erlaubt. Bei Materialschwankungen ergeben sich Fehlmessungen. Die zweite Alternative hat den Nachteil, daß dafür ein erheblicher apparativer Aufwand erforderlich ist, weil die in den Extruder eingegebene Materialmenge, die Abzugsgeschwindigkeit und die mittlere Wanddicke berücksichtigt werden müssen. Wegen des großen Abstandes zwischen der Materialaufgabe und der Wanddickenmessung ergeben sich erhebliche Verzögerungszeiten, um auf Wanddickenschwankungen korrigierend reagieren zu können. Hinzu kommt, daß auch in diesem Fall Materialschwankungen zu Fehlmessungen führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wanddickenmeßeinrichtung zu schaffen, die ohne großen apparativen Aufwand eine sehr präzise Wanddickenmessung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei einer Ultraschallwanddickenmeßeinrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß mindestens ein weiterer Ultraschallmeßkopf in der Extruderdüse oder unmittelbar davor angeordnet ist, dessen Ultraschallsignal durch den von der Extruderdüse bzw. ihr unmittelbar vorgeordneten ortsfesten Bauteilen des Extrusionswerkzeuges gebildeten Materialdurchtrittsspalt gesendet wird, wobei aus dem Meßwert für die Laufzeit T dieses Ultraschallsignals ein Rechner unter Berücksichtigung der durch die Geometrie des Durchtrittsspaltes vorgegebenen Laufstrecke 2 S die Schallgeschwindigkeit V = 2 S/T im Extrusionsmaterial errechnet, und daß der Rechner unter Berücksichtigung dieser Schallgeschwindigkeit V und des vom in oder unmittelbar hinter der Kalibriereinrichtung angeordneten Ultraschallmeßkopfes gelieferten Meßwertes für die Laufzeit T^* des Ultraschallsignals dieses Ultraschallmeßkopfes die Wanddicke S^* = V T^* 1/2 des extrudierten Produktes errechnet.

Aufgrund der zweifachen Wanddickenmessung an Orten unmittelbar hintereinander lassen sich material- und temperaturbedingte Einflüsse bei der Wanddickenmessung im Bereich der Kalibriereinrichtung eliminieren. Dies ist deshalb möglich, weil über die bekannte Geometrie der Extruderdüse die Schallgeschwindigkeit im Extrusionsmaterial gemessen werden kann und die zwischen dieser Stelle und der Meßstelle in der Kalibriereinrichtung stattfindende Abkühlung und vorhandene Materialschwankungen vernachlässigbar klein sind. Aber selbst diese eigentlich vernachlässigbaren, temperaturbedingten Meßfehler lassen sich bei der Erfindung korrigieren, indem die Wanddickenmeßwerte des weiteren Ultraschallmeßkopfes durch einen von der Abzugsgeschwindigkeit und der Temperatur des Kühlmediums abhängigen Faktor korrigiert werden. Mit dem von der erfindungsgemäßen Vorrichtung gelieferten material- und temperaturunabhängigen Meßwert für die Wanddicke läßt sich die Wanddicke des extrudierten Produktes über den Abzug und die Materialaufgabe der Extrusionsanlage, aber auch über die Zentrierhülse steuern. Es ist sowohl eine mechanische Steuerung (relative räumliche Versetzung einzelner Düsenteile gegeneinander) als auch eine thermische Steuerung (Sektoraufheizung) möglich, um über den gesamten Umfang, aber auch in Umfangsbereichen die Wanddicke zu beeinflussen.

Die räumlichen Versetzungen der Düsenteile gegeneinander gegenüber ihrer Soll-Lage ist für die Messung der Schallgeschwindigkeit wegen ihrer kleineren Werte vernachlässigbar. Um aber auch diese Meßfehler noch auszuschließen, kann entsprechend der zweiten Alternativen der Ultraschallmeßkopf nicht in der Extruderdüse, wo die Geometrie des Durchtrittsspaltes sich verändern kann, sondern unmittelbar davor in den zueinander örtlich festliegenden Teilen des Extruderwerkzeuges angeordnet sein. Eine weitere Möglichkeit, durch die Geometrie der Düse bedingte Fehler bei der Schallgeschwindigkeitsmessung zu vermindern, besteht darin, daß mehrere Ultraschallmeßköpfe verteilt in der Extruderdüse oder unmittelbar davor angeordnet sind, aus deren Summenwert für die Laufzeiten und deren Summenwert für die Laufstrecken der Rechner die Schallgeschwindigkeit errechnet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 eine Extrusionsanlage in schematischer Darstellung und

Fig. 2 eine Extruderdüse und einen Teil einer Kühlstrecke im Axialschnitt der Extrusionsanlage gemäß Fig. 1.

