DE2012207A1

DE2012207A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern und/oder Regeln viskositätsabhängiger Ver fahrensvorgänge

Info

Publication number: DE2012207A1
Application number: DE19702012207
Authority: DE
Inventors: die Anmelder. P sind
Original assignee: MENGES R
Current assignee: HERBERTZ, JOACHIM, PROF. DR.-ING., 4150 KREFELD, D
Priority date: 1970-03-14
Filing date: 1970-03-14
Publication date: 1971-09-23
Also published as: JPS5131356B1; DE2012207B2; GB1346095A; FR2091976B1; FR2091976A1

Description

PATENTANWALT

Dipl.-Ing. Wolfgang K. Rauh

5 1 AACHEN

Anw. Akte: 1-294

Krefelder Straße 35 PAT E N TANM ELD UN O

Anmelder:

Titel:

Dr.-phil Reimax P οh 1m a m

51 Aa c h β n, Im Johanniatal 33

Dr.-Ing. Georg iti e η g β s

5105 L a u r θ η 8 b ö r g

An Beularclstain t9 .

l/erfahren und Vorrichtung zum Steuern und/oder Regeln viskositätsabh^ngiger Verfahrsnawergänge

Pricrttat:

Amtl. Aktenzeidien: Anmeldedatum:

Verfahren und Vorrichtung zum Steuern und/oder Regeln viskositätsabhängiger Verfahrensvorgänge

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern und/oder Regeln viskositätsabhängiger Verfahrensvorgänge, insbesondere bei Anlagen zur Polymerisation, Kondensation oder Addition von Hochpolymeren sowie eine Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens.

Hochpolymere Schmelzen, die zu SpritzguSteilen, geblasenen Hohlkörpern, Fasern, Rohren, Folien oder dargleichen ausgeformt werden sollen, bedürfen eines konstanten Fließzustandes,um zu vermeiden, daß die äußeren Abmessungen oder die äußere Erscheinung dieser Teile im ausgehärteten Fertigzuatand beträchtliche Änderungen gegenüber dem Sollzustand aufweisen.

Bisher hat man im wesentlichen Versucht, dia Rohstoffe zu solchen Verfahren möglichst gleichmäßig zu erzeugen oder zuzugeben und die Aufschmelzbedingungen solange zu variieren, bis ein gewünschter Flisßzustand erreicht war. Dar auf diese Weise empirisch und für jede Charge neu ermittelte Fließzustand, wurde, wenn er zu brauchbaren Ergebnissen führte, festgehalten. Bei der Verarbeitung von Kunststoffen bedient man sich in erster Linie der Steuerung der Beheizung des zu verarbeitenden Stoffes. Das genannte Einstellverfahren besaß natürlich erhebliche mangel und war äußerst ungenau. Insbesondere «ar damit auch eine

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kontinuierliche messung des FlieBzustandes der zu messenden Rias·· se nicht möglich·

Da in Anbetracht der großen Verbreitung von Kunststofferzeugnissen auch die Qualitätsanforderungsn an diese immer mehr gesteigert worden sind, was insbesondere für den Bereich der Chemiefasern zutrifft, hat man bereits versucht, die für diese Vorgänge wesentliche Kenngröße, nämlich die Viskosität konti- ™ nuierlich zu messen und die Verarbeitungsvorrichtung mit den Meßwerten zu steuern. -

Die Viskosität ist abhängig von Temperatur, Druck»Schergeschwindigkeit und Molekulargewicht des benutzten Werkstoffes.

Es wurde schon mehrfach versucht, anstelle der Viskosität die sie beeinflussenden Größen ersatzweise zu messen, doch war es damit nicht möglich, den gesamten zu regelnden Zustand zu er- m fassen. Die betreffenden Größen sind über den Strömungsquerschnitt verschieden. Auch erfordert beispielsweise eine Temperaturmessung wegen der großen Uiärmeleitfehler weit in den fflassestrom eintauchende Fühler, die als hohe Ecken den ttlerkstofffluß stören und gegebenenfalls Zersetzungserscheinungen hervorrufen. Auch reicht, insbesondere bei hohen Strömungsgeschaindigkeiten, wie sie beim Spritzgußverfahren auftreten, die Festigkeit der Fühler nicht .,aus. '

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Auch eine Druckmessung führte nicht zu den gewünschten Ergebnissen·

Rotationsviskosimeter, die in die Klasse tauchen,sind ebenso uiie Schwinger in der Masse unerwünscht, weil sie den Massefluß stören. Beipässe mit Kapillaren haben sich ebenfalls nicht bewährt.

