Aufgrund ihrer sehr unterschiedlichen Schüttgewichte und Eigenschaften ist die Mischung von Polylactid (PLA) mit Holzmehl als Füllstoff nicht einfach umzusetzen. Durch ein neues Verfahren mit einem Planetwalzenextruder konnte Entex ein Spritzgießmaterial aus PLA mit 50% Holzmehlanteil herstellen.

Das PLA-Compound mit 50 % Holzmehlanteil konnte erfolgreich auf dem Planetwalzenextruder von Entex hergestellt werden 

Aufbereitung von PLA mit 50 % Holzmehlanteil ohne Vormischen

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Warum der Doppelschneckenextruder conEX bei der Wellrohrherstellung überzeugt

Die konischen Doppelschneckenextruder conEX NG 65 bieten eine enorme Bandbreite der verarbeitbaren PVC-Typen

Fränkische Rohrwerke optimieren Bestandslinie mit Extruder von battenfeld-cincinnati

Die Tagung am 17. und 18. Mai 2022 in Würzburg richtet sich an Extruderbauer, Compoundeure und Verarbeiter, die sich mit der Auswahl und Auslegung von elektrischen Antrieben und Getrieben befassen. Auch Wartung und Instandhaltung sind Themen.

Die Fachtagung „Antriebskonzepte für Ein- und Doppelschneckenextruder“ findet vom 17. bis 18. Mai in Würzburg statt.

Antriebskonzepte für Ein- und Doppelschneckenextruder

Auf der K 2022 zeigen sind die Themen Recycling, Nachhaltigkeit und Effizienz als technologische Treiber der Kunststoffbranche. Arburg, Coperion und KraussMaffei erklären ihre Umsetzung der Themen im Video.

16:9

Kunststoffe.TV berichtet von der K 2022 | Nachhaltigkeit & Recycling | Messeneuheiten von Coperion✓ Arburg✓ KraussMaffei✓ | ➤ Jetzt Videobeitrag ansehen!

Redaktionelle Kurzvideos von der K 2022

Automatisierungszellen

Automatisierungstechnik

Spritzgießen

Messe K-Kunststoffmesse

kunststoffe.de

Spritzgießmaschinen, allgemein

Spritzgießmaschinen

Automatisierungskomponenten

Fertigungsautomation

Extrusions-Zubehör

Prozessautomation

Komplette Kreisläufe und Digitalisierung für eine nachhaltigere Kunststoffverarbeitung

Die Partnerschaft wächst: Brückner Maschinenbau bestellt über 45 Doppelschneckenextruder.

Brückner setzt bei Ihren Anlagen zur Herstellung von Batterie-Separator-, BO-PP und BO-PET Folie im großen Rahmen auf Leistritz Doppelschneckenextruder.

Unternehmen

Leistritz erhält Großauftrag

Zambello ist Hersteller von Getrieben für Extruder und Spritzgießmaschinen. Kunststoffe recherchierte beim Vor-Ort-Besuch, was ein gutes Getriebe ausmacht.

Alex Zambello mit XXL-Getrieben für Spritzgießmaschinen mit hoher Schließkraft .

Vor-Ort-Reportage: Zambello fertigt präzise Kraftpakete für die richtige Drehzahl

Getriebe für Extrusion und Spritzgießen

Länderspecial Italien

Schröder, Susanne

kunststoffe-international.com

Präzise Kraftpakete für die richtige Drehzahl

In einer Einschnecken-Extruder-Studie zeigt die Reifenhäuser GmbH & Co. KG Maschinenfabrik, Troisdorf, ihren Blick in die Zukunft der Extrusionstechnik. Hierbei stehen Themen wie Energie, Leistung, Zuverlässigkeit, Wartung, Bedienung und das sinnvolle Zusammenspiel zwischen Design und Funktionalität im Vordergrund. Neben aktuellen Entwicklungen werden Lösungen vorgestellt, die frühestens in sechs Jahren wirtschaftlich umsetzbar sind. Die Zukunftsstudie nutzt unter anderem ein innovatives Plastifizierkonzept namens Energizer, das den Energieeintrag minimiert und auf eine Zylinderkühlung weitgehend verzichtet. Mit der Energizer-Technologie werden bis zu 20° kältere Schmelzetemperaturen bei gleicher Durchsatzleistung und Schmelzequalität ermöglicht. Durch den Einsatz eines neuen Extruderantriebskonzepts sind Motorschutzklasse und die Motorkühlungsart frei wählbar, was eine flexible Anpassung des Extrusionssystems an spezielle Umgebungsbedingungen erlaubt. 

