DE69029253T2

DE69029253T2 - Verfahren zur Bestimmung des Standes einer Flüssigkeit in einem bewegten zylindrischen Körper

Info

Publication number: DE69029253T2
Application number: DE69029253T
Authority: DE
Inventors: Takashi Abe; Takuo Sekita
Original assignee: Kureha Corp
Current assignee: Kureha Corp
Priority date: 1989-12-28
Filing date: 1990-12-21
Publication date: 1997-03-27
Anticipated expiration: 2010-12-22
Also published as: US5105661A; EP0436207A1; JPH04118525A; EP0436207B1; DE69029253D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Standes einer Flüssigkeit in einem bewegten Vorformling, das den Stand der Flüssigkeit im Vorformling mit hoher Genauigkeit ohne unmittelbare Berührung eines Ultraschallsenders und -empfängers mit der Oberfläche des Vorformlings erfassen kann.
Wenn ein Flüssigkeitsspiegel oder dergleichen von einer Ultraschallsonde erfaßt wird, ist es notwendig, akustisch einen guten Kontakt zwischen der Oberfläche eines zu untersuchenden Objekts und einem Ultraschallsender und/oder -empfänger ohne eine Luftschicht oder Luftblasen aufrechtzuerhalten. Der Grund ist der, daß die Erfassung des Ultraschalles infolge einer Erscheinung, wie etwa der Absorption oder Streuung einer Schallwelle, merklich behindert wird, wenn die Luftschicht oder die Luftblasen in einem Ausbreitungsweg der Schallwelle vorliegen.
Die Ultraschallsonde umfaßt ein Vibrationsmaterial zum Übertragen oder Empfangen der Ultraschallwelle sowie Kontaktmittel, die im Ausbreitungsweg angeordnet sind, um den akustischen Kontakt zwischen dem Schwingungsmaterial und dem zu untersuchenden Objekt herzustellen.
Als ein herkömmlicher Aufbau der Ultraschallsonde ist eine Art bekannt, die Kontaktmittel umfaßt, die in verschiedenartigen Formen ausgebildet sind und aus Kunststoff oder Metall in Übereinstimmung mit den Formen und Eigenschaften hergestellt sind, sowie eine Art, die eine Gummiballon umfaßt, der mit Flüssigkeit gefüllt ist und vor der Sende- oder Empfangsebene einer Ultraschallsonde angeordnet ist, um als Kontaktmittel benutzt zu werden.
Die Ultraschallsonde, die mit den herkömmlichen Kontaktmitteln aus Kunststoff oder Metall versehen ist, hat jedoch den Nachteil, daß der zu untersuchende Vorformling, etwa als ein bewegtes Objekt, ein leicht verletzliches Objekt oder ein flexibles oder weiches Objekt, wie etwa eine Folie, der Abnutzung, Beeinträchtigung, Verformung, Reibungswärme und dergleichen überlassen ist. Ferner hat die Ultraschallsonde, die mit dem Gummiballon als Kontaktmittel ausgestattet ist, das Problem, daß gegen das flexible Objekt, wie etwa eine Folie, übermäßig angedrückt wird, und daß ferner die Kontaktmittel nicht hinlänglich in Kontakt mit einem Objekt gelangen, das eine zerklüftete Oberfläche aufweist.
Bei einem Folien-Herstellungsprozeß, der einen internen Stand der Technik bildet, wird ein Schichtungsmittel aus einem Extruder ausgedrückt, um einen Vorformling in einem Abkühlungsvorgang mit dem Schichtungsmittel zu füllen, wobei es währenddessen notwendig ist, die Flüssigkeitsoberfläche des eingefüllten Schichtungsmittels zu bestimmen. Die Bestimmung und Steuerung der Flüssigkeitsoberfläche des Schichtungsmittels sind erforderlich, um einen Druck innerhalb des Vorformlings zu stabilisieren, die Dicke des Vorformlings zu vergleichmäßigen und die Qualität der Folie zu verbessern, die aus dem Vorformling hergestellt wird. Wenn beispielsweise die herkömmliche Ultraschallsonde für die Erfassung der Flüssigkeitsoberfläche verwendet wird, dann wird der Vorformling im Abkühlungsvorgang übermäßig beschädigt und verformt. Wenn dementsprechend der Vorformling durch das Aufblasverfahren aufgeweitet wird, um ein Folienerzeugnis herzustellen, ist die Qualität des Folienerzeugnisses verschlechtert.
J. Krautkrämer und H. Krautkrämer schlagen im Textbuch "Ultraschallprüfung von Materialien" (New York 1983) auf Seite 302 vor, daß ein Wasserstrahl für die berührungslose Ankoppelung einer Ultraschallsonde an eine Probe verwendet werden könnte.
Ferner ist eine Vorrichtung zum berührungslosen Bestimmen einer Flüssigkeitsoberfläche mit einer photoelektrischen Bestimmungsvorrichtung für die Flüssigkeitsoberfläche befaßt. Wenn diese Bestimmungsvorrichtung jedoch die Flüssigkeitsoberfläche im Vorformling erfassen soll, behindert Kühlwasser, das längs des Außenumfanges des Vorformlings strömt, die Übertragung von Licht, so daß hierdurch die Flüssigkeitsoberfäche fehlerhaft bestimmt wird, und wenn ferner der Vorformling opak ist, ist die Bestimmung selbst unmöglich.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Bestimmen des Standes einer Flüssigkeit vorzusehen, das imstande ist, den Stand einer Flüssigkeit in einem extrudierten Vorformling in einem Abkühlungsvorgang mit hoher Genauigkeit zu bestimmen.
Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung sind in den Ansprüchen 1 und 4 definiert.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 stellt schematisch ein Verfahren zum Bestimmen des Standes einer Flüssigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung dar;
Fig. 2 ist ein Blockschaltbild, das das Beispiel eines Reglers in der Bestimmungsvorrichtung der Fig. 1 zeigt;
Fig. 3 stellt schematisch ein anderes Verfahren zum Bestimmen des Standes einer Flüssigkeit dar;
Fig. 4A und 4B stellen schematisch ein noch anderes Verfahren zum Bestimmen des Standes einer Flüssigkeit dar; und
Fig. 5 ist eine Teil-Frontansicht, die schematisch einen Vorformlings-Abformvorgang bei der Herstellung einer Folie aus Kunstharz als ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Bestimmen eines Flüssigkeitsspiegels gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

