Extrusion 6-2023

zahl der Speisewalze um 0,76 U/min abfällt. Über der Knethöhe von 35 mm wird eine konstante Drehzahl von 3,8 U/min gehal- ten. Der Regler ist als P-Regler mit fester Zuordnung der Knet- höhe zur Drehzahl ausgelegt. Zur Erprobung der Regelung wurde ein Versuchsplan, der vorherige Versuchspunkte ohne Re- gelung wieder aufgreift, erstellt, wie in Tabelle 3 dargestellt. Bild 7 zeigt den Betrieb der Speisewalze bei normaler Fütterung. Es ist bereits ersichtlich, dass kleine Änderungen in der Knet- höhe zu kleineren, dauerhaften Drehzahlanpassungen mit ma- ximal 2 U/min erfolgen. In Bild 8 ist sowohl eine Überfütterung mit dem 1,5-fachen normalen Fütterstreifenvolumen als auch eine Überfütterung mit doppeltem normalen Fütterstreifenvolu- men gezeigt. Ein Anstieg des Knets sowie die Reaktion der Speisewalze, die die Geschwindigkeit verringert, um weniger Material zu fördern, sind zu den Zeitpunkten der Überfütterung sichtbar. Die An- triebsdrehmomente von Schnecke und Speisewalze ändern sich in dieser Konfiguration nicht. Entsprechend war in diesem Ver- such die Pufferwirkung des Knets zusammen mit dem Eingriff über die Verringerung der Speisewalzendrehzahl ausreichend, die Fütterstörung auszugleichen. Bei einer Überfütterung mit doppeltem Fütterstreifen ist eine Reaktion der Speisewalzen- drehzahl mit einer Verringerung bis zur Minimaldrehzahl von 3,8 U/min sichtbar. In diesem Fall reicht die Kompensation durch die Speisewalze nicht aus. Die Knethöhe steigt auf über 35 mm und der Einzug neuer Streifen wird behindert. Das Antriebs- drehmoment der Schnecke nimmt ab, was auf ein Materialdefi- zit in der Schnecke deutet. Bei der Unterfütterung mit der Hälfte des ursprünglichen Fütterstreifens, wie in Bild 9 gezeigt, zeigt sich, dass die maximale Geschwindigkeit der Speisewalze in der Regelung zu gering angesetzt wurde. Sinkt die Knethöhe, kann die Speise- walze das Materialdefizit nicht durch höhere Geschwindigkeit ausglei- chen. Dies ist ebenfalls in der Ab- nahme des Antriebsdrehmoments der Schnecke erkennbar. Mit der Er- weiterung der Grenzen der Regelung, sowohl zu höheren als auch zu geringeren Drehzahlen der Speisewalze, kann die Ef- fektivität noch weiter verbessert werden. Während bei diesem System eine Anpassung zu höheren Drehzahlen problemlos möglich ist, ist eine Anpassung zu niedrigeren Drehzahlen der Speisewalze dadurch begrenzt, dass der Motor die Speisewalze aufgrund zu hoher Reibung nicht mehr drehen kann. Prinzipiell zeigt sich das Konzept der Regelung der Speisewalze als erfolgreich und muss in weiteren Arbeiten im Scale-Up auf Produktionsextrudern überprüft werden. Fazit und Ausblick Zur Identifikation von Fütterstörungen im Einzug eines kaltge- fütterten Kautschukextruders eignet sich die Detektion der An- triebsdrehmomente von Schnecke und Speisewalze. Allerdings gilt, dass eine Detektion einer Fütterstörung durch das An- triebsdrehmoment der Schnecke bereits zu einer Veränderung des Füllgrades in der Schnecke führt. Das Antriebsdrehmoment der Speisewalze zeigt bei größerem Eingriff mit dem Fütterstrei- fen und dem Knet eine stärkere Reaktion und kann den Mate- rialzustrom deutlich beeinflussen. Durch die Analyse der kombinierten Druck- und Drehmomentschriebe wurde zudem deutlich, dass Reaktionen des Drucks im Zylinder immer erst ver- zögert nach der Fütterstörung auftreten. Dies spricht für eine Pufferwirkung des Knets zwischen Schnecke und Speisewalze. Die Höhe dieses Knets wurde nachfolgend erfolgreich mit einem Lasersensor kontinuierlich vermessen. Die Messung der Knet- höhe wurde als Basis für eine Regelung der Speisewalzenge- schwindigkeit in den Versuchsaufbau integriert. Dabei soll die Speisewalze, wenn die Knethöhe zu gering ist und damit wenig Puffer für eine Unterfütterung vor- handen ist, die Geschwindigkeit der Speisewalze erhöhen und somit zu- sätzliches Material fördern. Umge- kehrt soll bei zu hohem Knet die Drehzahl und somit die Materialzu- fuhr verringert werden. In der Praxis funktioniert diese Regelung bei dem untersuchten 19-mm-Extruder gut, allerdings stellt sich für sehr starke 42 Kautschukextrusion – Aus der Forschung Extrusion 6/2023 Bild 8: Überfütterung des Extru- ders bei aktiver Knetregelung Bild 9: Unterfütterung des Extruders bei aktiver Knetregelung 60 50 40 30 20 10 0 [siehe Legende] Zeit [s] Störung Drehzahl Speisewalze [1/min] Knethöhe [mm] Schneckendrehzahl [1/min] Antriebsdrehrehmoment Schnecke [Nm] Druck [bar] 700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100 1150 1200 1,5 x Füttermenge 2 x Füttermenge 70 60 50 40 30 20 10 0 [siehe Legende] 50 100 150 200 250 Zeit [s] Drehzahl Speisewalze [1/min] Knethöhe [mm] Schneckendrehzahl [1/min] Drehrehmoment Schnecke [Nm] Druck 10 D [bar] Störung 70 60 50 40 30 20 10 0 [siehe Legende] 100 200 300 400 500 Zeit [s] Drehzahl Speisewalze [1/min] Knethöhe [mm] Schneckendrehzahl [1/min] Drehrehmoment Schnecke [Nm] Druck 10 D [bar] Störung Störung