Anwendungen
Die Blasfolien-Extrusionslinie ermöglicht die kontinuierliche Herstellung von Kunststofffolien durch Extrusion und Aufblasen. Dabei wird das Polymer in einem oder mehreren Extrudern aufgeschmolzen und durch eine ringförmige Matrize gefördert. Anschließend wird es mit Luft aufgeblasen, wodurch ein dünnwandiges, flexibles Rohr entsteht, das nach dem Abkühlen zu Folie aufgefaltet wird.
Bedürfnisse:
Kontrolle des Extrusionsprozesses
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Temperaturregelung
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Messung von Temperatur und Schmelzedruck
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Bahnspannung
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Längs- und Queröffnung des Führungsrahmens
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Überwachung des Hydraulikkreises
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Wertschöpfung aus Produktionsdaten
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Entladen der Wickler
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Bedürfnis:
Kontrolle des Extrusionsprozesses
Der Blasfolienprozess erfordert die kontinuierliche Abstimmung von Schneckendrehzahl, Temperatur, Schmelzedruck und Hilfsantrieben. Das Steuerungssystem muss komplexe Rezepturen verwalten, schnelle Produktwechsel ermöglichen und bei Abweichungen sofort reagieren.
Lösung:
G-Mation ist die Plattform für die vollständige, synchrone und integrierte Steuerung des Blasfolien-Extrusionsprozesses. Das Herzstück des Systems ist die CPU G-Mation P6, ergänzt durch die Remote-Module G3 mit EtherCAT-Buskommunikation. Die Temperaturregelung erfolgt über integrierte PID-Regler; auch die Antriebssteuerung kommt ohne den Einsatz externer Gateways aus. Die Benutzeroberfläche wird über einen integrierten Webserver verwaltet und auf den Browser-Panels G-Mation W55 angezeigt, die die Darstellung individuell konfigurierbarer Dashboards ermöglichen.
Hauptmerkmale der Plattform:
- Vorkonfigurierte, anpassbare Anwendungsvorlagen
- Docker-Technologie für die Installation von Applikationen wie IoT-Dashboards, Predictive Maintenance oder die Anbindung an MES- und ERP-Systeme
- Offene Architektur mit Edge-Computing-Fähigkeit
Bedürfnis:
Temperaturregelung
Eine präzise Temperaturregelung sorgt für konstante Viskosität und Maßhaltigkeit. Das System muss schnell auf thermische Schwankungen reagieren, um Oberflächenfehler und Stärkeabweichungen zu vermeiden.
Lösung:
Gefran-Temperaturregelung:
Halbleiterrelais mit/ohne Kühlkörper,Regler und Programmregler,ThermoelementeDie Gefran-Technologie für die Temperaturregelung von Extrudern basiert auf Halbleiterrelais, PID-Reglern und Thermoelementen:
- Jedes Heizelement wird im geschlossenen Regelkreis über eine PID-Regelung gesteuert, die entweder in die SPS integriert ist oder über dedizierte Regler wie den Typ 1850 erfolgt. Damit lässt sich die Schmelzetemperatur bis auf ±0,5 °C um den Sollwert halten, mit konstanter Viskosität und ohne Oberflächen- oder Maßfehler.
- Das kompakte Halbleiterrelais GRP-H mit integriertem Kühlkörper gewährleistet eine präzise Stromregelung bis 120 A. Über IO-Link lassen sich I/O-Karten einsparen, da Befehle, Alarme und Stromaufnahme direkt integriert verwaltet werden.
Die Lösung ist skalierbar und kompatibel mit PID-Reglern, die entweder in der SPS oder in Remote-Modulen integriert sind. Funktionen zur Rezepturspeicherung und Trendaufzeichnung unterstützen schnelle Produktwechsel und kontinuierliche Qualitätsverbesserung.
Bedürfnis:
Messung von Temperatur und Schmelzedruck
Die tatsächliche Temperatur und der reale Druck der Polymerschmelze sind zentrale Parameter im Extrusionsprozess, da sie die Viskosität des Materials und seine endgültigen mechanischen wie optischen Eigenschaften direkt beeinflussen. Die Messung der Temperatur in direktem Kontakt mit der Schmelze – statt an der Zylinderoberfläche – liefert ein deutlich genaueres Abbild der tatsächlichen Prozessbedingungen. In Kombination mit der kontinuierlichen Druckmessung entsteht so ein erheblicher Vorteil für die rheologische Prozesssteuerung.
Gefran bietet eine integrierte Lösung für die Überwachung von Druck und Temperatur der Polymerschmelze.Dabei wird die Präzision der Drucksensoren der Serie Impact mit der Zuverlässigkeit der Thermoelemente Melt TCM kombiniert.
