In der Chemie werden viele komplizierte Geräte verwendet, um alltägliche Produkte herzustellen. Damit Sie einen Einblick in diese Prozesse erhalten, möchten wir Ihnen eines dieser Geräte vorstellen. In diesem Artikel beschäftigen wir uns mit der Extrusion mithilfe eines Extruders.
Was ist ein Extruder?
Der Extruder wurde bereits sehr früh erfunden und bereits vor 1900 verwendet. Die damalige Verwendung eines Extruders war ausschließlich in der Kautschukindustrie. Kurze Zeit darauf wurden Extruder auch in der Lebensmittelindustrie verwendet und einige Zeit später auch sehr stark in der Kunststoffverarbeitung.
Ein Extruder ist ein Gerät, welches unter hohem Druck feste oder sehr dickflüssige Stoffe aus einer Öffnung presst. Diese Öffnung kann verschiedene Formen annehmen, die dem Produkt später seine Form verleihen. Das Funktionsprinzip beruht auf der archimedischen Schraube, die in der Antike als Wasserhebeanlage verwendet wurde. Die archimedische Schraube förderte Wasser in einem steilen Winkel aus einem Fluss. Heutzutage wird dieses Gerät „Schneckenpumpe“ genannt und in, zum Beispiel Extrudern, verwendet.
Extruder können mit einer oder mehreren Schneckenpumpen ausgestattet sein. Das Modell mit zwei Schneckenpumpen lässt sich in gegenläufige und gleichläufige Doppelschneckenextruder aufteilen. Wie der Name bereits vermuten lässt, drehen die gegenläufigen Schneckenpumpen in die entgegengesetzte Richtung und die gleichläufigen in die gleiche Richtung. Die Masse wird befördert aufgrund des Druckaufbaus und der Friktion mit der Gehäusewand. Dadurch kann man die sogenannte „Friktionsförderung“ verwenden, um Stoffe leicht in einer Schneckenpumpe zu transportieren. Ein Extruder arbeitet meist mit einem Druck zwischen 10 und 300 Bar, der in Ausnahmefällen bis zu 700 Bar sein kann, und mit einer Temperatur zwischen 60 und 300 Grad Celsius.
Weiterhin kann man Extruder in zwei Untergruppen aufteilen. Es gibt den Verarbeitungsextruder, welcher den Produkten seine Form gibt. Verarbeitungsextruder sind meist mit einer Schneckenpumpe ausgestattet. Aufbereitungsextruder hingegen verwenden meist zwei Schneckenpumpen und sind dafür zuständig die Produkte chemisch und physikalisch zu verändern. Stoffe werden durch den Aufbereitungsextruder hinzugefügt, sodass der Stoff reagiert und eine neue Mischung entsteht.
Wie ist ein Extruder aufgebaut?
Das Hauptbauteil eines Extruders ist die Schneckenpumpe, welche entweder einzeln oder in Zusammenhang mit anderen Schneckenpumpen funktioniert. Diese Pumpe befindet sich in einem Zylinder, welcher Schneckenzylinder genannt wird. Der Durchmesser des Zylinders entspricht dem Durchmesser der Schneckenpumpe, sodass zwischen der Pumpe und dem Zylinder keine Löcher entstehen können, die den Druck abbauen könnten. Die Öffnung, die sich vorne am Zylinder befindet und dem Produkt seine Form gibt, wird meistens Düse genannt. Die Schneckenpumpe wird meist mithilfe eines Elektromotors in Gang gesetzt, sodass der Prozess beginnen kann.
Das Material, das ein Extruder verarbeiten soll, wird meist aus einem Trichter über dem Gerät zugeführt. Dabei ist es besonders wichtig, dass die Dosierung immer exakt gleich ist. Ansonsten können die Endprodukte sich stark unterscheiden, was natürlich ein großer Nachteil für das Unternehmen wäre. Damit immer die richtige Dosierung verwendet wird, können Sie zwei unterschiedliche Verfahren anwenden, die dies sicherstellen. Dazu verwenden Sie entweder die gravimetrische oder die volumetrische Dosierung. Bei der gravimetrischen Dosierung wird das Material gewogen, sodass immer die gleiche Masse an Material in den Extruder gegeben wird. Das volumetrische Verfahren dosiert das Material nach der Menge an Material, sodass auch mit diesem Verfahren immer die gleiche Menge an Material in den Extruder gelangt.