Es wurde auch schon versucht, die Viskosität von Schmelzen mit ultraschallerregtften Fühlern über die Dämpfung der von ihnen erzeugten Scherwelle zu ermitteln· Diese Versuche haben sich aus mehreren Gründen nicht bewährt»

Die Fühler wurden relativ schnell zerstört. Ferner führte der Einbau der Fühler zu Strömungsstörungen, wie sie oben schon bei anderen Fühlern erwähnt wurden« Schließlich erwies sich aber auch die transversale Schwingung (Scherwelle) als völlig ungeeignet, weil sie sehr rasch in einer Kunststoffschmelze abklingt. Rlit diesem fließverfahren werden somit nur die Viskositätswerte in unmittelbarer Umgebung des Fühlers erfaßt. Es ergibt aber keine Ermittlung eines integralen Wertes über den gesamten Strömungsquerschnitt·

Da es sich bei der Viskosität u$ eine Scherbeanspruchung handelt, arbeiten alle bekannten Viskosimeter nach dem Prinzip, die bei der Scherbeanspruchung auftretenden Kräfte zu erfassen. Dies erfolgt beim Rotationsviskosimeter durch eine gleichbleibende

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Rotationsbewegung oder beim Ultraschallviskosimeter durch einen Scheruiellen erzeugenden Oszillator. Alle diese Viskosimeter benötigen einen in die Flüssigkeit eintauchenden Fühler, der, «ie oben ausgeführt, Nachteile hat. . .

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zu schaffen,mit dem viskositätsabhängige l/erfahrensvorgänge gesteuert oder geregelt werden können, da§ eine * die Mängel der bekannten Viskositätsmeßeinrichtungen vermeidende Meßeinrichtung verwendet. Dieses Meßgerät soll möglichst ohne in die Strömung eintauchende und diese störende Fühler arbeiten und sine kontinuierliche'Ermittlung des integralen Viskositätswertes eines StrÖHungsqusrschnittas ermöglichen, der dann zur Steuerung oder Regelung des Verfahrsnsworganges benutzt wird.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß, in Abkehr von A den bisherigen Verfahren, die Viskosität mittels longitudinaler Ultraschallwelle»? ermittelt werden kann, die vorzugsweise senkrecht zur Strömungsrichtung der zu »essenden Blasse durch diese geleitet werden.

Die Ermittlung der Viskosität erfolgt dabei durch Messung dir -Absorption eines longitudinalsn Ultraschalltuellanzuges und der Laufzeit der Wellen, d.h« der Uitraschallgeschiuindi&eit·

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Nach einer Näherungsgleichung ist die Absorption einer longitudinalen Ultraschallschwingung in einer Flüssigkeit gegeben durch die Gleichung:

J τ κ

d.h.durch die Summe der Volumenviskosität, der Scherviskosität, der Wärmeleitung und der Wärmestrahlung.

w Die Gleichung lautet explizit angenähert}

Hierin bedeuten:

tO u die Kreisfrequenz

Dichte c χ Ultraschallgeschwindigkeit

= UoluMenviskositit ^l ~ dynamische Viskosität (Scherviskoeität) Cp und Cy 3 die spezifischen iäraen K* Wärneleitungskoefrizient q« aärwesirahlungskoeffizient

Das zweite Glied dieser Suwne ist größer als das erste Glied.Beide Glieder für sich sind größer als das dritte Glied und viel größer als das viert· Glied der Sim*·· Das den liiert ^ enthaltende zuieite Glied reicht se*it aus,um die Viskosität der Masse über eine Absorptionsmessung eines Ultraschallwellenzuges zu erfassen.

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Versuche zeigten,daß sich von allen genannten Größen lediglich die Ultraschallgeschuiindigkeit am meisten in Abhängigkeit won Temperatur und Druck ändert. Da sie in der dritten Potenz eingeht, kann sie den durch die Absorption oi ermittelten liiert der Scherviskositätty stark verfälschen.

Weitere Versuche ergaben, daß in vielen Fällen auch anstelle

der Scherviskosität *} die ^ltraschall-Abstjrptiön allein zur Steu- f| erung und Regelung benutzt werden kann» Gegebenenfalls besteht auch die Möglichkeit, in gewissen Fällen mit der messung und Auswertung - der Ultraschaligeschuiindigkeit allein auszukommen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist demgemäß dadurch gekennzeichnet, daß mindestens an einer Stelle der Beujegungsbahn einer viskosen !Hasse longitudinale Ultraschallwellen senkrecht zur Strömungsrichtung durch die viskose masse gesendet werden, daß die Absorption und die Ultraschaligeschuiindigkeit gemessen m und mindestens einer dieser liierte in eine Steuer-und/oder Regeleinrichtung für die Be-oder Verarbeitungsvorrichtüng eingespeist wird.

