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Verarbeitung von Thermoplasten - Extrusion

Einschneckenextruder

Auszug aus

Verfahrenstechnik der Thermoplastextrusion

Herausgeber: Andreas Limper
11/2012, 412 Seiten, € 109,99
ISBN: 978-3-446-42866-9
S. 1

Einschneckenextruder sind grundsätzlich für nahezu alle Kunststoffe geeignet. Die kleinsten Maschinen liegen bei einem Durchmesser von ca. 20 mm. Hier sorgt die Granulatgröße für eine Grenze nach unten. Die größten Serienmaschinen liegen bei einem Durchmesser in der Größenordnung 400 mm und erreichen Durchsatzleistungen von bis zu 5000 kg/h. Den grundsätzlichen Aufbau eines Einschneckenextruders zeigt das folgende Bild 1.

Die Eingangsschnittstelle zur Materialversorgung ist der Maschinentrichter. Der Kunststoff wird hier in der Regel als rieselfähiges Granulat bereitgestellt. Der Maschinentrichter wird durch entsprechende stromaufwärts liegende Anlagenkomponenten mit dem Granulat und rezykliertem Mahlgut gefüttert, wobei zumeist auch produktspezifische Rezepturbestandteile (z. B. Farbmasterbatch) zugemischt werden. Die Schwerkraft im vertikal zur Einfüllöffnung angeordneten Trichter ist aufgrund der Rieselfähigkeit aller Rezepturbestandteile ausreichend zur Förderung.

Bild 1: Einschneckenextruder

Die Ausgangsschnittstelle ist ein kreisförmiger Austrittsquerschnitt, in dem der Kunststoff in aufgeschmolzenem und homogenem Zustand zu den stromabwärts liegenden Anlagenkomponenten strömt und zum Extrusionsprodukt ausgeformt werden kann. Aufgrund der hohen Viskosität von Kunststoffschmelzen und dem daraus resultierenden Fließwiderstand in diesen Anlagenkomponenten steht das Material hier unter hohem Druck (ca. 50 bis 500 bar).

Die Maschinen werden mit Elektromotoren angetrieben, die aufgrund der recht niedrigen Drehzahlen (ca. 50 U/min bis 500 U/min) mit einem meist mehrstufigen Untersetzungsgetriebe kombiniert werden. Die Axialkraft, die aus dem hohen Druck vor der Schneckenspitze resultiert, wird durch ein Rückdrucklager vom Getriebe ferngehalten. Da die Getriebestufen bei dem hohen Drehmoment recht hohe Investitionskosten beinhalten und auch dann fest sind, ermöglicht ein Riementrieb nicht nur den Entfall einer Getriebestufe, sondern auch eine Flexibilisierung des Übersetzungsverhältnisses beim Wechsel der Riemenscheiben. Aufgrund der in den letzten Jahren gesteigerten Drehzahlen der Maschine und der Weiterentwicklungen bei den Elektromotoren kommen sich die Drehzahlen so weit entgegen, dass zum Teil bereits getriebefreie Direktantriebe benutzt werden.

Der Extruderzylinder ist mit elektrischen Heizbändern ausgestattet, die in mehreren Segmenten eine unterschiedliche Temperaturführung des Zylinders ermöglichen. In Richtung der Schneckenspitze erweitern Heiz-/Kühlkombinationen die Einstellmöglichkeiten im Betrieb. Kühlung wird hier durch Kühlgebläse realisiert, die Energie aus dem Zylinderbereich abführen können.

Der Extruder wird durch die Maschinensteuerung vervollständigt, die die Regelkreise zur Zylindertemperierung und zur Regelung der Extruderdrehzahl beinhaltet. Die Maschinenbestandteile werden auf einem Maschinengestell zusammengefasst. Hier muss eine Möglichkeit zum Ausgleich der Wärmedehnung konstruktiv vorgesehen werden: Der Zylinder wird im Betrieb auf bis zu 280 °C hochgeheizt und dehnt sich gegenüber dem kalten Gestell um ca. 3 mm/m.

Aufgabe des Extruders ist es, das Material gegen den Widerstand des Werkzeuges zu fördern und dabei aufzuschmelzen. Dazu benutzt der Einschneckenextruder die für diese Maschinen typische und daher namengebende Förder- und Plastifizierschnecke. Die Funktionszonen der Schnecke zeigt das folgende Bild 2.

Bild 2: Funktionszonen und Schneckenaufbau

Im einfachsten Fall geschieht die Feststoffförderung in einer Zone konstanter Gangtiefe, der Einzugszone. Das Aufschmelzen führt zu einer Volumenreduzierung, da die Schmelzedichte erheblich größer ist als die Schüttdichte des Granulates. Daher wird hierfür eine Kompressionszone gewählt. Der Druckaufbau und die Homogenisierung geschehen in einer weiteren Zone konstanter Gangtiefe, der Meteringzone.

Auszug aus

Verfahrenstechnik der Thermoplastextrusion

Herausgeber: Andreas Limper
11/2012, 412 Seiten, € 109,99
ISBN: 978-3-446-42866-9
S. 1
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