Arten von Doppelschneckenextrudern Deutschland

Doppelschneckenextruder sind wichtige Geräte, die in verschiedenen Branchen zum Mischen, Compoundieren und Extrudieren von Materialien wie Kunststoffen, Lebensmitteln und Pharmazeutika verwendet werden. Die Vielseitigkeit des Doppelschneckenextruders macht ihn zu einem unverzichtbaren Gerät in der modernen Fertigung. Allerdings sind nicht alle Extruder gleich; es gibt sie in verschiedenen Ausführungen, die jeweils für bestimmte Anforderungen geeignet sind.

In diesem Artikel untersuchen wir die verschiedenen Arten von Doppelschneckenextrudern und ihre einzigartigen Fähigkeiten.

Kategorisiert nach Schraubenkonfiguration 
Basierend auf der Schneckenkonfiguration können Doppelschneckenextruder in parallele Doppelschneckenextruder und konische Doppelschneckenextruder unterteilt werden. Bei einem parallelen Doppelschneckenextruder sind die Schnecken über ihre gesamte Länge parallel zueinander. Bei konischen Doppelschneckenextrudern sind die Schnecken konisch und der Durchmesser nimmt vom Einfüllende zum Düsenende allmählich ab.

Paralleler Doppelschneckenextruder
Parallele Doppelschneckenextruder haben Schnecken mit über die gesamte Länge gleichem Durchmesser. Sie werden häufig zur Verarbeitung von Polyolefinen (wie PE und PP), Nylon, PC, Polyester und anderen Materialien verwendet.

Vorteile
Die Anpassungsfähigkeit des L/D-Verhältnisses bleibt ein Vorteil paralleler Doppelschneckenextruder. Sie können das L/D-Verhältnis bei veränderten Formbedingungen erhöhen oder verringern, um den Anforderungen der Kunststoffverarbeitungstechnologie gerecht zu werden. Diese Flexibilität erweitert den Anwendungsbereich paralleler Doppelschneckenextruder, was mit konischen Doppelschneckenextrudern nur schwer zu erreichen ist.

Nachteile:
Aufgrund des geringen Achsabstands zwischen den beiden Schnecken und des begrenzten verfügbaren Platzes werden die Radial- und Axiallager, die die beiden Ausgangswellen und die zugehörigen Antriebszahnräder lagern, im Antriebsgetriebe eines parallelen Doppelschneckenextruders vor große Herausforderungen gestellt.

Trotz der Bemühungen der Konstrukteure ist es immer noch schwierig, die tatsächlichen Probleme der begrenzten Tragfähigkeit, des kleinen Moduls und Durchmessers der Zahnräder sowie des reduzierten Durchmessers des hinteren Endes der beiden Schrauben zu lösen, was zu einem offensichtlichen Mangel an Torsionskapazität führt. Ein begrenztes Ausgangsdrehmoment und eine stark reduzierte Tragfähigkeit sind ein deutlicher Nachteil paralleler Doppelschneckenextruder.

Konischer Doppelschneckenextruder
Konische Doppelschneckenextruder haben einen größeren Durchmesser am Einzugsende der Schnecke und einen kleineren Durchmesser am Düsenende. Diese Extruder werden hauptsächlich zur Verarbeitung von PVC verwendet und ihr einzigartiges Design ist für spezifische Materialanforderungen optimiert.

Vorteile
Die beiden konischen Schrauben sind horizontal angeordnet, wobei ihre Achsen beim Einführen in den Zylinder schräg stehen. Da der Abstand zwischen den Wellen vom schmaleren zum breiteren Ende allmählich zunimmt, kann das Antriebsgetriebe einen größeren Achsabstand zwischen den beiden Ausgangswellen aufnehmen. Diese Anordnung bietet ausreichend Platz für die Montage von Zahnrädern, Getriebewellen, Radial- und Axiallagern und erhöht so die Übertragungseffizienz.

Dieses flexible Design ermöglicht den Einbau größerer Radial- und Axiallager mit Wellen, die so bemessen sind, dass sie eine hohe Drehmomentübertragung aushalten. Daher bieten konische Doppelschneckenextruder wichtige Merkmale, darunter ein hohes Betriebsdrehmoment und eine hohe Tragfähigkeit, die sie von parallelen Doppelschneckenextrudern unterscheiden.

Nachteile
Der Nachteil konischer Doppelschneckenextruder ist ihre begrenzte Anpassungsfähigkeit, da die Schnecken über ihre Länge hinweg unterschiedliche Durchmesser aufweisen, was eine gleichmäßige Materialverarbeitung erschweren kann. Darüber hinaus sind ihre Konstruktionskomplexität und möglicherweise höhere Baukosten zu berücksichtigen.