Dieses l/erfahren hat sich im Versuchsbetrieb bereits bewährt. Es ermöglicht ein kontinuierliches (Hessen und praktisch gleichzeitiges Steuern bzw. Regeln eines Verfahrensvorganges,der von · der Viskosität einer herzustellenden oder zu verarbeitenden Masse abhängig ist.Dabei werden jegliche, den Strömungsverlauf der

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masse beeinträchtigende vorstehende Fühler gänzlich vermieden.

Es ergeben sich dabei Meßwerte, die in hohem DfIaQe den wahren integralen Viskositätszustand der Masse beschreiben. Darüberhinaus läßt sich das Verfahren auf relativ einfache und kostensparende Weise durchführen.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Werte für die Ultraschallgeschuiindigkeit und die Absorption in einer Datenverarbeitungseinrichtung in Viskositätskennuierte umgewandelt,mit der Sollviskosität verglichen und in die Steuer-und Regeleinrichtung eingespeist werden.

Je nach den zur Verfügung stehenden Möglichkeiten können die Ultraschallmessungen im Durchstrahl-oder im Impuls-Echo-Verfahren durchgeführt «erden. Letzteres ist deshalb empfehlenswert, weil hierfür nur ein Sender, der zugleich Empfänger ist, benötigt wird.

Eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß an mindestens einer Stelle der Bewegungebahn der zu steuernden bzw.zu regelnden masse eine Meßeinrichtung angeordnet ist, die quer durch die Masse, vorzugsweise senkrecht zu deren Bewegungsrichtung longitudinals Ultraschallwellen sendet,empfangt und Meßwerte bezüglich der

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Ultfaschallgeschiuindigkeit und/oder Absorption aufzeichnet bzui. abgibt, daß an die Meßeinrichtung eine elektronische Datenverarbeitungseinrichtung angeschlossen ist und daß diese mit Stell-und Regelgliedern zur Beeinflussung der physikalischen Zustände des Uerfahrensvorganges verbunden ist».

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Vorrichtung besteht daxi,n,

■ - ■ ι

daß das Meßgerät ein den Sender bzw. Empfänger aufnehmendes,quer . '« zur Beuiegungsbahn der viskosen Masse gerichtetes druckfestes Gehäuse aufweist, das über eine axiale Bohrung.unmittelbar mit dem die viskose masse führenden Kanal oder Rohr verbunden ist, daß in der Bohrung ein an seiner Vorderseite metallisierter piezoelektrischer Wandler angeordnet ist, der zugleich einen Teil der Ulandung des Kanals oder Rohres bildet und daß die Rückseite des piezoelektrischen Wandlers auf einem elektrisch leitfähigen Auflagenetz, z.B. aus dünnem Drahtgewebe abgestützt ist, das seinerseits auf einem hochtaärmefasten, elektrisch isolieren- M den Werkstoffkörper, z.B. aus Keramik liegt, der im Gehäuse festgehalten ist. mit dieser Ausbildung können hohe Drucke bis zu einer Größenordnung von ca» 4ÜQ atü* aufgefangen werden. Ferner behält der piezoelektrische Wandler auch bei den erforderlichen Temperaturen von 30O«*40Q°C seine piezoelektrischen Eigenschaften. Durch die gleitende Abstützung an dem Auflagenetz werden ettuaige unterschiedliche Temperaturkosffiziefeten von metall und piezoelektrischem Wandler ausgeglichen.Ferner wird hierdurch der piezoelektrische Wandler rückseitig elektrisch berührt.

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Das Auflagenetz bewirkt zugleich wegen seiner vielen Luftporen eine akustische^MEntkoppelung", so daß der piezoelektrische Uiandler praktisch frei in seiner Eigenfrequenz schwingt.

Eine abgewandelte vorteilhafte Auaführungsfarm besteht darin, daß anstelle des vorgenannten, frontseitig metallisierten piezoelektrischen Wandlers in der Bohrung eine dünne, abdichtende ffletallscheibe angeordnet ist, deren genau plangeschliffene Rückseite auf einer plangeschliffenen Vorderseite eines piezoelektrischen Wandlers aufliegt und daß die Dicke der Metallscheibe und/oder diejenige des piezoelektrischen (Handlers auf eins halbe Wellenlänge (-ir ) bzw. ein Vielfaches davon abgestimmt ist. Die Rückseite des piezoelektrischen Wandlers liegt wie vorbeschrieben auf einem Auflagenetz.

