Verfahrenstechnik der Thermoplastextrusion

Inhalt

1 Einschneckenextruder

1.1 Allgemeines

1.2 Feststoffförderung

1.3 Aufschmelzen

1.4 Schmelzeförderung

1.5 Mischen

1.6 Entgasungsextruder

1.7 Betriebsverhalten

1.8 Bauarten von Extrudern und ihre Betriebskennlinien

1.8.1 Glattrohrextruder

1.8.2 Nutbuchsenextruder

1.8.2.1 Entgasungsextruder

1.8.3 Schmelzeextruder

1.8.3.1 Schnelllaufende Schmelzeextruder

1.9 Baureihen

1.10 Extrusionsmaschinenbau

1.10.1 Zylinderbaugruppe

1.10.2 Schnecke

1.10.3 Antriebsstrang

1.10.4 Gestell

1.10.5 Sensorik, Steuerung und Regelung

1.11 Extrusionssysteme

1.11.1 Zusammenschaltung mit Filtern und Pumpen

1.11.2 Coextruder in Mehrkomponentenanlagen

Literatur zu Kapitel 1

2 Mehrschneckenextruder

2.1 Der gegenläufige Doppelschneckenextruder

2.1.1 Einleitung

2.1.2 Bauformen

2.1.3.1 Grundrahmen

2.1.3.2 Antrieb/Getriebe

2.1.3.3 Materialzuführung

2.1.3.4 Zylinder und Schneckenpaar

2.1.3 Aufbau

2.1.3.1 Grundrahmen

2.1.3.2 Antrieb/Getriebe

2.1.3.3 Materialzuführung

2.1.3.4 Zylinder und Schneckenpaar

2.1.4 Verfahrenstechnik

2.1.4.1 Grundlagen der Schneckengestaltung

2.1.4.2 Funktionsweise von gegenläufigen Doppelschnecken

2.1.5 Die Verfahrenseinheit

2.1.5.1 Aufbau der Verfahrenseinheit

2.1.5.2 Aufgaben der Verfahrenszonen

2.1.5.3 Auslegung der Schnecken

2.1.5.4 Anpassen von Schneckengeometrien

2.1.6 Verschleiß

2.1.7 Entwicklungsgeschichte

Literatur zu Abschnitt 2.1

2.2 Der gleichläufige Doppelschneckenextruder

2.2.1 Einleitung

2.2.2 Historische Entwicklung der Gleichdrall-Doppelschnecken

2.2.3 Funktionsprinzip und beschreibende Kenngrößen

2.2.4 Auslegungsgrundlagen

2.2.4.1 Schneckenelemente

2.2.4.2 Verfahrenstechnische Auslegung

2.2.4.3 Vom Labor in die Produktion: Hochrechnung

2.2.5 Antriebstechnik

2.2.5.1 Hauptantrieb

2.2.5.2 Sicherheitskupplung

2.2.5.3 Getriebe

2.2.6 Verschleißschutz

2.2.7 Prozessbeispiele

2.2.7.1 Direktverarbeitung von ungetrocknetem PET

2.2.7.2 Herstellung von mit Glasfasern verstärktem Polyamid

2.2.7.3 Herstellung von mit Kreide oder Talkum hochgefüllten Polypropylen

2.2.7.4 Masterbatchherstellung aus der Vormischung

2.2.7.5 Herstellung eines Farbmasterbatches

2.2.7.6 Einarbeitung von Naturfasern in Polypropylen

2.2.7.7 Inline- Compoundierung von Platten

Literatur zu Abschnitt 2.2

3 Extrusionswerkzeuge

3.1 Breitschlitzwerkzeuge

3.1.1 Einleitung

3.1.2 Grundsätzlicher Aufbau von Breitschlitzwerkzeugen

3.1.3 Beeinflussung des Schmelzeflusses in Breitschlitzwerkzeugen

3.1.3.1 Flexible Lippe bzw. Flexlip

3.1.3.2 Staubalken

3.1.4 Ausführung der Unterlippe

3.1.5 Deckling

3.1.5.1 Externes Deckling

3.1.5.2 Internes Deckling

3.1.6 Äußere Geometrie des Breitschlitzwerkzeugs

3.1.7 Heizung und Isolierung

3.1.8 Beschichtung und Oberflächenqualität

3.1.9 Einlaufkanalgeometrie

3.1.10 Coextrusionswerkzeuge

3.1.10.1 Adapterwerkzeuge

3.1.10.2 Mehrkanalwerkzeuge

Literatur zu Abschnitt 3.1

3.2 Ringspalt-Werkzeuge

3.2.1 Dornhalter-Werkzeuge

3.2.2 Siebkorb-Werkzeuge

3.2.3 Wendelverteiler-Werkzeuge

3.2.4 Pinolen-Werkzeuge

Literatur zu Abschnitt 3.2

4 Rohrextrusion

