Arten von Doppelschraubenextrudern

Der Doppelschneckenextruder ist ein wichtiges Gerät, das in verschiedenen Industrien zur Mischung, Verbindung und Extrusion von Materialien wie Kunststoffen, Lebensmitteln und Arzneimitteln verwendet wird. Die Vielseitigkeit des Doppelschneckenextruders macht ihn zu einem unerlässlichen Gerät in der modernen Fertigung. Jedoch sind nicht alle Extruder gleich; sie kommen in verschiedenen Typen, jeweils auf spezifische Bedürfnisse zugeschnitten.

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

Eingeteilt nach Schneckenkonfiguration
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 abgeschrägt, und der Durchmesser nimmt vom Einspeisungsbereich bis zum Sterzbereich allmählich ab.

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

Vorteile
Die Anpassungsfähigkeit des L/D-Verhältnisses bleibt ein Vorteil von parallel arbeitenden Doppelschneckenextrudern. Sie können entsprechend den Änderungen der Formgießbedingungen angepasst werden, um die Anforderungen der Kunststoffverarbeitungstechnologie zu erfüllen. Diese Flexibilität erweitert das Anwendungsspektrum von parallel arbeitenden Doppelschneckenextrudern, etwas, das mit kegelförmigen Doppelschneckenextrudern schwer zu erreichen ist.

Nachteile:
Aufgrund der kleinen Mittelachsenabstand zwischen den beiden Schnecken und dem begrenzten verfügbaren Raum stehen die radialen und Axiallagerungen, die die beiden Ausgangswellen sowie die dazugehörigen Antriebsräder stützen, in der Getriebebox eines parallel arbeitenden Doppelschneckenextruders vor erheblichen Herausforderungen.

Trotz der Bemühungen der Designer ist es immer noch schwierig, die wirklichen Probleme bezüglich der begrenzten Tragfähigkeit, dem geringen Modul und Durchmesser der Zahnräder sowie dem verminderten Durchmesser des hinteren Endes der beiden Schnecken zu lösen, was zu einem offensichtlichen Mangel an Torsionskapazität führt. Eine begrenzte Ausgabetorque und eine erheblich reduzierte Tragfähigkeit ist ein prominentes Manko bei parallelen Doppelschneckenextrudern.

Kegelförmiger Doppelschneckenextruder
Kegelförmige Doppelschneckenextruder haben einen größeren Durchmesser am Einschiebeende der Schnecke und einen kleineren Durchmesser am Sterzenden. Diese Extruder werden hauptsächlich zur Verarbeitung von PVC eingesetzt, und ihr einzigartiges Design ist auf spezifische Materialanforderungen optimiert.

Vorteile
Die beiden kegelförmigen Schrauben sind horizontal angeordnet, mit ihren Achsen im Winkel zueinander, wenn sie in den Zylinder eingeführt werden. Während der Abstand zwischen den Wellen von der schmaleren zur breiteren Seite allmählich zunimmt, kann die Antriebsgetriebe einen größeren Mittelpunkt-Abstand zwischen den beiden Ausgangswellen aufnehmen. Diese Anordnung bietet ausreichend Platz für die Montage von Zahnradwellen, Zahnrädern, radialen und Axiallagerungen, wodurch die Übertragungseffizienz gesteigert wird.

Diese flexible Gestaltung ermöglicht die Installation größere radiale und Axiallagerungen mit Wellendimensionen, die hochtorquefeste Übertragungen aushalten können. Dadurch bieten kegelförmige Doppelschraubenextruder bemerkenswerte Eigenschaften, einschließlich hoher Betriebstorque und Tragfähigkeit, die sie von parallelen Doppelschraubenextrudern unterscheiden.

Nachteile
Der Nachteil von kegelförmigen Doppelschneckenextrudern ist ihre begrenzte Anpassungsfähigkeit, da die Schnecken entlang ihrer Länge unterschiedliche Durchmesser aufweisen, was es schwierig macht, eine gleichmäßige Materialverarbeitung zu erreichen. Zudem sind Komplexität des Designs und potenziell höhere Fertigungskosten Faktoren, die berücksichtigt werden müssen.

Übereinstimmungen zwischen den beiden Typen
Beide verfügen über Mechanismen zur erzwungenen Kunststofffortbewegung, haben gute Misch- und Verplastungseigenschaften sowie Entwässerungsfähigkeiten. Ihre Anpassungsfähigkeit an Materialien und Formprozesse für Kunststoffprodukte ist im Wesentlichen dieselbe.

