Extrusion, Compounding und Gummiverarbeitung: Öl, Sprühwasser, Prozessluft und Komponenten im Durchfluss überwachen

Ein Extruder, ein Granulator oder eine Gummigießstation laufen nicht nur mit Rohstoff und Antrieb. Öl temperiert die Linie, Wasser kühlt die Stränge, Luft kühlt die Faser, und kleine Mengen eines Haftvermittlers oder einer Rohstoffkomponente müssen zur richtigen Zeit ankommen. Fließt eines dieser Medien nicht, merkt man es oft erst am Produkt. Dieser Beitrag richtet sich an Prozessingenieure und Instandhalter an Extrusions-, Compoundier-, Faser- und Gummilinien sowie in Betrieben, die Kunststoffrohstoffe herstellen. Grundlage sind dokumentierte Anwendungen aus diesen Betrieben. Die Kühlkreise am Spritzgießwerkzeug behandelt ein eigener Beitrag dieser Reihe.

Wichtige Punkte im Überblick

An einer Extrusionsanlage verlief ein Test zum Ölfluss mit dem Anklemmbaren Durchflusssensor der Modellreihe FD-H erfolgreich, ohne dass die Ölleitung geöffnet werden musste.
Ein Konzept sieht vor, an Extrudern zunächst mobil zu messen, welche Leitung wie viel führt, und feste Messstellen erst dort zu setzen, wo die mobile Messung Bedarf zeigt.
Bei Sprühwasser von wenigen Litern pro Stunde vor dem Granulator ist am Sprühbild schwer zu beurteilen, ob noch etwas fließt, ein Durchflusswert macht es eindeutig.
Kühlluft auf extrudierten Fasern ist ein Prozessmedium, für das ein Kombinierter Druck- und Durchflusssensor der Modellreihe FD-EP Druck und Durchfluss an einem Messpunkt erfasst.
Die Auswahl beginnt beim Medium und nicht beim Sensor: Vor dem ersten Test sollten Medium, Leitung, Temperatur an der Rohroberfläche und der kleinste noch zu erkennende Durchfluss feststehen.

Am Extruder: Öl und Kühlwasser je Linie

An einer Extrusionsanlage wurde der Ölfluss mit dem Anklemmbaren Durchflusssensor der Modellreihe FD-H geprüft. Der Test fiel erfolgreich aus. Für den Instandhalter ist der Ansatz praktisch, weil der Sensor außen auf der Leitung sitzt und die Ölleitung für den Versuch nicht geöffnet werden muss.

Kühlwasser kommt an Extrudern meist in mehreren Leitungen je Maschine vor. Bei einem Betrieb mit zwei bis vier Wasserleitungen je Extruder kommen dafür der Anklemmbare Durchflusssensor der Modellreihe FD-H oder der Anklemmbare Durchflusssensor der Modellreihe FD-Q in Frage. Bei einer Linie mit acht Extrudern wären das rechnerisch 16 bis 32 Messstellen, also eine Größenordnung, bei der Verdrahtung und Anbindung früh mitgedacht werden sollten.

Nicht jede Messung muss fest an der Maschine bleiben. Ein Konzept für einen Betrieb mit rund achtzehn Spritzgießmaschinen sieht vor, an den Extrudern mobil zu messen, mit der Hochtemperaturausführung der Modellreihe FD-H. Diese Ausführung reicht laut Anleitung bis 180 °C Rohroberflächentemperatur und bis 1 1/4 Zoll. Eine mobile Messung zeigt zunächst, welche Leitung wie viel führt; erst danach wird entschieden, an welchen Extrudern feste Messstellen sinnvoll sind. Ein Hersteller von Verpackungen will das Kühlwasser an einer Extrusions- oder Spritzgießmaschine überwachen.

Vor dem Granulator: nur wissen, ob Wasser fließt

Bevor ein Strang im Granulator geschnitten wird, besprüht ein Betrieb die Kunststoffstränge mit Wasser. Die Menge ist klein, wenige Liter pro Stunde in einer Kunststoffleitung von rund 10 mm. Die Aufgabe ist bewusst bescheiden formuliert: Man will nur wissen, ob dort überhaupt etwas stattfindet.