Ähnlichkeiten zwischen den beiden Typen
Sie verfügen beide über Mechanismen für den forcierten Kunststoffantrieb, gute Misch- und Plastifizierungsfähigkeiten sowie Entwässerungsfähigkeiten. Ihre Anpassungsfähigkeit an Materialien und Kunststoffproduktformprozesse ist im Wesentlichen gleich.

Unterschiede zwischen den beiden Typen
● Durchmesser: Parallele Doppelschnecken haben den gleichen Durchmesser, während konische Doppelschnecken am kleinen und großen Ende unterschiedliche Durchmesser haben.
● Achsabstand: Der Achsabstand zwischen parallelen Doppelschnecken bleibt gleich, während die Achsen konischer Doppelschnecken einen Winkel bilden, wodurch sich entlang der Achse unterschiedliche Achsabstandsmaße ergeben.
● L/D-Verhältnis: Das L/D-Verhältnis (L/D) einer parallelen Doppelschnecke ist das Verhältnis der effektiven Länge der Schnecke zu ihrem Außendurchmesser, während das L/D-Verhältnis einer konischen Doppelschnecke das Verhältnis der effektiven Länge der Schnecke zum Durchschnitt der Durchmesser ihres großen und kleinen Endes ist.

Es ist ersichtlich, dass der größte Unterschied zwischen einem parallelen Doppelschneckenextruder und einem konischen Doppelschneckenextruder in der Geometrie des Schneckengehäuses liegt, was zu verschiedenen strukturellen und Leistungsunterschieden führt. Obwohl diese beiden Extrudertypen ihre eigenen Eigenschaften haben, haben sie ihre eigenen Vorteile.

Klassifizierung nach Drehrichtung der Doppelschnecke
Doppelschneckenextruder werden entsprechend der Drehrichtung der Schnecke in gleichläufige und gegenläufige Typen eingeteilt.

Gleichläufiger Doppelschneckenextruder
Gleichläufige Doppelschneckenextruder haben zwei Schnecken, die in die gleiche Richtung rotieren. Diese Maschinen sind effizient beim Mischen und Formulieren von Materialien. Gleichläufige Extruder können ein breites Spektrum an Viskositäten und Formulierungen verarbeiten und sind daher ideal für die Verarbeitung von Polymermischungen, Masterbatches und Reaktionsextrusionsanwendungen. Sie verfügen über ausgezeichnete Selbstreinigungs- und Fördereigenschaften, um sicherzustellen, dass Additive gleichmäßig im Material verteilt werden.

Vorteile gleichläufiger Doppelschneckenextruder:
● Verbessertes Mischen: Ineinandergreifende Schnecken und anpassbare Schneckenelemente ermöglichen eine präzise Steuerung der Mischintensität und -qualität über Einschneckenextruder hinaus.
● Verarbeitungsflexibilität: Die Dosierzufuhr ermöglicht eine unabhängige Steuerung des Durchsatzes und ermöglicht so mehrere Verarbeitungsfunktionen auf einer einzigen Maschine.
● Kontrollierte Verarbeitungsparameter: Eine enge Verweilzeitverteilung und eine präzise Temperaturkontrolle verbessern die Scher-Zeit-Temperatur-Profile für eine gleichbleibende Produktqualität.
● Effiziente Produktion: Durch die volumetrische Förderung kann ein breites Spektrum an Materialien bei minimalen Ausfallzeiten verarbeitet werden.
● KOSTENEFFIZIENZ: Hohe Flexibilität und Produktivität für eine breite Palette an Endprodukten bei gleichbleibender Qualität, während der Schneckenverschleiß durch Anpassung der Schneckendrehzahl ausgeglichen werden kann.

Basierend auf dem Verriegelungsverhalten der Schnecken während ihrer Rotation können gleichläufige Doppelschneckenextruder weiter in eingreifende gleichläufige Doppelschneckenextruder und nicht eingreifende gleichläufige Doppelschneckenextruder unterteilt werden.

Gleichläufiger Doppelschneckenextruder
Bei einem gekoppelten, gleichläufigen Doppelschneckenextruder verriegeln oder greifen die Schnecken während der Rotation ineinander ein, wodurch die Effizienz der Materialverarbeitung und -förderung erhöht wird. Diese Konstruktion verbessert die verteilte Mischfähigkeit des Extruders, was eine gründliche Dispersion von Additiven und Füllstoffen in der Polymermatrix erleichtert.

Intermittierende Extruder werden typischerweise bei Compoundieranwendungen eingesetzt, bei denen eine präzise Kontrolle der Partikelgrößenverteilung und der Gleichmäßigkeit der Mischung entscheidend ist. Sie bieten hervorragende Skalierbarkeit und Flexibilität, sodass Hersteller den Extrusionsprozess an spezifische Produktanforderungen anpassen können.