Wenn ein Extruder dafür verwendet wird Materialien weitere Stoffe hinzuzufügen, dann werden weitere Komponenten an einem Extruder benötigt. Dazu werden Nadelventile oder eine Seitenbeschickung an der Außenwand des Extruders angebracht, die während der Verarbeitung weitere Stoffe in den Extruder geben. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass sich die Stoffe gut mixen. Einige Beispiele für solche Stoffe sind zum Beispiel Färbemittel oder Weichmacher.
Die Schneckenpumpe an sich kann zudem in drei verschieden Zonen aufgeteilt werden. Der hintere Bereich der Schnecke wird Einzugszone genannt. Dieses Ende der Schnecke wird verwendet, um das zu verarbeitende Material einzuführen. Zudem wird in dieser Zone das Material verdichtet, bevor es in die Kompressionszone gelangt. In dieser Zone wird das Material weiter verdichtet und der Druck erhöht sich, sodass das Material später in die richtige Form gepresst werden kann. Die letzte Zone ist die Austragszone, welche dafür zuständig ist das Material in einem gleichmäßigen Strom aus der Düse zu pressen.
In welchen Bereichen wird ein Extruder verwendet?
Es gibt viele Industrien, die einen Extruder verwenden. Dazu gehören natürlich technische Artikel, wie Rohre, Folien, Schläuche und sogar kleinere Autoteile. Was Sie allerdings wundern könnte ist, dass Extruder auch sehr stark in der Lebensmittelindustrie verwendet werden. Dort werden zum Beispiel Nudeln, Kaugummi, Karamell und teilweise sogar Brot mit einem Extruder verarbeitet. Daran sehen Sie, dass es viele Optionen gibt, wie ein Extruder verwendet werden kann. Ein weiterer Hauptabnehmer für Extruder ist demnach natürlich auch die Kunststoffindustrie. In dieser Branche gibt es jedoch einige Besonderheiten, die Sie beachten sollten.
Wenn Sie Kunststoff mit einem Extruder verarbeiten möchten, ist es notwendig, dass Sie am Schneckenzylinder eine Heizvorrichtung anbringen, die das Kunststoffgranulat schmilzt. Auf diese Weise wird der Kunststoff flüssig, sodass die Düse das Produkt am Ende formen kann. Allerdings kann es gleichzeitig nötig sein, dass der Extruder gekühlt wird. Dazu werden eingearbeitete Kühlkanäle verwendet, die als Kühlmittel häufig unter Druck stehendes Wasser verwenden. Je nach Art des Kunststoffes ist es außerdem nötig Gase abzupumpen, die Blasen im Produkt erzeugen könnten. Dazu muss ein Abpumpvorrichtung in den Extruder eingebaut werden, die diese Gase aus dem Mix entfernt. Zudem variieren die optimalen Ausmaße der Schnecke je nachdem, welcher Kunststoff verwendet wird. Theoretisch muss deshalb für jeden anderen Stoff ein anderer Extruder verwendet werden.
Weitere Besonderheiten bestehen bei der Produktion vor Rohren oder anderen Artikeln mit Hohlräumen. Wenn das Produkt die Düse verlässt, besitzt das unfertige Rohr natürlich einen Hohlraum in der Mitte. Normalerweise würde das Rohr in sich zusammenfallen, da das Material noch nicht genügend ausgehärtet ist. Um dies zu vermeiden wird eine sogenannte Kalibrierhülse verwendet, die das Rohr von Innen stützt. Auf diese Weise kann das Rohr nicht in sich zusammenfallen, bevor das Material ausgehärtet ist.
Neueste Kommentare