In der vorliegenden Erfindung strömt ein Strömungsmittel langs einer Ausbreitungsrichtung von Ultraschall zwischen einer Schwingungsebene eines Ultraschallsenders oder eines Ultraschallempfängers und einem Vorformling in einem Folien- Herstellungsprozeß. Dementsprechend kann ein guter akustischer Kontakt zwischen der Schwingungsebene und dem Vorformling durch das Strömungsmittel hindurch aufrechterhalten werden. Da ferner der Kontakt hierzwischen durch das Strömungsmittel hindurch vorgenommen ist, ist die Berührung für den Vorformling weich, und es gibt keine Befürchtung, daß Abnutzung, Beeinträchtigung, Verformung, Reibungswärme oder dergleichen dem Vorformling mitgeteilt werden. Dementsprechend wird die Flüssigkeitsoberfläche mit hoher Genauigkeit bestimmt.
Unter Bezugnahme auf Fig. 5 wird ein Vorformlings-Abformvorgang nun beschrieben.
In Fig. 5 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Düse zum Extrudieren eines thermoplastischen Harzes, wie etwa PVDC (Vinylidenchlorid-Harz), das durch Erwärmung geschmolzen wird, 2 bezeichnet das Harz, das aus der Düse 1 zu einer hohlzylindrischen Form extrudiert wurde, 2a bedeutet einen Vorformling, der durch Abkühlen des geschmolzenen Harzes in Form eines Zylinders geformt wurde, 2b bedeutet einen Vorformling auf dem Weg des Abkühlprozesses, 3 bedeutet ein Paar Übernahmerollen zum Halten des Vorformlings 2a zwischeneinander, um ihn zu einem nächsten Luftsaugvorgang (nicht gezeigt) zu fördern, 4 bedeutet ein Paar Führungsrollen zum Führen des Fortganges des Vorformlings 2a in der Fig. nach unten (zu den Übernahmerollen 3 hin), und 5 bezeichnet eine Gruppe von Führungsrollen, die im wesentlichen V-förmig angeordnet sind, um den Vorformling 2a zu einer flachen oder zusammengedrückten Form so zu verformen, daß die beiden Übernahmerollen 3 danach trachten, den Vorformling 2a zwischeneinander zu halten.
Das Bezugszeichen 6 bezeichnet einen Strömungsmittel-Zufuhrabschnitt, der unter der Düse 1 angeordnet ist, um eine Schicht 7 aus fließendem Wasser gleichmäßig rund um den Außenumfang des zylindrischen, geschmolzenen Harzes 2 zu bilden. Der Strömungsmittel-Zufuhrabschnitt 6 umfaßt einen Vorratsbehälter 6a und einen zylindrischen Überlauf 16c, der so angeordnet ist, daß er den Außenumfang des zylindrischen, geschmolzenen Harzes 2 umgibt, mit einem festgelegten Zwischenraum vom Außenumfang des geschmolzenen Harzes 2 her. Die Oberfläche der Flüssigkeit im Vorratsbehälter 6a ist stets bei einem festgelegten Flüssigkeitsstand mittels eines Überlaufrohres 6b gehalten. Das Strömungsmittel, das über den Überlauf 6c hinübertritt und aus dem Vorratsbehälter 6a überläuft, läuft am Außenumfang des geschmolzenen Harzes 2 so nach unten, daß es die Schicht 7a aus fließendem Wasser bildet. Es ist ferner erwünscht, daß ein Kühlring 8 unter dem Strömungsmittel-Zufuhrabschnitt 6 angeordnet ist, um Kühlwasser 7b auf den Außenumfang des zylindrischen, geschmolzenen Harzes 2 wie eine Dusche auf zusprühen und die Abkühlung des geschmolzenen Harzes 2 weiter zu erleichtern.
In Fig. 5 bezeichnen die Bezugszeichen 9 und 10 Ultraschallsonden, 9 bezeichnet eine Sendesonde, und 10 bezeichnet eine Empfangssonde. Die Sendesonde 9 liegt einer Wand des Vorformlings 2b an der Außenseite des Vorformlings 2b im Abkühlungsvorgang gegenüber. Die Empfangssonde 2b liegt ebenfalls der Wand der Sonde 2b von der entgegengesetzten Seite der Sendesonde 9 her gegenüber. Somit liegt die Sendesonde 9 der Empfangssonde 10 gegenüber, während der Vorformling 2b zwischen den Sonden 9 und 10 angeordnet ist. Die Höhe der Sonden 9 und 10 ist so eingestellt, daß ein Ausbreitungsweg von Ultraschall, der von der Sendesonde 9 erzeugt wird, durch das Schichtungsmittel 11 im Vorformling 2b hindurchtritt, wenn eine Flüssigkeitsoberfläche des Schichtungsmittels 11, das in den Vorformling 2b durch die Innenseite der Düse 1 hindurch eingegossen wurde, ein Bezugspegel ist oder mehr. Mehr im einzelnen, es kann bestimmt werden, ob das Schichtungsmittel 11 im Vorformling 2b im Ausbreitungsweg des Ultraschalls zwischen der Sendesonde 9 und der Empfangssonde 10 vorliegt oder nicht.
