ES2900190T3 - Sonda de temperatura para máquinas de extrusión de termoplásticos - Google Patents

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Abstract

Sonda de temperatura (1), en particular para máquinas de extrusión de mezclas termoplásticas, que comprende por lo menos una caja (2), que está adaptada para ser insertada en un cilindro de extrusión (4) sustancialmente en ángulos rectos con respecto a la dirección de extrusión con un extremo de la misma que está enfrentado a la cavidad interna (5) de dicho cilindro de extrusión (4), de manera que esté en contacto directo con el material de extrusión contenido en dicha cavidad interna (5) de dicho cilindro de extrusión (4), por lo menos un termopar (3), que está alojado en dicha por lo menos una caja (2) y está adaptado para detectar la temperatura de dicho material de extrusión por conducción térmica a través de dicha por lo menos una caja (2) y unos medios térmicamente aislantes (6) que están interpuestos por lo menos parcialmente entre dicha por lo menos una caja (2) y dicho cilindro de extrusión (4), de manera que se reduzca la influencia térmica de dicho cilindro de extrusión (4) sobre la medición realizada por dicho por lo menos un termopar (3), presentando dicha por lo menos una caja (2) una forma que es alargada a lo largo de una dirección preferida, caracterizada por que el extremo de la caja (2) que está destinado a entrar en contacto con dicho material de extrusión presenta una superficie cóncava (10) que reproduce la curvatura de la pared interna de dicho cilindro de extrusión (4).

Description

DESCRIPCIÓN
Sonda de temperatura para máquinas de extrusión de termoplásticos
La presente invención se refiere a una sonda de temperatura, particularmente para máquinas de extrusión de mezclas termoplásticas.
Actualmente, las regulaciones internacionales que cubren cables autoextinguibles o retardantes de llama (HFFR, Halogen Free Flame Retardant - retardante de llama libre de halógeno) y cables con bajas emisiones de humos y sin halógenos en el caso de combustión (LSOH, Low Smoke Zero Halogen - bajo contenido de humo y cero halógenos), han llevado a los fabricantes de compuestos a producir mezclas termoplásticas con las que es difícil trabajar debido a la gran cantidad de calor que se genera durante el procesamiento de dichas mezclas termoplásticas dada su alta viscosidad. El exceso de calor adolece del inconveniente de conducir a la degradación del material propiamente dicho.
Dichas mezclas termoplásticas se procesan usualmente en máquinas de extrusión que, frente a las dificultades técnicas anteriormente mencionadas y debido a la particular composición de las propias mezclas, tienen velocidades de extrusión reducidas en 50% o más, con respecto al procesamiento de mezclas termoplásticas convencionales, con la consiguiente reducción en la productividad y aumento de costes.
Además, los sistemas de control de temperatura no son suficientemente eficientes para procesar mezclas termoplásticas con las que es difícil trabajar, es decir, para aquellas mezclas cuya temperatura de degradación está próxima a su temperatura de trabajo, lo que conlleva una reducción de la velocidad de producción, de manera que los operarios puedan asegurarse de que no se alcance dicha temperatura de degradación.
Por tanto, llega a ser necesario utilizar sistemas de control de temperatura con sensores de temperatura que, sin embargo, son imprecisos muy frecuentemente para la medición de la temperatura del material de trabajo.
Con el fin de superar estos inconvenientes, se han desarrollado unas sondas de temperatura especiales que están constituidas por un termopar comercial incrustado en una caja realizada a partir de un material térmicamente conductor y mecánicamente fuerte.
De esta manera, la sonda puede ser insertada directamente dentro de la cavidad del cilindro de extrusión por medio de un orificio radial en el mismo, haciendo que el extremo libre de la caja esté enfrentado al material de extrusión, en contacto directo con este. Por tanto, por conducción térmica, el termopar puede medir la temperatura del material de extrusión a través de la caja de manera más fiable que los sensores de temperatura mencionados anteriormente.
Sin embargo, incluso dicha sonda de temperatura no está desprovista de inconvenientes, entre los cuales está el hecho de que, dado que la caja está atornillada en un orificio radial que pasa a través de la pared del cilindro de extrusión, la temperatura de este último puede influir significativamente en la medición tomada por el termopar.
