EoW March 2013

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Technischer artikel
März 2013 96
Messung des Gasflusses
Sicherzustellen, dass ein konstanter,
richtiger Gasfluß in die Schmelze
eingespritzt wird, ist eine der
wichtigsten Variablen des
Schaumverfahrens. Nicht erfasste
Änderungen des Gasflusses werden
in Kapazitanzänderungen resultieren,
die zu einer Verfahrensinstabilität
und erheblichem Schrott führen. Die
Messungen des Offline-Injektorsflusses
(wie z. B. die Wasserverdrängung)
werden den durchschnittlichen
Injektordurchsatz bei Raumtemperatur
bestimmen. Sie werden aber nicht den
tatsächlichen Verfahrensdurchsatz
oder die Flussänderung bestimmen,
da sich die Injektorflüsse radikal
ändern können, wenn sie bis zu den
Verarbeitungstemperaturen erwärmt
werden. Demzufolge empfiehlt sich ein
Inline-Flussmesser wenn das Gasinjektion-
Schaumverfahren benutzt wird. Mit
einem Flussmesser kann der Gasdruck
genau eingestellt werden, um den
berechneten Durchsatz zu erzielen, der
für die gewünschte Nennkapazitanz
erforderlich ist. Darüber hinaus können die
Änderungen des Durchsatzes überwacht
werden.
Auswahl des
Gasinjektors für das
Produkt
Bei der Dimensionierung eines Injektors
ist der Druck der Extrudertrommel
zu berücksichtigen sowie der
Stickstoffdurchsatz für die gewünschte
Ausdehnungsrate im Vergleich zur
Betriebsgeschwindigkeit des Produkts.
Der Durchsatz des Gases hängt von den
Abmessungen der Injektoröffnung und
des Stickstoffgasdrucks ab.
Die Öffnung ist derart zu dimensionieren,
dass der Gasdruck höher als der
Trommeldruck für den gewünschten
Gasfluß ist. Vorausgesetzt wird, dass
ein bestimmter Kabelaufbau einen
Durchsatz von 50cc/min Strickstoff für
eine Liniengeschwindigkeit von 600 Fuß
pro Minute fordert und einen Druck der
Extrudertrommel von 1.000psig erzeugt.
Der ausgewählte Injektor für dieses
Verfahren bedarf einer Öffnung, die nicht
größer dimensioniert sein darf als jene zur
Förderung eines Gasdurchsatzes von 50cc/
min bei einem Druck höher als jener der
Trommel.
Mit einem Durchsatz über 50cc/min
bei 1.000psig würde eine Einstellung
des Gasdrucks erforderlich sein, die
niedriger ist als der Trommeldruck und
daraus würde resultieren, dass das
Injektorverschliessen zur Erstarrung des
Produkts führen würde.
Eine Erhöhung des Gasdrucks über
1000 psig würde einen zu hohen
Gasfluß verursachen, was wiederum
zum Überschäumen führt. Diese
Überschäumbedingung wird oft
missverstanden, und als Material- oder
Verarbeitungsproblem betrachtet.
Ist dagegen die Injektoröffnung
zu klein, ist es möglich, dass nicht
genügend Gasdruck vorhanden ist um
▲ ▲ Bild 6: Querschnitt des Schaumkerns mit fester Hautaußenschicht
den geforderten Gasfluß zu erzielen.
Das resultiert in einer Unfähigkeit die
gewünschte Ausdehnungsrate und
Produktkapazitanz zu erzielen.
Aus diesem Grund stehen in der
Regel verschiedene Injektoren mit
unterschiedlichen Durchsätzen über eine
große Druckauswahl zur Verfügung.
Die Anzahl unterschiedlicher
geforderter Abmessungen variiert
abhängig vom Produktmix und dem
verfügbaren Gasdruck. Der Einsatz einer
Hochdruck-Stickstoffpumpe erhöht die
Gasdruckauswahl im Vergleich zum Einsatz
eines Hochdruckzylinders.
Die Anwendung einer Pumpe kann eine
Reduzierung der Anzahl an Abmessungen
der Injektoren beitragen, die für einen
Betrieb gefordert werden, und damit zu
einer Senkung der Gesamtkosten führen.
Der Injektoraufbau kann auch Einfluss
auf die Leistungen haben. Bild 5 zeigt
das Ergebnis der Versuche, die vier
handelsübliche Injektorausführungen
vergleichen, wie durch die
Gasflußänderung und der sich ergebenen
Kapazitanzänderung quantifiziert.
Für diese Versuche wurde ein 50-Ohm Kern
und ein Leiter mit einem Durchmesser
von 23 Gauge eingesetzt, der zirka um
50 Prozent geschäumt ist. Die Six-Sigma-
Abweichung des Gasdurchsatzes (± 3
Standardabweichungen) liegt zwischen 4
und 27cc/min mit einer sich ergebenden
Kapazitanzänderung von 0,3 bis 3,8pf/Fuß.
Diese Ergebnisse zeigen, dass
Leistungsaspekte, die oft dem
Fluorpolymermaterial zugeschrieben
werden, in der Regel ein Verarbeit-
ungsaspekt sind, der sich auf die
Ausrüstung bezieht.
Der Einsatz eines falsch ausgemessenen
Injektors oder ein instabiler Entwurf kann
den echten Leistungsvorteil bestimmter
Materialien verbergen.
Produktkühlung
Das Kühlmittel für den extrudierten
Kern ist üblicherweise eine Kombination
von Umgebungsluft und Wasser. Der
geforderte Abstand hängt jeweils
von der Produktgröße und der
Liniengeschwindigkeit ab.
Die richtigen Abstände sind grundlegend
für das Kühlen vor dem Drahtaufwickler,
um das Abflachen der Isolierung an der
Spule zu vermeiden sowie Auswirkungen
auf die elektrische Leistung. Indem der
Abstand der Wasserabschreckungsstelle
soweit wie möglich vom Kreuzkopf