Der Vorformling 2a, der abgekühlt wurde, wird durch die Ausziehrollen 3 in eine zusammengedrückte Form zusammengequetscht und wird zum nächsten Prozeß gefördert. Wenn der Vorformling zusammengepreßt ist, dann wird das Schichtungsmittel 11 schrittweise in dem Raum gehalten, der zwischen den inneren, gegenüberliegenden Flächen des Vorformlings 2a gebildet ist, die zusammengedrückt sind, um miteinander in Berührung gebracht zu werden, so daß das Schichtungsmittel auf der Innenoberfläche des Vorformlings aufgebracht wird. Ferner wird das Schichtungsmittel 11, das im Vorformling 2a enthalten ist, verbraucht, wenn der Vorformling 2a nach unten geführt wird. Somit wird die Flüssigkeitsoberfläche des Schichtungsmittels in den Vorformlingen 2a und 2b vom Schichtungsmittel 11 um die verbrauchte Menge abgesenkt.
Der Ultraschallpegel, der von der Empfangssonde 10 empfangen wird, wird verringert, da der Ausbreitungsweg von einer Luftschicht abgeschnitten ist, wenn die Flüssigkeitsoberfläche vom Ausbreitungsweg des Ultraschalls nach unten abgewichen ist. Demzufolge kann ein Absenken der Flüssigkeitsoberfläche des Schichtungsmittels im Vorformling festgestellt werden. Wenn das Absenken der Flüssigkeitsoberfläche durch eine Ausgabe der Empfangssonde 10 festgestellt wurde, wird eine Schichtungsmittel-Zufuhreinrichtung (nicht gezeigt) betrieben, um das Schichtungsmittel 11 in den Vorformling hinein zu ergänzen.
Eine Erfassungsvorrichtung, die die Sendesonde 9 und die Empfangssonde 10 umfaßt, wird nun in Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben.
In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 15 einen Sender zum Erzeugen von Ultraschall, 16 bezeichnet einen Empfänger zum Empfangen von Ultraschall, der durch das Schichtungsmittel 11 im Vorformling 2b übertragen wurde, und 12 bezeichnet eine Steuereinheit zum Steuern des Betriebes des Senders 15 und des Empfängers 16. Der Sender 15 und der Empfänger 16 umfassen ein vibrierendes Element, das aus einem magnetostriktiven Element, einem elektrostriktiven Element oder einem piezoelektrischen Element gebildet ist, und ein Kristall-Schwingungselement wird beispielsweise genannt.
Die Bezugszeichen 13 und 14 bezeichnen Kontaktmittel zum Bewirken des akustischen Kontaktes zwischen dem Sender 15 und der Außenfläche des Vorformlings 2b, der sich bei der Abkühlung befindet, und zwischen dem Empfänger 16 und der Außenoberfläche des Vorformlings 2b. Die Sende-Kontaktmittel 13 und Empfangs-Kontaktmittel 14 haben dieselbe Struktur und umfassen Strömungsmittel-Zufuhreinlässe 13a und 14a bzw. Düsen 13b und 14b. Wasser wird den Schwingungsebenen isa und 16a des Senders 15 und des Empfängers 16 von den Wasserzufuhreinlässen 13a und 14a der Kontaktmittel 13 bzw. 14 zugeführt, strömt längs des Ausbreitungsweges des Ultraschalls und wird von den Düsen 13b und 14b so gespritzt, daß das Wasser auf die Außenoberfläche des Vorformlings 2b gegenüber den Düsen 13b und 14b auftrifft. Die Düsen 13b und 14b dienen dazu, das Wasser, das sich in Berührung mit den Schwingungsflächen isa und 16a befindet, in der Richtung parallel zur Ausbreitungsrichtung des Ultraschalls zu spritzen. Demzufolge wird der akustische Kontakt zwischen dem Sender 15 und dem Empfänger 16 sowie der Außenoberfläche des Vorformlings 2b durch das Strömungsmittel fertiggestellt.
In der Ausführungsform werden eine Kombination aus dem Sender 15 und den Kontaktmitteln 13 sowie eine Kombination aus dem Empfänger 16 und den Kontaktmitteln 14 eine Ultraschallsonde genannt. In der obigen Beschreibung haben die Sendesonde 9 und die Empfangssonde 10 dieselbe Bauweise, können aber auch unterschiedliche Bauweisen aufweisen.
Die Geschwindigkeit der Flüssigkeit, die von den Düsen 13b und 14b ausgespritzt wird, ist in Übereinstimmung mit der Bewegungsgeschwindigkeit, Steifigkeit und Unempfindlichkeit der Oberfläche, dem Abstand zwischen der Sonde und dem Vorformling und dergleichen gewählt, während die Geschwindigkeit im allgemeinen 1 cm/s bis 5 m/s und bevorzugt 3 cm/s bis 3 m/s beträgt. Wenn die Geschwindigkeit des Strömungsmittels niedriger ist als 1 cm/s, dann ist es erforderlich, die Sonde näher am Vorformling anzuordnen, als es erforderlich wäre, und es besteht die hohe Möglichkeit, daß die Sonde infolge der Bewegung des Vorformlings in Berührung mit dem bewegten Vorformling gelangt. Wenn ferner die Geschwindigkeit des Strömungsmittels 5 m/s übersteigt, dann kann der Druck des Strömungsmittels, der auf den Vorformling aufgebracht wird, nicht vernachläßigt werden, und der Vorformling wird vom Druck des Strörnungsmittels verformt, und der Stand der Flüssigkeit im Vorformling kann nicht genau bestimmt werden.
Eine Schaltungsausbildung der Steuereinheit 12 wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben.