De hecho, el cilindro de extrusión presenta típicamente unas temperaturas de funcionamiento que son diferentes de las temperaturas del material de extrusión en que la temperatura delta “AT”, es decir, la diferencia entre las temperaturas antes mencionadas hace posible añadir o retirar calor del material de extrusión. Por tanto, dado que la caja está en contacto con el cilindro de extrusión, el calor emanado por este último puede difundirse directamente al termopar, alterando así la medición tomada.
Otro inconveniente de las sondas de temperatura convencionales consiste en que presentan una alta inercia térmica, haciendo como consecuencia que la caja sea dinámicamente lenta al transferir calor desde el material de extrusión hasta el termopar, en particular durante las operaciones para modificar las vueltas de tornillo y el caudal requerido por el ciclo de producción.
De hecho, dado que la caja tiene que dimensionarse suficientemente para resistir los esfuerzos mecánicos a los que está sometida, las dimensiones de la caja son bastante grandes.
Además, con el fin de sustituir la caja por sondas de temperatura convencionales es necesario insertarlas en posición antes del mecanizado final del cilindro de extrusión, de manera que la parte sobresaliente se forja con el mismo radio de curvatura del cilindro.
De hecho, en estas sondas de temperatura especiales, la caja está atornillada en el cilindro de extrusión sin una posición definida de parada. Como consecuencia, a fin de eliminar cualesquiera rebajes que se crean entre la parte rectilínea de la caja del termopar y la superficie curvada de la cavidad del cilindro de extrusión, lo que llevaría a la formación de áreas de estancamiento que son particularmente dañinas en mezclas termoplásticas que se degradan fácilmente, como mezclas HFFR y LSOH, pero también en mezclas convencionales tales como PVC, PE, PP, etc., en el caso de sustitución de dicha caja es necesario repetir la operación de forjado con el fin de tener la correcta curvatura en la cabeza de la caja.
El documento US 3897272 A divulga un sensor duradero para medir con precisión la temperatura del material de caucho calentado en un molde de curado que comprende una sonda en la que están montados un par de cables que forman un termopar. La sonda presenta las mismas características térmicas que el material de caucho sometido a medición. Un casquillo de soporte delgado que está térmicamente aislado del molde protege y refuerza la sonda.
El documento JP 2006 116741 A divulga un detector de temperatura de una máquina de moldeo que controla de forma estable la temperatura (temperatura de resina) de la superficie periférica interior. El detector de temperatura de la máquina de moldeo se constituye proporcionando unos calentadores a la superficie periférica exterior del cilindro de calentamiento o una tobera, sujetando un soporte de sensor cilíndrico al orificio de inserción de sensor con una profundidad predeterminada formada a partir de la superficie periférica exterior hacia la superficie periférica interior del cilindro de calentamiento, de manera que sobresalga de la superficie periférica exterior, e insertando un sensor de temperatura que presenta una parte de detección de temperatura proporcionada a su extremo delantero en el orificio de inserción de sensor y el soporte de sensor. El detector de temperatura presenta una estructura aislante del calor para cortar radiaciones al exterior a través del soporte de sensor, cubriendo por lo menos la superficie periférica exterior del soporte de sensor con un elemento aislante de calor.
El documento WO 2013/076042 A1 divulga una máquina de extrusión que comprende un cilindro de extrusión internamente hueco, por lo menos un elemento de calentamiento asociado con el cilindro de extrusión, por lo menos un ventilador de refrigeración que se acopla con la superficie exterior del cilindro de extrusión, y por lo menos una sonda de temperatura que está insertada en el cilindro de extrusión, estando la sonda de temperatura enfrentada a la cavidad del cilindro de extrusión y estando la sonda de temperatura adaptada para estar en contacto directo con el material de extrusión contenido en la cavidad del cilindro de extrusión.