Eine weitere Abwandlung besteht darin, daß anstelle des frontseitig metallisierten piezoelektrischen Wandlers das der viskosen Masse zugewandte Ende des Gehäuses von einer metallfolie abgedeckt ist, die auf dieses Gehäuseende stumpf aufgelötet ist, und daß unmittelbar hinter der Stahlfolie an dieser anliegend ein piezoelektrischer Wandler angeordnet ist, dessen Rückseite auf einem Auflagenetz in der vorbeschriebenen Weise abgestützt ist.

Eine andere Aueführungsform besteht darin, daß das Meßgerät ein den Sender bzw· Empfänger aufnehmendes,quer zur Bewegungsbahn

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der viskosen masse gerichtetes druckfastes Gehäuse aufweist, das über eine axiale Bohrung unmittelbar mit dem die viskose

Masse führenden Kanal oder Rohr verbunden ist, daß im Gehäuse

ein dieses ausfüllender Klotz aus gutmärmeisolierendem, jedoch gut schalleitendem Werkstoff, z.B. aus hochgebrannter Keramik,

Quarzglas oder dergleichen angeordnet ist, dessen Vorderseite

zugleich einen Teil der Ulandung des Kanals oder Rohres bildet und der rückseitig gegen einen Gehäusedeckel abgestützt ist '(£ und auf einem Teil seiner Rückseite einen piezoelektrischen

Wandler trägt.

"■-■■■ ί

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung naher erläutert, und zusar zeigern

Fig« 1 eine schenretische Darstellung einer Steuer» bzw. Regelvorrichtung für einen Kunststoffextruder, ■-.-"' ■ M

Fig. 2 eine Ausführung einer Meßeinrichtung für

des Durchstrahlungsverfahren,

Fig. 3 eine Ausführung einer Meßeinrichtung für das Impuls-Echoverfahren und

Figuren .

4-6 abgewandelte Ausführungsforven der Bleß-

einrichtungen nach den Fqnguren 2 fezv.3. ·

Fig. 1 zeigt.als Annendungsbeispiel für das arfindungsgenäße

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Verfahren einen Kunststoff extruder 1 mit Antriebsmotor 2 und Getriebe 3« Der zu verarbeitende Kunststoff wird in den Trichter 4 eingegeben und mittels einer Förderschnecke 5 durch den Preßkanal 6, dessen Außenwandungen beheizt sind, zum Pressenkopf 7 gefördert, wo er in bekannter Weise extrudiert wird«

Vor den Pressenkopf 7 ist eine Meßeinrichtung 8 angeordnet,die mit einem Impuls-Echogerät 9 verbunden ist. Dieses ist wiederum über einen Monitor 10 mit einer elektronischen Datenverarbeitungseinrichtung 11 verbunden· Die elektronische Datenverarbeitungseinrichtung ist ausgangseeitig mit einer Anzahl Stellgliedern 12 zur Beeinflussung von feglern 13 verbunden, die unmittelbar auf die den Pressenkanal umgebenden Heizeinrichtungen einwirken.

Je nach den gebotenen Möglichkeiten können die Regler, die hier in Form einer Kaskadenregeleinrichtung angeordnet sind, auch mit anderen auf die zu messende masse einwirkenden Organen verbunden sein, z.B. mit dem Getriebe, Zuführorganen, insbesondere bei Hlehrstoffzugabe oder dergleichen.

Bai dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden vom Meßgerät B aus longitudinals Schallwellen von der Sendelinie 14 her senkrecht zur Bewegungsrichtung der Kunststoffmasse durch diese gesendet»

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Besitzt das Hießgerät 8 zwei einander gegenüberstehende Sender und Empfänger, so wird die Riasse im Durchstrahluntjeverf ahren entsprechend der gestrichelten Linie 15 gemessen. Ist statt des einen Senders eins Reflektionsflache vorgesehene, so tuird im Impuls-Echo-Verfahren gearbeitet. In diesem Falle gehen die Meßwerte über die Linie 16 in das Impuls-Echo-Gerät 9 ein·

Der an dieses Gerät angeschlossene monitor 10 trennt die fließ» ^v

luerte in Funktionen A₁ der Ultraschallgeschujindigkeit und Ä2 der Absorption auf und gibt diese in die elektronische DaianverarbeitungBeinrichtung 11 ein· Hier wird eine die gepessane Zähigkeit darstellende Funktion J£**et £ gebildet und mit θ in β« in die elektronische'Datenverarbeitungseinrichtung eingeführten, die Sollzähigkeit *£_so^ kennzeichnenden liiert verglichen. Der DIffsrenzuiert tuird ausgangsseitig den abgestuften Stellgliedern 12 zugeführt, die dann ihrerseits die Regier 13 besinflussen»