Ein Oszillator 32 in Fig. 2 speist elektrische Energie, die eine Frequenz aufweist, die der Frequenz des Ultraschalls entspricht, in ein vibrierendes Element ein, das den Sender 15 bildet. Das vibrierende Element, das den Sender 15 bildet, wandelt die elektrische Energie, die durch ein Übertragungskabel 17a zugeführt wird, in eine mechanische Schwingung um, um hierdurch Ultraschall zu erzeugen. Der Oszillator 32 kann mit einer Frequenz schwingen, die aus einem Frequenzband im Ultraschallbereich ausgewählt ist, und eine Frequenz von mehreren zehn bis mehreren hundert kHz wird üblicherweise benutzt.
Andererseits tritt der Ultraschall durch den Vorformling 2b hindurch, der das Objekt bildet, um auf die Empfangs-Kontaktmittel 14 auf zutreffen, und gibt einen Schalldruck, der der Stärke des Ultraschalls entspricht, an das schwingende Element ab, das den Empfänger 16 bildet, um in elektrische Energie vom vibrierenden Element umgewandelt zu werden und um als empfangenes Signal erzeugt zu werden. Das empfangene Signal wird einem Verstärker 33 in der Steuereinheit 12 durch ein Empfangskabel 17b zugeführt. Ferner vergleicht ein Vergleicher 35 in der Steuereinheit 12 eine Bezugsspannung Sr aus einem Bezugspannungsgenerator 34 mit dem empfangenen Signal Sm, das vom Verstärker 33 verstärkt wurde. Als Ergebnis des Vergleiches wird, wenn Sm> Sr, ein niedriges TTL-Pegelsignal (Trans istor-Transistor-Logik-Pegelsignal) einer Alarmschaltung 36 zugeführt, und wenn Sm< Sr, wird ein hohes TTL-Signal der Alarmschaltung 36 zugeführt. Die Alarmschaltung 36 öffnet und schließt ein Festkörperrelais (SSR), das beispielsweise der Art nach TTL-betrieben ist, beim Ansprechen auf das TTL- Signal. Zufuhrmittel für das Schichtungsmittel werden in Abhängigkeit vom Öffnen und Schließen des SSR im Vorformlings- Abformprozeß der Fig. 5 betrieben, um eine vorbestimmte Menge an Schichtungsmittel 11 in den Vorformling hinein zuzuführen. Ferner wird notwendigenfalls eine Alarmlampe angeschaltet, die anzeigt, daß der Flüssigkeitsstand des Schichtungsmittels 11 abgesunken ist, oder ein Alarm ertönt, um die Bedienungsperson über das Absinken des Flüssigkeitspegels zu informieren.
Ein Bestimmungsverfahren für den Flüssigkeitsstand im Vorformung unter Benutzung der auf die obige Weise aufgebauten Bestimmungsvorrichtung wird nun beschrieben.
Fig. 1 zeigt einen Fall, in dem der Flüssigkeitsstand des Schichtungsmittels 11 im Vorformling 2b, der das zu untersuchende Objekt ist, höher ist als der Bezugspegel. Der Ultraschall, der vom Sender 15 der Sendesonde 9 mit einer vorbestimmten Frequenz kontinuierlich oder intermittierend erzeugt wird, schreitet im Strömungsmittel, wie etwa Wasser, das in den Kontaktmitteln 13 zugeführt wird, um von der Düse zum Vorformling gespritzt zu werden, voran, und weiter im Kühlströmungsmittel, das auf die Außenfläche des Vorformlings 2b aufgespritzt ist oder an dieser entlangfließt, und schreitet dann im Schichtungsrnittel 11 im Vorformling 2b voran. Der Ultraschall schreitet dann im Strömungsmittel voran, das von den Kontaktmitteln 14 der Empfangssonde 10 ausgespritzt wird, und im Kühlströmungsmittel, um vom Empfänger 16 empfangen zu werden. Das empfangene Signal wird vom Verstärker 33 verstärkt. Im Zustand der Fig. 1 wird, da keine Grenze einer Luftschicht zwischen dem Sender 15 und dem Empfänger 16 vorliegt, der Ultraschall vom Empfänger 16 ohne wesentliche Streuung oder Reflexion und ohne merkliche Abschwächung der Energie seiner Schallwelle empfangen. Dementsprechend ist das empfangene und verstärkte Signal Sm größer als die Bezugsspannung Sr, und es ergibt sich Sm> Sr in dem Vergleich des Vergleichers 35, so daß dessen TTL-Pegel "0" beträgt.
Wenn, wie oben beschrieben, das Schichtungsmittel durch Voranführen des Vorformlings durch die Übernahmerollen verbraucht wird und der Flüssigkeitsstand des Schichtungsmittels gegenüber dem Bezugspegel abgesenkt wird, dann wird eine Luftschicht im Ausbreitungsweg des Ultraschalls gebildet, der vorn Sender 15 her erzeugt wird. Da der Ultraschall von der Luftschicht gestreut oder reflektiert wird, ist die Schallwellenenergie, die vom Empfänger 16 zu diesem Zeitpunkt empfangen wird, merklich abgeschwächt. Dementsprechend ist das empfangene Signal Sm, das vom Verstärker 33 in der Steuereinheit 12 der Fig. 2 verstärkt wird, kleiner als die Bezugsspannung Sr, und dementsprechend gilt Sm< Sr im Vergleich des Vergleichers 35, so daß das TTL-Signal "1" erzeugt wird. Das TTL-Signal betreibt das SSR der Alarmschaltung 36, um die Schichtungsmittel-Zuführungseinrichtung eine vorbestimmte Zeit lang so zu betreiben, daß das Schichtungsmittel 11 ergänzt wird und der Flüssigkeitsstand des Schichtungsmittels 11 im Vorformling wieder bis zum Bezugspegel oder noch weiter wiederhergestellt wird.