4.1 Einleitung

4.2 Materialien

4.2.1 Polyvinylchlorid (PVC)

4.2.2 Polyolefine

4.2.2.1 Polyethylen (PE)

4.2.2.2 Polypropylen (PP)

4.2.2.3 Vernetztes Polyethylen

4.2.2.4 Weitere Rohrwerkstoffe

4.3 Rohrtypen

4.3.1 Einschichtige Rohre

4.3.2 Mehrschichtige Rohre

4.3.3 Schaumkernrohre

4.3.4 Rohre mit Regeneratschicht

4.3.5 Rohre mit Funktionsschichten

4.3.6 Metall-Kunststoff-Verbundrohre

4.3.7 Faserverstärkte Rohre

4.3.8 Großrohre

4.3.9 Wellrohre

4.3.10 Wickelrohre

4.3.11 Ummantelte Stahlrohre

4.3.12 Bewässerungsrohre

4.4 Herstellverfahren

4.4.1 Materialbeschickung

4.4.1.1 Materialbeschickung für Einschneckenextruder

4.4.1.2 Materialbeschickung für Doppelschneckenextruder

4.4.2 Extruder

4.4.3 Werkzeug

4.4.4 Kalibrieren und Abkühlen

4.4.4.1 Vakuum-Tankkalibrierung

4.4.4.2 Überdruckkalibrierung

4.4.5 Kühlstrecke

4.4.6 Rohrinnenkühlung

4.4.7 Abzug

4.4.8 Trenneinheit

4.4.9 Ablegeeinheit

4.4.10 Mess-, Steuer-, Regeleinrichtungen [INO11]

4.4.11 Dimensionswechselsysteme

4.4.12 Ausblick

Literatur zu Kapitel 4

5 Profilextrusion

5.1 Einleitung

5.2 PVC-U und Mischen von PVC Rezepturen

5.2.1 PVC-U (unplastiziertes PVC oder Hart PVC)

5.2.2 Mischen von PVC-Rezepturen

5.3 Extruder

5.4 Werkzeuge für die Profilextrusion

5.4.1 Prinzipieller Aufbau

5.4.2 Bauarten von Profilwerkzeugen

5.4.3 Anforderungen an den Werkzeughersteller und Stand der Technik

5.4.4 Schnellwechselsystem

5.4.5 Kundenspezifische Lösungen

5.4.6 Werkzeugauslegung und Wissenschaft im Werkzeugbau

5.4.7 Anforderungen an Berechnungswerkzeuge im Alltag

5.5 Kalibrierwerkzeug

5.6 Kühlung

5.6.1 Optimierung von Kühlparametern in der Profilextrusion

5.6.2 Kühlleistung

5.7 Sonstiges

5.7.1 Nachfolge, Steuerung

5.7.2 Oberflächenkontrolle in der Profilextrusion

5.7.3 Geräuschemission

5.8 Marktentwicklung

Literatur zu Kapitel 5

6 Flachfolien- und Plattenextrusion

6.1 Einleitung

6.2 Anlagentechnik

6.2.1 Maschinentechnik zur Herstellung von Flachfolien

6.2.1.1 Beispiel einer Extrusionslinie zur Herstellung geglätteter Flachfolien

6.2.1.2 Beispiele für Extrusionslinien zur Herstellung von Platten

6.3 Anlagenkomponenten für Folien- und Plattenanlagen

6.3.1 Siebwechsler

6.3.2 Schmelzepumpen

6.3.2.1 Aufbau von Schmelzepumpen

6.3.2.2 Funktionsweise und Ausführungen von Schmelzepumpen

6.3.2.3 Prozesseigenschaften von Schmelzepumpen

6.3.3 Walzen

6.3.4 Wickler

6.4 Verfahrenstechnik in Folien- und Plattenextrusionslinien

6.4.1 Verfahrenstechnik – Peripherie

6.4.2 Verfahrenstechnik – Extrusion

6.4.3 Verfahrenstechnik – Nachfolge

6.4.3.1 Verfahrenstechnik – Glättwerk und Nachkühlstrecke

6.4.3.2 Simulation des Temperaturverlaufs

6.4.3.3 Verfahrenstechnik – Schneiden und Wickeln bzw. Stapeln

Literatur zu Kapitel 6

7 Gießfolienextrusion

7.1 Einleitung

7.2 Anlagen- und Verfahrenstechnik zur Herstellung von Gießfolien

7.2.1 Materialzuführung und Dosierung

7.2.2 Extrudertechnik und Schneckenauslegung

7.2.3 Coextrusionsadapter, Foliendüse und Schmelzebahn

7.2.4 Gießwalzeneinheit

7.2.5 Peripherie, Materialrückführung und Wicklung

7.2.6 Anlagensteuerung und Automation

