Extrusion 3-2020

Der Massedurchsatz der Versuche mit LFE liegt mit circa 23 kg/h deutlich über dem Durchsatz des konventionellen Prozesses mit circa 18,5 kg/h. Die Foliendickenschwankungen mit Luftfüh- rungseinheit sind über die dargestellten Versuchspunkte hinaus durchweg auf einem ähnlichen Niveau der Dickenschwankun- gen der Referenzprüfung. Tendenziell ergeben sich wie in Bild 4 sogar um circa zwei Prozent geringere Foliendickenschwankun- gen. Für einen industriellen Einsatz der entwickelten LFE ist es zu- dem wichtig, mögliche Regelstrategien für eine automatisierte Einstellung der Geometrie der Luftführung, in Abhängigkeit der Prozessparameter, zu entwickeln. Hierunter können bei- spielsweise Konzepte fallen, die eine automatische Einstellung des Strömungsspaltes vorsehen, um ein höchstes Maß an Pro- zessstabilität zu gewährleisten und ein einfaches Anfahren des Prozesses zu ermöglichen. Die Entwicklung einer solchen Pro- zessregelstrategie bedingt jedoch einen großen Versuchsum- fang. Das bestehende System ist aufgrund der vielen Druck- schrauben für die Datengenerierung weniger geeignet, da die Membraneinstellung zu lange dauert. Daher wurde das opti- mierte System (vgl. Bild 3 ) erneut weiterentwickelt. Die Druck- schrauben wurden durch Irisblenden ersetzt, welche in der Lüf- tungs- und Klimabranche eingesetzt werden ( Bild 5 ). Statt ih- rem eigentlich Einsatzzweck, der Führung und Regulierung von Luftströmungen, werden diese nun zur mechanischen Verstel- lung einer luftführenden Membran eingesetzt. Dieses System erlaubt eine schnellere Anpassung der luftführenden Membran während des laufenden Betriebs. Erste Versuche des dritten Prototyps zeigen auch dessen Poten- zial. Für eine möglichst genaue Vorhersage des Prozessparame- tereinflusses mit und ohne LFE auf den Massedurchsatz kam ein Central Composite Design CCD zum Einsatz. Der Versuchs- plan zur Ermittlung von quadratischen Effekten ist Tabelle 1 mit den gewählten Faktorstufenkombinationen zu entnehmen. Auf Basis der Ergebnisse des Versuchsplans wurde mit Hilfe des Statistik Programms Visual-XSel der Firma CRGRAPH (GbR), Starnberg, Korrelationen hergeleitet, welche den Einfluss des jeweiligen Prozessparameters in Abhängigkeit des Massedurch- satzes mit und ohne LFE beschreiben. Bild 6 zeigt beispielhaft den Einfluss des Aufblasverhältnisses mit und ohne LFE (kon- ventionell) auf den Massedurchsatz sowie die sich ergebene Durchsatzsteigerung. Auf der Hauptordinate ist der absolute Massedurchsatz und auf der Abszisse das Aufblasverhältnis BUR dargestellt. Die Neben- ordinate zeigt die relative Durchsatzsteigerung beim Einsatz der LFE im Vergleich zum konventionellen Prozess. Wird das Aufblasverhältnis (BUR) im konventionellen Blasfolien- prozess bei konstanter Foliendicke erhöht, führt dies zu einer Erhöhung des Massedurchsatzes. Der Zusammenhang ist physi- kalisch damit zu erklären, dass ein größeres Aufblasverhältnis zu einer Vergrößerung der zur Kühlung zur Verfügung stehen- den Folienoberfläche in der Schlauchbildungszone führt, wo- durch sich die Kühlleistung verbessert. Bei Verwendung der LFE ist dieser Effekt weniger stark ausgeprägt, sodass das Aufblas- verhältnis keinen signifikanten Prozessparameter in Abhängig- keit des Massedurchsatzes darstellt. Der anzustrebende Ventu- ri-Effekt, welcher die Folienblase in der Schlauchbildungszone in Richtung des Ringspaltwerkzeugs verlagert, ermöglicht eine frühzeitige Ausweitung des Folienschlauches unmittelbar nach dem Austritt der Schmelze aus dem Werkzeug. So kann auch bei Folien mit kleinem Aufblasverhältnis eine große Oberfläche zur Kühlung bereitgestellt werden. Entsprechend des Venturi- Effektes und der daraus resultierenden Oberflächenvergröße- rung in der Schlauchbildungszone ist die größte relative Durch- satzsteigerung bei einem niedrigen Ausblasverhältnis zu erwar- ten. Diese beträgt bei einem niedrigen BUR von 2,4 circa 45 Prozent im Vergleich zum konventionellen Prozess. Eine Auswertung der Foliendickenschwankung steht noch aus. Bild 6: Einfluss der LFE auf den Massedurchsatz sowie die relative Durchsatzsteigerung in Abhängigkeit des Aufblasverhältnisses BUR [Grü20] Tabelle 1: Untersuchte Parameter 35 Extrusion 3/2020 Faktorstufe -1 0 1 Masse- temperatur [°C] 170 190 210 Aufblas- verhältnis [-] 2,4 2,8 3,2 Foliendicke [µm] 60 120 180 Gebläse- leistung [%] 50 75 100