Extrusion 1-2025

Tabelle 1: Drucksensorpositionen ab Trichtervorderkante Firma Ineos Styrolution (Frankfurt am Main, Deutschland). Die verwendeten Extruder waren ein ESE 1-30-33 der Firma Esde Maschinentechnik (Bad Oeynhausen, Deutschland) mit einem Zylinderdurchmesser von 30 mm sowie ein RH 034 45 28D/HS der Firma Reifenhäuser GmbH & Co. KG Maschinenfabrik (Troisdorf, Deutschland) mit einem Zylin- derdurchmesser von 45 mm. Zur Druckmessung wurden piezoresistive Sensoren der Firma Gefran (Provaglio d’Iseo, Italien) vom Typ IE0-A-6-H-B01M-1-4-0-XMC59 verwendet. In Tabelle 1 sind die von der Trich- tervorderkante aus gemessenen Drucksensorpositionen angegeben. Die experimentellen Untersuchungen wurden bei den Drehzahlen 30 min ⁻ ¹, 60 min ⁻ ¹, 120 min ⁻ ¹ und 180 min ⁻ ¹ durchgeführt, wobei jeder Versuchs- punkt zur statistischen Absicherung zweimal wiederholt wurde. Zur Bestimmung der Feststoffbett- breite mithilfe der Dead-Stop-Me- thode wurde dem weißen HDPE fünf Drucksensor Position ESE 1-30-33 Position RH 034 45 28D/HS [mm] [mm] 1 130 270 2 230 465 3 340 660 4 450 880 5 560 1165 6 780 tet werden. Die Breite des Feststoffbetts wird dabei an- hand von Messsignalen ermittelt. In Bild 3 ist das zugrunde liegende Messprinzip unter Nutzung eines Drucksensors schematisch dargestellt. Während der Drucksensor, wie in Bild 3 (b) dargestellt, den Schneckenkanal während der Schneckenrotation überquert, wird ein Messsignal aufgenommen, das eine Unterscheidung zwischen Feststoffbett und Schmelze er- möglicht. Ein beispielhaftes Signal ist in Bild 4 dargestellt. Durch die Rotation der Schnecke entsteht neben einer Geschwindigkeitskomponente in Kanalrichtung auch eine Komponente quer zum Kanal, die einen Quer-Schlepp- strom erzeugt. Dieser Schleppstrom wird, bei Vernachläs- sigung des Leckspaltes, durch die Stege vollständig aufgehalten. Um den Schleppstrom auszugleichen, muss folglich eine entsprechend große Druckströmung in ent- gegengesetzter Richtung wirken, was zu einem Druckan- stieg von der passiven Flanke zur aktiven Flanke führt. Da die Druckströmung durch den Aufschmelzvolumenstrom über dem Feststoffbett reduziert ist, ergibt sich ein ent- sprechend niedrigerer Druckgradient [5,8]. Zudem weist das Feststoffbett im Vergleich zur Schmelze eine inhomo- gene Oberflächenstruktur auf, die sich in einem stärker schwankenden Drucksignal äußert. Anhand des charakte- ristischen Drucksignals kann über das Verhältnis der Zeit, in der das schwankende Signal über dem Feststoffbett ge- messen wird, zur Periodendauer von Steg zu Steg auf die Breite des Feststoffbetts geschlossen werden. Da dynamische Druckmessungen eine einfach umzuset- zende Möglichkeit darstellen, den Aufschmelzprozess im laufenden Prozess zu beobachten, soll mit den hier be- schriebenen Untersuchungen die Genauigkeit dieser Me- thode überprüft werden. Dazu wird im Folgenden gezeigt, wie die Ergebnisse aus dynamischen Druckmessungen an- hand von Daten aus Dead-Stop-Untersuchungen überprüft wurden. Untersuchungsmethode Zum Vergleich der beiden Methoden wurden die Fest- stoffbettbreiten für zwei verschiedene Materialien an zwei unterschiedlichen Extrudern und bei verschiedenen Dreh- zahlen untersucht. Die untersuchten Kunststoffe waren ein teilkristallines High-Density-Polyethylen (HDPE) des Typs CRP100 der Firma LyondellBasell (Rotterdam, Niederlande) sowie ein amorphes Polystyrol (PS) des Typs PS 124N der Bild 4: Beispielhaftes Drucksignal an einem Drucksensor innerhalb der Aufschmelzzone Bild 5: Analyse einer Schnittprobe aus einer Dead-Stop-Untersuchung mit Hilfe der Software ImageJ. Maßstab in Millimeter Periodendauer Zeitintervall Feststoffbett Druck (bar) Zeit (s) 90 85 80 75 70 65 60 55 1.15 1.50 1.75 2.00 2.25 2.50 2.75 3.00 Extrusion 1/2025 30 Extrusionstechnologie – Aus der Forschung