Der Fokus der diesjährigen Duisburger Extrusionstagung liegt auf Digitalisierung und Kreislaufwirtschaft. Im Interview mit der Kunststoffe berichtet Tagungsleiter Prof. Dr. Reinhard Schiffers, was die Teilnehmer erwartet, wo die Branche aktuell steht – und über welche Themen Rohr- und Folienexperten unbedingt miteinander sprechen sollten.

Tipps für Rohr- und Folienexperten | Duisburger Extrusionstagung 2022

Extrusion

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

Schröder, Susanne

Blasfolienextrusion

Kunststoffverarbeitung: Maschinen und Komponenten

Rohr- und Profilextrusion

“Wir folgen dem Granulat durch die gesamte Wertschöpfungskette“

Greiner Extrusion präsentiert auf der K unter dem Motto „Digital Extrusion Solutions“ neue Technologien, insbesondere der technischen Profilextrusion.

Greiner präsentiert auf der K eine neue Extrusions-Management-Software.

16:9

Messe K-Kunststoffmesse

kunststoffe-international.com

kunststoffe.de

Extrusionsanlagen

Komplett vernetzte Extrusionslinien

Bausano öffnet am 8. Juli 2021 virtuell die Türen seines Digital Lab mit einem Live-Streaming zur neuen Generation der Extrusionsköpfe für die Herstellung von PVC-Rohren.

Neue Extrusionsköpfe für die Herstellung von PVC-Rohren stellt Bausano am 8. Juli vor

Bausano lädt ein zum Live-Streaming ins Digital Lab

Der Rohrhersteller ersetzt einen Alt-Extruder in einer Bestandslinie durch einen conEX der neuen Generation von battenfeld-cincinnati und konnte auf Anhieb alle Anforderungen in Bezug auf Qualität und Leistung erreichen.

Konischer Doppelschneckenextruder conEX NG 65

Fränkische Rohrwerke investieren in conEX NG-Extruder

Die Kunststoffe hat bei Herstellern aus dem Bereich der Rohr- und Profilextrusion nachgefragt, welche Entwicklungen die Produktpalette beeinflussen und welche Trends die Zukunft bestimmen. Aufgrund der unterschiedlichen Anwendungen stehen die Unternehmen vor unterschiedlichen Herausforderungen. Dennoch gibt es Gemeinsamkeiten, was die Coextrusion, den Einsatz von Rezyklaten oder die Digitalisierung anbelangt.

KraussMaffei bietet Anlagen für die Herstellung von bis zu 7-schichtigen Rohren; hier im Bild ein modular aufgebauter Mehrschichtrohrkopf

Ein Stimmungsbild über den aktuellen Stand der Rohr- und Profilextrusion

Zwischen neuem Materialmix  und Energieeffizienz

Die Fränkische Rohrwerke Gebr. Kirchner GmbH & Co. KG produziert Wellrohre aus PVC. Deren Herstellung erfordert bei der Extrusion eine hohe Schmelzequalität und -homogenität. Jetzt entschied sich das Unternehmen aus Bayern für den Kauf eines konischen Doppelschneckenextruders conEX NG 65 von battenfeld-cincinnati.

Der conEX NG 65 ersetzt einen 18 Jahre alten Extruder in einer bestehenden Linie 

Ein Extruder für die Wellrohrherstellung

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.

Extrusions-Zubehör

SLS investiert in Anlagen und Peripherie

Die Carbon Truck & Trailer GmbH investierte in eine Pultrusionsanlage der KraussMaffei-Tochter Pultrex. Mit der iPul-Strangziehanlage werden Leichtbauprofile aus carbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK) für rund 70 000 Lkw-Chassis jährlich produziert.

Herzstück der iPul-Technologie ist die Injektionsbox. Endlose Faser-Rovings werden darin mit einer Matrix getränkt zu Composite-Profilen geformt. 

Strangziehanlage für Leichtbauprofile

Leichtbau

Pultrusion

Lkw-Chassis werden 60 Prozent leichter

Extrusion: Vor-Ort-Bericht der Kunststoffe mit Einblicken in die Produktion von KraussMaffei in Laatzen und einem Interview mit Geschäftsführer Ralf Benack.

Rechts oben im Bild der „Logenplatz“ mit Blick aufs Technikum. Links sind die Versuchsanlagen für die Rohr- und Profilextrusion zu sehen. In der anderen Hälfte der Halle laufen die Projekte der anderen Extrusions-Technologien.

Exklusiver Bericht mit Einblicken in die Produktion und einem Überblick über alle sechs Extrusions-Sparten

Zu Besuch bei KraussMaffei in Hannover Laatzen

Flachfolien- und Plattenextrusion

Gebaut für die Zukunft

battenfeld-cincinnati liefert erste Extrusionsanlage für hochgefüllte PVC-Rohre in den mittleren Osten.

Doppelschneckenextruder twinEX und Coextruder conEX mit fest installierter gravimetrischer Dosiereinheit.

Extrusionslinie für hochgefüllte 3-Schicht-PVC-Rohre

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 

Prozesssimulation

Extruder

Extrusionswerkzeuge

Extrusionsblasformen

Seminare, Schulungen, Kongresse

Personen

Nachfolge von Prof. Wortberg gesichert 

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 

Noch wenige Tage bis zur Extrusionstagung 

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  

Das Angebot auf der K 2019 war vielfältig und reichte von ausgeklügelten Detailanwendungen bis hin zu prozessumfassenden Gesamtlösungen. In der Extrusionsbranche wurde der Aspekt Kreislaufwirtschaft von Entwicklungen zum Thema Industrie 4.0 dominiert.

Wo die Ausmaße zählen: das größte verfügbare Rohrwerkzeug mit verstellbarem Massespalt

Qualität und Effizienz im Fokus von Weiter- und Neuentwicklungen

Farbmessgeräte

Messtechnik

Optische Mess- und Prüftechnik

Messgeräte für Farbe

Qualitätssicherung

Qualitätssicherung Kunststoff

Farbstoffe und Pigmente

Kunststoff Werkstoffe

Additive

Farbsensor

Sensoren / Messwertaufnehmer

Simulation

Software

Flachfolienanlagen

Farbkonzentrate (Batches)

Farbdosiergeräte

Spritzgießsimulation

Elektrische / Magnetische Messtechnik

Werkzeuge für die Kunststoffverarbeitung

Industrie 4.0 für die Kunststoffverarbeitung

Industrie 4.0

Farben, flüssig

Compoundieren

Kunststoff-Aufbereitung

Neue Dimensionen in der Extrusion

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

Kunststoff-Rohre

Halbzeuge und Zwischenprodukte

Kunststoff-Halbzeuge

Extruder-Folgeeinrichtungen

Kompakte Einschneckenextruder-Baureihe für Rohre

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.