用于确定管状股线的温度的设备和方法与流程

1.本发明涉及一种用于确定从挤出装置输送的管状股线的温度的设备和方法。


背景技术：

2.在挤出装置中例如挤出塑料管。所述塑料管在从挤出装置排出之后通常经过具有例如金属校准套筒的校准装置，塑料管被压靠、例如抽吸到所述金属校准套筒的内表面上，以便因此预定外部几何形状。通常在校准装置之后，塑料管又经过一个或多个冷却段，在这些冷却段中将冷却液、如冷却水喷射到管的外侧上以冷却所述管。
3.用于制造管状股线的挤出工艺的基本目标是实现最小流挂(sagging)(即所制成的股线在其周向上的最小壁厚偏差)、最小能量输入以及挤出股线的最大输送速度。对于优化这些参数重要的是对生产过程的精确了解。例如由wo 2016/139155 a1已知对管状股线的不同几何参数、如壁厚的测量。在此将10ghz至3thz范围内的太赫兹辐射发射到要测量的股线上并且在股线的边界面上反射的太赫兹辐射又被接收。例如根据运行时间测量能够可靠地确定距边界面的距离并由此可靠地确定几何参数、如直径和壁厚。除了按照这种方式要测量的几何参数外，管状股线的温度也是重要的工艺参数。为了非接触地测量表面温度而已知热释电传感器(pir传感器)。例如在wo 2019/166420 a1中提出，借助紧接在挤出装置之后被引导到管状股线内部的测量装置来测量管状股线内周上的温度。然而将传感器引入到管状股线内部并不容易。此外，这基本上仅能紧接在挤出装置之后进行。


技术实现要素：

4.从所阐述的现有技术出发，本发明的目的在于：提供一种设备和一种方法，借助所述设备和方法能够获得尤其是关于管状股线的温度的更精确的信息，以优化生产过程。尤其是本发明的目的还在于：改进在计算测量点处的管状股线直径和/或壁厚以及在冷却所述管状股线之后所述管状股线的长度、壁厚和直径时的测量精度。
5.本发明通过独立权利要求1和17来实现所述目的。有利的设计方案存在于从属权利要求、说明书和附图中。
6.对于开头所述类型的设备，本发明通过如下方式实现所述目的：设有第一温度传感器，所述第一温度传感器用于测量在管状股线的第一位置上的管状股线外侧的第一温度，并且设有分析装置，所述分析装置构成用于将所述第一温度与在管状股线的第二位置上的所述管状股线外侧的第二温度进行比较，所述第二位置沿管状股线的输送方向与第一位置间隔开，并且由第一温度与第二温度的比较来确定在管状股线的一个位置上的在管状股线之内和/或在管状股线内侧上的温度。
7.对于开头所述类型的方法，本发明通过如下方式实现所述目的：测量在管状股线的第一位置上的管状股线外侧的第一温度，将所述第一温度与在管状股线的第二位置上的管状股线外侧的第二温度进行比较，所述第二位置沿管状股线的输送方向与所述第一位置间隔开，并且由第一温度与第二温度的比较来确定在管状股线的一个位置上的在管状股线
之内和/或在管状股线内侧上的温度。
8.根据本发明的设备可以包括挤出装置和/或用于输送管状股线的输送装置。根据本发明的设备也可以包括管状股线。所述管状股线例如可以是塑料管。但是所述管状股线例如也可以是玻璃纤维管或其它股线。根据本发明的设备可以包括一个或多个冷却段，管状股线在挤出之后经过所述冷却段，并且在所述冷却段中例如将冷却液喷射到股线的外侧上以用于冷却。此外，根据本发明的设备可以包括校准装置，所述校准装置例如包括例如由金属制成的校准套筒，管状股线在离开挤出装置之后被压靠、例如被抽吸到所述校准套筒的内侧上。可能的冷却段尤其是可以位于所述校准装置下游。
9.根据本发明，借助第一温度传感器测量在管状股线的第一位置上的管状股线外侧的第一温度。将所测量的第一温度与在管状股线的第二位置上的管状股线外侧的第二温度进行比较，所述第二位置在管状股线的输送方向上与所述第一位置间隔开。第一位置和第二位置是沿股线的输送方向的位置。这些位置在股线的纵向方向上彼此间隔开。第二位置沿股线的输送方向例如可以设置在所述第一位置上游。但是所述第二位置也可以沿输送方向设置在所述第一位置下游。尤其是可以同时测量或确定在第一位置和第二位置上的温度。但是这不是强制性的。而是也可以在不同时刻例如这样测量或确定所述第一温度和第二温度，使得在考虑股线输送速度的情况下测量同一股线区域。
