Friktion am Walzwerk: Mischungen optimieren
Walzwerke dienen vor allem der Herstellung von Gummimischungen. Damit diese homogen werden, braucht es eine gewisse Friktion im Walzenspalt. Aber was ist Friktion überhaupt und wann wird sie für Sie interessant?
Friktion beschreibt das Verhältnis der unterschiedlichen Drehzahlen der Walzen. Denn die hintere Walze eines Walzwerkes dreht in der Regel um 10 bis 30 % schneller als die Vordere.
Aber Achtung, es geh nicht nur um die Geschwindigkeit der Walzen! Es ist wichtig, den Unterschied zwischen Drehzahl und Friktion zu verstehen.
Drehzahl vs. Friktion: Das sind die Unterschiede
Die Drehzahl bezeichnet die Geschwindigkeit, mit der sich jede Walze einzeln dreht. Sie wird in Umdrehungen pro Minute gemessen (U/min). Friktion hingegen ist das Ergebnis des Geschwindigkeitsunterschieds zwischen den beiden Walzen.
So entstehen Reibungs- bzw. Scherkräfte im Walzenspalt zwischen den Walzen und der Gummimischung. Diese werden benötigt, damit der Vorgang des Mischens entsteht. Durch die höhere Geschwindigkeit der Hinterwalze bleibt der Materialwulst im Walzenspalt ständig in rollender Bewegung. Die hintere Walze fungiert dabei als Friktionswalze. Sie reißt kontinuierlich Teile des Materials ab und streicht sie in das auf der Vorderwalze umlaufende Walzenfell.
Die Reibung erwärmt die Kautschukmischung und sorgt für das homogene Vermischen der einzelnen Komponenten. Gleichzeitig wird verhindert, dass sich das Material auf die hintere Walze zieht, wo der Bediener nicht mehr an die Puppe kommen würde.
Der Geschwindigkeitsunterschied gibt das Friktionsverhältnis an. Bei einer Hinterwalze, die 20 % schneller dreht als die vordere, würde also beispielsweise ein Friktionsverhältnis von 1:1,2 bestehen.
Konstante vs. variable Friktion: Wann welche Option sinnvoll ist
Man unterscheidet zwischen einem festen oder einem variablen Friktionsverhältnis.
Ein festes Friktionsverhältnis bedeutet, dass der Geschwindigkeitsunterschied zwischen den beiden Walzen konstant bleibt. Die Drehzahlen der beiden Walzen sind also so konstruiert, dass immer die gleiche Differenz besteht.
Diese Konstruktionsweise wird genutzt, wenn eine besondere Prozessstabilität erforderlich ist. Ein Beispiel dafür sind Produktionswalzen, deren Walzen in der Regel durch Kuppelräder angetrieben werden.
Ein variables Friktionsverhältnis hingegen bedeutet, dass das Verhältnis der Drehzahlen der Walzen während des Betriebs geändert werden kann.
Besonders bei wechselnden Materialeigenschaften, für verschiedene Produktionsphasen oder Rezepte ist diese Bauart von Vorteil. Laborwalzwerke sind oft für einen solch universellen Einsatz vorgesehen. Dazu besitzt jede Walze einen eigenen Elektromotor sowie ein stufenlos regelbares Getriebe.
Drehen die Walzen in der gleichen Geschwindigkeit, spricht man von Gleichlauf. Im Walzenspalt entstehen dann keine Scherkräfte und somit keine Friktion. Diese Konstruktionsweise wird verwendet, wenn das Gummi nicht weiter geknetet, aber beispielsweise für weitere Verarbeitungsschritte oder die Lagerung ausgerollt werden soll.
Nachrüstungen für variable Friktionen sind aufgrund der Bauweisen nicht oder nur sehr aufwendig und unwirtschaftlich möglich. Für ein variables Friktionsverhältnis empfiehlt sich daher ein Walzwerk mit Einzelantrieben wie das DEGUMA neo premium-Walzwerk.
Friktionsverhältnisse auswählen: so klappt‘s
Maschinen mit variabler Friktion sind für den Bedienenden deutlich komplexer. Erfahrene Maschinenbedienende mögen es „im Gefühl haben“, doch bei der Wahl der richtigen Friktion gilt es, einige Faktoren zu berücksichtigen.
Durchmesser und Abstände der Walzen müssen berücksichtigt werden, ebenso Faktoren wie die entstehende Temperatur, die Anforderungen an das Endprodukt und die Produktionsrate. Insbesondere aber die Art des Gummis, seine Zähigkeit und Härte hat durch unterschiedliche physikalischen Eigenschaften Auswirkungen auf das Mischverhalten bzw. die benötigte Friktion. So natürlich auch die zugesetzten Füllstoffe und Additive.
Für weiche Kautschukmischungen bieten sich Friktionsverhältnisse zwischen 1:1,2 und 1:1,5 an. Für harte Mischungen empfiehlt sich eine niedrigere Friktion zwischen 1:1,1 und 1:1,2. Doch das sind nur grobe Faustregeln! Bei einem Brecherwalzwerk werden zum Aufbrechen kalter Ballen und Scheiben Friktionen von 1:2 oder sogar 1:4 gewählt.
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