Die TCM-Sensoren mit Edelstahl- oder Hastelloy-Mantel für korrosive Polymere ermöglichen eine direkte Messung der Schmelztemperatur. Sie sind mit folgenden Thermoelementen erhältlich:
- Typ K (NiCr-NiAl) – bis zu 850 °C, schnelle Reaktionszeit.
- Typ J (Fe-CuNi) – bis zu 400 °C, für weniger aggressive Umgebungen.
Dank ihrer kompakten Bauweise lassen sich die TCM-Elemente problemlos in die Impact-Serie integrieren. Das garantiert präzise, wiederholbare Messungen und eine einfache Installation. Die Impact-Sensoren ohne Übertragungsflüssigkeit , bieten eine hohe thermische Stabilität von <1 % FS bis zu 350 °C und sind in der IEPLc-Ausführung mit PLc-Zertifizierung für Sicherheitssysteme verfügbar.
Bedürfnis:
Bahnspannung
Ein entscheidender Schritt im Blasfolien-Extrusionsprozess ist das Abflachen der Folienblase am oberen Ende der Linie durch zwei anliegende Walzen. Diese Walzen erzeugen den erforderlichen Zugkraft, um die Folie zu stützen und zu spannen. Die Bahnspannung muss mit hoher Präzision überwacht und innerhalb definierter Grenzen gehalten werden, um ein gleichmäßiges Spannen der Folie sicherzustellen und Phänomene wie Ausdünnung oder Risse zu vermeiden
Lösung:
Zwei Gefran-TR-Wägezellen, seitlich an den Abzugswalzen installiert, erfassen präzise die beim Abzug wirkende Kraft.
Ihre mechanische und elektronische Auslegung gewährleistet Zuverlässigkeit und einfache Installation:
- Doppelfunktion: Präzise Erfassung der Zugkraft und gleichzeitig mechanische Unterstützung der rotierenden Komponenten.
- Signal und Kommunikation: Die erfassten analogen Kraftsignale werden in Echtzeit von speziellen Verstärkern verarbeitet. Diese liefern ein stabiles, linearisiertes und gefiltertes Ausgangssignal, optimal für die Einbindung in die Liniensteuerung.
- Dynamische Regelung: Dieses Setup ermöglicht es dem Leitsystem, die Abzugsspannung schnell und exakt über die Motorantriebe zu regeln, wodurch die Stabilität der Blase gewährleistet und Oberflächen- und Materialfehler der Folie vermieden werden.
Bedürfnis:
Längs- und Queröffnung des Führungsrahmens
Die Position des Führungsrahmens muss bei Formatwechseln exakt überwacht werden. Ein präzises Erfassungssystem stellt sicher, dass die Führungen korrekt positioniert sind und reproduzierbare Bewegungen ermöglichen.
Zur Überwachung der Längs- und Queröffnung des Führungsrahmens können entsprechend den Abmessungen unterschiedliche Lösungen eingesetzt werden:
- Wegseilaufnehmer GSH-S Seilzugsensor, basierend auf Hall-Effekt-Technologie: besonders geeignet für großformatige Anwendungen wie Agrarfolien, da er Verfahrwege bis zu 18 m abdeckt, bei gleichzeitig kompaktem Design und kleinen Abmessungen. Der Sensor bietet einen analogen Ausgang (wahlweise als Strom- oder Spannungsausgang).
- Magnetostik-Positionssensor WRA mit HYPERWAVE-Technologie und digitalem oder analogem Ausgang: liefert ein präzises und wiederholbares Feedback über die Position der seitlichen Führungen des Rahmens oder über dessen Öffnung bei Anwendungen mit kleineren Abmessungen.
Bedürfnis:
Überwachung des Hydraulikkreises
Im Blasfolien-Extrusionsprozess ist der Hydraulikkreis am kontrollierten Bewegen wichtiger Komponenten beteiligt, etwa bei der Positionierung der Walzen oder des Führungsrahmens. Die Drucküberwachung dient nicht nur zur Erkennung von Anomalien, sondern stellt zugleich einen direkten Indikator für die Konsistenz von Befehl und Reaktion dar. Dieses Feedback ist somit entscheidend, sowohl für die Prozesskontrolle als auch für die Sicherheit des Bedieners und den Schutz der Maschine.
Lösung:
Die KS-Sensoren bieten kompakte Bauweise, Präzision und Sicherheitsfunktionen. Sie ermöglichen Druckvergleiche zur Vermeidung ungewollter Bewegungen und schützen so Bediener und Maschine.
Hauptmerkmale:
- Messbereich: 1 bis 1000 bar
- Ausgänge: analog 4…20 mA oder 0…10 V
- Dickschichttechnologie mit Edelstahlmembran
- SIL2-zertifiziert, geeignet für Sicherheitskreise
- KS-I-Version mit IO-Link für erweiterte Diagnostik
- Hohe mechanische Festigkeit und Schutzart IP67
Das Funktionsprinzip
Der Blasfolien-Extrusionsprozess umfasst mehrere Phasen: Aufschmelzen und Plastifizieren des Polymers, Extrusion durch die Matrize, Aufblasen mit Luft zur Streckung der Folie, innen- und außenliegende Kühlung sowie das Aufwickeln der Fertigfolie.
