IKT: Hochleistungsextrusion - 30 Prozent höhere Energieeffizienz

Hochleistungsextrusion mit Barriereschnecke und wendelgenutetem Zylinder

Steigende Anforderungen an Produktionsgeschwindigkeit und -flexibilität stellen herkömmliche Einschneckenextruder zunehmend vor Herausforderungen. Die Forderung nach gegendruckunabhängiger Durchsatzleistung bei gleichzeitig hoher Schmelzequalität ist besonders anspruchsvoll, da die geringen mittleren Verweilzeiten die Mischleistung beeinträchtigen. Um eine konstant hohe Produktqualität extrudierter Kunststoffprodukte, wie z.B. Folien, zu gewährleisten, muss eine gleichmäßige Temperatur und eine sehr gute Verteilung von Zusatzstoffen in der Schmelze sichergestellt werden.

Aufgrund ihrer hohen Ausstoßleistung sind vor allem sogenannte Schnellläufer von hohem wirtschaftlichem Interesse. Bisherige Auslegungsansätze für Schnecken und Zylinder stoßen hier allerdings an ihre Grenzen. Die o.g. Schwierigkeiten sind bei Schnellläufern wegen der hohen Produktionsgeschwindigkeit besonders kritisch.

Zur Verbesserung der Produktqualität bei hohen Durchsätzen und kompakter Anlagengröße werden am IKT Simulationen und experimentelle Untersuchungen an schnelllaufenden Einschneckenextrudern mit wendelgenuteter Aufschmelzzone durchgeführt. Mithilfe neuer analytischer und numerischer Modelle zur Auslegung von Einzugs-, Aufschmelz- und Mischzone in Kombination mit der 3D-Simulation von Extrusionswerkzeugen soll hiermit der vollständige Extruder hinsichtlich heutiger Anforderungen optimiert werden können.

Der am IKT vorhandene Schnellläufer (Ø35 mm x 34D) mit wendelgenutetem Plastifizierzylinder in Kombination mit einer Barriereschnecke weist den Angaben zufolge zahlreiche wirtschaftliche und verfahrenstechnische Vorteile gegenüber herkömmlichen Anlagen auf. Im Gegensatz zu Nutbuchsenextrudern komme es auch in der Aufschmelzzone noch zu einer Förderwirkung sowie einem Materialtransport in den Nuten. Dies führe zu höheren Durchsätzen und einer gleichmäßigeren Förderwirksamkeit über der Zylinderlänge, so dass Druckspitzen im Einzugsbereich vermieden würden und keine aktive Einzugskühlung erforderlich sei. Das veränderte Aufschmelzprinzip erwirke eine bis zu 30 % höhere Energieeffizienz sowie schonendere Aufschmelzung. Unter Berücksichtigung dieses besonderen Förder- und Aufschmelzverhaltens können die analytischen und numerischen Auslegungsmodelle auf diese Verhältnisse zugeschnitten sowie experimentell überprüft und angepasst werden.

Eine ausreichende Extrudatqualität wird laut IKT vor allem durch den Einsatz geeigneter Mischteile möglich. Um den hohen Anforderungen an die Schmelzequalität gerecht zu werden, werden am IKT Mischteile hinsichtlich der Kriterien Druckabfall, Massetemperatur und Homogenität untersucht. Um Mischergeometrien weiter zu optimieren, sei es sinnvoll, Mischer und deren Mischverhalten mittels Particle-Tracking-Simulation zu simulieren. Hierzu wurde am IKT ein neuer Ansatz entwickelt, welcher bei gegebener Mischergeometrie das Mischergebnis vorhersagen soll.

Diese und weitere aktuelle Forschungsaktivitäten werden im Rahmen des 24. Stuttgarter Kunststoffkolloquiums vorgestellt.

Weitere Informationen:
www.stuttgarter-kunststoffkolloquium.de, www.ikt.uni-stuttgart.de

24. Stuttgarter Kunststoffkolloquium, 25.-26. Februar 2015, Stuttgart

Universität Stuttgart, Institut für Kunststofftechnik (IKT), Stuttgart

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