Extrusion 6-2020

Diagramm 2: Neue Stegdesigns erhöhen den Druckverlust empfindliche Materialien kritisch sein und bringt zum anderen zusätzliche Scherwärme in das Material ein. Das lokal steigende Tem- peraturniveau kann materialabhängig zu Ver- färbungen oder gar zum Materialabbau füh- ren. Zur Beurteilung der eingebrachten Scher- wärme wird Diagramm 1 herangezogen. In diesem Diagramm sind für jedes Stegdesign die mittleren Temperaturen hinter dem Steg- bereich sowie die Maximaltemperatur darge- stellt. Wie erwartet, wird das Temperaturni- veau durch die neuen Stegdesigns leicht an- gehoben. Der Anstieg der Maximaltempera- tur ist mit circa 1 °C jedoch gering. Neben Scherung und Scherwärme kann sich zudem eine Erhö- hung der Verweilzeit negativ auf das Material auswirken. Im Vergleich zum konventionellen Stegdesign sind zusätzliche Ste- ge vorhanden, die teilweise quer zur Strömungsrichtung ange- ordnet sind. Das führt zu längeren Fließwegen und damit ten- denziell zu einer Erhöhung der Verweilzeit. Weiterhin resultiert eine Verringerung des Fließkanalquerschnitts in einer Erhöhung der Gesamtdruckverluste. Dies hat zur Folge, dass Scherraten und damit Wandschubspannungen steigen, was sich insbeson- dere in Wandnähe positiv auf die Verweilzeit des Materials aus- wirkt. In Diagramm 2 sind die Druckverluste für alle Stegdesigns abgebildet. Hier ist zu erkennen, dass sich die Druckverluste um den Faktor 2 bis 9 vergrößern. Um den zusätzlichen Energiebe- darf an dieser Stelle zu reduzieren, besteht folglich noch Opti- mierungsbedarf hinsichtlich der Steggeometrien bezüglich ver- schiedener Einflüsse wie Steganzahl, -form oder -winkel. Im Vergleich zu X- und Kenics-Design liefert das LPD-Design be- reits vielversprechende Ergebnisse hinsichtlich der Erzeugung von Querströmung und bezüglich zusätzlicher Druckverluste. An dieser Stelle ist allerdings zwingend eine Optimierung der Stege zur Vermeidung von Totwassergebieten notwendig, die in Bild 2 er- kennbar sind. Die LPD-Stege könnten beispiels- weise mit zusätzlichen Bohrungen im Totwas- serbereich versehen werden. 24 Rohrextrusion – Aus der Forschung Extrusion 6/2020 Diagramm 1: Schmelzetemperatur in Abhängigkeit der Stegdesigns www.smart-extrusion.com