Die Extrusionsanlage besteht aus einem Extruder 1 mit einem Materialaufgabetrichter 1a, einem Extruderwerkzeug 2, einer unter Unterdruck stehenden Wasserkammer 3 als Kühlstrecke und einer Abzugsvorrichtung 4 für ein extrudiertes Rohr 5. Das Extruderwerkzeug 2 umfaßt einen ortsfesten Dorn 2a, eine ihn umgebende bewegliche Zentrierhülse 2c und ein ihn umgebendes und gegenüber ihm ortsfestes Bauteil 2d. Der Dorn 2a und die Zentrierhülse 2c sowie das ortsfeste Bauteil 2d bilden einen Ringspalt 2b, durch den das Extrusionsmaterial austritt. Im Falle, daß mit der Extrusionsanlage ein Kabel hergestellt werden soll, wird über eine zentrale Öffnung in dem Dorn 2a die Seele des Kabels geführt. Die Zentrierhülse 2c ist mittels eines oder mehrerer Stellglieder 2e gegenüber dem Dorn 2a verstellbar. Der Dorn 2a und die Zentrierhülse 2c bilden die sogenannte Extruderdüse. In der Zentrierhülse 2c sind über den Umfang gleichmäßig verteilt mehrere Ultraschallmeßköpfe 6a, 6b eingebaut, um Ultraschallsignale durch das Extrusionsmaterial im Ringspalt 2b zu senden. Alternativ können die Ultraschallmeßköpfe unmittelbar vor der Zentrierhülse 2c in dem ortsfesten Bauteil 2d angeordnet sein.

In der als Wasserkammer ausgebildeten Kühlstrecke 3 ist in Flucht mit dem Ringspalt 2b eine perforierte Kalibrierhülse 7 angeordnet, die vom Wasser umspült ist. Die Kammer 3 steht unter Unterdruck, so daß das aus der Extrusionsdüse 2 austretende, extrudierte und noch leicht verformbare Kunststoffrohr 5 gegen die Innenseite der Kalibrierhülse 7 gezogen wird. Die Kalibrierhülse 7 weist über ihren Umfang verteilt mehrere Fenster 7a, 7b auf, hinter denen Ultraschallmeßköpfe 8a, 8b für die Messung der Wanddicke des Kunststoffrohres 5 angeordnet sind. Es ist allerdings auch möglich, daß ein umlaufender Meßkopf vorgesehen ist.

Die Meßeinrichtung umfaßt neben den Ultraschallmeßköpfen 6a, 6b, 8a, 8b einen Rechner 9, der die von den Meßköpfen 6a, 6b, 8a, 8b gelieferten Meßwerte für die Laufzeiten der Ultraschallsignale unter Berücksichtigung der bekannten Geometrie des Ringspaltes 2b miteinander verknüpft, derart, daß über die bekannten Laufstrecken der Ultraschallsignale im Ringspalt 2b und der hier gemessenen Laufzeiten die Schallgeschwindigkeit im Extrusionsmaterial ermittelt wird und mit dieser Schallgeschwindigkeit und den Laufzeiten der Ultraschallsignale der Meßköpfe 8a, 8b die Wanddicke des noch warmen Kunststoffrohres 5 bestimmt wird. Diese Meßwerte für die Wanddicke sind praktisch temperatur- und materialunabhängig.

Obwohl geringe Exzentrizitäten zwischen Zentrierhülse 2c und dem Dorn 2a bei der Messung der Schallgeschwindigkeit vernachlässigbar sind, besteht die Möglichkeit, auch solche Fehlerquellen weitgehend auszuschalten, indem über den Umfang verteilt mehrere Meßköpfe 6a, 6b angeordnet sind. In diesem Fall wird aus dem Summenwert der Laufzeiten der Ultraschallsignale dieser Meßköpfe und dem Summenwert der Laufstrecken die Schallgeschwindigkeit gemessen. Bei drei Meßköpfen und einer Spaltweite S des Materialdurchtritts- oder Ringspalts 2b im Falle der zentrischen Lage der Zentrierhülse 2c gegenüber dem Dorn 2a beträgt die gesamte Laufstrecke für die drei Signale 3S. Um aber unabhängig von unterschiedlichen Laufstrecken zu sein, können die Meßköpfe auch, wie schon ausgeführt, nicht in der Zentrierhülse 2c, sondern in dem Bauteil 2d des Extruderwerkzeuges 2 angeordnet sein, wo immer exakte geometrische Verhältnisse gegeben sind.

