Anwendungen
Die Flachkopf-Extrusion ist eine bewährte Technologie zur Herstellung flacher Kunststoffprodukte wie Folien (z. B. für die Thermoformung von Bechern oder Einwegschalen), Platten (z. B. Plexiglas) oder Hohlkammerplatten (für leichte, einfach transportierbare Behälter). Diese Produkte kommen in Verpackungen, Bauwesen und Automobilindustrie zum Einsatz, wo sie durch Leichtbau, Steifigkeit und Widerstandsfähigkeit überzeugen.
Der Flachkopf-Extruder verarbeitet ein oder mehrere Polymere gleichzeitig, wodurch Mehrschichtprodukte mit unterschiedlichen Materialeigenschaften möglich sind. So lassen sich Stärke, Oberfläche und Transparenz gezielt anpassen.
Bedürfnisse:
Kontrolle des Extrusionsprozesses
Weitere Informationen
Temperaturregelung
Weitere Informationen
Messung der Schmelzetemperatur
Weitere Informationen
Plattenstärke
Weitere Informationen
Abzugsspannung
Weitere Informationen
Durchflussregelung mit Schmelzepumpe
Weitere Informationen
Erkennung von Filterverschmutzung
Weitere Informationen
Temperaturregelung der Stabilisierungszone
Weitere Informationen
Überwachung des Hydraulikkreises
Weitere Informationen
Wertschöpfung aus Produktionsdaten
Weitere Informationen
Bedürfnis:
Kontrolle des Extrusionsprozesses
Der Extrusionsprozess erfordert die präzise Abstimmung von Schneckendrehzahl, Temperatur, Schmelzedruck und Hilfsantrieben. Das Steuerungssystem muss Rezepturen verwalten, Diagnosen bereitstellen und Abweichungen sofort erkennen.
Lösung:
G-Mation ist die Plattform für die vollständige, synchrone und integrierte Steuerung des 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 stellt gleichbleibende Materialeigenschaften und Maßhaltigkeit sicher. Das System muss auf thermische Schwankungen schnell reagieren, um Oberflächenfehler oder Abweichungen zu vermeiden.
Die 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 1250 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 die kontinuierliche Qualitätsverbesserung.
Bedürfnis:
Messung der Schmelzetemperatur
Die tatsächliche Temperatur des geschmolzenen Polymers ist ein kritischer Parameter im Extrusionsprozess, da sie direkt die Viskosität sowie die mechanischen und optischen Eigenschaften des Endprodukts beeinflusst. Die Messung der Temperatur durch direkten Kontakt mit der Schmelze, statt lediglich an der Zylinderoberfläche, ermöglicht eine wesentlich genauere Abbildung der realen Materialbedingungen und bietet einen deutlichen Vorteil für die rheologische Prozesskontrolle.
Lösung:
Gefran bietet Temperatursensoren an, die speziell für die direkte Messung der Schmelze entwickelt wurden. Sie besitzen eine Schutzhülse aus Edelstahl oder anderen, polymerkompatiblen Materialien (z. B. Hastelloy für korrosive Polymere) und basieren auf zwei Thermoelement-Technologien:
- Typ K (NiCr-NiAl), die am weitesten verbreiteten für Extrusion: einsatzfähig bis 850 °C, mit schneller Ansprechzeit und geeignet für die meisten technischen Kunststoffe.
- Typ J (Fe-CuNi), ausgelegt für etwas niedrigere Temperaturen (bis 400 °C) und für weniger aggressive Umgebungen.
Die TCM-/TRM-Sensoren können entweder separat installiert oder in kompakter Bauweise mit Schmelzedrucksensoren kombiniert werden, um Platz zu sparen und die Verdrahtung zu vereinfachen.
Bedürfnis:
Plattenstärke
Die genaue Einstellung der Kalanderwalzen bestimmt die Stärke der Platte. Eine kontinuierliche Positionsüberwachung verhindert Schwankungen und sichert gleichbleibende Qualität.
Der Gefran RK-5, basierend auf magnetostriktiver Technologie, ist für den Einbau in die Hydraulikzylinder vorgesehen, die die Kalanderwalzen stützen. Das Fehlen elektrischer Kontakte gewährleistet Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer, während die Ausführung in AISI 316 sowie die Widerstandsfähigkeit gegenüber Stößen, Vibrationen und hohen Temperaturen ihn ideal für den Extrusionsbetrieb machen. Dank absoluter Messungen und hoher Genauigkeit ermöglicht der RK-5 eine exakte Kontrolle der Plattenstärke.
Bedürfnis:
Abzugsspannung
Die Kontrolle der Abzugsspannung verhindert Materialdehnung, Risse und Faltenbildung. Eine präzise Regelung sorgt für gleichmäßige Ergebnisse und optimale Materialführung.