Gerade bei so kleinen Mengen ist das keine triviale Frage. Sechs bis sieben Liter pro Stunde entsprechen rechnerisch rund 100 bis 120 ml pro Minute. Ob eine so kleine Menge noch fließt, ist am Sprühbild schwer zu beurteilen, ein Durchflusswert macht es eindeutig. Für kleine Mengen an dünnen Leitungen kommt der Anklemmbare Durchflusssensor der Modellreihe FD-X in Frage. Ob er an dieser Leitung und bei dieser Menge stabil arbeitet, klärt ein Versuch an der realen Leitung.

Kühlluft auf Faser und Extrudat: Druck und Durchfluss an einer Stelle

An Faserlinien wird Luft auf die extrudierten Fasern geblasen, um sie zu kühlen. Diese Luft berührt das Produkt und ist damit ein Prozessmedium wie das Kühlwasser am Strang. Ein Hersteller mit eigenem Versuchszentrum möchte an dieser Stelle Druck und Durchfluss gemeinsam erfassen; dafür kommt ein Kombinierter Druck- und Durchflusssensor der Modellreihe FD-EP in Frage. Zu klären sind dort zuerst die Rohrmaße.

Der Vorteil eines kombinierten Sensors liegt darin, dass beide Werte aus einem Messpunkt kommen. Der Leitfaden zur Modellreihe FD-EP ordnet für Blasluft eine verstopfte Düse, eine Leckage und einen reduzierten Versorgungsdruck jeweils einem eigenen Verlauf von Durchfluss und Druck zu. Die Modellreihe FD-EP misst laut Anleitung Luft, Stickstoff und Argon, im Druckbereich von -100 kPa bis 0,75 MPa; zwischen -100 und -50 kPa erfasst sie keinen Durchfluss. Druckluft als Antriebsenergie oder Verbrauch einer Linie behandelt der Beitrag zu Maschinenbau und OEM.

Gummilinie: Temperiergerät am Extruder und Haftvermittler vor dem Vergießen

An einem Gummiextruder soll die Diagnose der Temperiergeräte über den Durchfluss in deren Kühlleitungen laufen. Dafür ist die Hochtemperaturausführung der Modellreihe FD-H vorgesehen, die bis 180 °C Rohroberflächentemperatur reicht. Der Durchflusswert soll hier zeigen, ob das Temperiergerät seinen Kreis noch versorgt.

Ein anderer Schritt der Gummiverarbeitung ist das Vergießen von Gummi auf Metallfelgen. Vorher wird ein Haftvermittler über Schläuche von 6 und 8 mm dosiert, und diese Dosierung will der Betrieb überwachen. Dafür kommen zwei Messstellen mit der Modellreihe FD-X in Frage. Der Haftvermittler ist hier ein Teil des Gießprozesses, keine Klebstoffzufuhr in einer Montagelinie, und die Menge ist klein genug, dass dünne Schläuche den Ausschlag geben.

Kleine Dosiermengen am dünnen Schlauch: 70 bis 500 ml pro Minute

In einem Kunststoffbetrieb werden Bakterien in den Prozess dosiert, mit Durchflüssen von 70 bis 500 ml pro Minute. Das entspricht rechnerisch rund 4 bis 30 Litern pro Stunde, also einem Bereich, der sich über fast eine Zehnerpotenz spannt.

Bei einer solchen Spanne zählt, dass auch der kleinste Wert noch sicher erkannt wird. Für diese Mengen kommt die Modellreihe FD-X in Frage, deren kleinste momentane Durchflussrate laut Katalog bei 0,1 ml/min liegt. Zu klären ist, an welchem Schlauch gemessen wird und ob die Bakterien im Medium den Wert beeinflussen.

Kunststoffkomponente und Rohstoff in der Leitung: statischer Mischer und wechselnde Viskosität

Rohstoffkomponenten stellen andere Fragen als Wasser. Bei einer Kunststoffkomponente sitzt im vorhandenen Rohr innen ein statischer Mischer, und laut Anwender ist dort keine Messung möglich. Geprüft wird deshalb ein eigenes Rohrstück, das sich womöglich auf die Maße der Modellreihe FD-H verjüngen lässt. Dazu wechselt die Viskosität der Komponente. Von den Abmessungen her liegt unter den Anklemmbaren Durchflusssensoren der Modellreihen FD-H und FD-R die Modellreihe FD-R näher.

Laut Katalog berechnet die Modellreihe FD-H die Schallgeschwindigkeit der Flüssigkeit automatisch und stellt selbst einen Korrekturwert ein. Ob das bei wechselnder Viskosität und festen Bestandteilen im Medium genügt, zeigt erst ein Versuch am realen Medium; gerade der Feststoffanteil spricht dafür.

