Extrusion – Zonentemperierung: Effiziente Temperaturführung mit Tool-Temp Geräten

Definition Extrusion
Extrusion beschreibt das Verfahren bei welchem Fördergeräte (Extruder) nach dem Funktionsprinzip der archimedischen Schraube eine feste bis dickflüssige Masse unter hohem Druck und hoher Temperatur gleichmässig aus einer formgebenden Öffnung herauspressen. Dabei entstehen Körper mit dem Querschnitt der Öffnung, Extrudat genannt, in theoretisch beliebiger Länge. Bei diesen komplexen Prozessen unterstützen wir Sie mit unseren Temperiergeräten für eine optimale Temperaturführung.

Aufbau und Funktion eines Extruders
Grundsätzlich besteht ein Extruder aus einer Schneckenwelle, welche in einem Schneckenzylinder liegt und dessen Innendurchmesser in etwa dem Aussendurchmesser der Schnecke entspricht. Am vorderen Ende des Zylinders befindet sich eine Auslassöffnung, die sogenannte Düse. Am hinteren Ende des Schneckenzylinders ist die Schnecke gelagert. Hier befindet sich der Antrieb, welcher in den meisten Fällen aus einem Elektromotor und einer Getriebeeinheit besteht. Dieses Extrudergetriebe ist für die Rotation der Schneckenwelle zuständig. In den meisten Fällen wird das zu verarbeitende Material dem Zylinder über einen oben liegenden Trichter kontinuierlich zugeführt. Besteht das Material aus mehreren Komponenten, ist es wichtig, dass die Zusammensetzung der Mischung exakt und reproduzierbar dosiert wird. Abhängig vom verwendeten Regelmechanismus erfolgt eine Unterscheidung zwischen gravimetrischer und volumetrischer Dosierung.

Werden für die Extrusion weitere Komponenten benötigt, lassen sich diese zum Beispiel über Nadelventile oder eine Seitenbeschickung in den Schneckenzylinder einbringen – man spricht hier von der sogenannten Koextrusion. Bei diesen Materialien kann es sich in der Kunststoffverarbeitung zum Beispiel um Färbemittel (Masterbatches), Alterungsschutzmittel, Weichmacher oder Verstärkungsfasern handeln.

Temperierung eines Extruders – mit einem Prozessthermostat von Tool-Temp

Extrusionverfahren – gut unterstützt in der Temperaturführung mit Temperiergeräten von Tool-Temp
Ein Extruder kann eine Vielzahl an Aufgaben übernehmen. So kann er für das Mischen, Kompaktieren, Verschneiden, Entgasen und Granulieren der Masse eingesetzt werden. Abhängig des Grundmaterials und des gewünschten Endproduktes werden unterschiedliche Bauweisen eingesetzt. Es wird zwischen Kolben-, Schnecken-, Doppelschnecken- und Planetwalzen-Extrudern unterschieden.

Das Extrudieren mittels eines Extruders ist ein vielseitiges Verfahren zur Verarbeitung von Elastomeren und thermoplastischen Kunststoffen, aber auch von Lebensmitteln und Tiernahrung.

Extrudieren hat sich zu einem wichtigen verfahrenstechnischen Element in der Kunststoff- und Lebensmittelindustrie, sowie im Bereich des Recyclings entwickelt. Die daraus resultierenden Extrusionserzeugnisse sind sehr vielfältig. Rohre, Stäbe, Profile von Fensterrahmen, Dichtungen und Schläuche sind Produkte, welche mittels Extrusion hergestellt werden. Aber auch Halbzeug, Platten für die Weiterverarbeitung durch Thermoformung, Folien, Polystyrol-Hartschaumplatten, kleine Autoteile und Fahrradfelgen gehören genauso in die breite Produktepalette wie Teigwaren, Knabbergebäck, Kekse, Formfleisch und Tiernahrung.