El documento US 5224 383 A comprende un dispositivo de medición de presión de masa fundida para medir la presión de una sustancia fundida útil en estado refrigerado para formar objetos macizos. El dispositivo comprende una sonda para su inserción a través de una abertura en una pared de un recipiente que contiene masa fundida, presentando la sonda una superficie extrema desviable por presión para el contacto con la masa fundida presurizada. La sonda presenta unos medios de aseguramiento resistentes a la presión para fijar la sonda en la pared con la superficie extrema de la sonda expuesta para el contacto con la masa fundida en una relación obstructiva sin flujo. Una superficie de sellado en la sonda entre el extremo de la sonda y los medios de aseguramiento proporciona una acción de sellado cooperativa con unos medios de sellado conjugados asociados con la pared para impedir la exposición de la masa fundida a los medios de aseguramiento. La sonda presenta también unos medios de detección de presión internos de la sonda, sensibles al desvío de la superficie extrema de la sonda, para detectar la presión de la masa fundida. Los medios de detección de presión comprenden un sensor capacitivo compensado en temperatura, con una placa del condensador definida por la superficie extrema de la sonda expuesta a la masa fundida y la placa opuesta del condensador montada dentro de la sonda. Un intersticio capacitivo está definido por el espacio entre la superficie extrema y la placa opuesta. La sonda tiene también una circuitería electrónica dentro de una parte de la sonda alejada del extremo expuesto a la masa fundida de la sonda y conectada al condensador, de manera que compense los efectos del cambio de temperatura sobre el condensador y genere una señal de salida proporcional a la presión de masa fundida.
El documento CN 104596661 A divulga un termopar blindado de medición de temperatura. Un tubo de soporte está dispuesto fuera del termopar blindado de una manera enmangada, el termopar blindado está montado en un casquillo de protección a través del tubo de soporte, múltiples pares de cables de termopar están dispuestos en el termopar blindado, un tubo de corindón está dispuesto en un extremo de calor del termopar blindado, unos extremos que se extienden de los cables del termopar blindado penetran en un orificio pasante del tubo de corindón respectivamente, una termounión se forma por soldadura y contacta con el casquillo de protección, el relleno conductor de calor se carga entre la termounión y el casquillo de protección, unos extremos fríos de los cables de termopar están conectados con un cable de compensación a través de un elemento de conexión sellado, una tuerca de compresión conectada con una parte de montaje del casquillo de protección cubre por encima del tubo de soporte, y una junta de compresión está dispuesta entre la tuerca de compresión y la parte de montaje del casquillo de protección.
El documento DE 102 58 100 A1 divulga un dispositivo para medir, vigilar y/o controlar una temperatura, en particular la temperatura de la pared de un molde de inyección con ayuda de un elemento de medición que pasa un cuerpo detector a través de un orificio correspondiente por lo menos a las paredes externas del mismo. El elemento de medición está bloqueado en el cuerpo detector y/o en un casquillo de recalcado que está dispuesto antes del cuerpo detector.
La finalidad de la presente invención consiste en proporcionar una sonda de temperatura, particularmente para máquinas de extrusión de mezclas termoplásticas, que resuelva los problemas técnicos anteriormente mencionados, eliminando los inconvenientes y superando las limitaciones de la técnica conocida, de manera que se permita la optimización de productividad de la línea de extrusión, incrementando así la velocidad de procesamiento y la dinámica de la respuesta.
Dentro de esta finalidad, un objetivo de la presente invención es proporcionar una sonda de temperatura que hace posible realizar mediciones con un alto grado de precisión y control.
Otro objetivo de la invención consiste en proporcionar una sonda de temperatura que sea capaz de ofrecer las garantías más amplias de fiabilidad y seguridad de uso.
Otro objetivo de la invención consiste en proporcionar una sonda de temperatura que sea altamente fiable, se implemente fácil y prácticamente y sea económicamente competitiva, incluyendo en uso, cuando se compara con la técnica conocida.
De acuerdo con la invención, se proporciona una sonda de temperatura según se define en la reivindicación 1. Otras características y ventajas de la invención se pondrán más claramente de manifiesto a partir de la descripción detallada de una forma de realización preferida, pero no exclusiva, de una sonda de temperatura, particularmente para máquinas de extrusión de mezclas termoplásticas, ilustrada a título de ejemplo no limitativo en los dibujos adjuntos, en los que:
La figura 1 es una vista en sección transversal de una sonda de temperatura, particularmente para máquinas de extrusión de mezclas termoplásticas, aplicada en una máquina de extrusión según la invención;
La figura 2 es un detalle a escala ampliada de la sonda de temperatura, particularmente para máquinas de extrusión de mezclas termoplásticas, según la invención mostrada en la figura 1.
