Steigerung der Produktivität und der Flachfolienqualität durch Vermeidung der Belagsbildung auf Kühlwalzen

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07.04.2025 | Auszeichnungen
Das 29. nationale SAMPE Symposium beleuchtete Composite-Technologien für eine nachhaltige Zukunft

Rund 80 Expertinnen und Experten aus Wissenschaft und Industrie kamen im Hauptgebäude der Universität zusammen, um aktuelle Entwicklungen im Bereich der Verbundwerkstoffe zu diskutieren. Die Veranstaltung wurde von der RWTH Aachen in Kooperation mit der

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Walzenreinigungssystem mit optischem Inspektionssystem zur Vermeidung der Belagsbildung auf Kühlwalzen

In der Folienextrusion kommt es bei vielen Kunststoffen während der Verarbeitung zu einer Belagsbildung auf den Walzenoberflächen, die die Oberflächenqualität der Folie und den Massedurchsatz negativ beeinflussen kann. Wird eine kritische Belagsdicke erreicht, muss die Produktion gestoppt und die Walze gereinigt werden.

Im Rahmen des Forschungsprojektes „Walzenbelag Extrusion“ wurde deshalb ein Inspektionssystem zur zuverlässigen Erfassung und Quantifizierung von Walzenbelägen entwickelt, das mit einem Walzenreinigungssystem gekoppelt ist. Erstmalig wurde der Einfluss der Schmelze- und Walzentemperatur auf die zeitliche Bildung von Walzenbelägen untersucht und mit den resultierenden Folieneigenschaften korreliert.

Am IKV wurde im Rahmen des Projektes gezeigt, dass sich Kamerasysteme auf der Grundlage des Funktionsprinzips der Erfassung von Glanzveränderungen zur Inline-Erfassung von Walzenbelägen eignen (Bild 1). Zur Entwicklung des Inspektionssystems wurde deshalb eine Zeilenkamera mit leistungsfähiger Optik in ein Laborglättwerk integriert. Belagsbehaftete sowie belagsfreie Walzenbereiche können so mit hoher räumlicher Auflösung erfasst werden.

Walzenbelag-Folienextrusion — Erfassung bzw. Auswertung der zeitlichen Belagsbildung (schematisch) und mittleres Belagswachstum auf der Folienlauffläche in Abhängigkeit der Schmelze- und Walzentemperatur

Um während der Produktion den gesamten Walzenumfang erfassen zu können, wird die Kamera an reproduzierbaren Winkelpositionen durch einen Drehgeber getriggert. Ein Python-Algorithmus verbindet Aufnahmen der Zeilenkamera zu einem Gesamtbild, das den Belagszustand der Walzenoberfläche reproduzierbar zeigt.

Zur Ermittlung des Belagswachstums werden die Grauwerte der Folienlauffläche (belagsbehaftet) zu denen des Randbereichs (nicht belagsbehaftet) ins Verhältnis gesetzt und der Walzenbelag somit quantifiziert. Mit dem Inspektionssystem ist es damit möglich, die zeitliche und räumliche Bildung von Walzenbelägen mit wissenschaftlicher Genauigkeit zu erfassen und einen technisch-wirtschaftlich sinnvollen Zeitpunkt für eine Reinigung der Walze zu definieren.

Im Rahmen von Extrusionsversuchen wurde der Einfluss industriell relevanter Parameter, wie der Walzen- und Massetemperatur, auf die Walzenbelagsbildung von PET bei einer Liniengeschwindigkeit von 0,3 m/s untersucht. Unter anderem konnte festgestellt werden, dass eine reduzierte Schmelzetemperatur (270 °C) insbesondere bei Versuchsbeginn zu einer wesentlich schnelleren Belagsbildung führt als eine höhere Schmelzetemperatur.

Es wird die Hypothese aufgestellt, dass die Adhäsionskraft zwischen dem Walzenbelag und der Walzenoberfläche mit sinkender Temperaturdifferenz zwischen Schmelze und Walze ansteigt und entstehende Walzenbeläge damit verstärkt auf der Walzenoberfläche verbleiben, anstatt von der Folie mitgerissen zu werden. Bei höheren Schmelzetemperaturen überwiegt im Vergleich dazu die Adhäsion zwischen dem entstehenden Walzenbelag und der Schmelze, weshalb sich dieser nicht auf der Walze niederschlägt.