In gewissen Fällen genügt es auch, die Stellglieder 12 rait nur einer der Funktionen A^ oder A₂ zu beeinflussen, da jede für sich bereits eine gewisse Analogie zur Zähigkeit ^ aufweist. :

Wesentlicher Teil der erfindungsgemäSen Vorrichtung ist das Meßgerät 8. Fig, 2 zeigt ein solches IffeSgerät für das Durchstrahlungsvsrfahren. Es besteht aus einem Sender 17 und sinajni

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diesem gegenüberliegenden, in gleicher Weise ausgebildeten Empfänger 18. Der Einfachheit halber ist nachstehend nur der Sender 17 näher beschrieben.

Der Sender 17 umfaßt ein quer zum Preßkanal 6 in dessen Wandung eingesetztes Gehäuse 19, das in geeigneter Weise abgedichtet ist. Das Gehäuse besteht aus einem rohrförmigen Teil ™ 20, das rückseitig als Flansch 21 ausgebildet ist, der rait-

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tels Schrauben mit der Wandung des Preßkanals verbindbar ist.

In dem dem Preßkanal 6 zugewandten Ende der Bohrung 22 des Gehäuses 19 ist ein frontseitig metallisierter piezoelektrischer Wandler 23, z.B. ein Quarzkristall angeordnet, der von einer geeigneten Dichttfng.z.B. einem Asbestring, der gegebenenfalls mit Tetrafluoräthylen oder einem anderen Stoff imprägniert sein kann, umgeben ist· Die metallische Fläche des Wand· lers ist mit dem IRetall der Wandlung das Preßkanals 6 verbunden,und somit geerdet.

Rlit seiner Rückseite liegt der Wandler gleitend gegen ein Auflagenetzt 24, z.B. aus einem Drahtgeflecht von ca.0,5 mm IRaschenweite an, das seinerseits gegen eine Scheibe 25 aus nichtgleitendem,hochmarmfestern Werkstoff, z.B. Keramik abgestützt ist. Diese Scheibe 25 ist wiederum gegen einen massiven Stahlklotz 26 abgestützt, der in die Bohrung 22 eingeschraubt ist.

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Im rückwärtigen Teil der Einrichtung ist eine mit einer Ulechselstromquelle verbundenejSpule 27 angeordnet» die über einen Zuleitungsdraht 28, der durch Bohrungen 2$'_tt&' im Stahlklotz 26 und in der Scheibe 25 mit dem Auflagenetz 24 verbunden ist.

mit Hilfe des Stahlklotzaa 26 können Drücke bis etwa 400 atü aufgenommen werden. Durch die Riaschen des Auflagenetzes 24 ist der piezoelektrische !Handler 23 akustisch "entköppelfund kann praktisch frei in seiner Eigenfrequenz schwingen·

Die vom Sender 17 ausgehenden longitudinalen Ultraschallwellen gehen senkrecht zur Bewegungsrichtung der im Preßkanal geförderten IDasse zum Empfänger 18, der sie, wie oben angegeben, über die Leitung 15 den Iiapuls-Echo-Gerät 9 zuführt» Ja nach der Zähigkeit der gemessenen masse ergibt sich eine mehr oder weniger starke Absorption der Ultraschallwellen und eine unter» schiedliche Ultrascfrallgeschwindigkeit.

Ansteuernder Scheibe 25 kann auch ein Keraraikklotz vorgesehen sein· In diesem Tall müßte er von einem weniger voluminösen Stahlklotz abgestützt sein.

Fig· 3 zeigt eine im wesentlichen gleiche Anordnung taie Fig«2. Lediglich der Empfänger 18 ist hier ersetzt durch eine Reflektionseinrichtung 29. Um diese jederzeit durch einen Empfänger

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18 auszutauschen, ist im Gehäuse 20 dieser Einrichtung zweckmäßig" ein Stahlklotz 3G eingeschraubt, dessen Stirnseite 31 eine ebene Reflektionsfläche für die vom Sender 17 ausgehenden Ultraschallwellen bildet. Die ausgesendeten Ultraschallwellen werden wall reflektiert und vom Sender, der dann als Empfänger arbeitet, über die Leitung 16 dem Impuls-Echogerät zugeführt.

Die Figuren 4-6 zeigen abgewandelte Ausführungen der Sender 17 bzw» Empfänger 18, die im Gehäuse 20 der FigHren 2 oder 3 einsetzbar sind.