Haciendo referencia a las figuras, la sonda de temperatura, particularmente para máquinas de extrusión de mezclas termoplásticas, designada generalmente por el número de referencia 1, comprende por lo menos una caja 2 y por lo menos un termopar 3 que está alojado internamente en la caja 2.
Como se describirá mejor a continuación en la presente memoria, la caja 2 está adaptada para ser insertada en un cilindro de extrusión 4 sustancialmente en ángulos rectos a la dirección de extrusión con un extremo de la misma enfrentado a la cavidad interna 5 del cilindro de extrusión 4, de manera que esté en contacto directo con el material de extrusión contenido en la cavidad interna 5.
Considerando el termopar 3, este último está adaptado para detectar, por conducción térmica a través de la caja 2, la temperatura del material de extrusión que circula en la cavidad 5.
Según la invención, están comprendidos unos medios térmicamente aislantes 6 que están interpuestos por lo menos parcialmente entre la caja 2 y el cilindro de extrusión 4, de manera que se reduzca la influencia térmica de este último sobre la medición hecha por el termopar 3.
Más específicamente, los medios térmicamente aislantes 6 comprenden por lo menos un manguito 7 que, por ejemplo, puede estar realizado por lo menos parcial o completamente a partir de acero inoxidable de manera que ofrezca alta resistencia mecánica con baja capacidad de transmisión de calor, y que tiene un orificio calibrado 9 adaptado para alojar la parte central de la caja 2 y está externamente roscado y adaptado para atornillarse en un orificio pasante 8 parcialmente roscado que se define en el cilindro de extrusión 4 radialmente al mismo.
Tanto el material como la forma de la caja 2 contribuyen a la resistencia mecánica para resistir altas presiones y la conducción térmica. La caja 2 debe resistir, de hecho, presiones del orden de 1000 bares y temperaturas del orden de 400°C.
En una forma de realización preferida de la invención, la caja 2 puede estar realizada por lo menos parcial o completamente a partir de una aleación de cobre, estaño y berilio, para sus características de resistencia a la abrasión, resistencia a la corrosión y resistencia mecánica.
Ventajosamente, la caja 2 presenta una forma que es alargada a lo largo de una dirección preferida, con el extremo destinado a estar en contacto con el material de extrusión que presenta una superficie cóncava 10 que reproduce la curvatura de la pared interna del cilindro de extrusión 4.
Por medio de los posibles ajustes del manguito 7 y de la presencia de un hombro 16 a tope con el manguito 7, la caja 2 y, por tanto, la correspondiente superficie cóncava 10 pueden posicionarse correctamente con respecto a la curvatura interior del cilindro de extrusión 4, de manera que se tenga una continuidad perfecta de la curva del cilindro de extrusión 4, sin rebajes o salientes que serían una causa de áreas de estancamiento. El otro extremo de la caja 2, que es visible fuera del cilindro de extrusión 4 y, por tanto, no está en contacto con el material de extrusión, puede tener también ventajosamente un hombro para el correcto posicionamiento angular, tanto visual como instrumental, de la caja 2.
Además, el acoplamiento roscado del manguito 7 con el orificio pasante 8 asegura el sellado de la sonda de temperatura 1, ofreciendo resistencia a la presión del material hasta y por encima de 1000 bares.
Por el contrario, el otro extremo de la caja 2 define un vástago roscado 11 que está acoplado con un elemento 12 para soportar y ajustar el termopar 3 en el que este último está insertado de manera deslizante de modo que el extremo sensible 13 del termopar 3 está alojado en contacto en un rebaje 14 que está definido interna y longitudinalmente con respecto a la caja 2.
De esta manera, es posible ajustar el posicionamiento del termopar 3 en la caja 2 según las características geométricas del termopar 3 y, por tanto, de las diferentes longitudes de los termopares 3 disponibles en el mercado.
Además, de esta manera, se facilitan las operaciones de sustitución y/o mantenimiento del termopar 3, puesto que es posible intervenir sobre el mismo incluso con la máquina de extrusión en producción y, por tanto, incluso procesándose el material de extrusión dentro de esta bajo presión.