Lösung:
Zwei Gefran-TR-Kraftaufnehmer, seitlich an den Abzugswalzen installiert, messen mit hoher Präzision die 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.
Bedürfnis:
Durchflussregelung mit Schmelzepumpe
Bei bestimmten Anwendungen wie Rohren, Präzisionsprofilen oder Platten muss ein konstanter Schmelzedurchfluss gewährleistet werden, unabhängig von Druckschwankungen in der Schnecke. Die Schmelzepumpe wirkt dabei als Stabilisierungselement zwischen Extruder und Extrusionskopf. Die Pumpe wird im geschlossenen Regelkreis gesteuert, basierend auf Druckmessungen vor und nach der Pumpe.
Lösung:
Gefran setzt zwei hochpräzise MELT-Sensoren (vor und nach der Pumpe) ein, um die Pumpendrehzahl zu regeln, den Druck stabil zu halten und einen konstanten Durchfluss der Polymerschmelze sicherzustellen. Die Drucksensoren der Serie MELT Impact sind ideal für kritische Umgebungen und die Integration in Sicherheitslogiken:
- Ausführung mit verstärkter Membran, piezoresistivem Sensorelement und ohne Übertragungsflüssigkeit.
- Thermische Stabilität unter 1 % v. EW im Bereich von 20 bis 350 °C, geeignet auch für regenerierte oder abrasive Polymere.
- PLc-Zertifizierung und elektrischer Ausgang erhöhen Sicherheit und Zuverlässigkeit. Durch den Verzicht auf interne Flüssigkeit ist der Sensor auch für medizinische und Lebensmittelanwendungen geeignet.
Bedürfnis:
Erkennung von Filterverschmutzung
Der Filter schützt die Matrize vor Verunreinigungen, kann aber bei Recyclingmaterialien schnell verschmutzen. Die kontinuierliche Drucküberwachung erkennt Verstopfungen frühzeitig und löst automatisch Reinigungs- oder Wechselvorgänge aus.
Lösung:
Gefran bietet den Impact-Sensor für die präzise und zuverlässige Überwachung des Drucks vor und nach dem Schmelzefilter an, ideal für hohe Temperaturen (bis 350 °C) und schwierige Betriebsbedingungen wie Recycling oder die Verarbeitung gefüllter Polymere.
Hauptmerkmale:
- Membran bis zu 15-mal dicker als bei herkömmlichen Sensoren, ohne interne Übertragungsflüssigkeit; die Druckübertragung erfolgt direkt auf den Siliziumchip.
- Hohe Verschleißfestigkeit und Beständigkeit gegen dynamische Belastungen, thermische Stabilität < 1 % v. EW im Bereich von 20 °C bis 350 °C.
- IEPLc-Version mit elektrischem Ausgang und PLc-Zertifizierung, für die Integration in Sicherheitssysteme und die Einrichtung zertifizierter Alarme.
Bedürfnis:
Temperaturregelung der Stabilisierungszone
Die Temperaturregelung im Stabilisierungsbereich reduziert innere Spannungen und verbessert die Maßhaltigkeit. Eine homogene Mehrzonenregelung mit schnellen Reaktionszeiten verhindert Verformungen und Ausschuss.
Lösung:
Der Leistungssteller GRM-H ist ein intelligenter Regler für das Management der elektrischen Lasten in den Stabilisierungsöfen. Durch die präzise Regelung von Spannung und Strom wird eine konstante Temperaturregelung gewährleistet und kritische Schwankungen vermieden. Die integrierten Diagnosefunktionen unterstützen die vorausschauende Wartung und erhöhen die Prozesszuverlässigkeit. Durch seine Modularität und die Anbindung an gängige Feldbusse lässt er sich einfach in das Automatisierungssystem des Extruders integrieren und stellt so Produktionskontinuität und gleichbleibende Produktqualität sicher.
Bedürfnis:
Überwachung des Hydraulikkreises
Die Überwachung des Hydraulikkreises im Flachkopf-Extrusionsprozess stellt sicher, dass alle Bewegungen – etwa der Kalanderwalzen – präzise und sicher erfolgen. Die Druckmessung liefert Feedback zur Prozessstabilität und schützt Maschine und Bediener.
Lösung:
Die KS-Sensoren bieten eine zuverlässige Lösung zur Drucküberwachung in Hydraulikkreisen und vereinen kompakte Baugröße, Präzision und Sicherheitsfunktionen. Darüber hinaus ermöglichen die Gefran-Drucksensoren die Verknüpfung von Druckschwellen mit Maschinenbefehlen. Dadurch lassen sich Quervergleiche einrichten, um unbeabsichtigte oder ausgefallene Bewegungen zu verhindern und so die Sicherheit und Betriebssicherheit der Anlage zu erhöhen.