Aufgrund der verschiedenen Eigenschaften des verarbeiteten Materials haben sich zahlreiche Verfahren in der Verarbeitungstechnik etabliert. Extruder lassen sich grundsätzlich in Verarbeitungs- und Aufbereitungsextruder unterteilen. Verarbeitungsextruder, sehr oft Einwellenextruder, dienen mehrheitlich der Formgebung. Dem gegenüber steht der Aufbereitungsextruder, welcher der chemischen und/oder physikalischen Modifizierung der Stoffe dient. Hier kommen mehrheitlich Doppelwellenextruder und Kneter zum Einsatz.

A. Kunststoffindustrie & Kunststoffverarbeitung
Mit den Temperiersystemen von Tool-Temp setzen Sie bewährte und robuste Technik für Ihr Produktionsverfahren im Bereich Extrusion ein. Unsere langjährige Erfahrung geben wir gerne weiter und entwickeln für Sie kundenspezifische Lösungen, um eine auf den Prozess abgestimmte Temperaturführung zu erhalten.

Durch Extrusion können nahtlose Platten, Rohre und Profile mit einem konstanten Querschnitt hergestellt werden. Neben der Herstellung von extrudiertem Halbzeug ist das wesentliche Einsatzgebiet von Extrudern eine Vorstufe im Spritzgussprozess.

Beim Extrudieren von Kunststoff werden am Extruder Heizbänder am Schneckenzylinder befestigt, welche das eingefüllte Kunststoffgranulat oder Pulver aufschmelzen. Auch ist je nach dem zu verarbeitenden Kunststoff, eine Ausrüstung zum Abpumpen von Gasen notwendig, um Blasen im Endprodukt zu vermeiden. Extruder müssen nicht nur beheizt werden, einige verfahrenstechnische Aufgaben machen auch das Kühlen des plastifizierten Kunststoffes notwendig. Dies erfolgt entweder durch Kühlgebläse oder im Zylinder eingearbeitet Kühlkanäle, welche mit einem Kühlmedium durchströmt werden. Generell werden Thermoplaste sowie thermoplastische Elastomere extrudiert. Duroplaste werde nur in speziellen Fällen im Extruder verarbeitet. Es können dabei verschiedene Verfahren angewendet werden:

Plattenextrusion
Die plastifizierte Masse wird durch eine Breitschlitzdüse gepresst und anschliessend auf einem abnehmend beheizten Dreiwalzenwerk geglättet und auf die richtige Dicke gebracht. Nach der Kühlung wird das Produkt zu Platten geschnitten.

Rohr- und Profilextrusion
Bei dieser Extrusionsform wird die plastifizierte Masse durch eine Ring- oder Profildüse gepresst, kalibriert und gekühlt. Bei der Rohr- oder Profilextrusion muss das extrudierte Material in einem Kalibriertisch ausgekühlt werden damit es sich nicht verformt. Herzstück des Kalibriertisches ist die Kalibrierhülse, die primär dem Formerhalt des Rohrs oder Profils dient. Sie ist direkt hinter der Düse des Extruders angebracht und besteht aus einem Metallblock, der innen exakt den Querschnitt des Rohrs oder Profils aufweist. Die Kalibrierung von Hohlprofilen erfolgt durch Stützluft oder Vakuum. Das extrudierte Rohr oder Profil läuft durch die Kalibrierhülse. Für den Formerhalt des Profils wird im Inneren der Hülse mit Stützluft oder Vakuum gearbeitet. Vakuumöffnungen an unterschiedlichen Stellen in der Hülse entlang des Querschnitts saugen das Profil an die Innenwände, Wasser um- und durchspült dabei das Profil, bis es abgekühlt ist. Die Art und Form des Kalibriertisches richtet sich dabei sehr nach dem zu extrudierenden Kunststoffprodukt. Gerade bei komplizierten Profilen, wie Fensterrahmen ist viel Know-how gefragt, damit das Profil nicht beim Abkühlen in sich selbst zusammensackt und verformt wird.

Folienextrusion
Die plastifizierte Masse wird durch eine enge Breitschlitzdüse gepresst und über Kühlwalzen abgezogen sowie durch ein entsprechendes Walzwerk gestreckt. Mit diesem Verfahren können Folien von 8-15 µm Dicke und bis 4 m Breite hergestellt werden.

