Extrusion 6-2023

38 Kautschukextrusion – Aus der Forschung Extrusion 6/2023 B ei der Kautschukextrusion besteht ein Zielkonflikt zwischen Durchsatzsteigerung und Produktqualität. Mit steigendem Durchsatz steigt die Wahrscheinlichkeit, dass Druckpulsationen auftreten. Mögliche Ursachen sind Fütterstörungen, die sich von der Einzugszone ausgehend bis zum Werkzeugaustritt fortset- zen. Die Extrudatqualität wird teils erheblich beeinträchtigt, da durch die Fütterstörungen Druckschwankungen und somit Schwankungen im Schmelzeaustrag entstehen, die in Maß- schwankungen resultieren. Druckpulsationen entstehen zum Beispiel durch Chargenschwankungen (beispielsweise inhomo- Regelung der Fütterung eines kaltgefütterten Kautschukextruders durch Messung des Knets im Einzug In der Kautschukextrusion erfolgt die Fütterung des Extruders in den meisten Fällen durch Kautschuk- streifen. Zur Stabilisierung des Einzugsverhaltens bei Abwei- chungen in der Streifen- fütterung eines kaltgefütter- ten Kautschukextruders, wird mittels Lasermessung des Knets in der Einzugszone die Geschwindigkeit der Speise- walze geregelt, um genann- ten Fütterstörungen auszu- gleichen. Dies basiert auf einer Pufferwirkung des Knets in der Einzugszone. Über eine Anpassung der Speisewalzendrehzahl ist es möglich, das Knet- volumen direkt zu beeinflussen und so kurzzeitige Schwankungen zu kompensieren, die sich sonst in Abweichungen in der Extrudatgeometrie äußern Bild 1: Verlauf von Druck und Antriebsdaten bei Überfütterung des 40-mm-Extruders gene Viskosität) und Schwankungen beim Füllen der Schnecke in der Einzugszone [RS13]. So kann die Einzugszone leerlaufen oder sich ein Knet bilden [Cla83, MLD86]. Der Materialeinfluss wird mit einer verbesserten Mischtechnik und der Auswahl ge- eigneter Rohstoffe verringert. Im Extruder lässt er sich kompen- sieren, indem die Betriebsparameter beim Übergang von einer zur anderen Materialcharge in geeigneter Weise angepasst wer- den [Lim85]. Bezüglich der Produktqualität ist die Einzugszone eines Kautschukextruders von besonderer Bedeutung, weil sich die Auswirkungen der Förderschwankungen bis ins Werkzeug und somit in das Produkt fortpflan- zen. Das gezielte Optimieren des Ein- zugsprozesses scheitert in der Praxis jedoch vielfach daran, dass der Pro- zess komplex ist, weshalb Störungen der Fütterung nur schwer bestimmten Bild 2: Verlauf von Druck und Antriebsdaten bei Unterfütterung des 40-mm-Extruders würden. Mit der Messung der Knethöhe kann dieser durch die Regelung der Geschwindigkeit der Speisewalze auf einem mittleren Niveau gehalten werden, sodass sowohl Über- als auch Unterfütterung ausgeglichen werden können. Druckdaten Überfütterung Antriebsdaten Überfütterung Störungs- einbringung Störungs- einbringung 140 120 100 80 60 40 20 0 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Druck [bar] Antrieb [n, Nm] 0 60 120 180 240 300 360 420 0 60 120 180 240 300 360 420 Zeit [s] p Werkzeug p Einzug p Mitte n Schnecke n Walze M Schnecke M Walze Zeit [s] Druckdaten Überfütterung Antriebsdaten Überfütterung Störungs- einbringung Störungs- einbringung 140 120 100 80 60 40 20 0 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Druck [bar] Antrieb [n, Nm] 0 60 120 180 240 300 360 420 0 60 120 180 240 300 360 420 Zeit [s] p W p E p M M Schnecke n Schnecke n Walze M Walze Zeit [s]