10.第二温度可以被测量或以其它方式假设或确定为已知的。在校准装置的出口处，例如可以将校准套管(股线被压靠到所述校准套管上以限定股线的外部几何形状)的温度假设为股线在该位置上的外部温度。在挤出后，股线冷却。所述冷却通常通过由股线所经过的一个或多个冷却段来加强或控制。所述冷却段通常作用到股线的外侧上并且将强制冷却引入到材料中。由此，股线在其外侧上、尤其是在经过冷却段后不久目前具有比在其没有直接受到冷却影响的内部、尤其是其内侧更低的温度。在结束外部冷却之后、即在离开冷却段和强制冷却结束之后，存在于股线内部的较高温度又向外扩散。由此，股线的外部温度在冷却后目前又升高。从该温度升高的水平可以推断出股线在其内部中、尤其是在其内侧上的温度。为了确定在管状股线之内和/或在管状股线内侧上的温度，已知除了所比较的第一温度与第二温度的位置外，尤其是股线的输送速度、股线材料的热导率和热容量以及管状股线的壁厚也用于计算。基于这些参数，由温度比较可以推断出在股线外侧与股线内侧之间的温度差和因此推断出在股线内侧上和在内部中的温度。管状股线向环境的可能的能量释放在此可以忽略。按照这种方式，即使在股线内部不设置传感器的情况下和因此即使距挤出装置较远的下游，借助对股线外侧的可简单且灵活实现的温度测量也能够可靠地求取股线的内部温度。由此又可以获得关于生产过程的有价值的信息并且将其用作过程的控制或调节参量。因此，更好地实现对最小流挂、最小能量输入和管的最大输送速度的开头提到的参数的优化。在了解膨胀系数的情况下，还能够更精确地确定管状股线在其冷却后的要预期的尺寸。随着对在管状股线的壁厚中的温度的了解，在分析壁厚和直径值时也可以考虑所述管状股线的与温度有关的太赫兹辐射衰减和折射率变化。
11.确定在管状股线之内和/或在管状股线内侧上的温度所在的位置可以是沿管状股线的输送方向与第一位置和第二位置间隔开的第三位置。然而如果确定在管状股线之内和/或在管状股线内侧上的温度所在的位置与第一位置相同或与第二位置相同，则对于计算分析能够更加简单。所述位置例如可以与第一位置和第二位置中沿股线的输送方向更靠
近挤出装置设置的位置相同。
12.根据一种设计方案，同样可以测量第二温度。为此可以设置第二温度传感器。通过同样进行的对第二温度的测量，能够特别可靠地确定内部温度。
13.根据一种另外的设计方案，所述第一温度传感器同样构成用于测量第二温度。于是以特别有利的方式仅需要一个温度传感器。仅使用一个温度传感器在测量可靠性方面也是有利的，因为不会由于各温度传感器的不同特性或变化而导致测量结果的失真。
14.至少所述第一温度传感器可以是非接触式温度传感器、尤其是热释电传感器(pir传感器)。如果还设有第二温度传感器，则所述第二温度传感器也可以是非接触式温度传感器、尤其是热释电传感器。即使在测量对象非常热的情况下，这种传感器也提供简单且可靠的非接触的测量。此外，利用这种传感器技术，仅利用一个温度传感器就能够以简单的方式测量不同位置上的温度，所述温度传感器于是例如以不同角度检测股线外表面的热辐射。于是特别有利的是，所述温度传感器以相同的角度、即对称地记录股线表面的热辐射。由此避免由于检测角度不同而导致的测量结果的失真。
15.根据一种另外的设计方案，至少所述第一温度传感器可以这样设置，使得在管状股线经过设置在挤出装置下游的冷却段之后测量所述第一温度。如果也存在第二温度传感器，则可以这样设置所述第二温度传感器，使得也在管状股线经过设置在挤出装置下游的冷却段之后测量第二温度。如所阐述的那样，在冷却段中通过冷却液、例如冷却水喷射股线外侧以用于冷却。尤其是可以这样设置第一温度传感器和必要时第二温度传感器，使得在管状股线经过设置在挤出装置下游的第一冷却段之后并且在管状股线经过设置在第一冷却段下游的第二冷却段之前测量第一温度或第二温度。于是因此在两个冷却段之间进行测量。如开头所阐述的那样，根据本发明的测量方法允许特别是在股线外侧的(第一次)冷却完成后基于在冷却完成后进行的对股线外侧的再升温而可靠地确定股线的内部温度。
