Anwendungen
Die Herstellung von synthetischen etaparn macht einen bedeutenden Anteil aus – etwa 15 % der weltweiten Polymerproduktion – mit Anwendungen, die von Textilien bis zu technischen Garnen reichen.
Beim Schmelzspinnen, allgemein als Fiber Melt Spinning bezeichnet, wird das Polymer geschmolzen, dosiert und zu kontinuierlichen Filamenten verarbeitet. In dieser Anwendung ist die präzise Kontrolle von Druck und Temperatur ein entscheidender Faktor: Schon geringste Abweichungen beeinflussen die Viskosität der Schmelze, die Stabilität des Prozesses und die endgültige Qualität der etapar.
Bedürfnisse:
Temperaturregelung
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Messung der Schmelzetemperatur
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Durchflusskontrolle mit Schmelzepumpe
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Druckkontrolle an der Spinndüse
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Spannung der Wickelvorrichtung
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Bedürfnis:
Temperaturregelung
Ein stabiles rheologisches Verhalten und die daraus resultierende Maßhaltigkeit des Extrudats werden durch eine korrekte Temperaturregelung erreicht.
Es ist entscheidend, in diesen Zonen eine stabile Temperatur sicherzustellen, damit das System schnell auf Änderungen der thermischen Last oder der Prozessbedingungen reagieren kann. Dadurch lassen sich potenzielle Defekte vermeiden, wie z. B. Oberflächeninstabilitäten, Dickenabweichungen oder Veränderungen der optischen Qualität des Produkts.
Die Technologie von Gefran für die Temperaturregelung von Extrudern basiert auf Halbleiterrelais, PID-Reglern und Thermoelementen:
- Jede Heizzone wird in einem geschlossenen Regelkreis über eine PID-Regelung gesteuert, die entweder in die SPS integriert ist oder über dedizierte Regler wie den 1850 erfolgt. Dadurch kann die Schmelzetemperatur innerhalb von ±0,5 °C des Sollwerts gehalten werden, was eine konstante Viskosität sowie das Vermeiden von Oberflächen- und Maßfehlern gewährleistet.
- Das kompakte Halbleiterrelais GRP-H mit integriertem Kühlkörper ermöglicht eine präzise Stromregelung bis zu 120 A. Dank IO-Link-Kommunikation können I/O-Karten reduziert werden, da Befehle, Alarme und Stromaufnahme direkt integriert verwaltet werden.
Die Lösung ist skalierbar und kompatibel mit PID-Reglern, die entweder in SPS-Systeme integriert oder auf Remote-Modulen implementiert sind. Funktionen zur Rezeptverwaltung und Trendaufzeichnung unterstützen schnelle Produktwechsel und eine kontinuierliche Verbesserung der Prozessqualität.
Bedürfnis:
Messung der Schmelzetemperatur
Die tatsächliche Temperatur des geschmolzenen Polymers ist ein kritischer Parameter im Extrusionsprozess, da sie sich direkt auf die Viskosität des Polymers und seine endgültigen mechanischen und optischen Eigenschaften auswirkt.
Die Temperatur direkt im Kontakt mit der Schmelze zu messen, anstatt sich nur auf die Temperatur an der Zylinderoberfläche zu stützen, ermöglicht eine wesentlich realistischere Abbildung der tatsächlichen Materialbedingungen und bietet einen erheblichen Vorteil für die rheologische Prozesskontrolle.
Kunststoffindustrie
Aus MgO - Kunststoffindustrie
Gefran bietet die Schmelzetemperatursensoren TCM und TRM an, die speziell für die direkte Temperaturmessung in der Polymerschmelze entwickelt wurden. Sie verfügen über eine Schutzsonde aus Edelstahl oder anderen mit dem jeweiligen Polymer kompatiblen Materialien (z. B. Hastelloy für korrosive Polymere) und sind als Doppel-Thermoelement verfügbar:
- Typ K (NiCr-NiAl) sind die am häufigsten verwendeten für die Extrusion: Sie arbeiten bis zu 850 °C, bieten eine schnelle Reaktion und sind für die meisten technischen Polymere geeignet;
- Typ K (NiCr-NiAl) sind die am häufigsten verwendeten für die Extrusion: Sie arbeiten bis zu 850 °C, bieten eine schnelle Reaktion und sind für die meisten technischen Polymere geeignet;
Die TCM/TRM-Sensoren können unabhängig voneinander installiert oder in Kombination mit Druckmessumformern für die Schmelze in einer kompakten Konfiguration integriert werden, um Platz zu sparen und die Verkabelung zu vereinfachen.
Bedürfnis:
Durchflusskontrolle mit Schmelzepumpe
Bei der Herstellung von etaparn ist es entscheidend, eine konstante Schmelzfördermenge zur Spinndüse sicherzustellen – unabhängig von Druckschwankungen in der Schnecke des Extruders.
Die Schmelzepumpe wirkt als Stabilisierungselement zwischen Extruder und Kopf. Sie wird über einen geschlossenen Regelkreis gesteuert, der auf Druckmessungen vor und nach der Pumpe basiert.
Gefran verwendet hochpräziseQuecksilber-Schmelzedrucksensoren der Serie ME mit Flanschanschluss, um die Drehzahl der Pumpe zu regeln und so einen stabilen Druck sowie eine konstante Fördermenge der Polymerschmelze sicherzustellen. Melt-Drucksensoren sind besonders geeignet für anspruchsvolle Umgebungen wie Anlagen zur Herstellung synthetischer etaparn:
- Thermische Stabilität auch bei Temperaturen über 400 °C;
- Hohe Messgenauigkeit für dynamische Kontrollen und hochpräzise Regelungen;
- ATEX-Zertifizierung und HART-Protokoll optional verfügbar, je nach Konfiguration.
