Wytłaczarka laboratoryjna LE-1S 32 mm

Wytłaczarka 32 mm jako platforma procesu, a nie tylko urządzenie laboratoryjne

LE-1S 32 mm została zaprojektowana jako konfigurowalna wytłaczarka jednoślimakowa, która może pełnić różne funkcje zależnie od wyposażenia i wymagań procesu. Może pracować jako stanowisko R&D, jednostka procesowa linii technologicznej, koekstruder lub element bardziej rozbudowanego systemu badawczo-produkcyjnego.

Średnica ślimaka 32 mm zapewnia większą skalę procesu niż w modelach LE-1S 20 i 25 mm, zachowując jednocześnie możliwość dokładnej kontroli parametrów, konfiguracji układu uplastyczniającego i rejestracji danych. Ma to znaczenie podczas dłuższych prób, pracy z większym strumieniem materiału oraz w zastosowaniach przemysłowych, w których urządzenie ma współpracować z rzeczywistymi elementami linii.

Wartość LE-1S 32 mm nie wynika z jednej maksymalnej liczby opisującej wydajność, moc lub moment. O użyteczności urządzenia decyduje możliwość zbudowania stabilnego, mierzalnego i powtarzalnego procesu dopasowanego do materiału oraz funkcji wytłaczarki w całej instalacji.

Napęd i kontrola rzeczywistego obciążenia procesu

Standardowa konfiguracja LE-1S 32 mm wykorzystuje napęd 7,5 kW i zapewnia maksymalny dostępny moment obrotowy na ślimaku do 360 Nm. Maksymalna prędkość obrotowa wynosi 200 obr./min.

Dla procesów wymagających większej rezerwy momentu dostępny jest napęd 11 kW zapewniający do 500 Nm na ślimaku przy zachowaniu maksymalnej prędkości 200 obr./min. Pozwala to dobrać wariant napędu do rzeczywistych oporów procesu zamiast przewymiarowywać każdą maszynę.

W konfiguracji z silnikiem Lenze MF i falownikiem rodziny i500 układ napędowy może pracować w trybie SC ASM z identyfikacją parametrów silnika. Wartość momentu może być wyznaczana i rejestrowana razem z pozostałymi parametrami procesu.

Moment jest użytecznym sygnałem diagnostycznym, ponieważ jego zmiany mogą odzwierciedlać między innymi zmiany stopnia wypełnienia ślimaka, temperatury materiału, warunków karmienia lub oporów przepływu. Nie należy go jednak utożsamiać bezpośrednio z lepkością stopu. Największą wartość informacyjną uzyskuje się przez analizę momentu razem z prędkością ślimaka, temperaturą, ciśnieniem i warunkami dozowania.

Układ uplastyczniający L/D 24–36

Standardowa długość robocza układu uplastyczniającego LE-1S 32 mm wynosi L/D 32. W zależności od materiału i zadania technologicznego dostępne są konfiguracje w zakresie L/D 24–36.

Dobór L/D nie powinien polegać na wyborze największej możliwej wartości. Długość układu musi być rozpatrywana razem z geometrią ślimaka, wymaganym czasem przebywania, przebiegiem uplastyczniania, potrzebą homogenizacji, odgazowaniem oraz wrażliwością materiału na temperaturę i ścinanie.

Standardowo stosowany jest ślimak monolityczny. Jego geometria może zostać dobrana do właściwości materiału oraz funkcji urządzenia w procesie. Pozwala to projektować strefy transportu, uplastyczniania i homogenizacji pod konkretne wymagania zamiast stosować jedną uniwersalną geometrię do wszystkich aplikacji.

Rowkowana strefa karmienia

Opcjonalna rowkowana strefa karmienia umożliwia zwiększenie kontroli nad transportem materiału stałego. W zależności od rodzaju granulatu, właściwości tarciowych, geometrii ślimaka i punktu pracy może poprawiać stabilność podawania oraz zdolność transportową układu.

Jej roli nie należy sprowadzać wyłącznie do zwiększenia maksymalnej wydajności. Z punktu widzenia procesu istotna jest przede wszystkim możliwość uzyskania bardziej stabilnych warunków karmienia, które ograniczają przenoszenie wahań zasilania do dalszej części układu.

Temperatura cylindra i rzeczywista temperatura stopu

LE-1S 32 mm może posiadać od 4 do 8 niezależnie regulowanych stref grzewczo-chłodzących. Standardowe wykonanie umożliwia pracę do 400°C, natomiast opcjonalne wykonanie wysokotemperaturowe pozwala zwiększyć maksymalną temperaturę do 420°C. Dostępne jest również wykonanie ze stali kwasoodpornej przeznaczone do pracy do 270°C.

Większa liczba stref pozwala dokładniej kształtować profil cieplny w dłuższych konfiguracjach układu uplastyczniającego. Jest to szczególnie ważne wtedy, gdy kolejne części ślimaka pełnią odmienne funkcje związane z transportem, uplastycznianiem, mieszaniem lub odgazowaniem.

Strefa karmienia posiada oddzielny układ chłodzenia wodnego pracujący w obiegu z pompą i chłodnicą. Umożliwia to stabilizację warunków podawania materiału niezależnie od profilu temperatury dalszej części cylindra.

Temperatura cylindra nie jest równoznaczna z temperaturą rzeczywistego stopu. Materiał otrzymuje energię zarówno z układu grzewczego, jak i w wyniku pracy mechanicznej oraz ścinania. Dlatego bezpośredni pomiar temperatury stopu jest ważnym uzupełnieniem informacji pochodzących z regulatorów poszczególnych stref.

Ciśnienie jako informacja o warunkach przepływu

Pomiar ciśnienia stopu pozwala obserwować warunki przepływu w określonym miejscu układu. Jego wartość zależy od właściwości i temperatury materiału, strumienia stopu, geometrii ślimaka oraz oporów generowanych przez urządzenia znajdujące się za wytłaczarką.

Głowica, filtr, pompa stopu lub inne elementy linii mogą istotnie zmieniać ciśnienie, dlatego odczytu nie należy interpretować w oderwaniu od konfiguracji całego procesu.

Analiza ciśnienia razem z temperaturą stopu, momentem napędu i prędkością ślimaka pozwala skuteczniej obserwować stabilność procesu oraz wykrywać zmiany punktu pracy.

Odgazowanie dobierane do rzeczywistego procesu

LE-1S 32 mm może zostać wykonana z układem odgazowania. Rozwiązanie to powinno być projektowane razem z geometrią ślimaka, długością układu i wymaganym stopniem wypełnienia kanału w obszarze portu.

Skuteczne odgazowanie nie wynika z samej obecności otworu w cylindrze. W obszarze odpowietrzania stopień wypełnienia powinien umożliwiać usuwanie wilgoci lub składników lotnych bez wypychania materiału do portu lub instalacji próżniowej.

Dlatego konfiguracja odgazowania jest dobierana do konkretnego materiału i procesu, a nie traktowana jako niezależny dodatek do standardowej geometrii ślimaka.

Dozowanie materiałów, cieczy i gazów

LE-1S 32 mm może współpracować z dozownikami grawimetrycznymi i wolumetrycznymi, umożliwiając kontrolowane podawanie materiału podstawowego oraz dodatkowych składników formulacji.

Opcjonalnie możliwe jest dozowanie cieczy do zasypu za pomocą pompy perystaltycznej oraz bezpośrednie dozowanie cieczy do cylindra z wykorzystaniem odpowiednio dobranego układu z pompą zębatą. Dostępne jest również dozowanie gazów.

Połączenie dozowania z rejestracją danych pozwala powiązać rzeczywiste warunki zasilania z temperaturą, ciśnieniem, momentem i pozostałymi parametrami procesu. Ma to znaczenie zarówno podczas prac R&D, jak i przy odtwarzaniu wcześniej zweryfikowanych warunków produkcyjnych.

R&D, dane procesowe i powtarzalność

W pracach badawczo-rozwojowych wartość wytłaczarki nie kończy się na osiągnięciu określonego punktu pracy. Równie istotna jest możliwość jego udokumentowania, porównania i późniejszego odtworzenia.

LE-1S umożliwia rejestrację parametrów procesu i obsługę receptur. Pozwala to analizować wpływ zmian temperatury, prędkości ślimaka, momentu, ciśnienia oraz dozowania na przebieg procesu i otrzymywany produkt.

Zestaw tych informacji może służyć do wyznaczania stabilnego okna procesowego, czyli zakresu warunków, w których proces zachowuje wymaganą powtarzalność. Jest to szczególnie ważne podczas rozwoju technologii oraz jej późniejszego wdrażania.

Pomiar momentu, temperatury i ciśnienia nie jest natomiast sam w sobie pełnym pomiarem reologicznym. Jeżeli celem jest ilościowe wyznaczanie charakterystyki lepkości w funkcji szybkości ścinania, stanowisko wymaga odpowiedniego układu pomiarowego i geometrii reometrycznej.

Automatyka i integracja z linią technologiczną

LE-1S 32 mm wykorzystuje sterownik PLC czasu rzeczywistego oraz komunikację Ethernet. Opcjonalnie urządzenie może zostać wyposażone w OPC UA, pomiar energii elektrycznej, Wi-Fi, sterowanie z tabletu, zdalny nadzór, diagnostykę serwisową i serwer WWW.

Rozbudowę automatyki mogą uzupełniać LMS – Logistics Management System, PMS – Power Management System oraz DMS – Dosing Management System. Pozwala to integrować wytłaczarkę z bardziej rozbudowanym systemem zarządzania materiałami, energią i dozowaniem.

Takie podejście umożliwia wykorzystanie urządzenia jako samodzielnego stanowiska lub jako części nadrzędnie sterowanej linii technologicznej, w której wymiana danych i synchronizacja urządzeń są elementem całego procesu.

LE-1S 32 mm jako koekstruder

LE-1S 32 mm może pracować jako jednostka koekstruzyjna w procesach wielokomponentowych. W takich zastosowaniach podstawowym kryterium nie jest maksymalna wydajność pojedynczej wytłaczarki, lecz stabilność strumienia każdego komponentu i utrzymanie wymaganej relacji pomiędzy materiałami.

Model 32 mm może być wykorzystywany zarówno jako główna jednostka procesowa, jak i jako koekstruder, zależnie od wymaganej proporcji strumieni i geometrii produktu.

Regulacja prędkości, pomiar temperatury i ciśnienia stopu, obserwacja momentu oraz współpraca z systemami dozowania tworzą podstawę do integracji urządzenia z głowicami wielokomponentowymi i pozostałymi elementami linii.

Od badań R&D do zastosowań przemysłowych

LE-1S 32 mm może być wykorzystywana zarówno podczas opracowywania technologii, jak i później jako jednostka robocza instalacji przemysłowej, jeżeli wymagany punkt pracy mieści się w zakresie urządzenia.

Większa skala układu 32 mm pozwala prowadzić dłuższe próby, pracować z większym strumieniem materiału i obciążać rzeczywiste urządzenia znajdujące się za wytłaczarką. Dzięki temu urządzenie może być wykorzystywane nie tylko do przygotowania niewielkiej próbki, lecz również do walidacji procesu, uruchamiania kompletnych sekcji linii i produkcji małych lub specjalistycznych serii.

Przejście pomiędzy R&D i zastosowaniem przemysłowym nie oznacza jednak prostego przeliczenia parametrów według średnicy ślimaka. Należy uwzględniać również czas przebywania, transfer ciepła, ścinanie, geometrię układu, sposób karmienia oraz charakterystykę urządzeń współpracujących.

Pozycja LE-1S 32 mm w rodzinie 20, 25 i 32 mm

Modele LE-1S 20, 25 i 32 mm wykorzystują wspólną filozofię konstrukcji, pomiarów i automatyki. Różnią się przede wszystkim skalą procesu, dostępnym momentem oraz zakresem funkcji układu uplastyczniającego.

LE-1S 32 mm oferuje największą skalę procesu w tej grupie. Standardowe L/D 32, możliwość konfiguracji do L/D 36, napęd 360 Nm oraz opcjonalna wersja 500 Nm pozwalają wykorzystywać urządzenie w bardziej wymagających zastosowaniach, przy zachowaniu funkcjonalności potrzebnej w pracach R&D.

Dobór pomiędzy modelami 20, 25 i 32 mm powinien dlatego wynikać z rzeczywistych potrzeb technologicznych, a nie z założenia, że największa średnica lub najwyższa wydajność są zawsze rozwiązaniem właściwym.

Konfiguracja LE-1S 32 mm

Dobór konfiguracji powinien rozpocząć się od rodzaju materiału, wymaganej funkcji wytłaczarki oraz architektury całej linii.

Na tej podstawie dobierane są między innymi długość i geometria ślimaka, strefa karmienia, wariant napędu, liczba stref temperaturowych, odgazowanie, system dozowania, wymagane pomiary oraz sposób komunikacji z pozostałymi urządzeniami.

Dzięki temu LE-1S 32 mm może zostać skonfigurowana jako zaawansowane stanowisko R&D, urządzenie do rozwoju i walidacji procesu albo jednostka robocza rzeczywistej instalacji technologicznej.