Analyse häufiger Fehlerursachen von Doppelschneckenextrudern

Als Kernausrüstung in Bereichen wie der Gummi- und Kunststoffverarbeitung sowie der Verbundwerkstoffherstellung treten bei Doppelschneckenextrudern häufig Störungen auf, die auf Anomalien in Schlüsselmodulen wie dem elektrischen Antriebssystem, dem Fördersystem, dem Heiz- und Plastifiziersystem, dem Schmier- und Getriebesystem sowie den Hilfsaggregaten zurückzuführen sind. In Verbindung mit Aufbau und Betriebsmechanismus der Anlage werden die Kernursachen verschiedener häufiger Störungen im Folgenden detailliert analysiert.

I. Fehlerursachen des elektrischen Antriebssystems

1. Hauptmotor startet nicht

• Fehlerhafte Bedienungsabläufe: Die Startsequenz entspricht nicht den Gerätevorschriften, beispielsweise wenn der Hauptmotor vor Aktivierung der Schmierölpumpe und der Kühlung gestartet wird oder ohne dass der Vorwärmprozess abgeschlossen ist, was den Verriegelungsschutzmechanismus der Anlage auslöst; einige Anlagen erfordern zunächst das Zurücksetzen historischer Fehlercodes, andernfalls verhindert dies den Start.
• Störungen an Stromkreis und Bauteilen: Durchbrennen von Schmelzsicherungen und Leistungsschaltern im Hauptmotorstromkreis, Oxidation, Verkleben oder Ausbleiben des Schließens von Schützenkontakten; fehlerhafte Wechselrichter-Parametereinstellungen, nicht abgebaute induktive Restspannung des Wechselrichters oder Beschädigung eines oder mehrerer Thyristoren im Thyristorgleichrichterkreis sowie Fehler im Zündkreis, die zum Unterbrechen des Versorgungsstromkreises oder zu fehlerhaften Ansteuersignalen führen; Alterung von Kabeln und Beschädigung der Isolationsschichten mit Kurzschlüssen können die Stromversorgung ebenfalls blockieren.
• Ausgelöste Schutzeinrichtungen: Nicht zurückgesetzter Not-Halt-Taster, Unterbrechung des Not-Halt-Stromkreises, nicht aufgehobene Verriegelungen in Verbindung mit dem Hauptmotor (wie Schmieröltemperatur-, -druck- und Vakuumgrad-Schutz); PLC-Programmfehler, Störungen am Kommunikationsmodul des Steuerungssystems oder Unterbrechung der Signalübertragung zwischen der Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) und dem Regler, die das Ausgeben von Startbefehlen blockieren; das manuelle Zurücksetzen des Motor-Überlastschutzes und des thermischen Relais nach Auslösung wird den Start ebenfalls verhindern.

2. Anomaler Betrieb des Hauptmotors (anormales Geräusch, übermäßiger Temperaturanstieg, instabiler Strom)

• Ursachen für anormales Geräusch: Starker Verschleiß der Motorlager, Abplatzen der Kugeln oder eingetrocknetes Schmierfett, was Reibungs- und Schlaggeräusche rotierender Bauteile verursacht; Drehstrom-Unsymmetrie des Motors durch Fehler im Thyristorgleichrichterkreis, die während des Betriebs elektromagnetisches Geräusch erzeugen; gebrochene Läuferstäbe und Kurzschlüsse in den Statorwicklungen des Motors können ebenfalls von anormalem elektromagnetischem Geräusch begleitet sein, zusammen mit erhöhter Vibration.
• Übermäßiger Temperaturanstieg der Lager: Unzureichendes, veraltetes oder nicht passendes Lagerfett, das keinen wirksamen Ölfilm bildet; langfristiger Überlastbetrieb der Lager und unsachgemäßes Einbau-Spiel (zu fest oder zu lose), was zu erhöhtem Verschleiß und Reibungswärme führt; Beschädigung der Kühlventilatoren und Verstopfung der Kühlluftkanäle, die den Wirkungsgrad der Wärmeabfuhr der Lager verringern und einen kontinuierlichen Temperaturanstieg bewirken.
• Instabiler Strom: Schwankungen in der Fördermenge und zu hoher Feuchtegehalt der Materialien (schnelle Verdampfung der Feuchte beim Erhitzen), was zu ungleichmäßiger Last führt; Ausfall eines Heizabschnitts und große Temperaturregelabweichung, die Schwankungen im Plastifizierungsgrad des Materials und erhöhte Lastschwankungen des Motors verursachen; Fehlausrichtung der Schraubeneinstellscheiben und Phasenversatz, der zu Bauteilinterferenzen führt und periodische Laststöße erzeugt; instabile Ausgangsfrequenz des Wechselrichters und gebrochene Läuferstäbe des Motors können den Strom ebenfalls schwanken lassen.

