Der italienische Extruder-Hersteller Bausano hat seine E-GO-Baureihe überarbeitet, mit der sich Polyolefin-Rohre für zahlreiche Anwendungen herstellen lassen.

Auf Wunsch können Kernelemente der E-GO-Linie kundenspezifisch angepasst werden

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Extrusion

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Kompakte Einschneckenextruder-Baureihe für Rohre

Immer noch gibt es Vorurteile gegen additiv hergestellte Extrusionsdüsen. Potenzielle Anwender sind von den zum Teil ungewohnten Konstruktionen oder rauen Oberflächen nicht überzeugt. Dabei bietet die Technologie ganz neue Möglichkeiten, die mit konventionell gefertigten Köpfen gar nicht realisierbar sind.

Bild 4. Seitenansicht eines Kopfs mit einer konventionellen massiven Düse und einem Flanschbund sowie einem definierten Spalt zwischen der Düse und dem Kopf zum Begrenzen des Kippwinkels

Die additive Fertigung eröffnet neue verfahrenstechnische Möglichkeiten

Additive Fertigung

Die große Vielfalt 3D-gedruckter  Mischschlauchköpfe

Unter dem Motto „Flexibilität, Qualität, Nachhaltigkeit: Herausforderungen und Chancen für Prozesse und Produkte“ findet vom 17. bis 19. März 2021 die Duisburger Extrusionstagung als virtueller Event statt.

Sowohl für die Herstellung von Granulaten und Compounds als auch bei der Verarbeitung von Kunststoffen spielen Extrusionsprozesse eine wichtige Rolle

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Faser- und Filamentextrusion

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Flachfolien- und Plattenextrusion

Duisburger Extrusionstagung 2021 - Programm steht

Die Fachzeitschrift Kunststoffe und das ipe Institut für Produkt Engineering der Universität Duisburg-Essen veranstalten vom 17. bis 19. März 2021 gemeinsam die 17. Duisburger Extrusionstagung in digitaler Form.

Duisburger Extrusionstagung 2021 als digitaler Event

In der Extrusion liegt nach wie vor die Effizienzsteigerung im Fokus. Neben energiesparsamen Systemen werden darunter zunehmend die Flexibilisierung von Anlagen und Prozessen sowie die Reproduzierbarkeit von Qualität in der Produktion verstanden. Insbesondere die Folienbranche verfolgt auch in diesem Jahr das Ziel der Prozessoptimierung und Digitalisierung. 

Effizienz bleibt angesagt 

Wickelmaschinen

Extrusion auf der K 2019  

Hersteller von Standardextrudern wählen für die Auslegung ihrer Maschinen teilweise überdimensionierte Antriebe, um ein breites Anforderungsspektrum abdecken zu können. In Zeiten hoher Energiepreise ist das jedoch nicht mehr wirtschaftlich.

Antriebe auf dem Prüfstand: Auf einem solchen Motorprüfstand sammelt Veka Erfahrungen, um die in den weltweiten Produktionsstätten eingesetzten etwa 700 Doppelschneckenextruder sowie 300 Einschneckenextruder im günstigsten Betriebspunkt betreiben zu können

Prozessorientierte Auslegung des Hauptantriebs für den Extruder

Elektrische Antriebe

Antriebe

PVC-Profile

Ingenieurwissenschaften

Elektrotechnik

Energieeffizienz

Antriebe energieeffizient einsetzen

Mit geeigneten Coextrusionswerkzeugen und der Option der thermischen Trennung lassen sich auch komplexe Schichtverbunde mit Schmelzetemperaturdifferenzen von mehr als 50 °C sicher und qualitativ hochwertig verarbeiten.