Um den obigen Vorgang durch die Steuereinheit 12 zu erreichen, ist es notwendig, daß die Bezugsspannung Sr, die vom Bezugspannungsgenerator 34 erzeugt wird, so eingestellt wird, daß sie kleiner ist als das empfangene und verstärkte Signal mit hohem Niveau Sm, wenn das Schichtungsmittel 11 sich im Ausbreitungsweg des Ultraschalls befindet, und größer als das empfangene und verstärkte Signal mit niedrigem Niveau Sm, wenn die Luftschicht innerhalb des Vorformlings 2b im Ausbreitungsweg des Ultraschalls vorliegt.
Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform der Bestimmungsmethode des Flüssigkeitsstandes in einem Vorformling gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Ausführungsform benutzt die sog. Impulsreflexions-Methode, und die Ultraschallsonde 9 liegt nur einer einzigen Wand des Vorformlings 2b gegenüber. Die Ultraschallsonde 9 wird zum Senden und Empfangen des Ultraschalls benutzt. Die Sonde 9 hat denselben Aufbau wie der, der in der Sendesonde in Fig. 1 verwendet wurde, und das Strömungsmittel wird von der Düse 13b der Sonde 13 zur Außenoberfläche des Vorformlings 2b hin gespritzt. Somit ist der akustische Kontakt zwischen dem Sender-Empfänger 15, der als Sendeeinheit und Empfangseinheit benutzt wird, und der Wand des Vorformlings 2b durch das Strömungsmittel hindurch gebildet.
Ultraschall wird in Form von Impulsen kurzer Dauer vom Sender-Empfänger 15 unter Steuerung der Steuereinheit 38 erzeugt, die mit der Ultraschallsonde 9 verbunden ist. In Fig. 3 schreitet, da der Flüssigkeitsspiegel des Schichtungsmitteis 11 im Vorformling 2b höher ist als der Bezugspegel, der Ultraschall, der in Form von Impulsen vom Sender-Empfänger 15 erzeugt wird, im Strömungsmittel voran, das von der Kontakteinrichtung 13 ausgesprüht wird, und weiter im Schichtungsmittel 11, und erreicht die mit (b) bezeichnete Wand des Vorformlings 2b. Da eine Grenzschicht zwischen der Wand, die mit (b) bezeichnet ist, und der Luftschicht außerhalb der Wand gebildet ist, wird der Ultraschall, der in Form von Impulsen erzeugt wird, von der mit (b) bezeichneten Wand reflektiert, und Echos hiervon werden vom Sender-Empfänger 15 empfangen. Wenn ferner der Flüssigkeitsstand des Schichtungsmittels 11 im Vorformling 2b niedriger ist als der Bezugspegel, dann wird die Luftschicht an einem Abschnitt im Vorformling 2b gebildet, der dem Ausbreitungsweg des Ultraschalles entspricht, und eine Grenzschicht wird zwischen einer Wand, die mit (a) bezeichnet ist, und der Luftschicht gebildet. Dementsprechend wird der Ultraschall, der in Form von Impulsen erzeugt wird, von der mit (a) bezeichneten Wand reflektiert, und Echos hiervon werden vom Sender-Empfänger 15 empfangen. Dementsprechend wird eine Echozeit gemessen, wobei man eine vom Impuls erzeugte Zeit des Senders-Empfängers 15 als Bezug heranzieht, und ob das Schichtungsmittel 11 im Ausbreitungsweg des Ultraschalls vorliegt oder nicht, d.h., ob der Flüssigkeitsstand des Schichtungsmittels 11 höher ist als der Bezugspegel oder nicht, kann auf der Grundlage einer Differenz zwischen der Echo-Empfangszeit und der impulserzeugten Zeit erfaßt werden.
Fig. 4 zeigt eine noch andere Ausführungsform eines Bestimmungsverfahrens eines Flüssigkeitsstandes in einem Vorformling. Die Fig. 4(A) stellt schematisch die Bestimmung des Flüssigkeitsstandes dar, und Fig. 4(B) ist eine Ansicht einer Ultraschallsonde von unten her, die bei der Bestimmung der Fig. 4(A) benutzt wird.
In der Ausführungsform sind die Kontaktmittel 41 zu einem Ring gebildet und so angeordnet, daß sie den Außenumfang des Vorformlings 2b umgeben, der das zu untersuchende Objekt ist. Der Innendurchmessers des unteren Abschnitts der Kontaktmittel 41 ist gering. Der untere Abschnitt der Kontaktmittel mit dem kleinen Innendurchmesser bildet einen Wasserfilm, der einen Abschnitt 41a bildet, und ein Raum δ zwischen dem Wasserfilm, der den Abschnitt 41a bildet, und der Wand des Vorformlings 2b ist klein ausgebildet, so daß ein dünner und gleichförmiger Wasserfilm am Außenumfang des Vorformlings 2b gebildet ist. Ein Sender 15 und ein Empfänger 16, die einander durch den Vorformling 2b hindurch gegenüberliegen, werden in dem den Wasserfilm bildenden Abschnitt 41a gehalten. Der Sender 15 und der Empfänger 16 sind im wesentlichen dieselben wie jene, die in Fig. 1 gezeigt sind, und dieselbe Steuerungseinheit wie die der Fig. 2 wird ebenfalls verwendet.