16.根据一种特别实用的设计方案，所述分析装置可以构成用于，借助尤其是迭代的有限元方法由第一温度与第二温度的比较来确定在管状股线之内和/或在管状股线内侧上的温度。这种对于本领域技术人员本身已知的有限元方法是如下数值计算方法，在该数值计算方法中要计算的主体、在此为管状股线被分成有限多个子区域。这些所谓的有限元的物理特性可以基于所述有限元的规则简单的几何形状借助已知的试探函数(ansatzfunktion)良好地计算。按照这种方式能够良好地模拟整个主体的物理特性、在此为管状股线的较高的内部温度向外侧的扩散。在与管状股线直径相比较小的壁厚中，可以以良好的近似假设在管状股线内侧和外侧之间的线性温度曲线。这便利于对内部温度的计算确定。作为用于计算内部温度的迭代计算方法，例如可以在第一步骤中假设一个内部温度并且借助有限元方法计算该内部温度是否适配于所测量的外部温度。如果情况并非如此，则改变所假设的内部温度并且重新进行计算检验。按照这种方式，可以迭代地确定实际的内部温度。
17.根据一种另外的设计方案可以规定，所述第一温度传感器测量在第一位置上的分布在管状股线周向上的多个点上的第一温度，并且所述分析装置构成用于将分布在管状股线周向上的多个点上所测量的温度与在第二位置上的分布在管状股线周向上的多个点上的第二温度进行比较，并且由所述比较来确定在管状股线的所述位置上的分布在管状股线周向上的多个点上的在管状股线之内和/或在管状股线内侧上的温度。也可以在第二位置
上的分布在管状股线的周向上的多个点上测量第二温度，这通过第一温度传感器或必要时设置的第二温度传感器进行。通过测量和确定在周向上的温度，可以获得关于生产过程的另外的重要信息、尤其是在周向上的非均匀的温度分布，所述温度分布一方面提供对管状股线的流挂程度的说明并且另一方面表明在管的周向的离散区域内的冷却不足。
18.此外可以规定，至少所述第一温度传感器至少区段式地在管状股线的周向上旋转或可旋转。如果还设有第二温度传感器，则所述第二温度传感器也至少区段式地在管状股线的周向上旋转或可旋转。但是例如也可设想，一个温度传感器构成为可旋转的而另一个温度传感器构成为固定的。当然可以在整个周向上存在或进行第一和/或第二温度传感器的可旋转性或旋转。第一和/或第二温度可以在周向上的离散点上测量或在周向上基本上连续地测量。正是通过确定在管状股线周向上的温度还能够更好地优化开头提到的因素：最小流挂(即上壁区段与下壁区段之间的非期望的最小壁厚偏差)、最小能量输入和股线的最大输送速度。
19.根据一种另外的设计方案，所述分析装置可以构成用于在管状股线的确定在管状股线之内和/或在管状股线内侧上的温度所在的位置上，确定在管状股线之内的多个点上的管状股线温度。因此可以确定沿径向的股线方向的温度曲线，由此可以获得关于生产过程的另外的重要信息。确定在管状股线内部中的温度在此可以以特别实用的方式如所阐述的那样通过有限元方法进行数值计算，因为在这种方法中管状股线本来例如在径向方向上被分成多个子区域。于是对于各个子区域可以确定温度，并且因此确定管状股线的径向温度曲线。
20.根据一种另外的设计方案可以设置直径和/或壁厚测量装置，所述直径和/或壁厚测量装置在管状股线的第一位置和/或第二位置上测量所述管状股线的直径和/或壁厚。于是，所述分析装置可以构成用于在确定在管状股线之内和/或在管状股线内侧上的温度时考虑所测量的直径和/或所测量的壁厚。所述分析装置也可以构成用于在确定所述直径和/或壁厚时考虑在管状股线之内和/或在管状股线内侧上的温度并且必要时考虑在第一位置和/或第二位置上的管状股线外侧的温度。因此，所述股线材料的温度是用于确定股线几何参数的重要值。股线材料的折射率例如与温度有关。同时，在例如借助太赫兹辐射测量装置确定股线壁厚时，折射率是重要参数。根据一种特别实用的设计方案，所述直径和/或壁厚测量装置可以包括太赫兹辐射测量装置。如开头所阐述的那样，直径和壁厚是生产过程的重要参数。此外，对直径或壁厚的精确了解能够对于精确确定管状股线之内或内侧上的温度是重要的，因为直径和尤其是壁厚影响股线的较高的内部温度向外侧扩散的程度。虽然原则上直径和/或壁厚作为用于计算的参数可以假设为已知的。然而因为测量实际直径或实际壁厚并且因此考虑与预期直径或预期壁厚的可能偏差，所以利用上述设计方案提高温度确定的精度。例如可以作为从在股线的分界面、尤其是股线外侧和内侧上反射的太赫兹辐射的运行时间测量来进行所述直径和/或壁厚测量。为此，所述太赫兹辐射测量装置例如可以包括太赫兹收发器，所述太赫兹收发器因此包括太赫兹发射器和太赫兹接收器。所述太赫兹辐射测量装置可以围绕股线旋转，从而可以在分布在股线周向上的多个点上确定直径或壁厚。第一和/或第二温度传感器可以以特别简单的方式集成到太赫兹辐射测量装置中。于是，所述温度传感器必要时可以与太赫兹辐射测量装置一起旋转。因此，可以特别简单的方式确保在股线周向上的同一点上测量直径或壁厚和温度。直径和/或壁厚测量装置