Um den im allgemeinen zu vernachlässigenden Temperaturabfall zwischen dem Meßort der Gruppe der Meßköpfe 6a, 6b und dem Meßort der Gruppe der Meßköpfe 8a, 8b zu berücksichtigen, kann dem Rechner 9 von der Abzugsvorrichtung 4 ein Signal V_A über die Abzugsgeschwindigkeit und von der Kühlstrecke 3 ein Signal t für die Wassertemperatur aufgegeben werden. Mit diesen Signalen kann dann der Wanddickenmeßwert korrigiert werden.

Mit der erfindungsgemäßen Ultraschallwanddickenmeßeinrichtung ist es somit möglich, mit geringem apparativen Aufwand die Wanddicke am noch warmen Extrusionsprodukt praktisch temperatur- und materialunabhängig zu bestimmen. Über dieses Meßergebnis kann dann die Abzugsgeschwindigkeit gesteuert werden, um ein Extrusionsprodukt mit der gewünschten Wandstärke zu erhalten. In Abhängigkeit von diesem Meßwert kann allerdings auch die Zentrierhülse 2c mittels des Stellgliedes 2e mechanisch gesteuert werden, um auch über den Umfang die gleiche Wanddicke zu erhalten. Statt der mechanischen Verstellung kann auch eine thermische Steuerung vorgesehen sein, d. h. daß in diesem Fall die Zentrierhülse 2c über ihren Umfang unterschiedlich aufgeheizt werden kann. Es versteht sich, daß der einzuhaltende Sollwert am Meßort der Meßköpfe 8a, 8b für die Wanddicke wegen der danach noch stattfindenden Schrumpfung während der Abkühlung größer gewählt werden muß als die Wanddicke am abgekühlten Produkt.

Claims

1. Ultraschallwanddickenmeßeinrichtung für in einer Extrusionsanlage herzustellende Rohre (5), Profile, Bänder und Kabelummantelungen mit einem eine Extruderdüse (2a, 2c) umfassenden Extruderwerkzeug (2) und einer ihr unmittelbar nachgeordneten Kühlstrecke (3), insbesondere einer unter Unterdruck stehenden Wasserkammer, mit einer Kalibriereinrichtung (7), insbesondere einer Kalibrierhülse, der ein durch die Wand des Rohres (5) oder dergleichen gerichteter Ultraschallmeßkopf (8a, 8b) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein weiterer Ultraschallmeßkopf (6a, 6b) in der Extruderdüse (2a, 2c) oder unmittelbar davor angeordnet ist, dessen Ultraschallsignal durch den von der Extruderdüse (2a, 2c) bzw. ihr unmittelbar vorgeordneten ortsfesten Bauteilen (2a, 2d) des Extrusionswerkzeuges (2) gebildeten Materialdurchtrittsspalt (2b) gesendet wird, wobei aus dem Meßwert für die Laufzeit (T) dieses Ultraschallsignals ein Rechner (9) unter Berücksichtigung der durch die Geometrie des Durchtrittsspaltes (2b) vorgegebenen Laufstrecke (2S) die Schallgeschwindigkeit (V = 2 S/T) im Extrusionsmaterial errechnet, und daß der Rechner (9) unter Berücksichtigung dieser Schallgeschwindigkeit (V) und des vom in oder unmittelbar hinter der Kalibriereinrichtung (7) angeordneten Ultraschallmeßkopfes (8a, 8b) gelieferten Meßwertes für die Laufzeit (T^*) des Ultraschallsignals dieses Ultraschallmeßkopfes (8a, 8b) die Wanddicke (S^* = V T^* 1/2) des extrudierten Produktes errechnet.

2. Ultraschallwanddickenmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bestimmung der Wanddicke (S^*) die Abkühlung des Extrusionsproduktes durch einen von der Abzugsgeschwindigkeit (V_A) und der Temperatur (t) des Kühlmediums abhängigen Faktor (K = f (V_A) t) korrigiert wird.

3. Ultraschallwanddickenmeßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Ultraschallmeßköpfe (6a, 6b) verteilt in der Extruderdüse (2a, 2c) bzw. ihr unmittelbar vorgeordneten ortsfesten Bauteilen (2a, 2d) des Extruderwerkzeuges (2) angeordnet sind, aus deren Summenwert für die Laufzeiten (T1, T2 . . . Tn) und deren Summenwert für die Laufstrecken (S1, S2 . . . Sn) der Rechner (9) die Schallgeschwindigkeit (V) errechnet.

4. Verwendung eines Ultraschallwanddickenmeßgerätes nach einem der Ansprüche 1 bis 3 für die mechanische oder thermische Steuerung einer Zentrierhülse (2c) der Extruderdüse (2).