Bedürfnis:
Druckkontrolle an der Spinndüse
Im Spinnbereich machen die kompakten Abmessungen der Köpfe und das Vorhandensein von Mikrofilamenten den Prozess besonders empfindlich.
Es ist erforderlich, den Druck vor und nach der Spinnpumpe präzise zu überwachen, um eine gleichmäßige Filamentstruktur sicherzustellen und Fadenbrüche zu vermeiden. Die Installation erfordert Sensoren mit kompakten Abmessungen und hoher Leistungsfähigkeit.
Die Schmelzedrucksensoren der Serie ME mit Quecksilberfüllung, M10-Prozessanschluss und kompakter Membran sind speziell für die Installation in Spinnköpfen konzipiert, wo der verfügbare Bauraum begrenzt ist und die Temperaturen über 300 °C liegen können. Darüber hinaus ermöglichen die HART-Kompatibilität und die ATEX-Zertifizierung eine flexible Integration in unterschiedliche Anlagenlayouts.
Hauptmerkmale:
- Kompaktes Design für Installationen mit begrenztem Bauraum
- Hohe messtechnische Stabilität
- Option mit integriertem Temperatursensor
Dank dieser Integration gewährleisten die ME-Sensoren die präzise Prozesskontrolle, die für hochwertige Spinnanwendungen erforderlich ist.
Bedürfnis:
Spannung der Wickelvorrichtung
In der letzten Phase des Spinnprozesses werden die erstarrten Filamente über Wickelsysteme auf Spulen aufgewickelt. Diese Systeme müssen mit kontrollierter Geschwindigkeit arbeiten und mit den vorgelagerten Prozessschritten synchronisiert sein. Eine falsche Spannung kann zu Maßabweichungen des Fadens, Instabilitäten beim Aufwickeln oder sogar zu Fadenbrüchen führen.
Die kontinuierliche Überwachung der Spannung ermöglicht es, das richtige Gleichgewicht zwischen Zuggeschwindigkeit und mechanischer Festigkeit des Filaments aufrechtzuerhalten und sorgt so für Produktgleichmäßigkeit und Prozessstabilität auch bei hohen Betriebsgeschwindigkeiten.
Lösung:
Ein oder mehrere TR-Kraftsensoren, die an den Wicklern installiert sind, ermöglichen die direkte und kontinuierliche Messung der Zugkraft des Fadens und liefern einen zuverlässigen Referenzwert für die Spannungsregelung.
Hauptmerkmale:
- Doppelfunktion: präzise Messung der Zugkraft sowie mechanische Unterstützung der rotierenden Komponenten;
- Signalverarbeitung und Kommunikation: analoge Kraftsignale werden von speziellen Verstärkern verarbeitet und liefern ein stabiles, linearisiertes und gefiltertes Ausgangssignal, das direkt in das Steuerungssystem integriert werden kann;
- Dynamische Regelung: ermöglicht eine schnelle Anpassung der Spannung über die Motorantriebe, um konstante Wickelbedingungen sicherzustellen.
Dank dieser Konfiguration ermöglichen Gefran-Lösungen eine präzise und zuverlässige Kontrolle der Wickelspannung, reduzieren Prozessfehler und gewährleisten die Qualität des fertigen Filaments.
Das Funktionsprinzip:
Beim Schmelzspinnen wird das Polymer (in der Regel PET, Nylon oder Polypropylen) dosiert und gemischt und anschließend dem Extruder zugeführt, in dem das Kunststoffmaterial aufgeschmolzen und homogenisiert wird. Eine Dosierpumpe sorgt für einen konstanten Durchfluss der Schmelze zum Filtersystem, wodurch Verunreinigungen entfernt werden, diedie Integrität der Filamente beeinträchtigen könnten.
Das geschmolzene Material wird dann zu den Spinnköpfen geleitet, wo es die Spinndüse (Spinneret) durchläuft. Diese besteht aus tausenden Mikroöffnungen, die Anzahl, Durchmesser und Querschnitt der Filamente bestimmen.
Nach dem Austritt aus der Spinndüse werden die Filamente schnell gekühlt (Quenching), um die Polymerstruktur zu verfestigen und die molekulare Orientierung zu fixieren. Abschließend werden die Filamente auf einem Winder aufgewickelt, wodurch der Produktionsprozess abgeschlossen wird.
Anforderungen und Technologie:
Das etapar-Schmelzspinnen ist ein Prozess, der äußerst empfindlich auf Druck- und Temperaturschwankungenreagiert. Abweichungen von wenigen Bar oder wenigen Grad können die Viskosität des Polymers verändern und zu Strömungsinstabilitäten, Filamentfehlern oder Produktionsunterbrechungen führen .
Daher sind Schmelze-Druck- und Temperatursensoren unverzichtbar, um das Polymer am Ausgang des Extruders, in der Schmelzepumpe sowie in der finalen Spinnphase zuverlässig zu überwachen.
Die kompakten Abmessungen der Spinnköpfe, die hohen Betriebstemperaturen und die erforderliche Messwiederholbarkeit stellen besondere Anforderungen an die Sensorik. Gefragt sind zuverlässige Sensoren mit geringer thermischer Drift und kompakten mechanischen Abmessungen.
Gefran erfüllt diese Anforderungen mit speziell entwickelten Messlösungen zur Druck- und Temperaturüberwachung, die auch unter anspruchsvollsten Prozessbedingungen präzise und zuverlässig arbeiten.