例如可以如在wo 2016/139155a1中所阐述的那样设计。
21.根据一种另外的设计方案，所述分析装置此外可以构成用于基于所述管状股线的材料的与温度有关的膨胀系数来求取从所述管状股线的确定在管状股线之内和/或在管状股线内侧上的温度所在的位置出发直至达到所述管状股线的最终形状的管状股线预期收缩。股线材料在其冷却期间收缩直至达到例如当股线达到室温时的最终形状。如果已知股线材料的与温度有关的膨胀系数，则根据前述实施方式因此可以借助根据本发明所求取的在管状股线之内和/或在管状股线内侧上的股线温度并且必要时也考虑在外侧上所测量的温度来确定直至达到股线最终形状的要预期的收缩。这又可以以有利的方式用于预测股线在达到其最终形状后的确定的几何参数。因此，根据一种另外的设计方案，所述分析装置还可以构成用于在考虑管状股线的在所述管状股线的第一位置和/或第二位置上所测量的直径和/或壁厚的情况下并且在考虑所求取的预期收缩的情况下求取管状股线在达到其最终形状后的直径和/或壁厚。
22.根据一种另外的设计方案，所述分析装置可以构成用于根据所确定的温度来确定管状股线的材料的折射率。众所周知，折射率与温度有关。这意味着，由温度测量可以推断出股线材料在确定温度的位置或点上的折射率。这例如可以在将折射率用作参数的壁厚测量的情况下被考虑。由此能更精确地测量壁厚。例如可以在分布在股线的壁厚上的多个点上确定折射率。因此可求取折射率分布。也可以在分布在股线周向上的多个点上求取折射率并且也可以由此求取折射率分布。由所述折射率分布可以获得生产过程的另外的有价值的信息、例如材料的组成及其在生产过程上的稳定性。此外，可以确定太赫兹辐射的与温度有关的吸收并且相反通过测量平均管温度可以得出对要预期的吸收的预测。如果管由存在吸收强烈与温度有关地增加的材料制成，则通过测量和限制材料温度能够确保可以生成可靠的壁厚和直径测量值。随着对材料的与温度有关的膨胀系数的了解，也可以推导出在材料室温较高的情况下从测量点直至其最终冷却要预期的收缩程度。
23.根据一种另外的设计方案，所述设备还可以包括控制和/或调节装置，所述控制和/或调节装置基于所确定的在管状股线之内和/或在管状股线内侧上的温度来控制和/或调节挤出装置。按照这种方式，基于根据本发明获得的与生产过程有关的信息能实现对过程、尤其是挤出装置的过程的改进的控制或调节。
24.根据本发明的设备可以构成用于实施根据本发明的方法。根据本发明的方法可以相应地借助根据本发明的设备实施。
附图说明
25.下面借助附图更详细地阐述本发明的实施例。唯一的附图以侧视图示意性地示出根据本发明的设备。
具体实施方式
26.在图中示出的设备包括具有输送装置的挤出装置10。从挤出装置10排出的管状股线12(当前是塑料管12)沿其纵向轴线在输送方向14上被输送。在此，所述股线12经过第一冷却段16和第二冷却段18，在所述冷却段中分别将冷却液喷射到股线12的外侧上以用于冷却。在挤出装置10与第一冷却段16之间可以设置具有例如金属校准套筒的校准装置(未示
出)，使股线12压靠、例如抽吸到所述校准套筒的内壁上，以进行外部成型。在第一冷却段16与第二冷却段18之间的区域中，可以从外部接近股线12。在该区域中设有以虚线示出的直径和/或壁厚测量装置20，所述直径和/或壁厚测量装置包括太赫兹收发器22，所述太赫兹收发器向管状股线12发射太赫兹辐射，如在图中的箭头24所示出的那样。太赫兹辐射穿透管状股线12并且在股线12的边界面上、尤其是在股线的外侧和内侧上被反射。所反射的太赫兹辐射又被太赫兹收发器22接收。测量装置20通过数据连接26与分析装置28连接。所述分析装置28根据所反射的太赫兹辐射至少确定股线12的面向太赫兹收发器22的壁的壁厚并且必要时也确定股线12的与太赫兹收发器22相对置的壁的壁厚，亦或所述股线的直径。