Fig. 4 zeigt eine im wesentlichen ähnliche Anordnung u/ie Fig.2. Anstelle der metallisierten Vorderseite des piezoelektrischen Wandlers 23 ist hier eine die Gehäuse-bohrung 22 abschließende, rückseitig sehr gut plangeschiiffene Metallplatte 32 vorgesehen, die in das Gehäuse 19 eingeschraubt ist. An der Rückseite dieser metallplatte 32 liegt ein ebenfalls genau plangeschliffener piezoelektrischer Wandler ohne Zwischenschaltung irgendeines Bindemittels an,der seinerseits «iederum an einem Auflagenetz 24 abgestützt ist. An der Rückseite des Wletallplattenrandes ist zweckmäßig eine Asbestdichtung 33 vorgesehen.

Die Dicke der metallplatte 32 ist zweckmäßig auf —γ- {-halbe Wellenlänge) oder ein Vielfaches davon abgestimmt. Das Gleiche gilt für den piezoelektrischen Wandler 23. Infolgedessen schwingen beide durch den hohen Andruck akustisch festgekoppelt als Einheit. Die verschiedenen Temperaturkoeffizie-penten zwischen dem

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piezoelektrischen Wandler und der Metallplatte 32 sind unwesentlich, da beide Teile nicht miteinander verkittet' sind und beim Steigen bzw· Senken der Temperatur aufeinander gleiten können.

Fig· 5 zeigt eine abgewandelte Ausführung derart» daß anstelle der metallplatte 32 eine das Gehäuse 19 vorne abschließende Stahlfolie 34 vorgesehen ist» die stumpf gegen das Gehäuse 19 angeschweißt ist. Mittels eines hinter der Stahlfolie 34 angeordneten Dichtungsringes 35 und des Stahlklotzes 26 kann die Stahlfolie 34 entsprechend gespann werden.

Fig. 6 zeigt eine »eitere Abwandlung des Senders 17. Um zu vermeiden, daß der piezoelektrische Wandler 23 zu starken Temperaturen ausgesetzt ist, ist bei dieser Ausführung in der Bohrung 22 ein hochmarmfester,jedoch gut schalleitender, im allgemeinen zylindrischer, relativ dicker Isolator 36, ζ·Β· aus hochgebrannter Keramik, Quarzglas usw. vorgesehen, der das Gehäuse 19 in Richtung zum Preßkanal 6 dichtend abschließt. An der Rückseite des Isolators 36 ist ein piezoelektrischer '.Wandler 23 angeordnet, der über eine Zuleitung 2Θ mit der Spule 27 in Verbindung steht. Er kann mit dem Isolator 36 verkittet sein. Ib rückwärtigen Teil des Gehäuses 19 ist zusätzlich ein Kühlmantel 37 vorgesehen, der an eine Quelle 38 für ein Kühlmittel so-IU ie an eine Rücklauf leitung 39 angeschlossen ist. ■'"* schlecht wärmeleitender

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•rr-

Der Isolator 36 uiird durch einen Gehäusering 40 fest gegen das Gehäuse 19 angedrückt. Der Isolator nimmt somit ebenfalls die hohen Drücke auf. In dem Bereich, uio eine hohe Temperatur unerwünscht ist, uiird sie durch die Kühleinrichtung merklich abgeschwächt.

Eine gegebenenfalls als Nachteil anzusehende Eigenschaft dieser Ausführung, die andererseits sehr zweckmäßig ist, mag die sogenannte "Vorlaufeigenschaft" sein. Die vom piezoelsktrischen Wandler ausgehenden Ultraschallwellen reflektieren vor dem Eintritt in die zu messende Masse an der unteren Grenzfläche 41 des Isolators 36, kehren zum Wandler 23 zurück, werden dort mieder reflektiert usw..Hierdurch entsteht nicht nur ein einziger, steuertechnisch leicht verwertbarer Eingangsimpuls, sondern eine ganze Kette derartiger Impulse. Die Anordnung nach Fig. 6 ist daher zweckmäßig nur für das Durchstrahlungsverfahren zu empfehlen, bei dem auf verhältnismäßig leichte liieise nur jeweils der erste impuls des Senders mit dem ersten Impuls des Empfängers in Korrelation gebracht uiird, während die übrigen Impulse einer Kette unbeachtlich bleiben. Beim Impuls-Echo-•Werfahren"würden sich diese Impulse mit den tatsächlich gewünschten Impulsen überlagern und ein unübersichtliches Bild geben.