II. Fehlerursachen des Fördersystems

1. Düsendruck-Schwankungen

• Unzureichende Regelgenauigkeit der Hauptmotordrehzahl und nachlaufendes Drehzahlregelverhalten des Wechselrichters, was zu instabiler Schneckenfördergeschwindigkeit führt; Schwankungen in der Drehzahl des Fördermotors und zu großes Verschleißspiel des Untersetzungsgetriebes, die eine ungleichmäßige Materialzufuhr bewirken, das Materialgleichgewicht des Extrusionssystems stören und periodische Änderungen des Düsendrucks auslösen; zu großes Spiel zwischen Förderschnecke und Zylinder sowie Änderungen des Material-Leckvolumens können die Druckschwankungen ebenfalls verstärken.
• Materialverklemmung im Förderer und Brückenbildung im Trichter (besonders bei pulverförmigen und klebrigen Materialien), was zu unterbrochener oder ungleichmäßiger Zufuhr führt; Fehlfunktionen der Trichter-Füllstandsanzeige, die Materialmengenänderungen nicht rechtzeitig zurückmeldet und weder Material ergänzen noch die Fördergeschwindigkeit zeitnah anpassen kann; zu große Unterschiede in der Korngröße und ungleichmäßige Mischung können die Förderstabilität ebenfalls beeinträchtigen und dadurch den Düsendruck schwanken lassen.

2. Plötzlicher Rückgang des Extrusionsausstoßes

• Mechanische Fehler des Fördersystems, wie Verschleiß und Verformung der Förderschnecke, Verschleiß und Klemmen von Getriebezahnrädern und Ketten oder lose Kupplungen; unzureichendes Material im Trichter ohne rechtzeitige Ergänzung und Ausbleiben des Füllstandalarms als Erinnerung; Fehlfunktionen des Rührwerks im Förderertrichter (wie Klemmen des Rührflügels und Motorschaden), die zur Verklumpung des Materials und zum Ausbleiben des Abfalls führen und letztlich Unterbrechung oder starken Rückgang der Materialzufuhr bewirken.
• Eindringen von Metallabfällen und harten Fremdkörpern (wie Schrauben und Verunreinigungspartikeln) in das Extrusionssystem, wodurch die Schnecke blockiert und der Materialtransport behindert wird, was zu einem plötzlichen Rückgang oder gar zum Stillstand des Extrusionsausstoßes führt; Verschleiß und Bruch von Schneckenelementen oder starker Verschleiß der Zylinderinnenwand, der die Materialförderleistung deutlich verringert; schwere Verstopfung des Düsenfilters ohne rechtzeitigen Austausch und übermäßiger Gegendruck, der die Materialextrusion hemmt, können den Ausstoß ebenfalls verringern.

III. Fehlerursachen des Heiz- und Plastifiziersystems

1. Unruhiges Düsenaustragen oder Verstopfung

• Heizungsfehler: Durchbrennen, schlechter Kontakt und oxidatives Lockerwerden von Klemmen eines Heizwicklungsabschnitts oder Ausfall des Solid-State-Relais (SSR) und Beschädigung des Thyristors, was zu unzureichender Temperatur im entsprechenden Bereich, unvollständiger Plastifizierung der Materialien und Ansammlung sowie Verstopfung von halbgeschmolzenem Material an der Düse führt; Verkrustung und Materialansammlung auf der Oberfläche der Heizwicklung sowie schlechte Wärmeabfuhr mit verringerter Heizleistung können den Plastifizierungseffekt ebenfalls indirekt beeinträchtigen.
• Fehlerhafte Prozessparameter: Niedrig eingestellte Betriebstemperatur, zu hohe Aufheizrate (große Innen-Außen-Temperaturdifferenz der Materialien, unzureichendes Schmelzen) oder breite Molekulargewichtsverteilung und geringe Thermostabilität der Materialien, wodurch sich schwer ein gleichmäßiges Schmelze bildet; Vermischung nicht schmelzbarer Fremdkörper (wie Kunststoffklumpen und Metallverunreinigungen) in die Materialien, die den Düsenfilter nicht passieren können; zu hohe Düsentemperatur, die Materialabbau und Verkohlung bewirkt und an der Düseninnenwand haftend eine Verstopfung bildet.

