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--- grafische_darstellung_der_ergebnisse:leistung [2025/01/07 09:08] – cschall
+++ grafische_darstellung_der_ergebnisse:leistung [2025/06/06 19:26] (aktuell) – neelest
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 ======Leistung======
-Unter der grafischen Darstellung des Leistungsverlaufs wird die summierte Leistung entlang der Schneckenlänge eines Extruders aufgetragen. Diese Darstellung bietet eine detaillierte Analyse der Energieeinflüsse und der mechanischen Leistung, die während des gesamten Plastifizierprozesses auf die Materialien wirkt. Die Schnecke wird dabei in der Berechnungsstellung dargestellt, welche für die Leistungsberechnung relevant ist. Diese Informationen sind essenziell für das Verständnis und die Optimierung der Betriebsparameter eines Schneckenextruders in der Kunststoffverarbeitung.
+-> [[berechnungen:leistung_und_schubspannungen|Zu den Berechnungsgrundlagen]]
-{{ :grafische_darstellung_der_ergebnisse:rex171_grafisch_de_011.png?nolink |}}
+===== Darstellung des Leistungsverlaufs =====
-=====Leistungsparameter in der Grafik=====
+{{ :grafische_darstellung_der_ergebnisse:rex180_grafisch_leistung_de_001.png?nolink&1000 |}}
-Die Grafik zeigt verschiedene, wichtige Leistungswerte auf, die für den Betrieb und die Effizienz des Schneckenextruders ausschlaggebend sind. Die Berechnungen beginnen ab der ersten Heizzone und umfassen die gesamte Schneckenlänge. Folgende Leistungsparameter werden in der grafischen Darstellung erfasst:
-  * **Antriebsleistung**: Die Antriebsleistung repräsentiert die mechanische Energie, die durch den Motor des Extruders bereitgestellt wird. Sie wird verwendet, um die Schnecke in Rotation zu versetzen und damit den Materialfluss, die Scherung und das Aufschmelzen des Kunststoffs zu ermöglichen. Diese Leistung ist direkt proportional zur Drehzahl und dem Drehmoment, das von der Schnecke auf das Material ausgeübt wird.
+=====Interpretation der Kurven=====
-  * **Drehmoment**: Das Drehmoment ist ein weiterer kritischer Parameter, der die Kraft beschreibt, die auf das Material durch die Schneckenrotation wirkt. Es ist eng mit der Antriebsleistung verbunden und beeinflusst maßgeblich den Schergrad des Materials, insbesondere in den Zonen mit hoher Verdichtung oder bei stark viskosen Polymeren. Hohe Drehmomente sind oft notwendig, um schwer schmelzende oder hochviskose Materialien zu verarbeiten.
-  * **Heizleistung**: Die Heizleistung beschreibt die Energie, die durch die Heizzonen entlang des Extruderzylinders zugeführt wird. Diese Leistung trägt maßgeblich zur Erwärmung des Materials bei und unterstützt den Aufschmelzprozess. In der Grafik wird die Heizleistung oft als separate Kurve oder als Teil der summierten Gesamtleistung dargestellt. Sie variiert entlang der Schneckenlänge je nach den thermischen Anforderungen des Prozesses und der spezifischen Heizstrategie.
-  * **Gesamtleistung**: Die Gesamtleistung ist die Summe der verschiedenen Leistungsbeiträge, die sowohl mechanisch (durch Antriebsleistung und Drehmoment) als auch thermisch (durch Heizleistung) in den Prozess eingebracht werden. Sie repräsentiert die gesamte Energie, die benötigt wird, um den Plastifizierprozess im Extruder effektiv zu betreiben. Eine genaue Analyse der Gesamtleistung gibt Aufschluss über den Energieverbrauch und die Effizienz des Extruders.
-  * **Spezifische Antriebsleistung**: Die spezifische Antriebsleistung ist ein Kennwert, der die Antriebsleistung auf das verarbeitete Materialvolumen bezieht. Sie stellt eine Maßzahl dar, wie viel Energie pro Masseeinheit des zu verarbeitenden Kunststoffs aufgebracht wird. Diese Größe ist besonders wichtig für die Bewertung der Energieeffizienz des Prozesses und kann als Indikator für Optimierungspotenziale dienen.
-=====Beginn der Leistungsberechnung=====
+  * **Rote Kurve**: Die rote Kurve stellt die Antriebsleistung vom Schneckenschaft bis zur entsprechenden Position im Verlauf dar. Die Antriebsleistung beginnt beim Schneckenschaft somit bei 0 kW. Die gesamte Antriebsleistung der Schnecke wird über den Wert an der Schneckenspitze wiedergegeben. Die Antriebsleistung repräsentiert die mechanische Energie, die durch den Motor des Extruders bereitgestellt wird. Sie wird verwendet, um die Schnecke in Rotation zu versetzen und damit den Materialfluss, die Scherung und das Aufschmelzen des Kunststoffs zu ermöglichen.
+  * **Blaue Kurve**: Die blaue Kurve stellt die Wärmestromdichte entlang des Extruders dar. Vor dem [[berechnungen:aufschmelzverlauf|Ort der Schmelzewirbelbildung]] wird kein Wärmestrom angenommen. Die berechnete Wärmestromdichte stellt den Wärmestrom vom Zylinder in den Kunststoff dar. Es handelt sich hierbei um eine Superposition der Konvektion im Schmelzewirbel (auch negative Wärmestromdichte möglich) und einer erhöhten Wärmestromdichte im Aufschmelzbereich oberhalb des Feststoffbettes (nur positive Wärmestromdichte möglich). Im Aufschmelzbereich ist die Wärmestromdichte somit deutlich höher als im vollständig aufgeschmolzenen Bereich.