5-Schicht-Coextrusionswerkzeug CV-T im Technikumsbetrieb: Im Coextrusionsverfahren lassen sich Rohre mit kleinen Durchmessern herstellen,  die vielfältige Anforderungen erfüllen

Kunststoffe mit sehr unterschiedlichen Verarbeitungstemperaturen kombinieren

Temperiergeräte

Gießanlagen

Temperiertechnik

Baugewerbe (Hoch- und Tiefbau)

Medizintechnik (KU)

Bautechnik, Sanitär

Automotive

Fahrzeugbau

Coextrusion mit thermischer Kontrolle

Vor der Extrusion von Profilen aus Polyvinylchlorid (PVC) ist bisher die aufwendige Herstellung eines Dryblends notwendig. Eine Verbesserung verspricht die Direktextrusion von PVC mittels Planetwalzenextrudern. Neben Weich-PVC lässt sich mit einigen Anpassungen auch Hart-PVC auf diese Art verarbeiten.

Die Direktextrusion von PVC-Profilen auf Planetwalzenextrudern kann Kosten und Energie  einsparen und den Prozess vereinfachen 

Extrusion von Hart-PVC ohne Dryblend-Herstellung

Kunststoff-Profile

Granulat, PVC- (Compound)

Andere Werkstoffe

Werkstoffe für additive Verfahren

Polyvinylchlorid

Kunststoff Werkstoffe

Thermoplaste

Kunststoff

Bauwesen

Baustoffe

Auf direktem Weg zum PVC-Profil

battenfeld-cincinnati installierte mehrere konische Extruder beim Marktführer für Kantenbänder.  

ABS, PVC und PMMA flexibel verarbeiten 

Masterbatches

Compoundieren

Extrusionswerkzeugdrücke bis 520 bar  

Eine simultane Extrusion von Polyvinylchlorid-Profilen mit PS-Schaumkern ist aufgrund der unterschiedlichen Verarbeitungsbedingungen herausfordernd und wurde bisher nicht durchgeführt. Am Kunststoff-Zentrum SKZ wurde nun eine Versuchsanlage zur Erforschung dieses Verfahrens aufgebaut.

Frontalansicht des Extrusionswerkzeugs mit Rahmenheizkörper: Das Werkzeug kombiniert die PVC-Profilextrusion mit der PS-Schaumextrusion 

Verfahren zur kombinierten Extrusion von Fensterprofilen mit Schaumkern

Schaumstoffe und Vorprodukte

Schaumstoffe

Polystyrol

Dichtungsschäumen

Schäumen / Reaktive Verarbeitung

Extrudieren und Schäumen  in einem Schritt

Die zweitägige Extrusionstagung wird am 20. März eröffnet. Neue Formate bieten die Möglichkeit, relevante Fragestellungen im kleinen Kreis mit Experten zu diskutieren. 

Mit Science Session, Dinner Speech und World Café 

Prozesssimulation

Extrusionsblasformen

Noch wenige Tage bis zur Extrusionstagung 

Als Leiter der Duisburger Extrusionstagung hatte sich Prof. Johannes Wortberg im Februar bei der Jubiläumsveranstaltung verabschiedet. Nun ist klar, dass sein Nachfolger am Lehrstuhl auch die Tagungsleitung übernimmt. 

Neuer Leiter für Duisburger Extrusionstagung 

Personen

Nachfolge von Prof. Wortberg gesichert 

Zum Abdichten der Trennebene zwischen dem Kopf und der abschließenden Düse kann jetzt eine spezielle Gummidichtung eingesetzt werden. Bei ersten Pilotprojekten zeigten sich mehrere vielversprechende Vorteile. Geeignet ist die Technik für Rohrextrusion, Folienblasen und Extrusionsblasformen. 

Rundwerkzeuge: Kipptechnologie verbessert nicht nur das Zentrieren 

SHS plus bietet während des Kontaktverbots infolge der Corona-Epedemie die Möglichkeit, die Simulationssoftware chillWare kostenlos herunterzuladen.  

chillWare-Abkühlsimulation kostenlos nutzen 

SHS plus hilft Entwicklern im Homeoffice 

Ab sofort extrudiert SLS auch große Hauptprofile für die Fenster- und Türenindustrie.