Nicht eingreifende, gleichläufige Doppelschneckenextruder
Andererseits verhaken oder greifen die Schnecken eines nicht ineinandergreifenden, gleichsinnig rotierenden Doppelschneckenextruders nicht ineinander, während sie rotieren. Stattdessen rotieren sie in unmittelbarer Nähe zueinander, ohne ineinanderzugreifen, was eine andere Art der Materialverarbeitung ermöglicht, häufig für zerbrechliche Materialien oder scherempfindliche Anwendungen wie die Verarbeitung hitzeempfindlicher Polymere, Biomaterialien und Lebensmittelprodukte. Nicht ineinandergreifende Extruder sorgen für schonende Verarbeitungsbedingungen und bieten dennoch effiziente Misch- und Compoundierfunktionen.

Gegenläufige Doppelschneckenextruder
Im Gegensatz zu gleichläufigen Extrudern haben gegenläufige Doppelschneckenextruder Schnecken, die sich in entgegengesetzter Richtung drehen. Diese Konfiguration erzeugt eine starke Knet- und Scherwirkung auf das Material, was zu einer gründlichen Mischung und Dispersion führt. Gegenläufige Extruder eignen sich hervorragend für Anwendungen, die intensive Scherwirkung erfordern, wie z. B. Lösungsmittelentfernung, reaktive Extrusion und Mischung hochgefüllter Materialien. Sie ermöglichen eine präzise Steuerung der Verweilzeit und Schergeschwindigkeit und sind daher für anspruchsvolle Verarbeitungsbedingungen geeignet.

Einkuppelbare reversierende Doppelschneckenextruder
Bei einem Doppelschneckenextruder mit Umkehrfunktion sind die beiden Schnecken symmetrisch angeordnet, drehen sich jedoch in entgegengesetzte Richtungen. Diese Konfiguration verhindert, dass sich das Material in einer „∞“-Form bewegt, da der spiralförmige Weg einer Schnecke durch die andere blockiert wird. Stattdessen wird das Material während der Feststoffförderung in einem nahezu geschlossenen „C“-förmigen Hohlraum vorwärts befördert. Zwischen dem Außendurchmesser einer Schnecke und dem Kerndurchmesser der anderen Schnecke bleibt jedoch ein Spalt, damit das Material hindurchtreten kann.

Wenn das Material durch den radialen Spalt zwischen den beiden Schnecken gelangt, wird es intensiv geschert, gemischt und verdichtet, was zu einer effektiven Plastifizierung führt. Darüber hinaus kann das Kompressionsverhältnis durch schrittweise Verringerung der Schneckensteigung erreicht werden, wodurch es für die Verarbeitung einer breiten Produktpalette geeignet ist.

Nicht eingreifender gegenläufiger Doppelschneckenextruder
Der nicht kämmende, gegenläufige Doppelschneckenextruder wird weniger häufig verwendet als der kämmende Extruder. Er funktioniert anders als der Einschneckenextruder, weist aber Ähnlichkeiten insofern auf, als er zum Transport des Materials auf Reibung und viskosen Widerstand setzt. Zusätzlich zur Bewegung in Richtung Kopf kann das Material aufgrund des großen radialen Spalts zwischen den beiden Schnecken unterschiedliche Fließmuster aufweisen, was zu erheblichen Leckagen führen kann.

Darüber hinaus kann die relative Position der Schneckengänge dazu führen, dass der Materialdruck auf der Schubseite einer Schnecke höher ist als auf der Widerstandsseite der anderen Schnecke, was zu einem Materialfluss von der Hochdruckschubseite zur Widerstandsseite der anderen Schnecke führt. Die Rotation behindert den Materialfluss am Punkt A, was zu einem Fluss und einer Vielzahl anderer Flussmuster führt, die es für Misch-, Entlüftungs- und Devulkanisierungsanwendungen geeignet machen.

Schlussfolgerung
Jeder Doppelschneckenextrudertyp bietet einzigartige Vorteile und Fähigkeiten, um den unterschiedlichen Verarbeitungsanforderungen einer Vielzahl von Branchen gerecht zu werden. Das Verständnis der Unterschiede zwischen diesen Extrudertypen ist entscheidend für die Auswahl der am besten geeigneten Ausrüstung für eine bestimmte Anwendung.

Ob es darum geht, eine optimale Mischleistung zu erzielen, die Produktintegrität aufrechtzuerhalten oder die Verarbeitungsflexibilität zu verbessern – die richtige Wahl des Doppelschneckenextruders kann erhebliche Auswirkungen auf die Produktqualität, die Produktivität und den gesamten Fertigungserfolg haben.