Extruder der Zukunft 

Workflow- / Prozessmanagement

Einschnecken-Extruder-Studie 

Die Coperion GmbH, Stuttgart, stellt den Laborextruder ZSK 26 Mc 18 mit 26 mm Schneckendurchmesser vor. Er weist alle Eigenschaften der ZSK Mc 18 -Baureihe auf und eignet sich sowohl für Rezepturentwicklungen und Bemusterungen von Compounds als auch zur Produktion kleinerer Compoundmengen bis ca. 180 kg/h. Der entwickelte Laborextruder ermöglicht im Vergleich zum Vorgängermodell ZSK 26 Mc Durchsatzsteigerungen bis 100 %, da das Drehmoment auf 15 Nm/cm³ erhöht ist. Er arbeitet energieeffizient, weil die spezifische Energieeinleitung geringer ist. Durch den höheren Füllgrad und die niedrigere Massetemperaturen bereitet er die Produkte sehr schonend auf. Der Extruder ist fahrbar und benötigt wenig Platz, da der Schaltschrank im Unterstell intergiert ist. Beheizung und Kühlung sind betriebsfertig installiert (Plug & Play)

Rezepturentwicklungen, Bemusterungen von Compounds und Produktion kleinerer Compoundmengen  

Laborgeräte

Laborextruder ZSK 26 Mc18 

Die Einschneckenextruder-Baureihe mit dem Modell KME 60-41B/R der KraussMaffei Berstorff GmbH, Hannover, ist mit ihrer Verfahrenslänge von 41L/D für die Hochleistungsextrusion von PE- und PP-Rohren geeignet. Die Baureihe steht mit dem patentierten Verfahrenskonzept und der 41L/D langen Schnecke für einen überproportional gesteigerten Durchsatz - bei niedrigen Massetemperaturen und hoher Produktqualität. Der Verarbeiter profitiert laut Hersteller von gleichbleibend hohen Ausstoßleistungen bei konstanter Produktqualität. 

Hochleistungsextrusion mit gesteigertem Durchsatz 

Rohr- und Profilextrusion

Einschneckenextruder-Baureihe KME 60-41 B/R
 

Recycling. Schneiden, homogenisieren, erwärmen, trocknen, verdichten, puffern und dosieren in einem Arbeitsschritt – soweit das Aufgabenspektrum des Schneidverdichters als Vorstufe für den Extruder. Bislang drehte sich das Material im Schneidverdichter in dieselbe Richtung wie der Extruder. Ein österreichischer Recyclingspezialist hat dieses Prinzip nun auf den Kopf gestellt und die Drehrichtung des Kunststoffmaterials im Schneidverdichter gegen die Laufrichtung des Extruders geändert. Dadurch wird der Extruder nahezu drucklos befüllt, ist nie überfüllt und dadurch besser zu regeln. 

Schneidverdichter fördert gegen die Laufrichtung des Extruders 

Aufbereitungsmaschinen

Gegenstrom-Prinzip verbessert Produktivität 

Die KraussMaffei Berstorff GmbH, Hannover, erweitert das Segment für komplette Compoundieranlagen um die Variante ModulPlus. Mit diesem Anlagenkonzept lassen sich laut Maschinenhersteller rund zwei Monate Fertigungszeit einsparen und die Kosten für den Stahlbau seien um bis zu 20% reduzierbar. Vier dieser Anlagen sind bereits verkauft, unter anderem nach Dänemark und China. 

Schnelle Fertigung von Compoundieranlagen 

Kunststoffverarbeitung

Anlagenkonzept ModulPlus 

Drehmomentdichte und spezifisches freies Volumen sind die beiden Kennzahlen, die zur Bewertung der Leistungsfähigkeit eines Zweischneckenextruders üblicherweise herangezogen werden. Zu einem optimal ausgelegten Compounder gehören darüber hinaus viele Details, die für eine hohe Wirtschaftlichkeit bei energieeffizienter Arbeitsweise und für eine herausragende Zuverlässigkeit sorgen. 