Das Polymer granulat wird in den Trichter eingefüllt und in den Extruder geleitet, wo die rotierende Schnecke das Material fördert, erhitzt und plastifiziert, bis eine homogene Schmelze entsteht. Der Durchsatz in dieser Anwendungsart wird direkt über die zugeführte Materialmenge im Trichter gesteuert. Die Schmelze wird anschließend durch eine ringförmige Matrize gepresst, aus der eine schlauchförmige, heiße Folie austritt. In den Schlauch eingebrachte Druckluft bläst und streckt die Folie, vergrößert den Durchmesser und reduziert die Wandstärke. Die so gebildete Folie wird durch äußere und innere Luftströme gekühlt, um Form und mechanische Eigenschaften zu stabilisieren.
Nach der Primärkühlung wird die Blase durch ein System aus Führungen und Walzen im Führungsrahmen abgeflacht und von einer Schlauchstruktur zu einer Flachfolie umgeformt. Nur bei der Beutelherstellung wird die Blase zusätzlich an den Seiten nach innen gefaltet, um den Platzbedarf auf der Wickelrolle zu optimieren. Der obere Teil der Linie, bestehend aus Führungsrahmen und Abzug, ist auf einer Struktur montiert, die kontinuierlich um die Blasenachse rotiert. Diese Rotation sorgt für eine gleichmäßige Verteilung der Folie auf den Walzen, minimiert Stärkeabweichungen und gewährleistet eine homogene Materialverteilung über die gesamte Nutzbreite.
Die Flachfolie durchläuft zunächst eine erste Abzugseinheit, bestehend aus gegenläufigen Kalanderwalzen, die sie nach oben ziehen und dabei eine kontrollierte Zugkraft ausüben. Dieser Schritt bewirkt eine erste Längsorientierung des Materials, entscheidend für mechanische und geometrische Gleichmäßigkeit. Anschließend läuft die Folie über eine Reihe von Umlenkwalzen, die Ebenheit, Stärke und Bahnspannung regulieren und das Produkt vor dem Aufwickeln stabilisieren.
Je nach gewünschtem Endprodukt kann die Folie geschlossen aufgewickelt werden (für die Herstellung von Beuteln) oder seitlich aufgeschnitten und auf zwei getrennte Wickelrollen aufgewickelt werden, um Flachfolien für weitere Verarbeitungsschritte zu erhalten. In diesem Fall werden die seitlich abgetrennten Ränder, der sogenannte Verschnitt, von einem integrierten System abgesaugt und direkt wieder in den Extrusionsprozess oder in einen Rückführkreislauf eingespeist. So lassen sich Ausschuss minimieren, die Produktionseffizienz erhöhen und die Nachhaltigkeit der gesamten Linie verbessern.
Anforderungen und Technologie
Der Blasfolienprozess erfordert eine präzise und koordinierte Steuerung vieler Parameter. Entscheidend ist das Zusammenspiel der Antriebe, Sensoren und Steuerungen, um konstante Folienstärken und Maßhaltigkeit zu erzielen.
Zu den wichtigsten Anforderungen gehören:
- Kontrolle der Schmelzetemperatur: entscheidend im Extrusionskopf und in den Kühlluftringen, wo schnelle und stabile Sensoren erforderlich sind.
- Überwachung des Drucks der Polymerschmelze: notwendig, um Überlastungen, Brüche oder Durchsatzschwankungen zu vermeiden.
- Überwachung des Hydraulikkreises: der Druck ist ein sicherheitsrelevanter Parameter. Abweichungen, die nicht mit den mechanischen Vorgaben übereinstimmen, weisen auf potenzielle Störungen oder Risiken für den Bediener hin.
- Abzugsspannung: erfordert eine präzise Erfassung der Spannung, die beim Zusammenlegen und Aufwickeln der Blase nach der Kühlung wirkt.
Weitere Anforderungen sind:
- Exakte Positionierung der Blasenführung, um den korrekten Folienlauf sicherzustellen.
- Erfassung der Position der Wicklerentlader.
- Datenerfassung für Diagnose und Predictive Maintenance, wesentlich zur Steigerung der Verfügbarkeit und der Produktionskontinuität.
Gefran bietet eine vollständige Palette an Steuerungsplattformen, Druck- und Temperatursensoren sowie modulare Lösungen, die sich nahtlos in jede Anlage integrieren lassen – für maximale Effizienz, Sicherheit und gleichbleibende Qualität in der Blasfolienextrusion.