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Claims

,...'..■ 2Μί22§1 ■ -*β< 49 ■

Patentansprüche

Verfahren zum Steuern und/oder Regeln viskositätsabhängiger Verf ahrenjEfvorgänge, insbesondere bei Anlagen zur Polymerisation, Kondensation oder Addition von Hochpolymeren, d a durch gekennzeichnet , daß mindestens an einer Stelle der Bewegungsbahn einer viskosen Masse longitudinale Ultraschallwellen senkrecht zur Strömungsrichtung durch die viskose IKlasse gesendet werden, daß die Absorption (οι ) und die Ultraschallgeschuiindigkeit (c) gemessen und (wenigstens einer dieser Ulerte in eine Steuer.und/oder Regeleinrichtung (12,13) für die Be-oder Verarbeitun'gsvorrichtung (1) eingespeist uiird.

2. \lerfahren nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e k e η η zeichnet, daß die liierte für die Absorption (öl ) und für die Ultraschallgeschiuindigkeit (c) in einer Datenverarbeitungseinrichturtg (11) in Uiskositätskennvuerte (to ) umgewandelt, mit der Sollviskqsität (Vt _soli) verglichen und in M die Steuer-und/oder Regeleinrichtung (12,13) eingespeist

werden. . .

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die longitudinalen Ultraschalluiellen zur Ermittlung der physikalischen Ulerte des Schmelzzustandes der viskosen Massen unmittelbar vor und/oder an der Ausformungsstelle gesendet werden«

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4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallwellen im Durchstrahlungsverfahren durch den Querschnitt der viskosen !Klasse geleitet werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallwellen im Echo-Impuls-Verfahren gegen eine Reflexionsfläche (31) gesendet und vom Sender (17) mieder empfangen werden.

6. Vorrichtung zum Steuern und/oder Regeln viskositätsabhängiger Verfahrensvorgänge,insbesondere bei Anlagen zur Polymerisation, Kondensation oder Addition von Hochpolymeren, dadurch gekennzeichnet ,daß an mindestens einer Stelle der Beuiegungsbahn der zu steuernden bzw. zu regelnden masse eine Meßeinrichtung (B) angeordnet ist, die quer durch die Masse, vorzugsweise senkrecht zu deren Bewegungsrichtung longitudinale Ultraschallwellen sendet, empfängt und Meßwerte bezüglich der Ultraschallgeschwindigkeit (c) und/oder Absorption {d ) aufzeichnet bzw. abgibt, daß an die Itleßeinrichtung (8) eine elektronische Datenverarbeitungseinrichtung (11) angeschlossen ist und daß diese mit Stell-und Regelgliedern (12,13) zur Beeinflussung der physikalischen Zustände des Verfahrensvorganges verbunden ist·

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- Äff -

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, d a d u r C h g' e k er η η zeichnet ,daß die Gießeinrichtung (8) einen Sender (17) und einen Empfänger (18) für longitudinäle Ultraschallwellen aufweist, die in der Querschnittsebene durch die viskose Masse einender gegenüber angeordnet sind.

B. Vorrichtung nach Anspruch 6, d-ä durch "gekenn-' zeichnet , daß die Meßeinrichtung (ß) ein abwechselnd ais Sender und Empfänger für longitudinale Ultraschallimpulse arbeitendes Glied (17) und eine diesem in der Qüerschnittsebene durch die viskose Masse gegenüberlie genden Reflexionsfläche (31) aufmeist.

9» Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6-8, d a d URr Ch g e k e η η ζ e ic h η e t ,daß das IKleßgerät (B) ein den Sender (17) bzw· Empfänger (18) aufnehmendes, quer zur Beutegungsbahn der viskosen Masse gerichtetes druckfestes Gehause (19) aufweist, das über eine axiale Bohrung (22) ue?r mittelbar mit dem die viskose Klasse führenden Kanal oder Rohr (6) verbunden ist, daß in der Bohrung (22) ein an sei ner Vorderseite metallisierter piezoelektrischer Wandler "(23) angeordnet ist, der zugleich einen Teil der Wandung des Kanals oder Rohres (6) bildet, daß die Rückseite das piezoelektrischen Wandlers (23) auf einem elektrisch leitfähigen Auflagenetz (24), Z.B.: aus dünnem Drahtgewebe

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abgestützt ist, das seinerseits auf einem hochwarmfesten, elektrisch isolierenden Werkstoffkörper (25) z.B. aus Keramik liegt, der im Gehäuse (19) fest gehalten ist.

