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06.10.2015

Homogene Schmelze bei hohen Drehzahlen

Schmelze-Feststoff-Verteilung im High-Speed-S-Truder mit rotierender Plastifizierhülse (© Carl Hanser Verlag)

Am Institut für Produkt Engineering der Universität Duisburg-Essen wird ein neuartiges Extrusionskonzept, der so genannte High-Speed-S-Truder, entwickelt. Das Hauptziel der Forschungsarbeiten ist die Verkürzung der Verfahrenslänge bei einer verbesserten Plastifizierleistung und hohen Schneckendrehzahlen. Dazu werden Feststoff und Schmelze räumlich voneinander getrennt, so dass sich die Kontaktfläche zwischen Feststoffbett und Zylinder vergrößert. Dadurch steigt die Plastifizierleistung. Zur Trennung von Schmelze und Feststoff kommt eine spezielle Schneckenhülse zum Einsatz. Durch zahlreiche radiale Bohrungen in der Hülse wird das aufgeschmolzene Material vom Feststoff separiert und materialschonend im Gang der langsam rotierenden Schneckenhülse zur Schneckenspitze geführt. Das Konzept ermöglicht auf diese Weise eine konstant hohe Plastifizierleistung und reduziert die mit steigender Schneckendrehzahl stark zunehmende Schererwärmung.

In Versuchen und Simulationen wurde allerdings festgestellt, dass bei diesem Konzept die Gefahr besteht, dass die Schmelzehomogenität unzureichend ist. Darüber hinaus können ineffektive Schmelzeströmungen im Ringspalt auftreten. Um diesen Problemen entgegenzuwirken, haben die Forscher einen neuen Prototyp des High-Speed-S-Truder entwickelt, der mit einem Dynamic Mixing Ring sowie einer frei rotierende Plastifizierhülse ausgestattet ist. Bei dieser Plastifizierhülse handelt es sich um eine Hohlschnecke, die ebenfalls über zahlreichen Radialbohrungen verfügt und über Schleppkräfte angetrieben wird.

Mit dem Dynamic Mixing Ring konnte eine ausreichende stoffliche und thermische Homogenität erzielt werden. Dieser bewirkt allerdings auch eine starke Schmelzeerwärmung, wodurch die erzielbaren Drehzahlen und Durchsätze gemindert werden. Untersuchungen bezüglich des Plastifizierprozesses zeigten zudem eine erneut tendenziell späte Abführung des überwiegenden Schmelzeanteils in der zweiten Hälfte der Schneckenhülse. In weiteren Versuchen soll nun erreicht werden, dass die Schmelzeabfuhr über der Hülsenlänge gleichmäßiger verläuft. Außerdem soll die Geometrie des Dynamic Mixing Rings an den High-Speed-Betrieb angepasst werden.

Dr.-Ing. Harald Sambale
sambale <AT> hanser.de

Institut für Produkt Engineering
Universität Duisburg-Essen
Lotharstraße 1
D 47057 Duisburg
Tel: +49 203 379-2781
Fax: +49 203 379-4379


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