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
Bedürfnis:
Wertschöpfung aus Produktionsdaten
In der modernen Industrie suchen Unternehmen nach Werkzeugen, die es ermöglichen, die in den Anlagen erzeugten Daten zu nutzen, um die Gesamtleistung zu verbessern. Es ist entscheidend, den Maschinenbetrieb in Echtzeit zu überwachen, Ausfälle durch prädiktive Analysen zu vermeiden und den Energieverbrauch zu optimieren. Gleichzeitig wächst der Bedarf, Bediener und Manager mit kontextbezogenen Informationen und intelligenten Antworten zu unterstützen, die tägliche Entscheidungen erleichtern. Das Ziel ist der Aufbau einer zunehmend vernetzten, reaktionsschnellen und nachhaltigen Industrie.
MAX und GAIA sind fortschrittliche digitale Lösungen, die von Gefran entwickelt wurden, um die intelligente Transformation industrieller Anlagen voranzutreiben. MAX ist eine IoT-Plattform, die zur Echtzeitüberwachung von Maschinen, zur Durchführung prädiktiver Analysen und zur Effizienzoptimierung entwickelt wurde und hilft, Energieverbrauch und Stillstandszeiten zu reduzieren. GAIA ist ein virtueller Assistent, der auf Generativer Künstlicher Intelligenz basiert und operative Unterstützung bietet, indem er kontextbezogene und intelligente Antworten zur Verbesserung des täglichen Produktionsmanagements liefert. Gemeinsam repräsentieren MAX und GAIA die perfekte Synthese einer vernetzten, reaktionsschnellen und nachhaltigen Industrie.
Das Funktionsprinzip:
Der Flachkopf-Extrusionsprozess zur Herstellung von Folien, Platten oder Hohlkammerplatten folgt klar definierten Phasen, um ein gleichmäßiges Produkt mit kontrollierter Stärke sicherzustellen.
Das Polymergranulat wird kontinuierlich in den Trichter eingespeist, um eine konstante Materialzufuhr zu gewährleisten. Da kein Dosierer vorhanden ist, arbeitet der Extruder mit offenem Einzug: Die Schnecke saugt das Material kontinuierlich und gleichmäßig aus dem Trichter an und sorgt so für eine unterbrechungsfreie, gleichmäßige Plastifizierung.
In der Plastifiziereinheit wandelt die beheizte Schnecke das feste Granulat in eine homogene, fließfähige Schmelze um, die für die Weiterverarbeitung bereitsteht. Anders als bei der Materialmengendosierung wird der Durchsatz der Schmelze hier hauptsächlich durch eine nachgeschaltete Schmelzepumpe geregelt. Diese ermöglicht die präzise Steuerung der Materialmenge, die den Flachkopf erreicht, und stellt gleichbleibenden Druck und stabilen Fluss sicher.
Die Schmelze aus einem oder mehreren Extrudern wird anschließend durch den Flachkopf gepresst, eine Flachdüse, die das Material gleichmäßig über die gesamte Produktbreite verteilt und dabei Stärke und Ebenheit konstant hält.
Am Austritt der Matrize läuft die noch warme Folie oder Platte über Kühlwalzen, die das Material erstarren lassen und dabei Form und Abmessungen bewahren. Bei Hohlkammerplatten expandiert ein komplexes Luftblassystem die Platte, um die gewünschte Struktur zu erzeugen. Nach dem Abkühlen zieht der Abzug das Produkt mit konstanter Geschwindigkeit und Spannung weiter und führt es der Endverarbeitung zu: Aufwicklung in Rollen bei Folien oder Zuschnitt und Stapelung bei Platten.
Anforderungen und Technologie:
Die Flachkopf-Extrusion erfordert die präzise Steuerung aller Prozessparameter – von Schneckendrehzahl und Schmelzetemperatur bis zu Druck, Durchsatz und Abzugsspannung. Nur so lassen sich gleichmäßige Stärke, hohe Oberflächenqualität und Prozessstabilität erreichen.
Wesentliche Anforderungen sind:
- Mehrzonen-Temperaturregelung zur Sicherung konstanter Viskosität
- Direkte Schmelzetemperaturmessung für exakte rheologische Kontrolle
- Präzise Positionierung der Kalanderwalzen für gleichmäßige Plattenstärke
- Regelung der Abzugsspannung für faltenfreie Oberflächen
- Stabilisierung durch Schmelzepumpe und Filterüberwachung zur Vermeidung von Prozessstörungen
Gefran bietet dafür ein komplettes Portfolio an Steuerungsplattformen, MELT-Sensoren, Temperaturreglern und Positionsmesssystemen, die Effizienz, Sicherheit und Produktqualität gewährleisten.