2. Anomale Temperaturregelung

• Unkontrollierter Temperaturanstieg: Fehler und Kalibrierungsabweichungen der Temperaturregler (Thermoelemente, Widerstandsthermometer), die zu verzerrter Temperaturmessung führen; Kleben von Solid-State-Relais und Abbrand von Schützenkontakten, die nicht unterbrochen werden können, wodurch die Heizung durchgehend arbeitet und die Solltemperatur überschreitet; Verstopfung von Magnetventilen, Fehler von Rückschlagventilen und Pumpenbeschädigungen in der Kühlung, die zu blockiertem oder unzureichendem Kühlwasserfluss und Unfähigkeit führen, überschüssige Wärme rechtzeitig abzuführen; unsachgemäße Einstellung der PID-Parameter in der Temperaturregelung und nachlaufendes Verhalten, was zu Temperaturüberschwingen und Kontrollverlust führt.
• Failure to Reach Set Temperature: Fracture of thermocouples, loose wiring, or poor contact, leading to abnormal temperature signal transmission and “HH” (open circuit) or “LL” (short circuit) alarms displayed on the temperature controller; insufficient heater power, excessive damage to heating coils, or low supply voltage, resulting in insufficient heating efficiency; excessive cooling of the cooling system (such as excessive cooling water flow and too low cooling temperature), making the actual temperature lower than the set value; damage and falling off of the barrel insulation layer, rapid heat loss, and difficulty in maintaining the set temperature.

IV. Fehlerursachen des Schmier- und Getriebesystems

1. Niedriger Schmieröldruck

• Fehlerhafte Systemeinstellungen: Der eingestellte Druckwert des Druckregelventils im Schmierölkreis liegt unter dem Betriebsbedarf der Anlage, oder Verschleiß und Klemmen des Druckregelventil-Kolbens machen eine normale Druckeinstellung unmöglich; Fehler des Überströmventils, die zu übermäßigem Ölüberlauf und Unfähigkeit führen, den Systemdruck zu halten.
• Mechanische Fehler: Verschleiß der Ölpumpe, starker interne Leckage oder unzureichende Drehzahl des Ölpumpenmotors, was unzureichenden Ölförderstrom und -druck bewirkt; Verstopfung des Ansaugrohrs und verspätete Reinigung des Filters (übermäßige Schmutzansammlung), die den Ölkreislauf behindern und eine mangelhafte Ölversorgung verursachen; unzureichende Schmierölmenge, verschlechterte Ölqualität (mit Verunreinigungen und Feuchte vermischt) und nicht passende Viskositätsklasse, was den Schmiereffekt verringert und die Öldruckstabilität beeinträchtigt; Alterung der Ölleitungen und Verschleiß der Dichtungen an Verbindungen, was zu Ölleckage und einem Absinken des Systemöldrucks führt.

2. Bruch von Scherstift/Sicherheitskeil

• Überlast des Extrusionssystem-Drehmoments: Eindringen von Metallfremdkörpern und großen unplastifizierten Materialien in den Zylinder, wodurch die Schnecke blockiert und die Last stark ansteigt; unzureichende Vorwärmzeit und Nichterreichen der Solltemperatur, schlechte Materialfließfähigkeit und sprunghafter Anstieg des Schneckenförderwiderstands; plötzlich übermäßige Fördermenge, die die Nennverarbeitungskapazität der Anlage übersteigt, was zur Drehmomentüberlast führt; fehlerhafte Montage und starker Interferenz von Schneckenelementen, übermäßiger Reibungswiderstand während des Betriebs und sprunghafter Drehmomentanstieg.
• Montageabweichung: Fehlausrichtung der Verbindung zwischen Hauptmotor und Eingangslager sowie dem Untersetzungsgetriebe, die während des Betriebs zusätzliche Radialkraft und Drehmoment erzeugt, die die Tragfähigkeit der Sicherheitselemente überschreiten; Verschleiß und Lockerheit der Kupplung, ungleichmäßige Drehmomentübertragung während des Betriebs und übermäßige lokale Spannung; Verschleiß der Getriebezahnräder und zu großes Eingriffsspiel, was zu instabiler Drehmomentübertragung und Stoßlast führt, die Scherstift/Sicherheitskeil-Bruch verursacht.