Extrusionsblasformen
Extruder sind auch Bestandteil von Blasfolienanlagen. Hier wird das plastifizierte Material nicht in die Form eines Profils gebracht, sondern zu einer hauchdünnen Folienblase aufgeblasen. Hierfür wird die Schmelze in vertikale Richtung umgelenkt und durch Wendelverteilerwerkzeuge in die Form eines Schlauchs gebracht. Durch ringförmige Anordnung von bis zu neun Extrudern und Zusammenführung der einzelnen Schmelzströme im Wendelverteilerwerkzeug können auf diese Art und Weise mehrschichtige Folien produziert werden. Um den austretenden Schmelzeschlauch auf die heute üblichen Dicke von mehreren hundertstel Millimeter zu bringen, werden die Schläuche anschliessend in Längs- und Querrichtung verstreckt. Dies geschieht durch zentrisches Einblasen von Luft, die den Schlauch nicht nur mechanisch verstreckt, sondern auch abkühlt und damit in seiner Form fixiert. Der Folienschlauch wird durch einen Korb kalibriert, umgelegt und aufgewickelt.

Hohlkörperblasen
Die plastifizierte Masse wird durch eine Ringdüse zu einem Schlauch geformt. Der noch plastische Schlauch wird durch eine zweiteilige Form abgeklemmt und in der Form durch Druckluft aufgeblasen. Der Schlauch legt sich fest an die Form an, das Blasteil wird nach dem Abkühlen ausgeworfen. Dieses Verfahren wird eingesetzt um Hohlkörper wie Tuben, Flaschen, Kanister, Fässer etc. herzustellen.

B. Lebensmittelindustrie – Temperierung und Kühlung von Lebensmitteln
Das eigentliche Herzstück zahlreicher Produktionsprozesse von Lebens- und Futtermitteln ist die Extrusion. Hier unterstützten wir Sie mit den passenden Geräten. Neben der Kunststoffindustrie ist die Lebensmittelindustrie der Hauptabnehmer für Extruder. Extruder kneten, mischen, kochen und portionieren Lebensmittel wie Cerealien, Cornflakes, texturierte Proteine, vitaminisierten Reis, und Pasta. Damit die Produkte hinsichtlich Qualität, Konsistenz und Geschmack gleichbleiben, ist eine exakte und reproduzierbare Temperaturführung notwendig. Ein Kochprozess muss immer punktgenau erfolgen. Meistens wird dazu zwischen verschiedenen Rezepten gewechselt. Beim Heissextrudieren wird eine wasserhaltige Masse unter hohem Druck in einer Verdichtungsschnecke erhitzt. An der Austrittsdüse fällt der Druck ab und das Produkt wird stark gelockert. Dabei kann die bereits verkleisterte Stärke die Gashaltung unterstützen und zu festen Poren festhalten. Typische Produkte dieses Verfahrens sind Erdnussflipps, Knabberartikel, Brotsorten und Gebäck.

C. Gummiindustrie
Gummiextrusion ist ein Umformungsprozess bei welchem ein im Heissextrusionsverfahren synthetisches oder natürliches Gummigranulat durch eine Werkzeugform gedrückt wird um Profile, Dichtmaterial, Matten etc. zu herzustellen.

D. Recycling
Für das Recyclen sauberer und sortenreiner Kunststoffabfälle zu Rezyklaten (Ausgangsstoff für neue Kunststoffprodukte) werden spezielle Ein- oder Doppelschneckenextruder verwendet. Um bei diesem Recyclingprozess die hohen Qualitätsansprüche zu erreichen, kommt der Polymerreinheit eine grosse Bedeutung zu. Damit möglichst alle Verunreinigungen im Kunststoffrecycling erfasst werden, geschieht die Trennung im Schmelzstrom zwischen Fördermaschine (Extruder) und Extrusionswerkzeug. Oft werden auch verschiedene Trenntechniken vorab benutzt, um Sortenreinheit zu erzielen. Bei der Extrusion können durch Hinzufügen von Additiven die Eigenschaften der Kunststoffe verbessert werden.