Da für die Fertigung der Hauptprofile für den Fenster- und Türenbau erforderlich, hat SLS seine Produktionslandschaft durch neue Extrusionsanlagen mit Stundenleistungen ab 300 kg und Kühlstrecken von mehr als 18 Metern erweitert.

SLS investiert in Anlagen und Peripherie

Eine Übersicht über die Anlagentechnik für Entwicklung und Kleinserienproduktion

Die Herstellung und Verarbeitung von Hochleistungsthermoplasten stellt hohe Anforderungen an die Anlagentechnik. Beim Compoundieren oder der Produktion von Rohren, Multifilamenten, Flach- oder Blasfolien werden Temperaturen bis zu 500°C erreicht. Die Strangextrusion für den 3D-Druck hat sich in der Kleinserienfertigung besonders wirtschaftlich gezeigt.

Die Herstellung und Verarbeitung von Hochleistungsthermoplasten stellt hohe Anforderungen an die Anlagentechnik. Meist geht es heiß her im Extruder: Beim Compoundieren oder der Produktion von Rohren, Multifilamenten, Flach- oder Blasfolien werden Temperaturen bis zu 500°C erreicht. Die Strangextrusion für den 3D-Druck hat sich in der Kleinserienfertigung besonders wirtschaftlich gezeigt.

Hochleistungsthermoplaste zeichnen sich durch sehr gute mechanische Eigenschaften und extrem gute Chemikalienbeständigkeit bei Dauergebrauchstemperaturen bis 260 °C und kurzfristig bis 300 °C (PEEK) aus [1, 2]. Diese Werkstoffe finden in vielen Bereichen, wo es auf Gewichtsersparnis ankommt, Anwendungen. Insbesondere die Fortschritte im 3D-Druck führen zu vielfältigen weiteren Einsatzmöglichkeiten. Der innovativen Technik wurden im Zeitraum von 2014 bis 2020 Wachstumsraten von 25 % im Medizinbereich und etwa 35 % für die Energiewirtschaft zugeschrieben. [3]. Getrieben durch die Entwicklungen in der Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik und Chemieanlagen entstanden Anforderungen, die zu einer ständigen Verbesserung von mechanischen, chemischen Eigenschaften sowie der Temperaturbeständigkeit führten.

Für die Produktion sind z. T. erhebliche Modifikationen der Prozesse im Vergleich zur Verarbeitung von technischen oder gar Standardkunststoffen erforderlich. Wegen der deutlich höheren Heizleistung ist eine zusätzliche thermische Isolierung zur Senkung des Energiebedarfs und als Sicherheitsmaßnahme für das Bedienpersonal erforderlich.. Das Abkühlen des Produktes muss in der Regel mehrstufig erfolgen. Die Nachfolgeeinheiten verlangen größere Aufwendungen bezüglich der Kühlleistung und Isolierung. Die Werkstoffe für Schnecken und Zylinder müssen an die Gegebenheiten der Hochleistungskunststoffe angepasst werden. Bei der Verarbeitung von Fluorpolymeren (PVDF) dürfen die verwendeten Stähle keinerlei Bor und MoS2 enthalten, da es sonst zu spontanen, gefährlichen Zersetzungsreaktionen kommt.

Um diesen Entwicklungen Rechnung zu tragen, führte die Firma Collin bereits zu Beginn der 80er-Jahre Laborpressen für Temperaturen bis 400 °C sowie Extruder bis 500 °C ein. Nur wenige Jahre später folgten Kalander und Walzwerke für Hochtemperaturanwendungen [4, 5].

Hochleistungscompounder und  Einschneckenextruder

Die Compounder besitzen eine hohe Drehmomentdichte für die Verarbeitung hochviskoser und hoch gefüllter Polymere. Je nach Mischaufgabe (Anzahl der Polymere, Additive etc.) sind Verfahrenslängen von 36 D bis 60 D erforderlich. Der modulare Aufbau ermöglicht eine optimale Konfiguration der Verfahrensabschnitte. Zylindertemperaturen von 500 °C gestatten Prozesstemperaturen von 450 °C. Die Maschinen arbeiten mit maximalen Drehzahlen von 1200 min-1 und darüber.

