Extrusion 4-2025

Durchbiegungen erreicht werden und der Druck unter den Segmenten, unter denen der Drucksensor sitzt, bekannt ist, bietet sich ein Vergleich der Durchbiegung bei vorherr- schendem Druck an. Dazu werden von allen Versuchen die Durchbiegungen der Segmente über den gemessenen Druck an den Drucksensoren aufgetragen. Es ergibt sich der in Bild 6 gezeigte Zusammenhang. Grundsätzlich erzeugen höhere Drucke auch höhere Durchbiegungen. Dabei ist allerdings zu beachten, dass in einigen Fällen die Durchbiegung bei geringen Drücken wie 50 bar genau so hoch ausfällt wie bei Drücken von über 100 bar. Da die einzelnen Druckverläufe für sich immer einen stetig abnehmenden Druckverlauf zeigen und die hohe Durchbiegung bei Drucksensor 2 bei hohem Durch- satz und die niedrige Durchbiegung bei Drucksensor 1 bei niedrigem Durchsatz aufgenommen wurde, unterstützt dies die Vermutung, dass durch allgemein hohen Druck die Spannelemente nach oben gebogen werden und den Seg- menten somit mehr Bewegungsfreiheit geben, was in hö- heren Durchbiegungen resultiert. Zudem kann auch eine geringe mechanische Kopplung der Segmente durch die untergelegte Stahlfolie, die der Abdichtung dient, vorlie- gen. Zur Überprüfung der Einsatzgrenzen des Rheometers wurde neben dem Festsilikonkautschuk auch ein regulärer EPDM-Kautschuk mit einer Mooney- Viskosität von 25 ME (ML 1+4, 100°C) eingesetzt, der eine deutlich höhere Viskosität aufweist und somit das Druckniveau im System bei gleichem Durchsatz deutlich anhebt. Zum Zweck eines möglichst konstanten Durchsatzes wurde dazu eine Fein- prüf-Zahnradpumpe vom Typ 6 von Mahr Metering Systems GmbH, Göt- tingen, Deutschland, zwischen Extru- der und Rheometer geschaltet. Nachfolgend ist der Versuchsplan ge- zeigt. Der Verlauf der Durchbiegung und des Drucks entlang der Prüfrichtung ist in Bild 7 gezeigt. Generell ist bei allen Versuchen wieder ein annä- hernd linearer Verlauf der Durchbie- gung erkennbar, der wie zuvor nicht zu 0 mm am Rheometeraustritt extra- poliert werden kann. Bei einem Durchsatz von 8 kg/h wird dabei an der ersten Drucksensorposition ein Druck von 257 bar gemessen. Der Druck, der auf die ersten Segmente wirkt, liegt entsprechend noch höher. Selbst bei der gezeigten Durchbie- gung von über 0,4 mm bleibt keine dauerhafte Verformung zurück. Bemerkenswert ist zudem, dass bei den Segmen- ten 1 bis Segment 10, also in der Mitte des Rheometerka- nals, die von der Zahnradpumpe erzeugte Druckpulsation in einer Pulsation der Durchbiegung detektiert werden kann. Somit sind auch instationäre Effekte mit dem System detektierbar. Die These, dass die Spannelemente durch einen durchge- hend hohen Druck angehoben werden, wird durch die Ver- suche mit hohem Druck zusätzlich bestätigt. Einerseits nimmt die Dichtigkeit des Systems bei hohen Drücken ab, das heißt Kautschuk tritt auch entlang der Trennebene von Unterseite und Segmenten aus, da die Segmente sowie die Spannelemente durch den Druck angehoben werden. An- dererseits werden, wie in Bild 8 gezeigt, Durchbiegungen bei insgesamt hohem Druckniveau begünstigt. Auch hier übersteigen die Durchbiegungen an Druck- messposition 2 in manchen Fällen wieder die Durchbie- gungen an Druckmessposition 1, an der jedoch deutlich höhere Drücke registriert werden. Fazit und Ausblick Zusammenfassend ist es mit dem segmentierten Mem- branrheometer möglich, den Druckverlauf innerhalb einer Kapillare abzubilden. Dabei bietet die Durchbiegung der Extrusion 4/2025 29 Bild 4: Verlauf von Durch- biegung und Druck bei einem Durchsatz von 0,576 kg/h mit Festsilikonkautschuk Bild 5: Vergleich von Durch-biegung und Druck- niveaus bei unterschiedlichen Durchsätzen Diskreter Druck [bar] Messposition [-] Druck [bar] Durchbiegung [mm] Delta in Betrieb/Ruheposition [mm] 150 125 100 75 50 25 0 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 11 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Druck 0,576 kg/h [bar] Durchbiegung 0,576 kg/h [mm] Druck 4,526 kg/h [bar] Durchbiegung 4,52 kg/h [mm] Messposition [-] Druck [bar] Durchbiegung [mm] 150 125 100 75 50 25 0 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 11 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21