Hohe Wirtschaftlichkeit durch Optimierung der Drehmomentdichte und  des freien Volumens 

Zukunftsfähige Compoundierextruder 

Die Einsatzbedingungen bei Extrudern stellen höchste Anforderungen an Sicherheitskupplungen, die von Standardbaureihen meist nur unzureichend erfüllt werden können. Maßgeschneiderte Lösungen sorgen hier für sicheren und zuverlässigen Schutz im Überlastfall. So lassen sich teure Schäden und Produktionsausfall verhindern. 

Sicherheitskupplungen schützen Extruder vor Überlastschäden  

Definiert und zuverlässig ausrasten  

Weiterentwicklungen im Bereich des Recyclings dominieren das Bild der Maschinen- und Anlagenbauer auf der diesjährigen Fakuma. Dabei stehen Detaillösungen im Fokus, die das Recycling effizienter und ökonomischer gestalten. 

Vom Extruder zum Aufbereiten und Wiederaufbereiten bis zum Thermoformen 

Warmformen / Thermoformen

Schmelzefilter

Kunststoff-Recycling

Druck- / Kraftsensoren

Recyclingtechnologie gewinnt  an Bedeutung  

Am 4. und 5. November 2014 kamen über 100 Teilnehmer aus 18 Ländern für den Compounding-Workshop von Leistritz nach Nürnberg. In Vorträgen und Live-Vorführungen wurden viele aktuelle und wichtige Themen der Branche behandelt.  

Leistritz Compounding XXperience 

Karriere

Workshop mit Weltrekord 

Reduzierung von Einlaufverlusten im Extrusionsprozess

Die Hochschule Bochum legt am Beispiel eines Planetwalzenextruders dar, wie Maschinendaten die auf Erfahrung beruhende gelebte Praxis ergänzen können.

Die zunehmende Umsetzung von Industrie-4.0-Architekturen in den Unternehmen bildet die Grundlage für weiterführende Analysen der gewonnenen Daten. Heuristische Ansätze wie zum Beispiel „Lean“ können damit um evidenzbasierte Entscheidungsfindungen ergänzt oder ganz ersetzt werden. Im Bereich der Fertigungsprozesse birgt die Weiterverarbeitung der mittlerweile gut verfügbaren Maschinendaten den aktuell größten Stellhebel zur Produktivitätssteigerung. Am Beispiel des Extrusionsprozesses wird dies in besonderer Form deutlich: Das Einlaufverhalten wird von einer Vielzahl unterschiedlicher interner und externer Faktoren beeinflusst. Das führt dazu, dass selbst bei gleichen Produkten die gewünschte Prozessstabilität nach unterschiedlichen Zeitspannen erreicht wird. Heuristische, das heißt auf Erfahrung basierende Ansätze bilden diesen Umstand nur ungenügend ab. Die Prozessfreigabe erfolgt entweder zu früh – und führt damit zu ungeplantem Ausschuss – oder zu spät – was ebenfalls zu eigentlich nicht erforderlichem Ausschuss führt. Evidenzbasierte Ansätze, die anhand der Maschinendaten das Prozessverhalten in Echtzeit analysieren und Trends prädizieren, bieten hier eine gute Ergänzung der gelebten Praxis. Wie ein solcher Ansatz daten- und programmiertechnisch um- und eingesetzt werden kann, wird im Weiteren am Beispiel eines Planetenwalzenextruders (Bild 1) vorgestellt.

Unter der Prozessdatenerfassung wird das automatisierte Protokollieren der Prozessdaten verstanden. Sie stellt das Bindeglied zwischen der Produktionsmaschine und der IT-Infrastruktur dar. Die gewonnenen Daten geben Aufschluss über den effizienten Einsatz der Ressourcen sowie mögliche Formen der Verschwendung. Um diese Größen zu optimieren, sind die Informationen aus der Prozessebene herauszulösen und dauerhaft zu speichern. Durch Kontrollfunktionen der Prozessparameter in Echtzeit werden Abweichungen zu Soll-Werten schnell sichtbar; kürzeste Reaktionszeiten zur Anpassung des Produktionsprozesses verbessern die Produktionsqualität und reduzieren Ausschussmengen.