+===== Interpretation der Einzelwerte =====
-Die Leistungsberechnung startet in der Regel bei der ersten Heizzone des Schneckenextruders. Dieser Startpunkt ist deshalb gewählt, weil ab diesem Punkt die Schnecke beginnt, signifikant mit dem Material zu interagieren, sowohl mechanisch als auch thermisch. Die Berechnungen berücksichtigen sowohl die von der Schnecke übertragene mechanische Energie als auch die thermische Energie, die durch die Heizungen bereitgestellt wird. Die Kombination dieser beiden Energiequellen ist entscheidend für den gesamten Plastifizierprozess und den damit verbundenen Leistungsverlauf.
+  * **Antriebsleistung**: Der Einzelwert entspricht dem Endwert des Verlaufes und somit der gesamten Antriebsleistung der Extruderschnecke (ohne Verluste), welche vom Motor bereitgestellt werden muss.
-=====Charakteristik des Leistungsverlaufs=====
+  * **Drehmoment**: Das Drehmoment ergibt sich aus der Antriebsleistung und der Schneckendrehzahl
+  * **Spezifische Antriebsleistung**: Die spezifische Antriebsleistung ist ein Kennwert, der die Antriebsleistung auf das verarbeitete Materialvolumen bezieht. Sie stellt eine Maßzahl dar, wie viel Energie pro Masseeinheit des zu verarbeitenden Kunststoffs aufgebracht wird.
+  * **Heizleistung**: Die Heizleistung beschreibt die Energie, die durch die Heizzonen entlang des Extruderzylinders zu- oder abgeführt wird. Die Heizleistung der einzelnen Zonen wird hierbei zusätzlich separart angegeben. Die Heizleistung kann positiv oder negativ sein.
+  * **Gesamtleistung**: Die Gesamtleistung ist die Summe der verschiedenen Leistungsbeiträge, die sowohl mechanisch (durch Antriebsleistung und Drehmoment) als auch thermisch (durch Heizleistung) in den Prozess eingebracht werden.
-Die summierte Leistungskurve entlang der Schneckenlänge zeigt in der Regel einen kontinuierlichen Anstieg der Energieeinwirkung auf das Material. Typische Merkmale der Kurve sind:
+===== Analyse des Leistungsverlaufs =====
+  * **Leistungsverlauf (rote Kurve)**: Im Leistungsverlauf ist ersichtlich, welche Schneckenzone welche Leistung in den Kunststoff einbringt. Vor allem im Aufschmelzbereich steigt die Leistung stärker an als im reinen Schmelzebereich.
+  * **Wärmestromdichte (blaue Kurve)**: Im Verlauf der Wärmestromdichte ist ersichtlich, welche Heiz- oder Kühlleistung entlang der Schnecke auftreten. Hohe Wärmestromdichten sollten vor allem am Ende der Schnecke zugunsten einer guten thermischen Homogenität vermieden werden.
+  * **Antriebsleistung und Drehmoment**: Es ist zu überprüfen, ob der potentiell eingesetzte Extruder eine ausreichend starke Antriebseinheit besitzt. Weiterhin ist das Drehmoment für die Berechnung der [[grafische_darstellung_der_ergebnisse:spannungsanalyse|Schneckenfestigkeit]] relevant.
+  * **Spezifische Antriebsleistung**: Die spezifische Antriebsleistung stellt die benötigte Energie (kWh) pro Kilogramm Extrudat dar und ist somit ein Maß für die Effizienz des Extruders.
-  *     Ein moderater Anstieg der Leistung im Bereich der ersten Zonen, in denen das Material vorgewärmt und verdichtet wird.
-  *     Ein stärkerer Anstieg der Leistung in den Bereichen, in denen das Material aufgeschmolzen wird. Dies ist der Bereich, in dem sowohl die mechanische Scherenergie als auch die Heizenergie signifikant zunehmen, um den Aufschmelzprozess zu unterstützen.
-  *     Plateaus oder Stabilisierungszonen können auftreten, wenn die Heizzonen die Materialtemperatur konstant halten und keine zusätzliche mechanische Verdichtung oder Scherung notwendig ist.
-  *     Ein Abflachen der Kurve kann am Ende der Schneckenlänge beobachtet werden, insbesondere bei Extrudern mit Entgasungszonen oder speziellen Schersegmenten, in denen das Material keine weitere signifikante Energiezufuhr benötigt.
 ===Weitere Themen===
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   * [[grafische_darstellung_der_ergebnisse:scherdeformationsgradient_und_schergeschwindigkeit]]
   * [[grafische_darstellung_der_ergebnisse:schlepp-druckstroemung]]
+  * [[grafische_darstellung_der_ergebnisse:faserlaengenabbau]]
+  * [[grafische_darstellung_der_ergebnisse:faserlaengenverteilung]]
+  * [[grafische_darstellung_der_ergebnisse:spannungsanalyse]]
   * [[grafische_darstellung_der_ergebnisse:kennlinienfeld]]
+  * [[grafische_darstellung_der_ergebnisse:entgasung]]
+  * [[grafische_darstellung_der_ergebnisse:zykluszeit]]
   * [[grafische_darstellung_der_ergebnisse:kurzbericht]]
   * [[grafische_darstellung_der_ergebnisse:langbericht]]