Aktuální vydání

celé číslo

12

2021

Automatizace v chemickém a petrochemickém průmyslu

Průtokoměry a regulační ventily

celé číslo

Senzor k přímému sledování kvality při zpracování plastů

číslo 4/2006

Senzor k přímému sledování kvality při zpracování plastů

Při zpracování surového granulátu, aktivátorů a jiných komponent nastává v lisovací formě reakce plastového granulátu, během níž materiál přijímá, popř. odevzdává určité množství tepla (1. a 2. věta termodynamiky). Kvalitu lisovaných plastových dílů, která je značně ovlivněna homogenitou zpracovávané směsi, složením surového granulátu, teplotou okolí, lisovacím tlakem, vlhkostí granulátu, znečišťujícími příměsmi atd., lze objektivně posoudit právě podle množství tepla vznikajícího (popř. spotřebovaného) při operaci lisování. Jedním ze standardních opatření, jejichž cílem je zajistit potřebnou kvalitu výlisků z plastů a současně průkaz dodržení správného výrobního postupu, by proto mělo být trvalé měření tepelného toku a množství tepla provázejícího lisování.

Teoreticky je vše jasné, v praxi však dosud nebyla k dispozici žádná metoda, která by umožňovala kvalitu výrobního procesu při lisování plastů na uvedeném základě snadno měřit a přímo (on-line) vyhodnocovat. Všechny dosud používané měřicí metody vlastně měří jenom účinky tepelného toku, např. teplotu, tok infračerveného záření, chemické změny materiálu nebo tlak ve formě. Protože z hlediska posuzování kvality výrobků tyto metody často nemají dostatečnou vypovídací schopnost, musí se na hotových dílech ještě vykonávat dodatečné materiálové a laboratorní zkoušky a měření.

Obr. 1.

Obr. 1. Příklad průběhu tepelného toku a parametru MSI během lisovacího cyklu

Převratnou změnu do této oblasti přináší nový senzor s označením HDFS (Heat-Deviated-Flow-Sensor) od švýcarské firmy Thermflux Technology S. A., který umožňuje při lisování plastů přímo měřit hustotu tepelného toku (ve wattech na čtverečný metr) při exotermických i endotermických dějích v lisovacích formách. Výstupní signál ze senzoru upravuje a vyhodnocuje návazná inteligentní elektronika. Mnoha zkouškami bylo potvrzeno, že díky velmi krátké době odezvy senzoru v trvání několika milisekund naměřený údaj velmi přesně odpovídá skutečně vznikajícímu množství tepla. Současně se ve vyhodnocovací jednotce počítá tzv. volná konvekce tepla, a to podle první derivace tepelného toku (s matematickou korekcí vlivu nástroje). Protože tato termodynamická veličina s rozměrem J·s–2·m–2 má pro každý zpracovávaný materiál určitý charakteristický průběh, nazývá se indikátor stavu materiálu (Material State Indicator – MSI). Průběh MSI (obr. 1) přesně popisuje reakční vlastnosti zpracovávaného materiálu. Lze ho jednoznačně interpretovat a přiřadit k určitým kvalitativním parametrům vylisovaných dílů. Jakmile se změní jediná vlastnost zpracovávaného materiálu nebo provozní podmínky při lisování, změní se i průběh MSI. Lze tedy ještě během lisování zjistit, jak se materiál v lisovacím nástroji chová a zda výrobek bude mít požadovanou kvalitu. Zcela jednoznačně lze podle průběhu MSI v čase např. stanovit rozdíly mezi výchozími materiály, a to dokonce i tak jemné, jako jsou rozdíly mezi dvěma jmenovitě stejnými surovými materiály, ale z různých výrobních dávek.

Nový senzor dokáže odpovědět i na otázku, kdy je plast v lisovací formě správně vytvrzen. Jakmile se totiž přestane hodnota MSI měnit, je reakce ve formě ukončena. V tento okamžik, který nelze stanovit žádným jiným způsobem než s použitím senzoru HDFS a sledováním MSI, lze lisovací formu otevřít a hotový díl vyjmout. Při řízení výrobních strojů s použitím senzoru HDFS je tak možné účinně optimalizovat časové využití stroje při výrazném poklesu výrobních nákladů i počtu zmetků. Předností senzoru HDFS je také kompaktní provedení, připomínající zapalovací svíčku spalovacích motorů, které umožňuje jeho jednoduchou a rychlou montáž i snadnou dodatečnou vestavbu bez narušení lisovací formy. Flexibilní software vyhodnocovací elektroniky lze snadno přizpůsobit podmínkám vyskytujícím se při různých zpracovatelských procesech.

Uvedený senzor hustoty tepelného toku HDFS je podle odborníků nejprogresivnější novinkou v průmyslu zpracování plastů poslední doby. Na veletrhu Sensor 2003 obdržel od odborného svazu pro senzoriku AMA zvláštní cenu za inovaci. Bližší informace lze nalézt na http://www.thermoflux.ch
[Firemní informace Thermoflux Technology S. A.]

Kab.