Die gespeicherte Datenbasis kann bei Betrachtung von größeren Zeitspannen zudem Hinweise über prozessuale Trends geben. Für deren Berechnungen werden so genannte Prozessindikator definiert. Mit ihrer Hilfe kann der Prozessverlauf visualisiert werden. Die resultierende Darstellung schafft Transparenz, steigert die Prozessstabilität und unterstützt den Maschinenbediener grundlegend bei seiner Arbeit. [1]

Auch beim Bochumer Maschinenhersteller Entex Rust & Mitschke GmbH, der sich auf Herstellung von Planetwalzenextrudern spezialisiert hat, setzen Weiterentwicklungen stark auf den Einsatz digitaler Technologien. Vor allem die Auswertung der Prozessdaten ist wichtig, um den Kunden detaillierte Einblick in die Prozesse zu bieten. Durch die Erstellung eines Leitindikators, der prozessuale Trends sichtbar macht, können aussagekräftige Angaben über den Fertigungsfortschritt getroffen werden, die eine schnelle und zielgerichtete Steuerung durch den Maschinenbediener zur Folge haben. Die sich ergebende Visualisierung der Daten vereinfacht dabei das Arbeiten und sorgt für die nötige Unterstützung.

Von der Materialzuführung bis zum Erhalt des gewünschten Endprodukts vergeht, abhängig von Maschinengröße und Material, eine gewisse Zeit für den Compoundierprozess. Faktoren wie Druck und Temperatur müssen sich erst konsolidieren, bis die eintretende Prozessstabilität die gewünschte Produktqualität gewährleisten kann. In der Praxis ist ein Maschinenbediener mit der Überwachung des Extrusionsverfahrens betraut. Er nimmt nach Ablauf einer angemessenen Zeit (heuristischer Ansatz) eine Materialprobe an der Austrittsöffnung und lässt diese untersuchen. Stimmt die Probe mit qualitativen Kriterien des gewünschten Endprodukts überein, wird die Produktion freigegeben, ansonsten muss zu einem späteren Zeitpunkt erneut eine Probe genommen werden.

Der Zeitpunkt der Probenentnahme ist damit entscheidend für die benötigte Durchlaufzeit und die entstehende Ausschussmenge. Kommt es zu einer zu frühen Probenentnahme, entsteht ein fehlerhaftes Endprodukt, wurde die Probe zu spät genommen, entsteht zwar bereits das gewünschte Endprodukt, allerdings kann dies nicht rechtzeitig genutzt werden.

Durch die Implementation einer automatisierten Prozessdatenerfassung werden Daten aus der Steuerung der Maschine aufgezeichnet. Dies geschieht über das Kommunikationsprotokoll OPC UA, welches eine standardisierte Schnittstelle für den Echtzeitdatenaustausch bietet. [2] Die ausgelesenen Daten lassen bereits in ihrer rohen Form Schlussfolgerung über den optimalen Zeitpunkt der Probenentnahme zu. Die Verwendung der deskriptiven Datenanalyse als Hilfsutensil sorgt für die Einteilung des Produktionsablaufs in sieben Teilbereiche.

Bild 2 zeigt dabei drei unterschiedliche Sensorparameter des Planetwalzenextruders, welche einen kongruenten Verlauf aufzeigen. Die Betrachtung der Datenvisualisierung macht deutlich, dass nach jeder Zu- oder Abnahme der dargestellten Graphen eine längere Stagnationsphase folgt. Durch diese Erkenntnis kann der Fertigungsfortschritt anhand der Prozessdaten bestimmt werden. Das Hinzufügen von Materialien sorgt in der Maschine für eine Volatilität, die sich durch eine hohe Unruhe in den Prozessdaten widerspiegelt. Nach vollendeter Umformung stellt sich die Stagnation ein und die Umwandlung ist abgeschlossen. Dieser Punkt ist für die Probeentnahme optimal und sorgt mit hoher Wahrscheinlichkeit für ein positives Testergebnis.

Um diese Auswertung allerdings zu konkretisieren, müssen statistische Verfahren hinzugezogen werden, welche diesen Zeitpunkt bereits vorhersagen können. Das Resultat zeigt sich in einem Indikator, der eine Vielzahl von Messwerten mit vorgegebenen mathematischen Berechnungen verknüpft. Er gibt Aufschluss über die sich einstellende Laufruhe der Maschine und ist wichtig für den Maschinenbediener. Durch die grafische Darstellung aller relevanten Informationen über ein Dashboard werden Einblicke in den Produktionsverlauf deutlich. Der Maschinenbediener kann nun seine Erfahrungen (Heuristik) gemeinsam mit den dargestellten Prozessdaten und dem datengetriebenen Indikator (evidenzbasierter Ansatz) einsetzen, um den perfekten Probeentnahmezeitpunkt anhand der Laufruhe der Maschine zu erkennen.

Für die Zusammensetzung des Laufruheindikators werden verschiedene Berechnungen angestellt. Das Extrusionsverfahren lässt sich auf Grund seiner Mehrdimensionalität nicht von einer einzelnen Berechnung abbilden, sondern ist auf verschiedene Bestandteile angewiesen. Um diese Verfahren zu bewerten, mussten Simulationen angestellt werden. Wichtigstes Kriterium bei der Überprüfung ist die Aussagefähigkeit für den Maschinenbediener. Nach etlichen Erprobungen haben sich zwei Verfahren als ausdrucksstark herauskristallisiert. Diese bilden gemeinsam den Laufruheindikator ab (Bilder 3 und 4) und haben folgende Namen bekommen:

Channel Projection: Die Channel Projection setzt sich aus zwei Projektionslinien zusammen, die den minimalen und maximalen Entwicklungsverlauf der Daten vorhersagen. Der dargestellte Trichter nutzt für die Berechnung historische Datenpunkten. Die Auswahl der Datenhistorie orientiert sich immer am letzten eingefügten Datensatz und reicht eine variable Anzahl an Datensätzen in die Vergangenheit zurück.

Moving Distance: Der zweite Bestandteil des Laufruheindikators besteht aus drei Elementen, die miteinander kombiniert werden und einen besseren Blick auf die Prozessvergangenheit werfen. Das erste Element ist ein ungewichteter gleitender Durchschnitt (blaue Linie). Er sorgt für eine Angleichung durch das Abschwächen von Datenpunkten mit einer zu großen Abweichung innerhalb des betrachteten Fensters. Der Moving Average wird deshalb häufig als Werkzeug für die Vorhersage von Trends genutzt. Für seine Berechnung wird ein Zeitfenster festgelegt, das überlappend verschoben wird. Bei jeder Iteration wird ein arithmetisches Mittel gebildet. Die Ergebnismenge bildet eine gleichmäßig verlaufende Trendlinie. Das zweite Element bildet einen Kanal ab, der sich um den Moving Average legt. Rechnerisch entsteht eine Ober- und Untergrenze, die sich aus der Standardabweichung des rollierenden Fensters zusammensetzt (grüne Fläche).

Das dritte Element besteht aus einer dimensionslosen Kennzahl, welche sich aus der Summe der absoluten Differenz des berechneten gleitenden Mittelwerts und den tatsächlichen Werten ergibt. Dies indiziert mit einem hohen Wert eine höhere Varianz der Daten und mit einem niedrigen Wert eine niedrige Varianz.

Für die automatisierte Berechnung der Prozessdaten wurde die weitverbreitete Programmiersprache Python eingesetzt. Python ist für diese Anwendung hervorragend geeignet, da sie die Themenfelder der Data Science, die Erstellung von grafischen Benutzeroberflächen und die Kommunikation zu allen gängigen Datenbanken unterstützt.

Für die grafische Darstellung der Messdaten wurde die Open Source Software Grafana eingesetzt, die vor allem mit ihrer Echtzeitfähigkeit und ihren vielfältigen Einstellmöglichkeiten überzeugt. Das Grafana Dashboard setzt sich aus einer Sammlung von Panels zusammen, die für unterschiedliche Darstellungen genutzt werden. Für das Laufruhe-Dashboard werden für jeden Sensorparameter zwei Panels verwendet.

Für die richtige Verwendung des Grafana Dashboards muss der Maschinenbediener die Prozessparameter am Monitor verfolgen. Er nutzt die grafische Darstellung, um die eingehende Laufruhe der Maschine zu erkennen. Zu Beginn des Umwandlungsprozesses zeigen die Graphen große Volatilität.

Ist der Umwandlungsprozess schon fortgeschritten, stellt sich die eingehende Laufruhe ein. Sie wird durch einen spitzen Trichter in Verbindung mit einem kleinen Standardabweichungskanal und dem Abfall der Unruhe-Leistung (rechtes Panel) sichtbar. Treffen diese Kriterien zu, ist der Zeitpunktpunkt für die Entnahme der Materialprobe optimal.

Die Analyse des Prozessverhaltens in Echtzeit sowie die Prädiktion von Trends (Laufruheindikator) ermöglichen eine effektivere und effizientere Maschinennutzung. Die persistente Datenspeicherung und das Grafana Dashboard ermöglichen zudem auch zu späteren Zeitpunkten detaillierte Prozessanalysen: Neben der explorativen Visualisierung können KI-basierte Algorithmen zur Muster- und Korrelationserkennung problemlos implementiert und zusätzliche externe Datenquellen eingebunden werden.

[1] F. Christ, „Prozessdatenerfassung an Industrie-Maschinen,“ 02 01 2022. [Online]. Available: <a href="https://papers.verlinked.com/2020/04/13/prozessdatenerfassung-an-industrie-maschinen/" target="_blank">https://papers.verlinked.com/2020/04/13/prozessdatenerfassung-an-industrie-maschinen/</a>.

[2] „Maschinendatenerfassung als erster Schritt zu Industrie 4.0,“ 05 05 2021. [Online]. Available: <a href="https://www.gbo-datacomp.de/maschinendatenerfassung-als-erster-schritt-zu-industrie-4" target="_blank">https://www.gbo-datacomp.de/maschinendatenerfassung-als-erster-schritt-zu-industrie-4</a>–0–2021–05. [Zugriff am 02 01 2022].

[3] „Extrusion,“ [Online]. Available: <a href="https://www.techpilot.de/lexikon/extrusion/" target="_blank">https://www.techpilot.de/lexikon/extrusion/</a>. [Zugriff am 02 01 2022].

Hochschule Bochum Bochum University of Applied Sciences 

https://www.hochschule-bochum.de

Industrial Analytics Lab GmbH  

https://www.ial.ruhr

Ausgabenartikel KU09-22

Bild 2. Bei der deskriptiven Datenanalyse werden drei Sensorparameter des Planetwalzenextruders betrachtet.

Bild 3. Die schwankende Laufruhe zu Beginn des Prozesses wird durch große Volatilität der Graphen deutlich.

Bild 4. Dieses Bild zeigt die eingehende Laufruhe im fortgeschrittenen Umwandlungsprozess.

Bild 1. Der Planetwalzenextruder von Entex plastifiziert Materialien mittels Extrusion. Hierzu werden Substanzen in Granulatform unter Einwirkung von hohem Druck und exakter Temperierung durch ein formgebendes Mundstück in beliebiger Menge gepresst [3].

Name - Hauptartikel

Die Hochschule Bochum legt dar, wie Maschinendaten die gelebte Praxis, die auf Erfahrung beruht, ergänzen können.

Effiziente Extrusion mithilfe von Echtzeit-Analysen

Philipp Wegner, B. Sc., studierte Wirtschaftsinformatik an der Hochschule Bochum und verantwortet als Data Analyst IT- & Data Science Projekte für die Industrial Analytics Lab GmbH.

Dr. rer. nat. Peter-Christian Zinn, promovierter Physiker und Managing Partner des IAL, berät zum Leitthema „Wie mache ich meine Daten zu Geld?“

Prof. Dr. rer. nat. Henrik Blunck ist promovierter Informatiker und diplomierter Mathematiker und lehrt und forscht in den Bereichen Praktische Informatik und Data Analytics seit 2016 als Professor der Hochschule Bochum.

Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirt. Ing. Andreas Merchiers lehrt und forscht im Bereich Produktionsmanagement, Industrie 4.0 und Data Analytics an der Hochschule Bochum. Zusätzlich ist er als Industrieberater tätig.

Das Literaturverzeichnis finden Sie unter <a href="http://www.kunststoffe.de/onlinearchiv">www.kunststoffe.de/onlinearchiv</a>