Además, la caja 2 comprende una parte radialmente ensanchada 15 que está definida entre la superficie cóncava 10 y la parte central y está acoplada con el casquillo 7.
La parte radialmente ensanchada 15 presenta una estructura de forma geométrica que es preferentemente troncocónica, con la sección transversal más pequeña dirigida hacia la superficie cóncava 10, y está destinada a acoplarse por ajuste de forma con una parte radialmente más estrecha del orificio pasante 8 que está definido entre la superficie interna del cilindro de extrusión 4 y la parte roscada del orificio pasante 8.
Con más detalle, dicha parte radialmente más estrecha presenta una estructura de forma geométrica que es sustancialmente complementaria de la parte radialmente ensanchada 15 de la caja 2 para centrar por acoplamiento cónico la sonda de temperatura 1 en el orificio pasante 8 y el sellado perfecto de las presiones de funcionamiento elevadas a las que está sujeta la sonda de temperatura 1.
El funcionamiento de la sonda de temperatura 1 según la presente invención es obvio y puede entenderse fácilmente a partir de la descripción anterior.
En particular, deberá observarse que puede utilizarse, por ejemplo, en una máquina de extrusión, particularmente para mezclas termoplásticas, generalmente designada en la figura 1 con el número de referencia 100, que comprende un cilindro de extrusión 4, un tornillo de extrusión 17, por lo menos un elemento de calentamiento asociado con el cilindro de extrusión 4 y por lo menos un ventilador de refrigeración 18 acoplado con la superficie exterior del cilindro de extrusión 4.
La presencia de una sonda de temperatura 1 que está enfrentada a la cavidad 5 que se origina entre la superficie interna del cilindro de extrusión 4 y la superficie exterior del tornillo de extrusión 17, es decir, que está en contacto directo con la mezcla termoplástica que se somete a procesamiento, asegura la medición precisa y rápida de la temperatura de la mezcla.
Partiendo de dicha medición de temperatura de la mezcla, un conjunto termorregulador de control, instalado a bordo de la máquina, controla, por ejemplo, con controles del tipo PID (Proportional - Integral - Derivative -Proporcional - Integral - Derivativo), el funcionamiento de los elementos de calentamiento y de los ventiladores de refrigeración, con el fin de mantener la temperatura deseada para procesar la mezcla termoplástica.
En la práctica, se ha encontrado que la sonda de temperatura, particularmente para máquinas de extrusión de mezclas termoplásticas, según la presente invención, logra la finalidad y objetivos pretendidos ya que hace posible mejorar la productividad de la línea de extrusión, incrementando la velocidad de producción y la calidad de la producción, con respecto a la técnica conocida, puesto que es posible vigilar efectivamente la temperatura de la mezcla termoplástica que se está procesando
Otra ventaja de la sonda de temperatura, según la invención, consiste en que las lecturas de temperatura de la mezcla termoplástica que se procesa son muy precisas y se transmiten prácticamente de forma inmediata, permitiendo un control de temperatura de la temperatura de trabajo sin retardos significativos por medio de la baja inercia térmica de la caja y del aislamiento térmico ofrecido por el manquito contra el cilindro de extrusión.
La sonda de temperatura, particularmente para máquina de extrusión de mezclas termoplásticas, así concebida es susceptible de numerosas modificaciones y variaciones dentro del alcance de las reivindicaciones subordinadas.
Cuando las características técnicas mencionadas en cualquier reivindicación van seguidas por símbolos de referencia, aquellos símbolos de referencia se han incluido con el único propósito de incrementar la inteligibilidad de las reivindicaciones y, en consecuencia, dichos símbolos de referencia no tienen ningún efecto limitativo en la interpretación de cada elemento identificado a título de ejemplo por dichos símbolos de referencia.

