Limper Verfahrenstechnik der Thermoplastextrusion

1. Auflage 2012
ISBN: 978-3-446-42866-9
Verlag: Hanser, Carl
Format: PDF
Kopierschutz: Adobe DRM (»Systemvoraussetzungen)

E-Book, Deutsch, 436 Seiten

Das hier vorliegende Standardwerk wurde von Fachautoren mit ausgewiesener Praxiserfahrung geschrieben. Dadurch wird das Ziel des Buches, dem Leser eine Verbindung zwischen theoretischer Prozessmodellierung und praktischer Anlagenbeschreibung zu bieten, voll erfüllt.Der erste Teil des Fachbuches beschäftigt sich mit grundsätzlichen verfahrenstechnischen Zusammenhängen und soll dem Leser helfen praktische Probleme zu lösen. Der Ein- und Doppelschneckenextruder, mögliche Antriebskonzepte und die Steuerung werden besprochen. Im zweiten Teil des Buches wird auf die spezifischen Merkmale der Verfahren eingegangen. Hier werden die Rohrextrusion, die Profilextrusion, die Flachfolien- und Plattenextrusion, die Gießfolienextrusion und die Blasfolienextrusion diskutiert.Auch auf die Modellierung der Abkühlvorgänge in Extrusionsanlagen wird eingegangen. Die rheologische Werkzeugauslegung wird am Beispiel einfacher analytischer und numerischer Methoden sowie komplexer Berechnungsansätze behandelt.Der Leser erhält in diesem anschaulichen Fachbuch einen umfassenden Überblick über die Thermoplastextrusion. Für den Entwicklungsingenieur stellt es eine Auslegungshilfe dar und dem Betreiber einer Extrusionsanlage hilft es, die Qualität seiner Ausrüstung einzuschätzen und mögliche Optimierungsreserven zu erkennen.

Autoren/Hrsg.

