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Doppelschneckenextruder sind Maschinen aus der Kunststofftechnik und Lebens-mittelindustrie und gehören zu den Mehrwellenextrudern bzw. zur Obergruppe der Extruder. In der Kunststofftechnik werden sie zur Aufbereitung und Formgebung von Kunststoffschmelzen verwendet. Hierzu wird das Polymer durch zwei rotierende Schneckenwellen durch einen beheizten Zylinder gefördert und dabei aufgeschmolzen.
Aufbau von Doppelschneckenextrudern in der Kunststofftechnik [Bearbeiten]
Wichtigstes verfahrenstechnisches Element sind zwei Schneckenwellen die ineinandergreifend in einem Zylinder mit achtförmiger Bohrung liegen. Dieser Zylinder kann zur flexiblen Umrüstung, hauptsächlich bei Laborextrudern, ebenso wie die Schnecke aus einzelnen Modulen aufgebaut sein. Die Schnecken werden einseitig gelagert und werden über Keilwellenverbindungen oder Passfeder mit der Getriebestufe verbunden. Angetrieben werden sie meist über einen Elektro-motor. Um das thermoplastische Material aufzuschmelzen werden die Schüsse meist über elektrische Heizpatronen oder Heizschalen auf Temperaturen gebracht, die ca. 20°C über dem Schmelzpunkt des Materials liegen. Jeder Schuss wird hierbei einzeln temperiert und lässt sich entsprechend den Vorgaben des Prozesses regeln. Zur Gehäusekühlung werden über Relaisschaltungen einzeln ansteuerbare Wasserkreisläufe verwendet. Auf diese Weise kann ein Überhitzen des Materials mit dem damit verbundenen schädlichen Materialabbau vermieden werden.
Bauformen von Doppelschneckenextrudern
Je nach Achsabstand zwischen den Schneckenwellen und der Rotationsrichtung unterscheidet man zwischen:
 tangierender Gleichdralldoppelschneckenextruder
dichtkämmender Gleichdralldoppelschneckenextruder
tangierender Gegendralldoppelschneckenextruder
dichtkämmender Gegendralldoppelschneckenextruder
Gegendralldoppelschneckenextruder bringen wenig Scherung in das Material ein und belasten es daher wenig. Sie werden daher z.B. bei der Verarbeitung von temperaturempfindlichen Materialien wie PVC verwendet. Wichtigster Bautyp ist jedoch der dichtkämmende Gleichdralldoppelschneckenextruder auf den im Weiteren eigengangen wird.
Schneckengestaltung
Die Schneckengestaltung geschieht in engem Zusammenhang mit der Planung der erforderlichen Prozessschritte. Zur Realisierung von bestimmten Aufgaben stehen eine Vielzahl unterschiedlicher Gestaltungsmöglichkeiten bereit.
Verfahrenszonen von Doppelschneckenextrudern
Prinzipiell kann man folgende verfahrenstechnische Bereiche über die Länge von Doppelschnecken charakterisieren:
Einzugszone: Hier wird das Material eingezogen, gefördert und aufgeschmolzen
Kompressionszonen: Das Material wird durch geringer werdende Gangtiefe
oder größer werdende Steigung verdichtet, wodurch der Füllgrad im
Schneckengang zunimmt und nach Erreichen der Vollfüllung der Druck ansteigt
Mischzonen: Durch speziell in die Schnecke integrierte Mischelemente wird die
Mischleistung erhöht. Dies ist insbesondere für die homogene Einmischung von
Zuschlagsstoffen wie Ruß, Färbemittel, etc. von Bedeutung.
Entgasungszonen: Um flüchtige Bestandteile aus der Schmelze zu ziehen, muss
der Füllgrad im Schneckenzylinder unter 100% liegen, da ansonsten Schmelze in
den Entgasungsstuzen gedrückt würde.
Austragszone: Die Austragszone sorgt für den notwendigen Druckaufbau um den
Fließwiderstand des Werkzeugs zu überwinden.
Geometrische Beziehungen
Die Förderwirkung beruht hierbei auf dem Prinzip der Zwangsförderung. Die abtreibende Flanke der einen Schnecke übergibt die Schmelze am Zwickelpunkt der auftreibenden Flanke der anderen Schnecke. Hierdurch kommt es immer wieder zu Strömungsumlagerungen und zu Scherung des Materials. Im Einzugs-bereich werden die Schneckenelemente zur Erhöhung der Förderleistung an der förderwirksamen Flanke, d.h. der "schiebenden" Flanke abgeflacht. Diese Elemente werden auch als Schubkantenelemente bezeichnet. Um zusätzliche Mischwirkung zu erzielen werden Zahnmisch- und Knetelemente verwendet. Sie können förderwirksam oder nicht förderwirksam ausgeführt sein.
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Querschnittszeichnung durch den Zylinder eines Doppelschneckenextruders - Geometrische Beziehungen
Besonderheiten
Doppelschneckenextruder sind in ihrer Herstellung wesentlich teurer als Einschneckenextruder. Dies liegt zum einen an dem kleineren Einsatzgebiet und den damit verbundenen geringeren Stückzahlen, wie auch an der teureren Maschinentechnik. Aufgrund der hohen Belastungen im Zwickelbereich werden die Schnecken nach außen gedrückt und müssen dementsprechend biegefest sein. Zudem müssen sie dadurch härter und verschleißfester ausgeführt werden als Schnecken für Einwellenextruder. Aufwändiger zu gestalten und zu fertigen ist zudem die Lagerung und die achtförmige Bohrung. Hervorzuheben sind die deutlich bessere Mischwirkung im Vergleich zu Einschneckenextrudern und die selbstreinigenden Eigenschaften von Doppelschneckenextrudern (Gleichdrall, dichtkämmend).
Einsatzgebiete
Innerhalb der Kunststoffindustrie werden Doppelschneckenextruder aufgrund ihrer guten Mischwirkung für folgende Zwecke eingesetzt:
Aufbereitung von Kunststoffen, Einmischen von Zuschlagsstoffen
Compoundierung
reaktive Extrusion
Recycling
Weiterhin werden sie zur Formgebung in der Lebensmittelindustrie und begrenzt zur Herstellung von Tierfutter für Hunde, Katzen und Fische verwendet. |