7.3 Eigenschaften, Anwendungen und ­Einsatzgebiete von Gießfolien

7.3.1 Polypropylen-Gießfolie

7.3.2 Stretchfolie

7.3.3 Barrierefolie

Literatur zu Kapitel 7

8 Blasfolienextrusion

8.1 Einleitung

8.2 Granulatversorgung

8.3 Extruder für die Blasfolienextrusion

8.4 Werkzeugtechnik zur ­Blasfolienherstellung

8.4.1 Werkzeugkonzepte zur Herstellung von Mehrschichtfolien

8.4.2 Aufbau- und Funktionsmerkmale einer mehrschichtigen Blasfolie

8.5 Abkühl- und Kalibriereinheit

8.6 Nachfolge

8.6.1 Dickenmesssysteme

8.6.2 Reversierende Abzugseinheit

8.6.3 Vorbehandlung

8.6.4 Wickler

8.7 Mess- und Regelkonzepte für die ­Blasfolienextrusion

Literatur zu Kapitel 8

9 Berechnung von Extrusionswerkzeugen

9.1 Einführung

9.1.1 Zielgrößen

9.1.2 Einflussgrößen

9.2 Analytische Berechnungsmethoden

9.2.1 Berechnung der Temperaturerhöhung in der Schmelze

9.2.2 Berechnung der Temperierleistung

9.2.3 Berechnung des Druckverlustes von einfachen Querschnitten

9.2.4 Berechnung der Schmelzeverteilung am Beispiel Breitschlitzdüse

9.3 Einfache numerische ­Berechnungsmethoden

9.3.1 Netzwerktheorie

9.3.2 Berechnung von Kleiderbügeldüsen

9.3.3 Nicht-Newton’sches Fließen, repräsentative Schergeschwindigkeit

9.3.4 Fazit

9.4 Ganzheitliche numerische Berechnungsmethoden

9.4.1 CFD

9.4.2 Materialgesetze

9.4.3 Fazit

9.5 Strangaufweitung

9.6 Ausblick: Aktuelle Forschungsthemen

Literatur zu Kapitel 9

10 Thermische Berechnungen

10.1 Bestimmung des Temperaturverlaufs

10.2 Bestimmung der Wärmeübergangskoeffizienten

10.2.1 Konvektive Kühlung an Luft

10.2.2 Konvektive Kühlung in Wasser

10.2.3 Kontaktkühlung an Kühlwalzen und Galetten

10.2.4 Strahlungserwärmung

10.3 Modelltheoretische Umsetzung

10.4 Abkühlung von Profilen

Literatur zu Kapitel 10

11 Dosiergeräte für Extrusionsanlagen

11.1 Einleitung

11.2 Allgemeine Betrachtung zu Dosiergeräten

11.2.1 Vorteile der Materialaufbereitung mit Dosier- und Mischgeräten

11.2.2 Dosieraufgabe, prinzipieller Aufbau von Dosiergeräten, ­Dosierorgane

11.2.3 Prinzipieller Aufbau einer Dosieranlage

11.3 Volumetrische Dosiergeräte

11.3.1 Verfahrenstechnische Grundlagen

11.3.2 Beispiele volumetrischer Dosiergeräte

11.3.2.1 Geräte mit digital-volumetrischer Arbeitsweise

11.3.2.2 Gerätevariante mit Dosierung aller Komponenten (siehe Bild 11.8)

11.3.2.3 Synchrondosiergeräte

11.3.2.4 Volumetrisches Synchrondosiergerät mit Dosierung aller Komponenten

11.3.2.5 Volumetrisches Synchrondosiergerät mit freiem Einlauf der Hauptkomponente

11.4 Gravimetrische Dosiergeräte

11.4.1 Diskontinuierliche Wägedosierung

11.4.1.1 Prinzipieller Aufbau eines gravimetrischen Chargendosiersystems

11.4.1.2 Beschreibung des Dosierverfahrens und der Korrekturmechanismen am Beispiel des gravimetrischen Chargendosiergerätes vom Typ Ultra­blend: (siehe Bild.11.14)

11.4.2 Kontinuierliche gravimetrische Dosierung

11.4.2.1 Die Differentialdosierwaage

11.4.4.2 Die Trichterwaage

11.5 Zusammenfassung der Eigenschaften volumetrischer und gravimetrischer Dosiersysteme

Literatur zu Kapitel 11

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