Optimierung und Modellierung der geometrischen Gestaltung der Einzugszone bei einem Einschneckenextruder im Hochgeschwindigkeitsbereich

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Volker Schöppner
• Fachliche Zuordnung: Kunststofftechnik
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2014
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 183359932

Neue Entwicklungen auf dem Gebiet der Einschneckenplastifizierung sind geprägt durch ständige Bemühungen zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit des Prozesses. Dies bedeutet in der Regel eine Steigerung des Durchsatzes bei gleicher Anlagengröße. Die durchmesserbezogene Durchsatzleistung hat in den letzten Jahrzehenten durch den Einsatz genuteter Einzugszonen, leistungsstärkerer Antriebe und optimierter Schneckengeometrien erheblich zugenommen. Dieses Vorgehen ist jedoch weitgehend ausgereizt.Eine weitere Durchsatzsteigerung eines Einschneckenextruders bei konstantem Schneckendurchmesser ist durch eine Erhöhung der Schneckendrehzahl möglich. Die Verschiebung des Energieeintrages von Drehmoment zu Drehzahl ermöglicht durch die Anpassung der Prozess- an die Motorkennlinie den Einsatz direkt angetriebener Schnecken. So können Investitionen für bzw. Verluste durch ein Getriebe vermieden werden. Weitere Vorteile sind die reduzierte Baugröße solcher Maschinen und die kleinere Verweilzeit, was schnelle Material- bzw. Betriebspunktwechsel ermöglicht und zu einer Reduktion des thermisch induzierten Materialabbaus führt.Der Ansatz einer schnelllaufenden Schnecke ist jedoch verfahrenstechnischen Einschränkungen unterworfen. Ein schlechtes Einrieselverhalten, unregelmäßiger Materialeinzug, schlechtes Aufschmelzverhalten und hohe Schmelzetemperaturen sind Aspekte, die hierbei berücksichtigt werden müssen. Bislang wurden die meisten Untersuchungen an schnelllaufenden Einschneckenextrudern mit teilkristallinen Thermoplasten (insbesondere Polyolefine) durchgeführt, sodass die resultierenden Erkenntnisse auf den spezifischen Eigenschaften dieser Kunststoffgruppe beruhen. Bisher existieren daher nur wenige Untersuchungen zu der Verarbeitung von amorphen Thermoplasten auf schnelllaufenden Extrudern. Da sich amorphe Thermoplaste in ihrer Struktur von teilkristallinen Thermoplasten unterscheiden, verhalten sie sich bei der Verarbeitung mit einem Extruder in Bezug auf die Feststoffförderung, das Aufschmelzverhalten und den Materialabbau jedoch anders als teilkristalline Materialien. Ziel diese Forschungsvorhabens ist es, durch die Ergründung der auftretenden physikalischen Phänomene ein grundlegendes Prozessverständnis hinsichtlich der Verarbeitung von PC und PMMA bei hohen Schneckendrehzahlen zu entwickeln und Regeln für eine optimale Prozessführung und Schneckengeometrie abzuleiten. Dazu werden experimentelle Untersuchungen durchgeführt. Es erfolgen sowohl Messungen direkt im Prozess als auch die nachgeschaltete Untersuchung des Extrudates (Folie) hinsichtlich mechanischer und optischer Eigenschaften. Die gewonnen Erkenntnisse werden durch die gezielte, simulationsgestütze Analyse kritischer Prozessschritte vertieft um Prozesskriterien für die Verarbeitung der betrachteten Materialgruppe ableiten zu können. Um diese Erkenntnisse zu verifizieren, werden sie zur Auslegung einer optimierten Schneckengeometrie verwendet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen