Walcarka laboratoryjna LM-250/500

Największa walcarka laboratoryjna rodziny LM

LM-250/500 została zaprojektowana do mieszania, walcowania, homogenizacji i przygotowania próbek z polimerów, mieszanek gumowych, elastomerów oraz materiałów kompozytowych. Walce o średnicy 250 mm i szerokości roboczej 500 mm zapewniają największą skalę procesu w rodzinie LM przy zachowaniu rozbudowanych pomiarów, programowalnego sterowania i aktywnej kontroli geometrii układu roboczego.

W zależności od wersji maksymalny moment wynosi od 2 × 2300 Nm do 2 × 4200 Nm. Maksymalna siła dynamiczna pomiędzy walcami wynosi 149 kN, a maksymalna siła statyczna 500 kN. Pozwala to prowadzić badania materiałów generujących duży opór deformacji oraz próby służące przechodzeniu od niewielkiej skali laboratoryjnej do większej skali technologicznej.

Sztywna konstrukcja z wahliwym łożyskowaniem walców

Korpus nośny LM-250/500 wykonano z masywnych, precyzyjnie frezowanych elementów z litej stali. Wysoka sztywność konstrukcji zapewnia stabilne podparcie zespołów łożyskowych, mechanizmów regulacji szczeliny oraz układów pomiarowych.

Walce są osadzone w łożyskach wahliwych. Rozwiązanie umożliwia kompensację zmian kątowego ustawienia zespołów łożyskowych powstających pod obciążeniem i zapobiega nadmiernemu przesztywnieniu układu roboczego.

Ma to szczególne znaczenie podczas walcowania zimnych, twardych lub wysoko napełnionych mieszanek. Materiał może w takich warunkach wywoływać silnie niesymetryczny napór na lewą i prawą stronę walców. Wahliwe łożyskowanie pozwala prawidłowo przenosić takie obciążenia, a niezależny pomiar siły po obu stronach umożliwia ilościową obserwację asymetrii procesu.

Aktywna kontrola geometrii szczeliny

Szczelina pomiędzy walcami jest regulowana za pomocą dwóch niezależnych elektrycznych mechanizmów nastawczych, po jednym dla lewej i prawej strony. Każda strona ma własny napęd oraz niezależny pomiar położenia.

Zakres szczeliny roboczej wynosi 0,2-10 mm. Położenie jest mierzone niezależnie po obu stronach z rozdzielczością 0,01 mm, a zmiana szczeliny może być wykonywana również podczas pracy walcarki.

Sterowanie wykorzystuje informacje o położeniu lewej i prawej strony do aktywnej korekcji równoległości walców. Układ kompensuje również zmianę geometrii wynikającą z rozszerzalności cieplnej. Dzięki temu położenie walców jest kontrolowane także podczas zmian temperatury i obciążenia procesu.

Dwustronny pomiar siły i pomiar momentu każdego walca

Siła działająca pomiędzy walcami jest mierzona niezależnie po lewej i prawej stronie na zespołach łożyskowych. Pozwala to obserwować nie tylko całkowite obciążenie mechaniczne, ale również jego rozkład wzdłuż układu roboczego.

Każdy walec ma niezależny pomiar prędkości oraz momentu obrotowego. Jednoczesna rejestracja momentu, siły, położenia, prędkości i temperatury umożliwia analizowanie kolejnych etapów procesu na podstawie rzeczywistych wielkości mechanicznych i termicznych.

Pomiar siły na zespołach łożyskowych nie jest bezpośrednim pomiarem lokalnego ciśnienia materiału w szczelinie. Stanowi natomiast wartościową informację o obciążeniu walców, jego asymetrii oraz zmianach zachodzących podczas procesu.

Do 4200 Nm momentu na każdy walec

Każdy walec LM-250/500 jest napędzany niezależnie. Prędkość obrotowa może być regulowana w zakresie 0,5-22 obr/min, co dla walców o średnicy 250 mm odpowiada prędkości powierzchniowej około 0,4-17 m/min.

Silniki wykorzystują obce chłodzenie niezależne od ich prędkości obrotowej. Ma to szczególne znaczenie podczas długotrwałej pracy przy niewielkiej prędkości i wysokim momencie, typowej dla zimnych, twardych i silnie napełnionych mieszanek.

Dostępne są trzy warianty napędu: 2 × 2300 Nm, 2 × 3000 Nm oraz 2 × 4200 Nm. Konfiguracja może być dobrana do rodzaju materiału, wielkości próbki i przewidywanego obciążenia procesu.

Niezależna regulacja friction ratio

Niezależne napędy pozwalają swobodnie kształtować stosunek prędkości powierzchniowych obu walców, określany jako friction ratio. Parametr wpływa na warunki ścinania, sposób deformacji materiału, zachowanie rolling banku oraz prowadzenie pasma na powierzchni walca.

Prędkości obu walców mogą być zmieniane podczas procesu, dzięki czemu odpowiedź materiału na zmianę friction ratio może być analizowana bez przerywania próby.

Zależności pomiędzy szczeliną, temperaturą, rolling bankiem, friction ratio i stanem mieszania opisano szerzej w artykule Stan mieszania gumy w walcarce dwuwalcowej.

Wodne lub olejowe termostatowanie walców

LM-250/500 może być wyposażona w wodny albo olejowy układ grzewczo-chłodzący. Wariant dobierany jest do rodzaju materiału, wymaganej temperatury oraz charakterystyki cieplnej procesu.

Układ wodny umożliwia pracę w zakresie 20-140°C. Wariant olejowy rozszerza zakres temperatury do 20-300°C.

Temperatura walców jest monitorowana w sześciu punktach pomiarowych. Cyfrowa regulacja PID umożliwia sterowanie temperaturą podczas pracy, a aktywne chłodzenie pozwala odbierać ciepło generowane przez proces.

Do czterech dodatkowych czujników procesu

Stanowisko może zostać wyposażone w maksymalnie cztery dodatkowe czujniki bezkontaktowe. Poszczególne punkty mogą być skonfigurowane jako czujniki temperatury IR, czujniki odległości albo kombinacja obu typów. Konfiguracja jest dobierana do badanego procesu i oczekiwanego zakresu pomiarów.

Czujniki IR umożliwiają pomiar temperatury samego materiału niezależnie od pomiarów temperatury walców. Zastosowanie kilku punktów pozwala obserwować różnice temperatury mieszanki w różnych obszarach szerokości roboczej.

Czujniki odległości mogą mierzyć wysokość rolling banku przed szczeliną. Zastosowanie kilku punktów pomiarowych umożliwia analizę jego profilu wzdłuż walców, w tym różnic wysokości, zmian położenia materiału oraz asymetrii rozkładu mieszanki.

Programowalny stock blender z pomiarem momentu

Opcjonalny stock blender wykorzystuje napędzaną rolkę dociskową przemieszczającą się ruchem posuwisto-zwrotnym wzdłuż walca. Rolka dociska materiał, odrywa pasmo od powierzchni walca, zawija je i ponownie kieruje do obszaru roboczego. Realizowane w ten sposób mieszanie poprzeczne ogranicza wpływ ręcznej techniki operatora na sposób przekładania materiału.

Ruch stock blendera jest programowany z poziomu sterowania walcarki. Użytkownik może określić zakres przemieszczania rolki wzdłuż walca, jej prędkość obrotową, czas pracy oraz liczbę cykli. Parametry mogą być dopasowane do konkretnej mieszanki i zapisane jako część receptury procesu.

Programowany zakres ruchu pozwala prowadzić materiał na całej szerokości roboczej albo ograniczyć działanie rolki do wybranego obszaru walca. Sterowanie prędkością, czasem oraz liczbą cykli umożliwia odtwarzanie tej samej procedury mieszania podczas kolejnych prób.

Napęd rolki stock blendera jest wyposażony w pomiar momentu obrotowego. Rejestrowany moment jest sygnałem opisującym opór występujący podczas odrywania, zawijania i prowadzenia materiału. Przy zdefiniowanych warunkach procesu może być wykorzystywany do ilościowej analizy przylegania mieszanki do powierzchni walca.

Wieloparametrowa analiza stanu mieszanki

Rozbudowana konfiguracja pomiarowa LM-250/500 umożliwia jednoczesną obserwację momentu obu walców, siły po lewej i prawej stronie, szczeliny po obu stronach, prędkości, friction ratio, temperatury walców oraz dodatkowych parametrów materiału.

Po wyposażeniu stanowiska w czujniki IR, czujniki wysokości rolling banku oraz stock blender z pomiarem momentu możliwe jest rozszerzenie analizy o temperaturę materiału, profil rolling banku oraz opór jego odrywania i przylegania do walca.

Taka kombinacja sygnałów umożliwia porównywanie receptur i etapów procesu na podstawie danych, a nie wyłącznie na podstawie obserwacji operatora.

Sterowanie czasu rzeczywistego i integracja przemysłowa

Sterowanie LM-250/500 opiera się na PLC czasu rzeczywistego oraz rozproszonej architekturze automatyki. Panel dotykowy 12 cali umożliwia nastawę parametrów procesu, obsługę urządzenia oraz zapis i odtwarzanie receptur.

POWERLINK, Ethernet oraz OPC UA tworzą standardową warstwę komunikacyjną urządzenia. OPC UA umożliwia wymianę danych z systemami nadrzędnymi oraz integrację stanowiska z infrastrukturą laboratoryjną i przemysłową.

Możliwa jest integracja z systemami MES i LIMS. Opcjonalnie stanowisko może zostać wyposażone w Wi-Fi, tablet, zdalny nadzór, diagnostykę serwisową oraz serwer WWW.

Stanowisko do badań scale-up

LM-250/500 jest przeznaczona do zastosowań, w których niewielka walcarka laboratoryjna nie zapewnia już wystarczającej skali procesu. Większa średnica i szerokość walców, wysoki dostępny moment oraz duża obciążalność umożliwiają prowadzenie prób z większą ilością materiału i przy obciążeniach zbliżających stanowisko do skali technologicznej.

Jednocześnie maszyna zachowuje rozbudowaną instrumentację charakterystyczną dla stanowiska R&D. Dzięki temu LM-250/500 może pełnić funkcję pomostu pomiędzy rozwojem formulacji, badaniami procesu i dalszym skalowaniem technologii.

Bezpieczeństwo i niezależne sposoby awaryjnego uwolnienia

LM-250/500 jest wyposażona w system bezpieczeństwa zgodny z EN 1417 i uwzględniający wymagania dotyczące dużych walcarek dwuwalcowych.

Przy dostępnym zasilaniu sieciowym realizowane są aktywne funkcje bezpieczeństwa, obejmujące zatrzymanie walców, automatyczne rozsunięcie oraz kontrolowany ruch rewersyjny.

Kąt zatrzymania po zadziałaniu odpowiedniego urządzenia ochronnego wynosi poniżej 45°. Funkcja awaryjnego rozsunięcia zwiększa szczelinę pomiędzy walcami do 50 mm w czasie poniżej 5 s.

Maszyna wykorzystuje dwa odrębne tory zasilania rezerwowego. Pierwszy zapewnia niezależne zasilanie automatyki 24 V DC, a drugi dostarcza energię potrzebną do wykonania awaryjnego rozsunięcia walców po zaniku zasilania podstawowego.

Niezależnie od układów elektrycznych każda strona walców może być rozsuwana mechanicznie za pomocą standardowego klucza nasadowego. Lewa i prawa strona mogą być przemieszczane niezależnie, dzięki czemu możliwe jest zwiększenie szczeliny po stronie wymagającej awaryjnego uwolnienia. Wahliwe łożyskowanie walców pozwala kompensować powstające przy tym kątowe przemieszczenie układu.

Kiedy wybrać LM-250/500?

LM-250/500 jest przeznaczona dla laboratoriów, centrów R&D i działów technologicznych wymagających największej skali pracy w rodzinie LM, wysokiego momentu oraz możliwości ilościowej analizy procesu.

Model szczególnie dobrze odpowiada badaniom scale-up, rozwojowi formulacji, walcowaniu mieszanek gumowych i elastomerowych, materiałów wysoko napełnionych, polimerów oraz procesom, w których istotna jest kontrola siły, momentu, szczeliny, temperatury i sposobu prowadzenia materiału.

Dla mniejszej skali badań dostępne są LM-150/320 oraz LM-200/400. Całą rodzinę przedstawiono na stronach walcarek do polimerów i gumy oraz walcarek do gumy.

Dobór konfiguracji LM-250/500

Konfiguracja walcarki może być dopasowana do rodzaju materiału, wymaganego momentu, zakresu temperatury, sposobu prowadzenia mieszanki, wymaganych pomiarów oraz docelowej integracji stanowiska.

Jeżeli LM-250/500 ma realizować określoną procedurę badawczą, pracować z materiałami o dużym oporze deformacji albo stanowić element większego stanowiska technologicznego, skonsultuj konfigurację LM-250/500 z SiTech3D.