Wie Sie die Innentemperatur in extrudierten Rohren und Hohlstäben messen, auch während der Produktion

Bei der Extrusion ist die Temperaturverteilung im Inneren des Produktes ein sehr relevanter Wert, dessen Kenntnis zum Verständnis einer Vielzahl an Effekten oder Problemen beitragen kann. Die Innentemperatur eines extrudierten Produktes zu messen ist jedoch in den meisten Fällen schwierig, da es in einem kontinuierlichen Prozess wie der Extrusion (mit zum Teil sehr großen Linienlängen) oft sehr schwer oder unmöglich ist, Sensoren in das Innere des Produktes hineinzubringen ohne das Extrudat zu beschädigen (was wiederum auch die thermodynamische Situation verändert).

Im Rahmen verschiedener Troubleshooting-Projekte war die Temperaturverteilung an der Produktinnenwand der als wesentlich angenommene Parameter für unterschiedliche Produktionsprobleme (insbesondere Deformationen oder Rauigkeiten). Zum Nachweis des Zusammenhanges zwischen den Problemen und der Ursache wurde das oben gezeigte Sensorsystem (INVENT360) entwickelt.

Der Sensor ist ausgestattet mit einem 360°-Temperaturmesssystem zur Erfassung der Innenwandtemperatur sowie einem LIDAR-System (Light Detection and Ranging) zur exakten Positionsbestimmung. Außerdem verfügt der Sensor über einen Thermisolationsmantel sowie eine interne Temperaturüberwachung. Diese sorgt dafür, dass die komplexe Elektronik des Systems keinen Übertemperaturen ausgesetzt wird. Im Falle einer zu hohen Temperatur (z.B. durch zu lange Verweilzeiten im Produktinneren) fährt der Sensor automatisch aus dem Produkt heraus, so dass eine Beschädigung vermieden werden kann. Die vom System erfassten Sensorwerte werden kontinuierlich über eine integrierte WLAN-Schnittstelle an die dazugehörige App kommuniziert, so dass sämtliche Informationen jederzeit live zur Verfügung stehen. Zusätzlich werden die Daten auf eine interne Speicherkarte geschrieben. Bei schwierigen Kommunikationsbedingungen kann die Kommunikation sowie die Energieversorgung auch mit Hilfe einer Versorgungsleitung realisiert werden.

Als Fahrantrieb wurde ein Raupenantriebskonzept mit einer integrierten Selbstzentrierung entwickelt, da erste Prototypen des Systems (bombierte Laufräder) aufgrund der hohen Flächenpressung in die noch weiche Formmasse eingesunken waren. Der Raupenatrieb verteilt das Sensorgewicht auf eine große Auflagefläche und vermeidet aufgrund der Selbstzentrierung ein Kippen des Systems im Produktinneren.

Innentemperaturmessung bei laufender Produktion

Zur Messung wird der Sensor aktiviert und am Ende der Kühlstrecke in das zu messende Rohr (oder den Hohlstab) eingesetzt. Der LIDAR misst den Abstand des Sensors zum Extrusionskopf und gibt diesen als skalaren Wert aus. Nun kann der Sensor über eine Positionsvorgabe auf eine Sollposition im Inneren des Produktes gefahren werden. Ein interner Regelkreis sorgt dann dafür, dass der Sensor diese Sollposition automatisiert beibehält, indem der Fahrantrieb mit identischer Geschwindigkeit arbeitet, wie die Abzugsgeschwindigkeit des Produktes ist.

Hat der Sensor die Sollposition erreicht, kann die Temperaturmessung aktiviert werden. Ein integriertes Strahlungspyrometer misst dabei, umgelenkt über einen Umlenkspiegel, die Temperatur an der Innenseite des Produktes. Die Temperaturwerte werden dabei mit zugehöriger Winkelposition in eine Datenbank geschrieben und abgespeichert.

Die Auswertung der Daten erfolgt dann entweder live, oder nachträglich am PC.

Sensoren als „Fenster in den Prozess“

Ein Sensor oder eine Messung ist natürlich nie eine Lösung für ein Problem, dennoch helfen Sensoren dabei, die Ursachen für Probleme zu verstehen und Zusammenhänge zu erkennen die nicht offensichtlich sind. Im Falle der Innentemperaturmessung trifft dieser Sachverhalt sehr oft zu, da die Temperaturverteilung in extrudierten Produkten oft von vielen verschiedenen Faktoren beeinflusst wird, deren Auswirkungen oft gar nicht als so immens angenommen werden. So konnten durch den Einsatz des Systems bereits verschiedene Extrusionsfehler exakt messtechnisch nachgewiesen werden. Gleichzeitig war es durch derartige Messungen aber in anderen Fällen auch möglich, nachzuweisen dass die vermutete Problemursache keine korrekte Annahme war.

Typische Extrusionsprobleme durch Temperaturunterschiede

  • Verformungen
  • Sagging
  • Eigenspannungen
  • Rauhigkeiten
  • Kristallisationsgrad
  • Dichteverteilung
  • Oberflächen
  • Liste nicht vollständig

In unserem kostenlosen Downloadbereich können Sie sich weitere Informationen zur Innentemperaturmessung herunterladen sowie Messergebnisse.

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