Extrusion 6-2023

Kontaktfläche zwischen Knet und Speisewalze eine An- passung der Knethöhe möglich. Bei gleichem Versuch mit dem 40-mm-Extruder wird deutlich, dass eine Beeinflus- sung der Knethöhe durch Variation der Geschwindigkeit der Speisewalze deutlich geringer ausfällt. In diesem Falle besteht ein konstruktiver Unterschied zum 19-mm-Extruder, so ist die Speisewalze im Verhältnis zur Schneckengröße nur doppelt so groß (im Gegensatz zu 5,3 mal beim 19-mm-Extruder). Die Möglichkeit der Beein- flussung durch die Speisewalze nimmt aufgrund der gerin- geren übertragbare Kräfte ab, was sich in der Knethöhe widerspiegelt. In einer weiteren Versuchsreihe wird wie zuvor der Einfluss von Fütterstörungen auf die Knethöhe überprüft. In Tabelle 2 ist der entsprechende Versuchsplan festgehalten. In Bild 5 links ist der Verlauf der Knethöhe bei Überfütte- rung des 19-mm-Extruders gezeigt. Die Knethöhe steigt nach Beginn der Überfütterung lang- sam an, während die Antriebdrehmomente von Schnecke und Speisewalze nicht auf die Überfütterung reagieren. Nach einiger Zeit normalisiert sich die Knethöhe wieder auf das Vorniveau. Bei einer Unterfütterung ( Bild 5 rechts ) sinkt zunächst die Knethöhe, bevor auch bei Speisewalze und Schnecke eine Abnahme der Antriebsdrehmomente de- tektiert werden kann. Bei dem in Bild 6 gezeigten Verhal- ten des Knets im 40-mm-Extruder äußert sich ein dazu unterschiedliches Verhalten. Hier nimmt die Knethöhe nach Überfütterung um 40 mm zu, wird aber innerhalb der Messungszeit nicht mehr wie- der abgebaut. Dies würde, sollte eine weitere Überfütte- rung hinzukommen, dazu führen, dass die Knethöhe noch weiter zunimmt und der Knet den Einzug von neuem Kautschuk behindert. Bei einer Unterfütterung fällt der Knet um 30 mm, während Antriebsdrehmomente und Druck nicht auf diese Än- derung reagieren. Der vor der Unterfütterung vorhandene Knet dient folglich als Puffer. Entsprechend der Erkenntnisse aus diesen Versuchen bietet sich an, Schwankungen in der Knethöhe mit einer Anpassung der Geschwindigkeit der Speisewalze auszugleichen. So soll in der Regelstrategie die Geschwindigkeit der Speisewalze verringert werden, wenn die Knethöhe zu hoch ist, also ein Materialüber- schuss vorliegt. Für den Fall einer Unterfütterung, also einem Materialdefizit, soll die Speisewalze schneller drehen, um neues Material nachzufördern. 41 Extrusion 6/2023 Regelkonzept auf Basis der Lasermessung des Knets Mit den oben genannten Erkenntnissen zur Knethöhenmessung und zum Verhalten des Knets bei Störung der Fütterung wird am 19-mm-Extruder eine Regelung der Speisewalzengeschwin- digkeit implementiert. Technisch wird dabei der separate Antrieb der Speisewalze, der unabhängig von der Steuerung des 19-mm-Extruders konstruiert wurde und die Datenaufzeichnung (Antriebsstrom und Drehzahl der Speisewalze sowie Höhe des Knets) mit einem Arduino-Microcontroller realisiert und durch eine Verbindung vom Arduino-Microcontroller zum Regler er- gänzt. Damit kann durch den Microcontroller eine gewünschte Drehzahl vorgegeben werden. Die Drehzahl der Speisewalze wird mittels der aktuellen Höhe des Knets in der Einzugsöffnung festgelegt. Bei einer Schneckendreh- zahl von 40 U/min und einer Knet- höhe von unter 25 mm wird eine feste Drehzahl von 11,4 U/min vorge- geben. Zwischen einer Knethöhe von 25 mm und 35 mm nimmt die Dreh- zahl linear auf 3,8 U/min ab. Das heißt, dass im Regelbereich die Dreh- Tabelle 2: Einfluss von Fütterstörungen auf die Knethöhe Tabelle 3: Versuchsplan zur Erprobung der Regelung der Speisewalze Bild 7: Knetregelung bei normaler Fütterung des Extruders Extruder 19 mm 40 mm Fütterstreifengeometrie [mm 2 ] 20 x 2 20 x 5 Überfütterung [mm 2 ] + 10 x 2 + 10 x 5 Unterfütterung [mm 2 ] - 10 x 2 - 10 x 5 Dauer Fütterstörung [s] 10 Extruder 19 mm Extrusionswerkzeug 10 mm Lochblende Länge Extruder 10 D Schneckenkonfiguration Förderschnecke, Über- schneidungen in Einzugszone Temperatur aller Komponenten [°C] 60 Schneckendrehzahl [U/min] 40 Verhältnis Umfanggeschwindigkeit frei Schnecke: Speisewalze Fütterstreifengeometrie [mm 2 ] 20 x 2 Überfütterung [mm 2 ] + 10 x 2, + 20 x 2 Unterfütterung [mm 2 ] - 10 x 2 Dauer Fütterstörung [s] 10 60 50 40 30 20 10 0 [siehe Legende] Zeit [s] Drehzahl Speisewalze [1/min] Knethöhe [mm] Schneckendrehzahl [1/min] Antriebsdrehrehmoment Schnecke [Nm] Druck [bar] 850 870 890 910 930 950 970 990 1010