Die fließende Wasserschicht 7a und das Kühlwasser 7b, das in Fig. 5 gezeigt ist, strömen in einen Wasserempfänger 41b der Kontaktmittel 41 und werden zu dem den Wasserfilm bildenden Abschnitt 41a zusammengefaßt, der einen kleinen Durchmesser aufweist, so daß der Wasserfilm, der eine feste Dicke aufweist, zwischen dem den Wasserfilm bildenden Abschnitt 41a und der Wand des Vorformlings 2b gebildet wird. Der Wasserfilm ist ein stabiler Strom von Wasser ohne Abweichung, und die Erzeugung von Luftblasen im Wasserfum ist unterdrückt. Dementsprechend schreitet der Ultraschall, der kontinuierlich (oder intermittierend) vom Sender 15 erzeugt wird, im Wasserfilm voran. Wenn der Flüssigkeitsstand des Schichtungsmittels 11 im Vorformling 2b höher ist als der Bezugspegel, dann schreitet der Ultraschall weiter im Schichtungsmittel 11 voran und wird vom Empfänger 16 durch den Wasserfum hindurch empfangen. Wenn ferner der Flüssigkeitsstand des Schichtungsmittels 11 niedriger ist als der Bezugspegel, dann wird eine Luftschicht im Vorformling 2b gebildet, die den Ausbreitungsweg des Ultraschalls bildet, so daß Schallwellenenergie, die vom Empfänger 16 empfangen wird, merklich abgeschwächt ist. Somit wird das empfangene Signal mit der Bezugsspannung im selben Regler wie dem der Fig. 2 verglichen, und ob der Flüssigkeitsstand des Schichtungsmittels 11 im Vorformling höher ist als der Bezugspegel oder nicht, wird bestimmt.
In der obigen Beschreibung werden die fließende Wasserschicht 7a und das Kühlwasser 7b als Strömungsmittel zum Bilden des Wasserfilms verwendet, während dann, wenn die Zufuhreinrichtung eines solchen Strömungsmittels nicht verwendet wird, das Strömungsrnittel 42 aus einer anderen Strömungsmittel-Zufuhreinrichtung zum Wasserempfänger 41b zugeführt werden kann, um einen stabilen Wasserfilm zu bilden.
In der Vorrichtung zum Bestimmen des Flüssigkeitsstandes, die in Fig. 4 gezeigt ist, wird, wenn der Flüssigkeitsstand des Schichtungsmittels 11 höher ist als der Bezugspegel und der Wasserfilm nicht zwischen der Außenoberfläche des Vorformlings 2b und dem einen Wasserfilm erzeugenden Abschnitt 41a erzeugt wird, der Pegel des empfangenen Signals des Empfängers 16 abgesenkt. Dementsprechend kann vom Absinken des Pegels des empfangenen Signals aus bestimmt werden, daß die Schicht 7a aus fließendem Wasser und das Kühlwasser 7b im Vorformling-Formvorgang, der in Fig. 5 gezeigt ist, angehalten sind. Ferner sind Bezugsspannungen imstande, das empfangene Signal in dem Fall zu identifizieren, in dem der Flüssigkeitsstand des Schichtungsmittels 11 niedriger ist und der Wasserfilm gebildet ist, und das empfangene Signal in dem Fall, in dem der Flüssigkeitsstand des Schichtungsmittels 11 höher ist als der Bezugspegel und der Wasserfilm nicht gebildet ist, kann so eingestellt werden, daß die Steuereinheit das Absinken des Flüssigkeitsstandes des Schichtungsmittels 11 vom Abbrechen der fließenden Wasserschicht 7a unterscheiden kann.
Die Kontaktmittel 14, die in Fig. 4 gezeigt sind, werden verwendet, und nur der Sender 15 ist vorgesehen, um als ein Ultraschall-Sende- und -Empfangsteil benutzt zu werden, so daß der Flüssigkeitsstand des Schichtungsmittels durch die Impulsreflexions-Methode bestimmt werden kann, wie in Fig. 3 gezeigt.
Wenn, wie oben beschrieben, die Sonde 41, die in Fig. 4 gezeigt ist, verwendet wird, wird, da Wasser in vertikaler Richtung zur Ausbreitungsrichtung des Ultraschalls strömt, der Druck des Wassers, der auf die Oberfläche des Vorformlings ausgeübt wird, reduziert, verglichen mit der Sonde 9, und die Bestimmung für den zylindrischen Film kann mit hoher Genauigkeit vorgenommen werden.
Wie oben beschrieben, kann gemäß der vorliegenden Erfindung, da das Strömungsmittel zwischen der Schwingungsebene des Senders, des Empfängers oder des Sender-Empfängers für Ultraschall und dem Vorformling zugeführt wird, um den akustischen Kontakt aufrechtzuerhalten, selbst dann, wenn der Vorformling dazu neigt, verletzt zu werden, oder weich ist, ein guter akustischer Kontakt ohne Beeinträchtigung und Verformung aufrechterhalten werden, und es ergibt sich keine unnötige Reibungswärme für den Vorformling. Zusätzlich liegt kein übermäßiger Druck vor. Selbst wenn der Vorformling opak ist, kann der Flüssigkeitsstand im Vorformling bestimmt werden.
Dementsprechend kann die Bestimmungsmethode des Flüssigkeitsstandes im Vorformling gemäß der vorliegenden Erfindung den Flüssigkeitsstand mit hoher Genauigkeit ungeachtet verschiedenartiger Bedingungen bestimmen.