10.Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6-8, dadurch gekennzeichnet ,daß das Meßgerät (8) ein den Sender (17) bzw. Empfänger (18) aufnehmendes, quer zur Be-

^P wegungsbahn der viskosen Masse gerichtetes druckfestes Gehäuse (19) aufweist, das über eine axiale Bohrung (22) unmittelbar mit den die viskose masse führenden Kanal oder Rohr (6) verbunden ist, daß in der Bohrung (22) eine dünne abdichtende Ifletallscheibe (32) angeordnet ist,deren genau plangeschliffene Rückseite auf einer plangeschliffenen Vorderseite eines piezoelektrischen Wandlers (23) gleitend aufliegt, daß die Picke der Bletallscheibe (32) und/oder diejenige des piezoelektrischen UJ an dl er s (23) auf eine halbe UIeI-

A lenlänge (—^ ) bzw. ein Vielfaches davon abgestimmt ist

und daß die Rückseite des piezoelektrischen Wandlers (23) auf einem Auflagenetz (24) z.B. aus dünnem Drahtgewebe abgestützt ist, das seinerseits auf einem hochwarmfasten elektrisch isolierenden Werkstoffkörper (25) z.B. aus Keramik liegt, der im Gehäuse (19) festgehalten ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6-8, dadurch

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gekennzeichnet , daß das Meßgerät (8) ein den Sender (17:)bzu». Empfänger (18) aufnehmendes, quer zur Beuregungsbahn der viskosen Iflasse gerichtetes druckfestes Gehäuse (19) aufweist, das überReine axiale Bohrung (22) unmittelbar mit dem die viskose Iflasse führenden Kanal oder Rohr (6) verbunden ist, daß das der viskosen Riasse zugewandte Ende (20) des Gehäuses (19) von einer Metallfolie

■ ■■■ ■ .....-..■■.

(34) abgedeckt ist, die auf dieses Gehäuseende (20) stumpf aufgelötet ist, daß unmittelbar hinter der Stahlfolie (34) an dieser anliegend ein piezoelektrischer Wandler (23) angeordnet ist und daß die Rückseite des piezoelektrischen Wandlers (23) auf einem Auflagenetz (24), z.B. aus dünnem Drahtgewebe abgestützt ist, das seinerseits auf einem hochujärmef esten, elektrisch isolierenden Werkstoff körper (25) z.B. aus Keramik liegt, der im Gehäuse (19) fest gehalten ist. ' .

12.Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9-11, da d u> r c h g e k en η zeichnet ,daß der hochwarmfeste, elek-

als trisch isolierende Werkstoff körper (25)Vßeramikscheibe ( 25:) ausgebildet ist und gegen einen in die Bohrung (22) einschraubbaren Stahlklotz (26) abgestützt ist.

..-■_■ 13. l/orrichtung nach Anspruch 12, d a du r c h g e k e η η ζ e i c h η e t , daß die Keramikscheibe (25) und

gegebenenfalls der Stahlklotz (26) durchbohrt sind und daß durch diese Bohrungen (26 ,25^J) der Zuleitungsdraht(28) zum Auflagenetz (24) geführt ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6-8, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßgerät (8) ein den Sender (17) bzw. Empfänger (18) aufnehmendes, quer zur Beujegungsbahn der uiskosen Masse gerichtetes druckfestes Gehäuse (19) aufweist, das über eine axiale Bohrung (22) unmittelbar mit dem die viskase Masse führenden Kanal oder Rohr/üerbunden ist, daß in dem Gehäuse (19) ein dieses ausfüllender Klotz (36) aus gut wärmeisolierendem, jedoch gut schalleitendem Werkstoff, z.B. aus hochgebrannter Keramik, Quarzglas oder dergleichen angeordnet ist, dessen Vorderseite (41) zugleich einen Teil der Wandung und des Kanals oder Rohres (6) bildet und der

(H rückseitig gegen einen Gehäusedeckel (40) abgestützt ist

und auf einem Teil seiner Rückseite einen piezoelektrischen Wandler (23) trägt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (19) des Meßgerätes (8) einen Kühlmantel (37) aufweist, der mit Zu-und Abführstutzen (38,39) für ein Kühlmittel v/ersehen ist.

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16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8-15$ d a du r c H g e k en η ζ e ich η e t, daß die Reflexionsflache (31 ) aus der plangeschliffenen Vorderseite eines iKletallkörpers (30) besteht, der in ein Gehäuse (19) für einen Empfänger (18) gegenüber dem eigentlichen Sender (17)

eingesetzt ist.

Für Dr.-phil. Reimar Pohlman und Dr.-Ing. Gering IKlenges:

Dipl»-Ing; Ulolfgfing K. Rauh PATENTANWALT

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