Auch in der Herstellung von Kunststoffrohstoffen selbst taucht die Frage auf. Ein Betrieb will den Durchfluss von Caprolactam überwachen, dem Ausgangsstoff für Polyamid 6. Medium, Temperatur und Leitung sind dort die ersten Punkte, die vor jeder Produktwahl feststehen müssen.

Was vor dem ersten Test feststehen sollte

Die Anwendungen in diesem Beitrag reichen von 70 ml pro Minute bis zu mehreren Wasserleitungen je Extruder, von Luft bis zu einer Kunststoffkomponente mit wechselnder Viskosität. Eine einzige Modellreihe deckt diese Spanne nicht ab, und die Auswahl beginnt deshalb beim Medium und nicht beim Sensor.

Vier Angaben helfen in der Praxis am meisten. Erstens das Medium selbst: Wasser, Öl, Luft oder eine Rohstoffkomponente mit eigenen Eigenschaften. Zweitens die Leitung, also Werkstoff, Außendurchmesser und ob es ein Schlauch oder ein Rohr ist; an der Gummigießstation sind es 6 und 8 mm, am Granulator rund 10 mm. Drittens die Temperatur an der Rohroberfläche, denn an Temperiergeräten und Extrudern entscheidet sie über die Ausführung. Viertens der erwartete Durchflussbereich, und zwar mit dem kleinsten Wert, der noch erkannt werden muss.

Dazu kommt die Frage, wohin der Wert geht. Ein Schaltausgang genügt, wenn wie vor dem Granulator nur feststehen soll, dass etwas fließt. Wer eine Dosierung führt oder Temperiergeräte über die Zeit vergleicht, braucht einen Messwert in der Steuerung. Mit diesen Angaben lässt sich ein Test so planen, dass er die offene Frage tatsächlich beantwortet: an der Leitung, beim Medium und bei der Temperatur, um die es geht.

Häufige Fragen

F Lässt sich der Ölfluss an einem Extruder von außen überwachen?

In einer dokumentierten Anwendung verlief ein Test mit der Modellreihe FD-H zum Ölfluss an einer Extrusionsanlage erfolgreich. Der Sensor wird außen auf die Leitung geklemmt, die Ölleitung bleibt geschlossen. Weil nichts geöffnet wird, lässt sich derselbe Aufbau an weiteren Maschinen wiederholen.

F Kann man Sprühwasser von wenigen Litern pro Stunde überhaupt erfassen?

Genau darum geht es bei der Besprühung vor dem Granulator. Für kleine Mengen an dünnen Leitungen kommt die Modellreihe FD-X in Frage. Ob die Messung an der konkreten Leitung stabil ist, zeigt ein Test.

F Gehört Kühlluft auf Fasern zur Druckluftüberwachung?

Nein, hier ist die Luft ein Prozessmedium, das direkt auf das Produkt wirkt. Für eine Faserlinie kommt die Modellreihe FD-EP in Frage, die Druck und Durchfluss an einem Messpunkt erfasst. Druckluft als Antriebsenergie einer Maschine ist ein eigenes Thema.

F Was tun, wenn ein statischer Mischer in der Leitung sitzt?

Am Rohr mit dem Mischer ist in einer dokumentierten Anwendung keine Messung möglich, deshalb wird ein eigenes Rohrstück für den Sensor geprüft. Ob wechselnde Viskosität den Wert beeinflusst, klärt ein Test am realen Medium. In diesem Fall kommen die Modellreihen FD-H und FD-R in Frage.

F Welche Ausführung passt an heiße Leitungen eines Temperiergeräts am Gummiextruder?

Für einen Gummiextruder ist die Hochtemperaturausführung der Modellreihe FD-H vorgesehen. Sie reicht bis 180 °C Rohroberflächentemperatur. Der Durchfluss in den Kühlleitungen zeigt dann, ob das Temperiergerät seinen Kreis noch versorgt.

F Warum an Extrudern zuerst mobil messen?

Eine mobile Messung zeigt, welche Leitung eines Extruders wie viel führt, ohne dass gleich jede Maschine fest ausgestattet wird. In einem dokumentierten Konzept ist das mit der Hochtemperaturausführung der Modellreihe FD-H vorgesehen. Feste Messstellen folgen dort, wo die mobile Messung Bedarf zeigt.

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