Unterschiede zwischen den beiden Typen
● Durchmesser: Parallel-Doppelschnecken haben denselben Durchmesser, während kegelförmige Doppelschnecken an den kleinen und großen Enden unterschiedliche Durchmesser haben.
● Mittelpunktabstand: Der Mittelpunktabstand bei parallelen Doppelschnecken bleibt konstant, während die Achsen von kegelförmigen Doppelschnecken einen Winkel bilden, was zu variierenden Mittelpunktabständen entlang der Achse führt.
● L/D-Verhältnis: Das L/D-Verhältnis (L/D) eines parallelen Zwillingsgeschrauben ist das Verhältnis der effektiven Länge der Schraube zu ihrem Außendurchmesser, während das L/D-Verhältnis einer kegelförmigen Zwillingsgeschraube das Verhältnis der effektiven Länge der Schraube zum Durchschnitt der Durchmesser ihres großen und kleinen Endes ist.

Es kann festgestellt werden, dass der größte Unterschied zwischen einem parallelen Zwillingsgeschraubenextruder und einem kegelförmigen Zwillingsgeschraubenextruder in der Geometrie des Schraubenrohres liegt, was zu verschiedenen strukturellen und Leistungsunterschieden führt. Obwohl diese beiden Arten von Extrudern ihre eigenen Charakteristiken haben, besitzen sie jeweils ihre Vorteile.

Einteilung nach der Drehrichtung der Zwillingsgeschraube
Zwillingsgeschraubenextruder werden je nach Drehrichtung der Schraube in gleichläufige und gegengeläufige Typen unterteilt.

Gleichläufiger Zwillingsgeschraubenextruder
Korotierende Doppelschneckenextruder verfügen über zwei in dieselbe Richtung rotierende Schnecken. Diese Maschinen sind effizient bei der Vermischung und Formulierung von Materialien. Aufgrund ihrer Fähigkeit, eine breite Palette an Viskositäten und Formulierungen zu verarbeiten, sind korotierende Extruder ideal für die Verarbeitung von Polymermischungen, Masterbatches und Reaktionsextrusionen. Sie weisen ausgezeichnete Selbstreinigungs- und Fördercharakteristiken auf, um sicherzustellen, dass Zusatzstoffe gleichmäßig im Material verteilt sind.

Vorteile von korotierenden Doppelschneckenextrudern:
● Verbesserte Mischung: Verschränkte Schnecken und anpassbare Schneckenprofile ermöglichen eine präzise Kontrolle der Mischintensität und -qualität, die über Einzelschneckenextruder hinausgeht.
● Prozessflexibilität: Dosierfütterung ermöglicht die unabhängige Steuerung des Durchsatzes und erlaubt mehrere Verarbeitungsfunktionen auf einer einzigen Maschine.
● Kontrollierte Prozessparameter: Enge Verweilzeitverteilung und präzise Temperaturregulierung verbessern die Scher-Zeit-Temperatur-Profile für eine konsistente Produktqualität.
● Effiziente Produktion: Volumetrisches Fördern ermöglicht die Verarbeitung einer breiten Palette an Materialien mit minimaler Downtime.
● KOSTENEFFIZIENZ: Hohe Flexibilität und Produktivität für eine Vielzahl an Endprodukten mit konstanter Qualität, wobei Schraubenverschleiß durch Anpassung der Schraubengeschwindigkeit kompensiert werden kann.

Basierend auf dem Verschränkungsverhalten der Schrauben bei ihrer Rotation können ko-rotierende Zwillingschraubenextruder weiter in engagierte ko-rotierende Zwillingschraubenextruder und nicht engagierte ko-rotierende Zwillingschraubenextruder klassifiziert werden.

Engagierte ko-rotierende Zwillingschraubenextruder
In einem engagierten Ko-Rotierenden Doppelschneckenextruder verriegeln oder verkeilen sich die Schnecken beim Rotieren gegeneinander, was die Effizienz der Materialverarbeitung und -förderung erhöht. Diese Konstruktion verbessert die Verteilungsmischfähigkeit des Extruders, was eine gründliche Verteilung von Additiven und Füllstoffen in der Polymermatrix erleichtert.

Schubweise arbeitende Extruder werden typischerweise in Verbindungsanwendungen eingesetzt, bei denen eine präzise Steuerung der Partikelgrößeverteilung und der Mischgleichmäßigkeit entscheidend ist. Sie bieten hervorragende Skalierbarkeit und Flexibilität, wodurch Hersteller den Extrusionsprozess den spezifischen Produktanforderungen anpassen können.

