Extruderschnecke

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Schnecke eines Vakuum-Extruders

Die Extruderschnecke ist das wichtigste Maschinenelement eines Extruders. Zusammen mit dem Zylinder bildet sie die Plastifiziereinheit, in der der Kunststoff aufgeschmolzen wird. Durch die Geometrie der Schnecke wird die Fördergleichmäßigkeit, Qualität und Fördermenge bestimmt.

Aufgabe[Bearbeiten]

Die Extruderschnecke hat die Aufgabe, den Kunststoff aus dem Zylinder einzuziehen, ihn zu fördern, aufzuschmelzen und zu homogenisieren. Ebenso muss sie einen Druck aufbauen, um das Werkzeug zu durchströmen.

Aufbau[Bearbeiten]

Grundsätzlich wird eine Schnecke in drei Funktionsbereiche unterteilt. Bei der Barriereschnecke wird die mittlere Zone auch als Barrierezone bezeichnet.

Einzugszone[Bearbeiten]

Das Material welches als Feststoff in Form von Granulat oder Pulver vorliegt, wird aus einem Trichter eingezogen und durch die Drehung der Schnecke weiterbefördert.

Kompressionszone[Bearbeiten]

In der Kompressionszone wird das Material durch die abnehmende Gangtiefe verdichtet und aufgeschmolzen (plastifiziert).

Austrag- bzw. Meteringzone[Bearbeiten]

In dieser Zone wird die Schmelze auf die gewünschte Verarbeitungstemperatur gebracht und homogenisiert. Außerdem wird der nötige Druck aufgebaut, um den Werkzeugwiderstand zu überwinden. Dieser bestimmt die Durchsatzleistung

3-Zonen-Schnecke
Barriereschnecke
Schnitt durch die Aufschmelzzone einer Standardschnecke
Schnitt durch die Aufschmelzzone einer Barriereschnecke

Bauarten[Bearbeiten]

Charakteristisches Unterscheidungsmerkmal eines Extruders ist immer das Verhältnis von Länge L zu Durchmesser D der Schnecke. Dazu kommen noch geometrische Größen wie Kerndurchmesser d, Ganghöhe h, Gangbreite b und Stegbreite e. Der Abstand zwischen Steg und Zylinder ist das Schneckenspiel s. Der Gangsteigungswinkel wird ϕ genannt und der Abstand zwischen zwei Stegen "Gangsteigung t".[1]

Drei-Zonen-Schnecke[Bearbeiten]

Die Drei-Zonen-Schnecke ist die gebräuchlichste Schneckenform, mit der eine große Anzahl von Materialtypen verarbeitet werden kann. Es besteht aus den Verfahrensbereichen Einzugszone, Aufschmelzzone und Austragzone. In der Einzugszone wird das Granulat aus dem Trichter aufgenommen und vor allem gefördert. Dabei wird es bereits vorgewärmt und verdichtet. Es muss darauf geachtet werden, dass es hier nicht bereits schmilzt. In der Aufschmelzzone wird das Granulat vom Festkörper zur Schmelze umgewandelt. Oft wird sie auch Kompressionszone genannt, da die Granulatkörner zu Beginn mehr Platz einnehmen als zum Ende die Schmelze. In der Austragzone wird die gebildete Schmelze vor allem thermisch, aber teils auch stofflich homogenisiert. In dieser Zone wird bei einer Drei-Zonen-Schnecke der Druck aufgebaut, um den Widerstand des Formgebungswerkzeugs zu überwinden.[1]

Barriereschnecke[Bearbeiten]

Bei der Barriereschnecke ist zu Beginn der Barrierezone ein zusätzlicher Steg angebracht, dessen Höhe geringer ist als die des Hauptstegs. Dieser Steg wird als Barrieresteg bezeichnet. Durch den Barrieresteg wird der Schneckenkanal in Schmelze und Feststoffkanal aufgeteilt. Die Spaltweite ist so klein, dass keine Feststoffteilchen über den Steg in den dahinterliegenden Schmelzekanal gelangen können. Durch die Trennung von Schmelze und Festkörper ist ein besserer Aufschmelzvorgang gewährleistet, da keine Feststoffinseln in der Schmelze herumschwimmen können. In der Austragzone einer Barriereschnecke sind Homogenisierelemente wie Scher- und Mischteile vorhanden. Gegen Ende der Barrierezone wird der Feststoffkanal kleiner und der Schmelzekanal größer. Dadurch werden die verbleibenden Festkörper durch Dissipation gezwungen, auch in Schmelze zu gehen.

Daneben existieren zahlreiche weitere Bauarten.

Quellen[Bearbeiten]

  • Helmut Greif, Andreas Limper, Gordon Fattmann, Stefan Seibel: Technologie der Extrusion. Carl Hanser Verlag, München 2004.
  • Johannes Wortberg, Dirk Kaczmarek: Kunststoff Maschinen Führer. 4. Aufl. Carl Hanser Verlag, München 2004.

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. a b Christian Bonten: Kunststofftechnik Einführung und Grundlagen, Hanser Verlag, 2014