27.所述测量装置20还包括第一温度传感器30、在当前示例中为热释电温度传感器30。所述第一温度传感器30沿通过箭头32和34示出的方向测量由股线12发出的热辐射和因此在沿股线12的纵向方向的第一位置36上的股线12外侧的第一温度以及在沿股线12的纵向方向的第二位置38上的股线12外侧的第二温度。如在图中可看出的那样，第一温度传感器30沿着相对于股线表面对称地成等角的方向32和34测量第一温度和第二温度。同样将第一温度和第二温度的测量值通过连接26提供给分析装置28。所述分析装置28由所测量的第一温度与第二温度的比较并且在考虑股线12的输送速度、股线材料的热容量和导热率以及股线12的所测量的壁厚和直径的情况下来计算例如在股线12的第二位置38上在股线12之内和/或在股线12内侧上的温度。如所阐述的那样，该计算可以基于迭代有限元方法进行。
28.例如可以确定在例如管状股线12的面向温度传感器30的壁区段上的径向温度曲线。此外，收发器22和温度传感器30可以围绕股线12的纵向轴线旋转，从而在第一位置或第二位置上在分布在股线12周向上的多个点上不仅可以进行壁厚测量而且可以进行第一温度和第二温度的测量。按照这种方式，也可以计算在股线12周向上在股线12内部或其内侧上的温度曲线。
29.基于在股线12内部或其内侧上的所求取的温度值，可以更精确地确定股线材料的折射率、吸收和收缩，众所周知所述折射率、吸收和收缩与温度有关。随着更好地了解所提到的特性，能够生成明显更精确的壁厚值和直径值，不仅对于测量点上的热值，而且在其冷却、例如冷却到室温后进行预测。
30.在示出的示例中，由分析装置28求取的壁厚值和温度值通过数据连接40提供给所述设备的控制和/或调节装置42。所述控制和/或调节装置42可以在此基础上通过另外的数据连接44对挤出装置10和例如所述挤出装置所包括的用于股线12的输送装置进行控制和/或调节。
31.附图标记列表
32.10
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挤出装置
33.12
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管状股线
34.14
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输送装置
35.16
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第一冷却段
36.18
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第二冷却段
37.20
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直径和/或壁厚测量装置
38.22
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太赫兹收发器
39.24
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太赫兹辐射
40.26
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数据连接
41.28
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分析装置
42.30
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温度传感器
43.32
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温度测量方向
44.34
ꢀꢀꢀꢀ
温度测量方向
45.36
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第一位置
46.38
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第二位置
47.40
ꢀꢀꢀꢀ
数据连接
48.42
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控制和/或调节装置
49.44
ꢀꢀꢀꢀ
数据连接。