Limper, Andreas

Inhaltsverzeichnis

1;Inhalt;8
2;1 Einschneckenextruder;16
2.1;1.1 Allgemeines;17
2.2;1.2 Feststoffförderung;24
2.3;1.3 Aufschmelzen;30
2.4;1.4 Schmelzeförderung;32
2.5;1.5 Mischen;35
2.6;1.6 Entgasungsextruder;35
2.7;1.7 Betriebsverhalten;37
2.8;1.8 Bauarten von Extrudern und ihre Betriebskennlinien;37
2.8.1;1.8.1 Glattrohrextruder;38
2.8.2;1.8.2 Nutbuchsenextruder;39
2.8.2.1;1.8.2.1 Entgasungsextruder;41
2.8.3;1.8.3 Schmelzeextruder;42
2.8.3.1;1.8.3.1 Schnelllaufende Schmelzeextruder;43
2.9;1.9 Baureihen;44
2.10;1.10 Extrusionsmaschinenbau;48
2.10.1;1.10.1 Zylinderbaugruppe;48
2.10.2;1.10.2 Schnecke;49
2.10.3;1.10.3 Antriebsstrang;49
2.10.4;1.10.4 Gestell;50
2.10.5;1.10.5 Sensorik, Steuerung und Regelung;51
2.11;1.11 Extrusionssysteme;52
2.11.1;1.11.1 Zusammenschaltung mit Filtern und Pumpen;52
2.11.2;1.11.2 Coextruder in Mehrkomponentenanlagen;53
2.12;Literatur zu Kapitel 1;54
3;2 Mehrschneckenextruder;56
3.1;2.1 Der gegenläufige Doppelschneckenextruder;56
3.1.1;2.1.1 Einleitung;56
3.1.2;2.1.2 Bauformen;57
3.1.2.1;2.1.3.1 Grundrahmen;59
3.1.2.2;2.1.3.2 Antrieb/Getriebe;59
3.1.2.3;2.1.3.3 Materialzuführung;60
3.1.2.4;2.1.3.4 Zylinder und Schneckenpaar;61
3.1.3;2.1.3 Aufbau;58
3.1.3.1;2.1.3.1 Grundrahmen;59
3.1.3.2;2.1.3.2 Antrieb/Getriebe;59
3.1.3.3;2.1.3.3 Materialzuführung;60
3.1.4;2.1.3.4 Zylinder und Schneckenpaar;61
3.1.5;2.1.4 Verfahrenstechnik;63
3.1.5.1;2.1.4.1 Grundlagen der Schneckengestaltung;63
3.1.5.2;2.1.4.2 Funktionsweise von gegenläufigen Doppelschnecken;64
3.1.6;2.1.5 Die Verfahrenseinheit;67
3.1.6.1;2.1.5.1 Aufbau der Verfahrenseinheit;67
3.1.6.2;2.1.5.2 Aufgaben der Verfahrenszonen;67
3.1.6.3;2.1.5.3 Auslegung der Schnecken;74
3.1.6.4;2.1.5.4 Anpassen von Schneckengeometrien;79
3.1.7;2.1.6 Verschleiß;81
3.1.8;2.1.7 Entwicklungsgeschichte;82
3.1.9;Literatur zu Abschnitt 2.1;84
3.2;2.2 Der gleichläufige Doppelschneckenextruder;85
3.2.1;2.2.1 Einleitung;85
3.2.2;2.2.2 Historische Entwicklung der Gleichdrall-Doppelschnecken;86
3.2.3;2.2.3 Funktionsprinzip und beschreibende Kenngrößen;88
3.2.4;2.2.4 Auslegungsgrundlagen;92
3.2.4.1;2.2.4.1 Schneckenelemente;92
3.2.4.2;2.2.4.2 Verfahrenstechnische Auslegung;98
3.2.4.3;2.2.4.3 Vom Labor in die Produktion: Hochrechnung;107
3.2.5;2.2.5 Antriebstechnik;108
3.2.5.1;2.2.5.1 Hauptantrieb;108
3.2.5.2;2.2.5.2 Sicherheitskupplung;111
3.2.5.3;2.2.5.3 Getriebe;112
3.2.6;2.2.6 Verschleißschutz;112
3.2.7;2.2.7 Prozessbeispiele;116
3.2.7.1;2.2.7.1 Direktverarbeitung von ungetrocknetem PET;116
3.2.7.2;2.2.7.2 Herstellung von mit Glasfasern verstärktem Polyamid;117
3.2.7.3;2.2.7.3 Herstellung von mit Kreide oder Talkum hochgefüllten Polypropylen;117
3.2.7.4;2.2.7.4 Masterbatchherstellung aus der Vormischung;118
3.2.7.5;2.2.7.5 Herstellung eines Farbmasterbatches;119
3.2.7.6;2.2.7.6 Einarbeitung von Naturfasern in Polypropylen;120
3.2.7.7;2.2.7.7 Inline- Compoundierung von Platten;121
3.2.8;Literatur zu Abschnitt 2.2;122
4;3 Extrusionswerkzeuge;124
4.1;3.1 Breitschlitzwerkzeuge;124
4.1.1;3.1.1 Einleitung;124
4.1.2;3.1.2 Grundsätzlicher Aufbau von Breitschlitzwerkzeugen;125
4.1.3;3.1.3 Beeinflussung des Schmelzeflusses in Breitschlitzwerkzeugen;128
4.1.3.1;3.1.3.1 Flexible Lippe bzw. Flexlip;128
4.1.3.2;3.1.3.2 Staubalken;130
4.1.4;3.1.4 Ausführung der Unterlippe;131
4.1.5;3.1.5 Deckling;133
4.1.5.1;3.1.5.1 Externes Deckling;133
4.1.5.2;3.1.5.2 Internes Deckling;135
4.1.6;3.1.6 Äußere Geometrie des Breitschlitzwerkzeugs;137
4.1.7;3.1.7 Heizung und Isolierung;138
4.1.8;3.1.8 Beschichtung und Oberflächenqualität;139
4.1.9;3.1.9 Einlaufkanalgeometrie;140
4.1.10;3.1.10 Coextrusionswerkzeuge;140
4.1.10.1;3.1.10.1 Adapterwerkzeuge;140
4.1.10.2;3.1.10.2 Mehrkanalwerkzeuge;145
4.1.11;Literatur zu Abschnitt 3.1;146
4.2;3.2 Ringspalt-Werkzeuge;146
