Extrusion 6-2023

Normalisierung der Fütterung wieder einem zu ermittelnden Grenzwert angeglichen wird, der der geeigne- ten mittleren Materialbevorratung entspricht. Diese Angleichung kann durch die Variation der Geschwin- digkeit der Speisewalze erzeugt wer- den. Voraussetzung zur Realisierung einer entsprechenden Regel- strategie ist Wissen über die aktuelle Höhe des Knets in der Einzugszone. Dabei bieten sich mehrere techni- sche Lösungen an. So kann die Ein- zugsöffnung mit einer Kamera überwacht werden, die mittels Bild- auswertung die Höhe und Geome- trie des Knets erfasst und somit ein Volumen errechnet. Eine andere Möglichkeit besteht in der Erfassung der Knethöhe mittels Laser oder Ul- traschall an einem oder mehreren Punkten. Aufgrund einer einfachen Handhabbarkeit und nur sehr kleiner notwendiger Rechenoperationen, die auch im experimentellen Umfeld eine Echtzeitfähigkeit der Regelung ermöglichen, fällt die Wahl auf eine Punktmessung der Knethöhe mittels Lasertriangulation. Lasermessung des Knets in der Einzugszone Für den Laser zur Überwachung der Knethöhe wird aufgrund des geringen Abstands zum Knet ein Triangulationssystem aus- gewählt, das auf kurze Distanzen eine hohe Messgenauigkeit bietet. Der Laser wird über der Einzugszone angebracht. Dabei wurde auf eine feste und schwingungsfreie Montage geachtet, um die Messung nicht durch Schwingung des Sensors zu ver- fälschen. Der verwendete Lasersensor OD2000-2452T15 der Sick AG, Waldkirch, kann die Messwerte in Form eines 0-10 V- Signals weitergeben. Diese werden durch den am 19-mm-Ex- truder (Typ KE 19/10 DW, Brabender GmbH & Co. KG, Duisburg) verbauten Arduino-Microcontroller verarbeitet. Hiermit wird es möglich, die Höhe des Knets über der Schnecke aufzuzeichnen. Für beide Extruder werden vorangegangene Versuche im kon- stanten Betrieb und zur Nachstellung für Fütterstörungen wie- derholt und dabei die Knethöhe aufgezeichnet. Der Versuchsplan ist zur Überprüfung des Einflusses der Drehzahl- verhältnisse von Schnecke und Speisewalze für beide Extruder in Tabelle 1 dargestellt. Für diese Versuchsreihe wurde, um die Vergleichbarkeit der Schneckendesigns zu gewährleisten, für den 19-mm-Extruder entsprechend der Gestaltung der im 40-mm-Extruder einge- setzten Förderschnecke eine ebenso 10 D lange Schnecke an- gefertigt. In Bild 4 ist die Knethöhe neben anderen Messwerten bei den drei unterschiedlichen Geschwindigkeitsverhältnissen für den 19-mm-Extruder aufgetragen. Dabei wird deutlich, dass die Knethöhe durch die Drehzahl der Speisewalze beeinflusst werden kann. Der Knet ist für ein Ge- schwindigkeitsverhältnis von 1:0,67 (Speisewalze langsamer) unter 20 mm hoch. Dreht die Speisewalze schneller, also im Ver- hältnis 1:1 oder 1:1,5, stellt sich ein hö- herer Knet von über 20 bis 25 mm ein. Entsprechend ist für diesen Extruder mit einer im Verhältnis zur Schnecke großen Speisewalze und damit einer großen 40 Kautschukextrusion – Aus der Forschung Extrusion 6/2023 Bild 5: Messung der Knethöhe bei Störung der Fütterung des 19-mm-Extruders Bild 6: : Messung der Knethöhe bei Störung der Fütterung des 40-mm-Extruders Tabelle 1: Versuchsplan zur Ermittlung des Einflusses von Oberflächen- geschwindigkeitsverhältnissen auf die Knethöhe Extruder 19 mm 40 mm Extrusionswerkzeug 10 mm Lochblende 6 mm Lochblende Länge Extruder 10 D Schneckenkonfiguration Förderschnecke, Überschneidungen in Einzugszone Temperatur aller Komponenten [°C] 60 Schneckendrehzahl [U/min] 40 Verhältnis Umfanggeschwindigkeit 1:0,67 – 1:1 – 1:1,5 Schnecke: Speisewalze Fütterstreifengeometrie [mm 2 ] 20 x 2 20 x 5 Überfütterung Unterfütterung 70 60 50 40 30 20 10 0 [siehe Legende] 50 75 100 125 150 Zeit [s] Stom [A] Knethöhe [mm] Antriebsdrehrehmoment Schnecke [Nm] Druck [bar] Störung 70 60 50 40 30 20 10 0 [siehe Legende] 50 75 100 125 150 Zeit [s] Stom [A] Knethöhe [mm] Antriebsdrehrehmoment Schnecke [Nm] Druck [bar] Störung Überfütterung Unterfütterung 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 [siehe Legende] 100 150 200 Zeit [s] Antriebsdrehmoment Speisewalze [Nm] Antriebsdrehrehmoment Schnecke [Nm] Druck [bar] Knethöhe [mm] Störung 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 [siehe Legende] 300 350 400 450 Zeit [s] Antriebsdrehmoment Speisewalze [Nm] Antriebsdrehrehmoment Schnecke [Nm] Druck [bar] Knethöhe [mm] Störung