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Der Aufschmelzvorgang von Einschneckenextrudern mit genutetem Plastifizierzylinder

Ein vielversprechender Hochleistungsextruder, der sich bereits in einigen Teilen der Industrie durchgesetzt hat, besteht aus einem durchgängig genuteten Zylinder in Kombination mit einer Barriereschnecke. Der Zylinder ist sowohl im Einzugs- wie auch im Aufschmelzbereich mit Nuten versehen. Obwohl die Leistungssteigerung gegenüber den üblichen Extrudersystemen in der Vergangenheit bereits mehrfach experimentell nachgewiesen wurde, sind die genauen Mechanismen während des Aufschmelzvorgangs noch immer nicht vollständig geklärt. Die Forschung bezüglich des Aufschmelzvorgangs in Einschneckenextrudern mit genutetem Plastifizierzylinder (EEgP) ist somit von wissenschaftlichem Interesse.

Basierend auf den bestehenden theoretischen Grundlagen der Modellbildung des Aufschmelzvorgangs in konventionellen Einschneckenextrudern wurde ein physikalisch-mathematisches Modell für den EEgP entwickelt. Zwei wichtige Annahmen des Modells sind: Die Feststoffbettbreite entspricht der Feststoffkanalbreite und in den Nuten befindet sich ausschließlich Schmelze. Der geschmolzene Kunststoff wird vom Feststoffkanal durch die Nuten in den Schmelzekanal gefördert. Somit wird der Schmelzefilm an der Zylinderwand im Bereich zwischen den Nuten möglichst gering gehalten.

Zur experimentellen Untersuchung des Aufschmelzvorgangs eines EEgP wurden Versuche an verschiedenen Plastifiziereinheiten durchgeführt. Im Zusammenhang mit den Extrusionsversuchen wurden dynamische Druckmessungen an verschiedenen Stellen entlang des Zylinders durchgeführt. Eine anschließende Analyse der Drucksignale ermöglichte die Feststellung des Materialzustandes im Feststoffkanal. Beim axialgenuteten Zylinder wurden zusätzlich Visualisierungsexperimente anhand der Methode nach Maddock durchgeführt. Dadurch konnten zwei Annahmen nachgewiesen werden: Ein vollständig mit Feststoff gefüllter Feststoffkanal und das Vorhandensein von Schmelze in den Nuten. Mit diesen Versuchen gelang es zum ersten Mal, die theoretischen Vorstellungen des Aufschmelzvorgangs eines EEgP experimentell zu validieren.

Das mathematische Modell wurde mit den Ergebnissen der experimentellen Untersuchungen verglichen. Neben dem experimentell erbrachten Nachweis über die Gültigkeit der wichtigsten Modellannahmen wurden außerdem die Simulationsergebnisse validiert. Die Auf-schmelzrate für den EEgP konnte allerdings nicht direkt gemessen werden. Dazu könnte in Zukunft ein Messgerät entwickelt werden.

Read this abstract in English at Kunststoffe-international.com
 José Antonio Avila Alfaro

José Antonio Avila Alfaro
Institut für Kunststofftechnik
Universität Stuttgart

Informationen

Freie Schlagwörter: Einschneckenextruder, Extruderauslegung, Aufschmelzen, Schneckenausle-gung, Simulation, Strömung, genuteter Zylinder
Institut / Lehrstuhl: Fakultät für Energie-, Verfahrens- und Biotechnik der Universität Stuttgart
Sprache: Deutsch
Fachgutachter: Prof. Dr.-Ing. Christian Bonten (Betreuer), Prof. Dr.-Ing. Johannes Wortberg
Erscheinungsjahr: 2016
Anbieter: Wissenschaftlicher Arbeitskreis Kunststofftechnik (WAK) / Kunststoffe.de

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