Die Einschneckenextruder für Hochleistungsthermoplaste sind für Zylindertemperaturen von/bis 500 °C ausgelegt. Verschiedene Antriebskonzepte (AC Induktionsmotor, High Torque Motor) erlauben Drehzahlen bis 450 min-1 Je nach Anforderungen an das Verweilzeitspektrum der Materialien werden Schneckenlängen bis mindestens 36 D erforderlich. Die Maschinen sollten sicher für bis zu 415 bar Gegendruck ausgelegt werden. Für korrosives und/oder abrasives Material müssen optimierte Werkstoffe für Schnecken und Zylinder eingesetzt werden. Der Trichter wird bis mindestens 160 °C beheizt und mit Inertgas beaufschlagt. In der Material- und Produktentwicklung haben sich Extruder bewährt mit einer individuellen Steuerung über einen Touchscreen für die Eingabe und Anzeige aller Prozessdaten. Eine Vielzahl an grafischer Darstellungen wie z. B.Trendanalysen erleichtern die Auswertung von Produktions- und Versuchsdaten.

Hochleistungskunststoffe zeichnen sich nicht nur durch ihr außerordentliches Leistungsspektrum aus. Einhergehend damit sind auch die Materialkosten entsprechend hoch. Das Collin-Produktspektrum bewegt sich aus diesem Grund in einem weiten Bereich der Durchsatzleistungen. Besonderes Augenmerk liegt auf der Temperaturführung beim Kalibrieren und Abkühlen. Das Temperaturniveau beim Kalibrieren und Kühlen des Extrudats liegt im Bereich von 200 °C bis 350 °C. Dies macht neue technische Ansätze erforderlich.

PEI und PEEK Rohre eigenspannungsarm hergestellt

Rohre aus diesen Werkstoffen finden Verwendung zur Gewichtsreduktion bei anspruchsvollen mechanischen oder chemischen Anforderungen [6]. Für das ILK der TU Dresden wurde eine Anlage für Rohre im Durchmesser bis 25 mm und einer Wanddicke von 0,5 mm entwickelt. Diese besteht in ihrem Kern aus einer zweistufigen Vakuum-Trockenkalibrierung (Bild 1). Jede Kalibriereinheit wird separat temperiert (bis zu 250 °C). So werden sehr eigenspannungsarme Rohre hergestellt. Der Trockenkalibrierung folgt ein Wasserbad zur vollständigen Abkühlung der Rohre.

Kaschiereinheit für PEEK, LCP, PEI – Flachfolien und Speziallaminate

Leiterplatten erfordern zwischen polymerem Träger und Kupferfolie sehr hohe Haftfestigkeit. Als Trägermaterial werden LCP, PEI und PEEK eingesetzt [7].

Um die notwendige Haftfestigkeit zwischen Metallfolie und LCP zu erreichen, sind in der Cu–Folie Temperaturen von 350 °C und relativ lange Verweilzeiten unter Druck erforderlich. Aus diesem Grund wurde eine innovative Kaschiertechnik entwickelt. Das Herz der Anlage ist die Kaschiereinheit, die unmittelbar an die HT–Düse (bis 450 °C) anschließt (Bild 2). Sie besteht aus zwei elektrisch beheizten Backen, welche  den Kaschierspalt bilden. Über Stellschrauben kann der Spalt exakt eingestellt werden.

Die Kupferfolien oben und unten werden mit definierter Zugkraft über die schrägen Einlaufbereiche in den Spalt geführt. Hierbei werden sie auf die erforderliche Temperatur bis 450 °C erwärmt. Im horizontalen Spalt werden dann Polymer und Folien zusammengeführt. Über Spaltlänge und Liniengeschwindigkeit wird die geforderte Verweilzeit (Haftfestigkeit) erzielt. Diese Technologie wurde auch bei der Herstellung von Organoblechen erfolgreich angewendet.

