Extrusion 3-2019

Ausstoßleistung von 90 mm Einschneckenextrudern über der Zeit bzw. der Verfahrenslänge. Ein wichtiger Aspekt bezüglich der aufgezeigten Entwicklung in puncto längerer Verfahrenseinheiten war und ist die Schmel- zetemperatur. Aufgrund der sich ergebenden Verweilzeiterhö- hung und der in der Regel höheren Drehzahlen ist es unbedingt erforderlich, geeignete Konzepte zu wählen, die dennoch eine niedrige Massetemperatur gewährleisten [3]. Dies stellt eine der größten Herausforderungen bei der Großrohrproduktion dar. Neben dem bereits oft in der Literatur diskutierten Aspekt einer drohenden Materialschädigung [4] hinaus hat dies noch weitere Gründe. Die Schmelzetemperatur sollte möglichst ge- ring sein, da sie mit über die Wirtschaftlichkeit der gesamten Extrusionsanlage entscheidet. Zum einen muss der Extruder bis zum vollständigen Aufschmelzen des Materials weniger Ener- gie zuführen und arbeitet demzufolge mit einer geringeren An- triebsleistung und zum anderen werden die Kühlaggregate der Nachfolge entlastet. Darüber hinaus ist eine möglichst geringe Schmelzetemperatur aber auch ein entscheidender Faktor für eine zufriedenstellende Produktqualität. Der Saggingeffekt als Hauptherausforderung bei dickwandigen Rohren Bei dickwandigen Rohren ist der so genannte Saggingeffekt ei- ne der maßgeblichen Herausforderungen. Durch diesen wird die größte produzierbare Wandstärke bei vorgegebener Aus- stoßleistung beschränkt. Mit Sagging wird das schwerkraftbe- dingte Fließen des Materials nach dem Werkzeugaustritt be- Bild 2: 90 mm Extruder Ausstoßleistungen über der Verfahrenslänge bzw. der Zeit Bild 3: Prinzipdarstellung des Saggingeffekts (links), Beispielrohr mit Sagging 2000 x 95,6 mm (rechts) 25 Extrusion 3/2019 zeichnet. Da das Material im Bereich der Rohrinnenwandung entweder gar nicht aktiv oder lediglich mittels Luft als Kühlme- dium (Rohrinnenkühlung) gekühlt wird und gleichzeitig die Kühlung von außen aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit des Kunststoffmaterials nur langsam abläuft, kann es zu den in Bild 3 dargestellten, für Sagging typischen Qualitätsmängeln kommen. Links werden schematisch Dickstellen und rechts eine Faltenbildung anhand eines realen Beispiels gezeigt. Unter Um- ständen können die vorgegebenen Toleranzen dann nicht mehr eingehalten werden. Der Saggingeffekt ist unter anderem abhängig von den Verar- beitungsbedingungen sowie von den Fließeigenschaften des verarbeiteten Materials. Letztere werden durch die Schmelze- viskosität charakterisiert. Bei Kunststoffschmelzen nimmt diese mit zunehmender Temperatur ab. Somit fließt das Material bei einem Betriebspunkt mit höherem Durchsatz und damit einher- gehender höherer Schmelzetemperatur leichter und neigt so- mit eher zum Sagging. Daher sollte die Schmelzetemperatur nach Möglichkeit minimiert werden. Sowohl die Rohstoff- als auch die Anlagenhersteller haben in der Vergangenheit versucht, den Saggingeffekt durch entspre- chende Entwicklungsbemühungen zu minimieren. So bieten die Materialhersteller beispielsweise spezielle PE100 Low sag- ging Typen an, welche im schmelzeflüssigen Zustand eine hö- here Zähigkeit bzw. Viskosität aufweisen und somit schwerer fließen. Die Konzepte der Maschinenhersteller reichen von Maßnah- men, die den Rohrkopf betreffen, bis hin zu Maßnahmen für die Verfahrenseinheit des Extruders. Im Zusammenhang mit dem Rohrkopf stellen die mechanische bzw. thermische Zen- trierung von Hülse und Dorn mittlerweile Standardmaßnahmen dar. Außerdem wurde der Gegendruck durch eine Optimierung der Fließkanalgeometrie des Rohrkopfes reduziert und die Ex- truderschnecke somit zu Gunsten der Schmelzetemperatur vom Druckaufbau entlastet. Ergänzend dazu wurden die Schneckengeometrien fortlaufend optimiert, um die entspre- chenden Aufschmelzleistungen zu verbessern und das Material