DE4129979A1 - Sensor zur messung von temperaturprofilen im duesenbereich von plastifizieraggregaten und in extrusionswerkzeugen und verfahren zur optimierung der maschineneinstellung - Google Patents

Sensor zur messung von temperaturprofilen im duesenbereich von plastifizieraggregaten und in extrusionswerkzeugen und verfahren zur optimierung der maschineneinstellung

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Description

Die Erfindung betrifft einen Sensor nach Anspruch 1-14 und ein Verfahren zur Optimierung der Maschineneinstellung von Kunststoffverarbeitungsmaschinen nach den Ansprüchen 5 und 6.
Der im Hauptanspruch näher beschriebene Sensor erlaubt auch wesentlich genauere Temperaturmessungen im Bereich hinter der Schneckenspitze von Plastifizieraggregaten und im Be­ reich von Extrusionswerkzeugen, insbesondere eine genauere zeitliche Erfassung der Temperatur wegen der geringen An­ sprechzeiten und eine hohe Ortsauflösung und Anzahl von Meßpunkten wegen der geringen Größe der einzelnen Meßstel­ len.
Es ist bekannt, daß eine möglichst homogene Temperaturver­ teilung der Schmelze bei der Kunststoffverarbeitung anzu­ streben ist. Weiterhin ist bekannt, daß vor der Schnecken­ spitze radiale und axiale Temperaturprofile auftreten (1, 2).
Auch im Extrusionswerkzeug wirken sich Temperaturun­ terschiede zwischen Werkzeugwand und Schmelze auf die Qualität der Erzeugnisse aus (3).
Die bislang zur Verfügung stehenden Sensoren erlauben die Messung von radialen Temperaturprofilen. Bei der Messung macht man aber, da die üblichen Sensoren massive Stahlteile sind, einen Wärmeableitfehler.
Die Sensoren, die für Spritzgießmaschinendüsen zur Verfü­ gung stehen, reduzieren den üblichen freien Strömungsquer­ schnitt im Düsenbereich stark, sind daher verschleißgefähr­ det und führen zu erhöhter dissipativer Erwärmung, Druck­ verlust und benötigter Maschinenleistung. Abhilfe schafft eine Erweiterung des Strömungskanals. Dadurch wird aber das Massepolster vergrößert, was insbesondere bei kleinen Schußgewichten zu einer größeren Verweilzeit auf Verarbei­ tungstemperaturniveau führt und damit die Schmelzequalität mindert.
Zur Beurteilung der Schmelzehomogenität reicht das örtliche und zeitliche Auflösungsvermögen dieser Sensoren nicht aus (2). Die übliche Vorgehensweise zur Beurteilung der thermi­ schen und mechanischen Homogenität ist die Anfertigung von Dünnschnitten der erstarrten Schmelze und Betrachtung im Mikroskop (2), was sehr aufwendig ist.
Bei der Einstellung der Werkzeugtemperatur ist aufgrund des fehlenden Wissens über das reale Temperaturprofil im Werk­ zeug die Einstellung der bestmöglichen Solltemperaturen oft problematisch. Nicht zuletzt deshalb sind daher die im Hauptanspruch erwähnten Simulationsprogramme von großer Bedeutung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Temperatur­ profil an den oben angesprochenen Orten mit sehr hoher örtlicher und zeitlicher Auflösung zu vermessen und hieraus Rückschlüsse auf eine bessere Maschineneinstellung und auf die Homogenität der Schmelze zu ziehen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnen­ den Merkmale nach Anspruch 1-7 gelöst.
Literatur
(1) Fritz, H. G.; Grünschloß, E.; Eyerer, P.
Das Schmelztemperaturprofil an der Schneckenspitze - Messung und Interpretation
Beitrag zum 11. Stuttgarter Kunststoffkolloquium, 1989
(2) Bürkle, E.
Verbesserte Kenntnis des Plastifiziersystems an Spritzgießmaschinen
Dissertation an RWTH Aachen, 1989
(3) Vlachopoulos, J.
Effect of die wall cooling or heating on extrudate swell
Polym. Eng. Sci 29, 1989, 5, S. 685-689
(4) Nehren, R.
Konstruktion einer Meßvorrichtung zur automatischen Erfassung des radialen Temperaturprofiles vor der Schneckenspitze
Studienarbeit am IKV, Aachen, 1991

Claims (7)

1. Sensor wie nach den Ansprüchen 1, 2, 5, 6, 7, 12, 13, des Hauptanspruches, dadurch gekennzeichnet, daß die Geometrie, d. h. die äußere Form des Sensors für den Einbau in verschiedene Spritzgießmaschinendüsen, den Bereich vor der Schnec­ kenspitze von Extrusionsanlagen und den Bereich in verschiedenen Extrusionswerkzeugen, z. B. dem Lippenbe­ reich eines Breitschlitzextrusionswerkzeuges, jeweils angepaßt wird.
2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das schlecht wärmeleitfähi­ ge Trägermaterial zur Aufnahme der Schub- und Druck­ kräfte in eine schmale Metallhalterung eingebracht wird. Die Bilder 1-3 zeigen hierzu ein Einbaubeispiel in eine Spritzgießmaschinendüse. Die Metallhalterung des Sensors (Bild 1) muß ebenso wie das Trägermaterial dem jeweiligen Anwendungsfall angepaßt werden. Der Sensor wird an Pos. 1 fixiert. Diese Halterung des Sensors muß in einem Düseneinsatz eingesetzt werden (Beispiel Bild 2). Nach der Montage von Halterung und Einsatz kann der Sensor dann in der in diesem Beispiel angesprochenen Spritzgießmaschinen­ düse (Bild 3, Pos. 1) eingebaut werden (Bild 3). Das Meßkabel wird wieder über einen Kabelkanal weggeführt (Bild 3, Pos. 2).
3. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Reduzierung der auf zunehmenden Schubspannungen der gesamte Sensor in Strö­ mungsrichtung sehr kurz ist (1-10 mm).
4. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor wegen der bes­ seren Biegesteifigkeit in beiden Seiten des Strömungs­ kanals (Bild 1) gelagert ist.
5. Verfahren zur Optimierung der Maschinen- bzw. Werkzeug­ temperatureinstellung, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe eines Sensors nach den Ansprüchen 1-4 das tat­ sächliche Temperaturprofil vermessen wird und ein mög­ lichst flaches, radiales Temperaturprofil im Düsen- und Werkzeugbereich angestrebt wird. Ergibt sich ein rela­ tives Maximum im Temperaturprofil hinter der Plastifi­ ziereinheit, so ist entweder die Wandtemperatur der Plastifiziereinheit zu erhöhen oder die zugeführte me­ chanische Energie (Drehzahl) zu verringern, was aber eine Durchsatzverminderung zur Folge hat. Bei Auftreten eines relativen Maximums im Bereich der Extrusionswerkzeuge muß ebenfalls die Werkzeugtempera­ tur erhöht werden, wobei insbesondere überprüft werden sollte, ob das Temperaturprofil nicht schon hinter der Plastifiziereinheit vorlag. Bei einem relativen Temperaturminimum ist entsprechend umgekehrt zu verfahren.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regelung, die das Ist- Temperaturprofil mit dementsprechenden, möglichst fla­ chen Soll-Temperaturprofil vergleicht, die entsprechen­ den Veränderungen der Maschineneinstellung automatisch vornimmt.
7. Verfahren und Sensor nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe der verbesserten Ortsauflösung der Temperaturmessung auch die thermische Homogenität der Schmelze (und damit auch näherungsweise die mechanische Homogenität) beurteilt werden kann.
DE4129979A 1991-09-10 1991-09-10 Sensor zur messung von temperaturprofilen im duesenbereich von plastifizieraggregaten und in extrusionswerkzeugen und verfahren zur optimierung der maschineneinstellung Withdrawn DE4129979A1 (de)

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