Claims (8)

REIVINDICACIONES
1. Sonda de temperatura (1), en particular para máquinas de extrusión de mezclas termoplásticas, que comprende por lo menos una caja (2), que está adaptada para ser insertada en un cilindro de extrusión (4) sustancialmente en ángulos rectos con respecto a la dirección de extrusión con un extremo de la misma que está enfrentado a la cavidad interna (5) de dicho cilindro de extrusión (4), de manera que esté en contacto directo con el material de extrusión contenido en dicha cavidad interna (5) de dicho cilindro de extrusión (4), por lo menos un termopar (3), que está alojado en dicha por lo menos una caja (2) y está adaptado para detectar la temperatura de dicho material de extrusión por conducción térmica a través de dicha por lo menos una caja (2) y unos medios térmicamente aislantes (6) que están interpuestos por lo menos parcialmente entre dicha por lo menos una caja (2) y dicho cilindro de extrusión (4), de manera que se reduzca la influencia térmica de dicho cilindro de extrusión (4) sobre la medición realizada por dicho por lo menos un termopar (3), presentando dicha por lo menos una caja (2) una forma que es alargada a lo largo de una dirección preferida, caracterizada por que el extremo de la caja (2) que está destinado a entraren contacto con dicho material de extrusión presenta una superficie cóncava (10) que reproduce la curvatura de la pared interna de dicho cilindro de extrusión (4).
2. Sonda de temperatura (1) según la reivindicación 1, caracterizada por que dichos medios térmicamente aislantes (6) comprenden por lo menos un manguito (7) externamente roscado que está adaptado para ser atornillado en un orificio pasante (8) parcialmente roscado que está definido sobre dicho cilindro de extrusión (4) radialmente al mismo, estando dicho manguito (7) provisto de un orificio calibrado (9) que está adaptado para alojar la parte central de dicha por lo menos una caja (2).
3. Sonda de temperatura (1) según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que dicha por lo menos una caja (2) presenta el otro extremo que define un vástago roscado (11) que está acoplado con un elemento (12) para el soporte y ajuste de dicho por lo menos un termopar (3), estando dicho por lo menos un termopar (3) insertado de manera deslizante en dicho elemento de soporte y ajuste (12), con el extremo sensible (13) de dicho por lo menos un termopar (3) alojado en un rebaje (14) definido interna y longitudinalmente en dicha por lo menos una caja (2), y de tal manera que sea capaz de ajustar la disposición de dicho por lo menos un termopar (3) en dicha por lo menos una caja (2) según las características geométricas de dicho por lo menos un termopar (3).
4. Sonda de temperatura (1) según la reivindicación 2 o 3, caracterizada por que dicha por lo menos una caja (2) comprende una parte radialmente ensanchada (15) que está definida entre dicha superficie cóncava (10) y dicha parte central y está destinada a acoplarse por ajuste de forma con una parte radialmente más estrecha de dicho orificio pasante (8) parcialmente roscado que está definido entre dicha superficie interna de dicho cilindro de extrusión (4) y dicha parte roscada de dicho orificio pasante (8) parcialmente roscado.
5. Sonda de temperatura (1) según la reivindicación 4, caracterizada por que dicha parte radialmente ensanchada (15) presenta una forma geométrica troncocónica, con la sección transversal más pequeña dirigida hacia dicha superficie cóncava (10), presentando dicha parte radialmente más estrecha de dicho orificio pasante (8) parcialmente roscado una forma geométrica que es sustancialmente complementaria de dicha parte radialmente ensanchada (15) de dicha por lo menos una caja (2) para centrar por acoplamiento cónico dicha sonda de temperatura (1) en dicho orificio pasante (8) parcialmente roscado.
6. Sonda de temperatura (1) según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que dicha por lo menos una caja (2) está realizada por lo menos parcialmente a partir de una aleación de cobre, estaño y berilio.
7. Sonda de temperatura (1) según una de las reivindicaciones 2 a 6, caracterizada por que dicho por lo menos un manguito (7) está realizado por lo menos parcialmente a partir de acero inoxidable.
8. Máquina de extrusión (100), en particular para mezclas termoplásticas, que comprende dicho cilindro de extrusión (4), un tornillo de extrusión (17), por lo menos un elemento de calentamiento asociado con dicho cilindro de extrusión (4) y por lo menos un ventilador de refrigeración (18) que está acoplado con la superficie externa de dicho cilindro de extrusión (4), caracterizada por que comprende por lo menos una sonda de temperatura (1) según una o más de las reivindicaciones anteriores.
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