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Verarbeitung von Thermoplasten - Extrusion

Der gleichläufige Doppelschneckenextruder

Auszug aus

Verfahrenstechnik der Thermoplastextrusion

Herausgeber: Andreas Limper
11/2012, 412 Seiten, € 109,99
ISBN: 978-3-446-42866-9
S. 70

Die gleichläufigen Doppelschneckenextruder finden heute in vielen Industriezweigen ihre Anwendungen. Das Hauptanwendungsgebiet heute (Basis der installierten Maschinen) ist mit großem Abstand die Kunststoffindustrie. Hier kommen gleichläufige Doppelschnecken vorwiegend in der Kunststoffaufbereitung, aber auch zunehmend in der Direktverarbeitung bei der Extrusion und beim Spritzguss zum Einsatz. Hier zieht man insbesondere Vorteile aus der Einsparung einer weiteren Aufschmelzung (Energieeinsparung, Vermeidung von zusätzlicher Schädigung von z. B. eingearbeiteten Glasfasern) und der durch die Rezepturfreiheit sich ergebenden Flexibilität bei der Einstellung der Materialeigenschaften. Weitere bedeutende Anwendungsfelder für diese Maschinen sind die Kautschuk- und die Lebensmittelindustrie.

Funktionsprinzip und beschreibende Kenngrößen

Bei kleinen bis mittelgroßen Maschinen werden heute die Hauptbaugruppen der Compounder auf einem Untergestell montiert ausgeliefert. Diese sind im Bild 1 dargestellt und benannt.

Bild 1: Baugruppen eines gleichläufigen Doppelschneckenextruders [Quelle: Coperion GmbH]

Die Kernbaugruppe ist das Verfahrensteil, in dem alle verfahrenstechnischen Prozesse ablaufen. Das Verfahrensteil ist in der Regel elektrisch oder auch mit Sattdampf (bei sehr großen Einheiten) beheizt und kann mit Wasser (-verdampfung) oder Luft gekühlt werden.

Die gleichläufigen Doppelschnecken weisen zwei achsparallele Schnecken in einem Zylinder mit einer acht-förmigen Bohrung auf. Die Schnecken rotieren mit gleicher Winkelgeschwindigkeit und gleicher Drehrichtung. Durch die auf Erdmenger [ERD49] basierende Geometrie der Elemente ergibt sich ein gegenseitiges „Abstreifen“ der Schnecken bei einem genügend engen Spiel zwischen den Schnecken. Das so genannte Dichtprofil ist im Bild 2 zu erkennen.

Bild 2: Dichtprofil einer gleichläufigen Doppelschnecke [Quelle: Coperion GmbH]

Dargestellt sind die mehrgängig ausgeführten Förderelemente in Kombination mit den so genannten Knetblöcken, die im Stirnschnitt das gleiche Profil aufweisen wie die Förderelemente.

Förderelemente und Knetblöcke sind standardmäßig mit verschiedenen Steigungen und Knetblockbreiten als fördernde oder abstauende Elemente im Einsatz.

Die Transportvorgange in den Schneckenelementen beruhen wie bei der Einschnecke auf dem Schleppförderungsprinzip, werden aber ergänzt durch die im Eingriffsbereich der Schnecken erfolgende Übergabe des Fördergutes von einer Schnecke auf die andere.

Dadurch ergibt sich zum Einen ein gewisser Anteil an Zwangsförderung (jeweils um eine Kammbreite), zum Anderen eine sehr gute Mischwirkung durch Umlagerung und Oberflachenerneuerung.

Seit Anfang der 1960-er Jahre ist das komplette Verfahrensteil (Zylinder und Schnecken) modular aufgebaut und damit sehr flexibel an die unterschiedlichsten Verfahrensaufgaben anpassbar [1].

Die Schnecken weisen zur Drehmomentübertragung häufig eine modifizierte Verzahnung, Vielkeil- oder Polygongeometrien auf. Wegen der notwendigen Sicherheiten bei der Übertragung der sehr hohen Drehmomente kommen Passfederverbindungen praktisch nicht mehr zur Anwendung. Aus gleichem Grund werden heute für die Schneckenwellen teilweise Luftfahrtwerkstoffe eingesetzt, die sehr hohe Festigkeiten aufweisen.

Die Längen von Schnecken und Zylindern werden bezogen auf den Schneckenaußendurchmesser (L/D) angegeben.
Übliche Gehäuse sind 3 oder 4 D lang, in einigen Fällen werden aus wirtschaftlichen Gründen auch bis zu 8 D ausgeführt.

Im Vergleich zum Einschneckenextruder weisen die Gleichläufer wesentliche Vorteile auf [2]:

  • besseres Einzugsverhalten und bessere Förderung
  • kürzere Verweilzeiten und engeres Verweilzeitspektrum
  • bessere Selbstreinigung der Schnecken
  • bessere Dispergier- und Homogenisiereigenschaften
  • flexiblere Geometriegestaltung durch den modularen Aufbau sowie
  • gute Prozesskontrolle
Auszug aus

Verfahrenstechnik der Thermoplastextrusion

Herausgeber: Andreas Limper
11/2012, 412 Seiten, € 109,99
ISBN: 978-3-446-42866-9
S. 70
Literaturhinweis

[1] Lechner, F.; Der gleichläufige Doppelschneckenextruder zum Aufbereiten von Polypropylen, Extrusionstechnik 2010 – Hochleistungsextrusion und Betriebskostenoptimierung, VDI Verlag GmbH, Düsseldorf 2010

[2] Bastian, M.: Einfärben von Kunststoffen, Produktanforderungen, Verfahrenstechnik, Prüfmethodik, Hanser Verlag, 2010

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