Blasanlagen für Hochleistungskunststoffe weisen einige Besonderheiten auf. Kühlring und Kühlluftführung werden mit Lufttemperaturen bis 250 °C betrieben. Kalibrierung und Flachlegung sind thermisch so optimiert, dass eine gezielte Abkühlgeschwindigkeit bis zu den Abzugswalzen eingestellt werden kann. Selbstverständlich sind die Komponenten so zu schützen, dass unbeabsichtigte Berührung durch das Bedienpersonal nicht zu Verbrennungen führt.

Mit ausgewählten Materialien ist eine Foliendicke von ca. 10 µm erreichbar. Ein Ausführungsbeispiel zeigt die Blasanlage auf Bild 3. Mit der dargestellten Pilotanlage werden Liniengeschwindigkeiten bis zu 50 m/min erreicht [8].

Gegenläufig rotierende Düse für  Hochleistungsblasfolien

Der Prototyp wurde vor ca. zehn Jahren im Rahmen eines Forschungsprojekts der US-Army am Virginia Polytechnic Institute der Virginia State University erfolgreich erprobt. Das Düsenkonzept erlaubt eine vielseitige Beeinflussung der Orientierungen und damit der mechanischen Eigenschaften der Folie (Bild 4). Bei Materialien mit ausgeprägten Orientierungsverhalten in Extrusionsrichtung ist das für ein hochwertiges Produkt von entscheidender Bedeutung. Hierzu zählt besonders LCP, welches aufgrund der extremen Orientierung in Extrusionsrichtung enorme Festigkeitswerte erzielt, quer dazu allerdings nahezu keinerlei Festigkeit aufweist. Eine zusätzliche Querkomponente der Orientierung wird in der Düse dadurch erreicht, dass Dorn und Mundstück rotieren. Die Orientierung in Fertigungsrichtung wird „verwischt“ und die Festigkeit quer dazu deutlich erhöht. Dorn und Mundstück sind mit jeweils einem Antrieb versehen, sodass Gegenlauf oder Gleichlauf eingestellt werden können. Dabei können Drehzahlen zwischen 0 min-1 und 30 min-1 stufenlos gewählt werden.

Das Leistungsspektrum von Folien wird durch das MDO-Verstrecken gezielt erweitert. Festigkeit, Atmungsaktivität, optische und elektrische Kennwerte werden deutlich gesteigert [9]. So wird z. B. durch Verstrecken von PTFE-Folien eine definierte Porosität für die Herstellung von Filtermembranen erzeugt. Ein zunehmender Trend in der Folienproduktion sind die immer kleiner werdenden Losgrößen [10]. Bild 5 zeigt eine wirtschaftliche Lösung, welche besonders für Produktentwicklung und Kleinserienfertigung geeignet ist. Die Reckanlage ist senkrecht aufgebaut (Minimierung des Platzbedarfs). Die Maschine besitzt eine Vorheizstrecke, zwei Reckspalte, Fixierung und Kühlstrecke. Walzenoberflächen-temperaturen bis 280 °C sind möglich. Silikonbeschichtete Anpresswalzen und eine Spiegelverchromung der Reckwalzen sorgen für einen minimalen Neck-In auch bei zum Gleiten neigenden Materialien. Eingangsgeschwindigkeiten von 1 m/min bis 20 m/min und Ausgangsgeschwindigkeiten von 10 bis 100 m/min erlauben Reckverhältnisse, welche bis an die Versagensgrenze der Materialien heranreichen. Die Reckspalte werden motorisch von 0,2 bis 10 mm eingestellt.