Claims

1. Verfahren zum Erfassen des Standes einer Flüssigkeit (11) in einem bewegten Vorformling (2a, 2b) eines Folien- Herstellungsprozesses, mit den folgenden Schritten:

(a) Zuführen eines Kühlströmungsmittels (7a, 7b, 7c) an einer Außenfläche des genannten bewegten Vorformlings (2a, 2b), der aus einem geschmolzenen Harz (2) gebildet ist, das aus einer Düse (1) in Form eines Hohlzylinders extrudiert wurde, um in vertikaler Richtung längs der Außenoberfläche zu strömen;

(b) Anordnen eines Ultraschallsenders (15) und eines Ultraschallempfängers (16) an der Außenseite des genannten, bewegten Vorformlings (2a, 2b), der vom genannten Kühlströmungsmittel (7a, 7b, 7c) gekühlt wird, ohne unmittelbare Berührung zwischen dem bewegten Vorformling (2a, 2b) und dem Sender (15) sowie Empfänger (16);

(c) Zuführen von fließendem Wasser längs einer Ausbreitungsrichtung der Ultraschallwellen in einem Raum zwischen dem Schwingungsglied oder den Schwingungsgliedem (15a, 16a) des Senders (15) und des Empfängers (16) sowie einer Außenoberfläche des bewegten Vorformlings (2a, 2b) und Aufrechterhalten des akustischen Kontaktes zwischen dem genannten Sender (15) und Empfänger (16) sowie dem bewegten Vorformling (2a, 2b) durch das genannte Kühlströmungsmittel (7a, 7b, 7c), das längs der Außenoberfläche des bewegten Vorformlings (2a, 2b) strömt, und durch das genannte Wasser, das längs der Ausbreitungsrichtung der Ultraschallwellen strömt;