Nicht-verkoppelnde Ko-Rotierende Doppelschneckenextruder
Andererseits interlocken die Schrauben eines nicht verklammernden, ko-rotierenden Doppelschraubenextruders nicht, während sie rotieren. Stattdessen drehen sie sich in enger Nähe zueinander, ohne sich zu verklammern, was eine andere Art der Materialverarbeitung ermöglicht, oft für empfindliche Materialien oder scherempfindliche Anwendungen, wie zum Beispiel die Verarbeitung wärmeempfindlicher Polymere, Biomaterialien und Lebensmittelprodukte. Nicht-verklammernde Extruder bieten sanfte Verarbeitungsbedingungen und bieten dennoch effiziente Misch- und Verbindungsleistungen.

Gegenläufige Doppelschraubenextrudern
Im Gegensatz zu gleichlaufenden Extrudern haben gegeneinanderlaufende Zwillings Schneckenextruder Schnecken, die in entgegengesetzter Richtung rotieren. Diese Konfiguration erzeugt einen signifikanten Knet- und Scher-effekt auf das Material, was zu einer gründlichen Mischung und Verteilung führt. Gegenläufige Extruder zeichnen sich in Anwendungen aus, die intensive Scherkraft erfordern, wie Destillationsrückgewinnung, reaktive Extrusion und Mischen von stark gefüllten Materialien. Sie bieten präzise Kontrolle der Aufenthaltszeit und der Scherrate, wodurch sie für anspruchsvolle Verarbeitungsbedingungen geeignet sind.

Betätigung von gegeneinanderlaufenden Zwillingschneckenextrudern
In einem verkehrsengagierten Doppelschneckenextruder sind die beiden Schnecken symmetrisch positioniert, aber sie drehen sich in entgegengesetzte Richtungen. Diese Anordnung verhindert, dass das Material in einer „∞“-Form bewegt wird, da der schraubenförmige Pfad der einen Schnecke durch die andere blockiert wird. Stattdessen wird das Material während der Feststoffbeförderung in einer fast geschlossenen „C“-förmigen Kavität nach vorn befördert. Allerdings wird ein Abstand zwischen dem Außendurchmesser einer Schnecke und dem Kernradius der anderen Schnecke beibehalten, um das Durchfließen von Material zu ermöglichen.

Während das Material durch den radialen Spalt zwischen den beiden Schnecken fließt, unterliegt es intensiver Scherung, Mischung und Verdichtung, was zu effektiver Verplastung führt. Darüber hinaus kann das Kompressionsverhältnis durch allmähliches Verringern des Schraubenschritts realisiert werden, wodurch eine Vielzahl von Produkten verarbeitet werden kann.

Nicht-engagierender Gegenlaufs-Doppelschneckenextruder
Weniger gebräuchlich als der Verflechterextruder arbeitet der nicht verflechtende, gegengedrehte Doppelschneckenextruder anders als der Einzelschneckenextruder, hat aber Ähnlichkeiten, da er auf Reibung und viskose Widerstandskräfte angewiesen ist, um Material zu befördern. Neben der Bewegung in Richtung des Kopfes kann das Material aufgrund der großen radialen Lücke zwischen den beiden Schnecken unterschiedliche Strömungsmuster aufweisen, was zu erheblichen Leckagen führen kann.

Darüber hinaus können die relativen Positionen der Schneckenflügel dazu führen, dass der Materialdruck auf der Stoßseite einer Schnecke höher ist als der Widerstand auf der anderen Seite der anderen Schnecke, was zu einer Materialströmung von der hochdruckbelasteten Stoßseite zur Widerstandseite der anderen Schnecke führt. Die Rotation behindert die Materialströmung am Punkt A, was zu Strömungen und einer Vielzahl anderer Strömungsmuster führt, die es für Misch-, Entlüftungs- und De-Vulkanisierungsanwendungen geeignet machen.

Schlussfolgerung
Jeder Typ von Doppelschraubenextruder bietet einzigartige Vorteile und Fähigkeiten, um den unterschiedlichen Prozessanforderungen einer Vielzahl von Industrien gerecht zu werden. Das Verständnis der Unterschiede zwischen diesen Extrudertypen ist entscheidend für die Auswahl des passenden Geräts für eine bestimmte Anwendung.

Egal ob zur Erreichung optimaler Mischeffizienz, zur Aufrechterhaltung der Produktintegrität oder zur Verbesserung der Prozessflexibilität – die richtige Wahl des Doppelschraubenextruders kann einen erheblichen Einfluss auf die Produktqualität, Produktivität und den gesamten Herstellungserfolg haben.