Multifilamente aus Hochleistungskunststoffen haben sich wichtige Anwendungsfelder wie z. B. Filtersysteme in Müllverbrennungsanlagen oder als Verstärkungselemente in hochbelasteten Schlauchsystemen im Fahrzeugbau oder der Chemieindustrie erobert. Für die Entwicklung und Vorproduktion hat sich die in Bild 6 zu sehende Multifilamentanlage etabliert. Extrusionsteil, Kühlschacht und die Reckeinheit bilden eine wirtschaftliche und kompakte Einheit. Die Fäden werden im Schacht von einer laminaren Luftströmung (bis 250 °C) mit einstellbarer Strömungsgeschwindigkeit gekühlt. Die Reckeinheit besteht aus vier einzeln angetriebenen Galetten. Induktiv beheizt kann mit Oberflächentemperaturen bis 280 °C gearbeitet werden. Die Geschwindigkeit der Galetten kann zwischen 80 m/min und 800 m/min gewählt werden.

3D-Druck ist die technische Innovation mit dem Potenzial, die gesamte industrielle Fertigung zu revolutionieren. Mit dieser Technik sind Bauteilgeometrien machbar, welche mit bisherigen Prozessen nur sehr aufwendig oder gar nicht herstellbar sind. Besonders wirtschaftlich zeigt sich der 3D-Druck bei der Kleinserienfertigung. Durchsatzleistungen von 1 kg/h bis 30 kg/h decken das ganze Spektrum für Entwicklung und Produktion von 3D-Filamenten mit 1,75 mm oder 2,85 mm Durchmesser ab. Selbstverständlich können auch andere Strangdurchmesser realisiert werden.

1  Kunststoffteile in der Hitze: Wenn das Kunststoffteil Temperatur bekommt. Kern GmbH, Kunststoffwerke

2 Technische Kunststoffe Hennecke GmbH, Werkstoffauswahl, 2020

 Trendbericht zur Abschätzung der Umweltwirkungen. Umweltbundesamt 05 / 2018

4  Collin – Prospekt Presse Extruder 1981

5  Collin – Prospekt Kalander Extruder 1991

6 Stegelmann, M. u. a.:Rohre zum Fliegen: Hochleistungsrohrsysteme für Anwendungen im Flugzeugbau

7 Bayrische Forschungsstiftung, Abschluss Bericht AZ-991–11

 Lehrstuhl für Polymere Werkstoffe, Universität Bayreuth, Berichtzeitraum 2012 – 2015

8 Technische Spezifikation Collin Lab & Pilot Solutions

9 Leopold, Th.: Gestreckte Limits: Die Eigenschaften von Kunststofffolien durch monoaxiales Verstrecken gezielt anpassen. Kunststoffe 104 (2014) 10, S.182-185

10  Höfs, Ch., Kraus, L.: Evolution der Folienproduktion. Kunststoffe 108 (2018) 10, S. 91-98

COLLIN Lab & Pilot Solutions  

https://www.collin-solutions.com/

Ausgabenartikel KU7-21

Bild 5. Die Reckanlage MDO ist senkrecht aufgebaut, um Platz einzusparen. Die Reckspalte werden motorisch von 0,2 bis 10 mm eingestellt

Bild 6. Bei der Multifilamentanlage bilden Extrusionsteil, Kühlschacht und die Reckeinheit eine wirtschaftliche und kompakte Einheit

Bild 1. Auf dieser Anlage fertigt das ILK der TU Dresden Rohre aus PEI und PEEK mit einem Durchmesser bis 25 mm und einer Wanddicke von 0,5 mm

Bild 2. Darstellung des Verfahrensprinzips Kaschierung Cu-Folie auf PEI gefüllt mit Talkum

Bild 3. Mit der Hochtemperatur-Blasanlage BL 600 P werden Liniengeschwindigkeiten bis zu 50 m/min erreicht

Bild 4. Düse für Hochleistungs-Blasfolien: Eine zusätzliche Querkomponente der Orientierung wird dadurch erreicht, dass Dorn und Mundstück rotieren

Collin - Hauptartikel

Dr.-Ing. Franz Grajewski war von 2007 bis 2019 bei Collin Lab & Pilot Solutions für die Verfahrenstechnik zuständig.