V. Fehlerursachen der Hilfsaggregate

1. Langsamer oder ausbleibender Betrieb des automatischen Siebwechslers

Unzureichende Druckluft-/Öldruckversorgung (unzureichender Kompressordruck, niedriger Ölstand im Hydraulikaggregat) oder Verschleiß und Alterung der Dichtungen in Zylindern und Hydraulikzylindern, was zu Luft-/Ölleckage und Unfähigkeit führt, ausreichende Antriebskraft bereitzustellen; Steuerungsfehler des Antriebssystems des Siebwechslers (wie geklemmte Magnetventile und defekte Endschalter), die das Ansprechverhalten beeinträchtigen; schwere Verstopfung des Filtersiebs, übermäßiger Widerstand beim Siebwechsel, was zu langsamer Bewegung führt; Verschleiß und Materialansammlung auf der Führungsschiene des Siebwechselmechanismus, Klemmen beweglicher Bauteile, was ebenfalls zu Funktionsausfall oder Klemmen führen kann.

2. Unzureichender oder ausbleibender Vakuumgrad

Fehler der Vakuumpumpe (Verschleiß der Lamellen, Leckage der Dichtungen, unzureichende Motordrehzahl), die die Vakuumpumpleistung verringern; mangelhafte Zirkulationswasserversorgung und schlechte Kühlwirkung, die den Überhitzungsschutz der Vakuumpumpe auslösen und den Unterdruck-Erhalt beeinträchtigen; Luftleckage der Vakuumleitungen (schlechte Verbindungsdichtung, beschädigte Rohre) und Verstopfung der Filter (Ansammlung flüchtiger Materialkondensate), die zu Luftinfiltration oder mangelhaftem Luftweg führen; Ausbleiben einer geschlossenen Kavität der Materialien oder schlechte Dichtung des Einlaufs, die externer Luft den Eintritt und die Zerstörung des Unterdrucks erlauben; übermäßig flüchtige Materialbestandteile, die die Verarbeitungskapazität der Vakuumpumpe übersteigen, können den Vakuumgrad ebenfalls verringern.

VI. Weitere häufige Fehlerursachen

Anormales Geräusch während des Anlagenbetriebs wird meist durch Lagerschäden, Zahnradverschleiß (schlechter Eingriff und Ölmangel der Getriebezahnräder), Reibung zwischen Schnecke und Zylinder durch eingedrungene Fremdkörper sowie lose Stöße von Schneckenelementen verursacht; zu großes Spiel zwischen Zylinder und Schnecke und starke Reibung der Materialien im Spiel können ebenfalls anormales Geräusch erzeugen. Bruch und ungleichmäßige Farbe extrudierter Produkte können mit Schneckenverschleiß (verringerte Materialmisch- und -förderleistung), fehlerhafter Messerinstallation (Verschleiß der Schneidenkante, ungleichmäßige Drehzahl), ungleichmäßiger Materialmischung (Abweichung im Rezepturverhältnis, unzureichende Mischzeit) oder Materialabbau durch zu hohe Temperatur zusammenhängen; Verstopfung des Düsenausgangs und instabile Abzugsgeschwindigkeit können ebenfalls Produktbruch verursachen. Zudem führt Bauteilinterferenz durch Fehlausrichtung der Schraubeneinstellscheiben und Phasenversatz zu instabilem Anlagenbetrieb und erhöhter Vibration, was nicht nur die Produktqualität beeinträchtigt, sondern auch den Verschleiß von Getriebebauteilen wie Lagern und Zahnrädern beschleunigt und einen Teufelskreis bildet.