(d) Bestimmen, ob der Ultraschallempfänger (16) Ultraschallwellen empfängt, die vom Ultraschallsender (15) erzeugt wurden und durch die Flüssigkeit (11) hindurchgetreten sind, und hierbei Bestimmen, ob die Flüssigkeit (11) im bewegten Vorformling (2a, 2b) im Ausbreitungsweg der Ultraschallwellen zwischen dem Sender (15) und dem Empfänger (16) vorliegt oder nicht; und

(e) Eingießen der Flüssigkeit (11) in den Vorformling (2a, 2b) durch die Innenseite der genannten Düse (1), wenn der Stand der Flüssigkeit (11) im bewegten Vorformling infolge des Verbrauchs der Flüssigkeit (11) niedriger ist als der genannte Ausbreitungsweg.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung des genannten Ultraschallempfängers (15) und -senders (16) in einer getrennten Sende- Ultraschallsonde und einer getrennten Empfangs-Ultraschallsonde und Anordnen dieser auf den gegenüberliegenden Seiten des genannten bewegten Vorformlings (2a, 2b).

3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Verwenden einer einzigen Sende- und Empfangs- Ultraschallsonde als den genannten Ultraschallempfänger (15) und -sender (16) und Anordnen dieser nur auf der einen Seite des genannten bewegten Vorformlings (2a, 2b) und Messen der Echozeit eines Ultraschallimpulses, der von der genannten kombinierten Sende- und Empfangssonde (15) erzeugt und empfangen wurde.

4. Verfahren zum Bestimmen des Standes einer Flüssigkeit (11) in einem bewegten Vorformling (2a, 2b) eines Folien- Herstellungsprozesses, mit den folgenden Schritten:

(a) Zuführen von Kühlströmungsmittel (7a, 7b, 7c) an einer Außenoberfläche des genannten bewegten Vorformlings (2a, 2b), der von einem geschmolzenen Harz (2) gebildet ist, das aus einer Düse (1) in Form eines Hohlzylinders extrudiert wurde, um in vertikaler Richtung längs der Außenoberfläche zu fließen;

(b) Anordnen einer ringförmigen Ultraschallsonde (41) rund um den Außenumfang des bewegten Vorformlings (2a, 2b), der vom genannten Kühlströmungsmittel (7a, 7b, 7c) gekühlt wurde, wobei die genannte ringförmige Sonde (41) eine Innenoberfläche aufweist, in welche ein Ultraschallsender (15) und -empfänger (16) eingebettet sind;

(c) Aufrechterhalten des akustischen Kontaktes zwischen dem Ultraschallsender (15) und -empfänger (16) sowie dem bewegten Vorformling (2a, 2b) durch das genannte Kühlströmungsmittel (7a, 7b, 7c), welches im Raum zwischen der ringförmigen Sonde (41) und der Außenoberfläche des bewegten Vorformlings (2a, 2b) in vertikaler Richtung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Ultraschallwellen strömt;

(d) Bestimmen, ob der Ultraschallempfänger (16) Ultraschallwellen empfängt, die vom Ultraschallsender (15) erzeugt wurden und durch die Flüssigkeit (11) hindurchgetreten sind, um hierdurch zu bestimmen, ob die Flüssigkeit (11) im bewegten Vorformling (2a, 2b) im Ausbreitungsweg der Ultraschallwellen zwischen dem Sender (15) und dem Empfänger (16) vorliegt oder nicht; und

(e) Eingießen der Flüssigkeit (11) in den Vorformling (2a, 2b) durch die Innenseite der genannten Düse (1), wenn der Stand- der Flüssigkeit (11) im bewegten Vorformling infolge des Verbrauchs der Flüssigkeit (11) niedriger ist als der genannte Ausbreitungsweg.

5. Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch Verwendung eines getrennten Ultraschallsenders (15) und eines getrennten Ultraschallempfängers (16), die auf den gegenüberliegenden Seiten des genannten bewegten Vorformlings (2a, 2b) angeordnet sind.

6. Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch Verwendung eines einzigen Ultraschall-Sende- und -Empfangsteiles als den genannten Ultraschallsender (15) und den genannten Ultraschallempfänger (16), das der Außenoberfläche nur einer Seite des bewegten Vorformlings (2a, 2b) gegenüberliegt, und Messen der Echozeit eines Ultraschallimpulses, der vom genannten Ultraschall-Sende- und -Empfangsteil erzeugt und empfangen wurde.

7. Verfahren nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte ringförmige Ultraschallsonde (41) einen unteren Abschnitt (41a) umfaßt, der einen kleinen inneren Durchmesser aufweist, und daß ein Raum (6) zwischen dem genannten unteren Abschnitt (41a) und dem bewegten Vorformling (2a, 2b) enger ausgebildet ist, wobei der genannte getrennte Ultraschallempfänger und -sender (15, 16) bzw. das genannte einzige Ultraschall-Sende- und -Empfangsteil im genannten unteren Abschnitt (41a) eingebettet sind, der einen kleinen Durchmesser aufweist.