4.2.1;3.2.1 Dornhalter-Werkzeuge;148
4.2.2;3.2.2 Siebkorb-Werkzeuge;149
4.2.3;3.2.3 Wendelverteiler-Werkzeuge;150
4.2.4;3.2.4 Pinolen-Werkzeuge;152
4.2.5;Literatur zu Abschnitt 3.2;153
5;4 Rohrextrusion;156
5.1;4.1 Einleitung;156
5.2;4.2 Materialien;159
5.2.1;4.2.1 Polyvinylchlorid (PVC);159
5.2.2;4.2.2 Polyolefine;160
5.2.2.1;4.2.2.1 Polyethylen (PE);160
5.2.2.2;4.2.2.2 Polypropylen (PP);162
5.2.2.3;4.2.2.3 Vernetztes Polyethylen;162
5.2.2.4;4.2.2.4 Weitere Rohrwerkstoffe;163
5.3;4.3 Rohrtypen;163
5.3.1;4.3.1 Einschichtige Rohre;164
5.3.2;4.3.2 Mehrschichtige Rohre;164
5.3.3;4.3.3 Schaumkernrohre;165
5.3.4;4.3.4 Rohre mit Regeneratschicht;165
5.3.5;4.3.5 Rohre mit Funktionsschichten;165
5.3.6;4.3.6 Metall-Kunststoff-Verbundrohre;166
5.3.7;4.3.7 Faserverstärkte Rohre;166
5.3.8;4.3.8 Großrohre;167
5.3.9;4.3.9 Wellrohre;168
5.3.10;4.3.10 Wickelrohre;168
5.3.11;4.3.11 Ummantelte Stahlrohre;168
5.3.12;4.3.12 Bewässerungsrohre;169
5.4;4.4 Herstellverfahren;169
5.4.1;4.4.1 Materialbeschickung;170
5.4.1.1;4.4.1.1 Materialbeschickung für Einschneckenextruder;170
5.4.1.2;4.4.1.2 Materialbeschickung für Doppelschneckenextruder;171
5.4.2;4.4.2 Extruder;171
5.4.3;4.4.3 Werkzeug;172
5.4.4;4.4.4 Kalibrieren und Abkühlen;174
5.4.4.1;4.4.4.1 Vakuum-Tankkalibrierung;175
5.4.4.2;4.4.4.2 Überdruckkalibrierung;179
5.4.5;4.4.5 Kühlstrecke;179
5.4.6;4.4.6 Rohrinnenkühlung;181
5.4.7;4.4.7 Abzug;182
5.4.8;4.4.8 Trenneinheit;183
5.4.9;4.4.9 Ablegeeinheit;185
5.4.10;4.4.10 Mess-, Steuer-, Regeleinrichtungen [INO11];186
5.4.11;4.4.11 Dimensionswechselsysteme;190
5.4.12;4.4.12 Ausblick;192
5.5;Literatur zu Kapitel 4;192
6;5 Profilextrusion;194
6.1;5.1 Einleitung;194
6.2;5.2 PVC-U und Mischen von PVC Rezepturen;200
6.2.1;5.2.1 PVC-U (unplastiziertes PVC oder Hart PVC);200
6.2.2;5.2.2 Mischen von PVC-Rezepturen;201
6.3;5.3 Extruder;201
6.4;5.4 Werkzeuge für die Profilextrusion;205
6.4.1;5.4.1 Prinzipieller Aufbau;205
6.4.2;5.4.2 Bauarten von Profilwerkzeugen;207
6.4.3;5.4.3 Anforderungen an den Werkzeughersteller und Stand der Technik;209
6.4.4;5.4.4 Schnellwechselsystem;211
6.4.5;5.4.5 Kundenspezifische Lösungen;212
6.4.6;5.4.6 Werkzeugauslegung und Wissenschaft im Werkzeugbau;213
6.4.7;5.4.7 Anforderungen an Berechnungswerkzeuge im Alltag;214
6.5;5.5 Kalibrierwerkzeug;214
6.6;5.6 Kühlung;215
6.6.1;5.6.1 Optimierung von Kühlparametern in der Profilextrusion;216
6.6.2;5.6.2 Kühlleistung;220
6.7;5.7 Sonstiges;221
6.7.1;5.7.1 Nachfolge, Steuerung;221
6.7.2;5.7.2 Oberflächenkontrolle in der Profilextrusion;222
6.7.3;5.7.3 Geräuschemission;223
6.8;5.8 Marktentwicklung;223
6.9;Literatur zu Kapitel 5;224
7;6 Flachfolien- und Plattenextrusion;226
7.1;6.1 Einleitung;226
7.2;6.2 Anlagentechnik;227
7.2.1;6.2.1 Maschinentechnik zur Herstellung von Flachfolien;227
7.2.1.1;6.2.1.1 Beispiel einer Extrusionslinie zur Herstellung geglätteter Flachfolien;228
7.2.1.2;6.2.1.2 Beispiele für Extrusionslinien zur Herstellung von Platten;236
7.3;6.3 Anlagenkomponenten für Folien- und Plattenanlagen;249
7.3.1;6.3.1 Siebwechsler;250
7.3.2;6.3.2 Schmelzepumpen;255
7.3.2.1;6.3.2.1 Aufbau von Schmelzepumpen;255
7.3.2.2;6.3.2.2 Funktionsweise und Ausführungen von Schmelzepumpen;256
7.3.2.3;6.3.2.3 Prozesseigenschaften von Schmelzepumpen;258
7.3.3;6.3.3 Walzen;259
7.3.4;6.3.4 Wickler;263
7.4;6.4 Verfahrenstechnik in Folien- und Plattenextrusionslinien;266
7.4.1;6.4.1 Verfahrenstechnik – Peripherie;267
7.4.2;6.4.2 Verfahrenstechnik – Extrusion;268
7.4.3;6.4.3 Verfahrenstechnik – Nachfolge;273
7.4.3.1;6.4.3.1 Verfahrenstechnik – Glättwerk und Nachkühlstrecke;273
7.4.3.2;6.4.3.2 Simulation des Temperaturverlaufs;277
7.4.3.3;6.4.3.3 Verfahrenstechnik – Schneiden und Wickeln bzw. Stapeln;282
7.5;Literatur zu Kapitel 6;284
8;7 Gießfolienextrusion;286
8.1;7.1 Einleitung;286
8.2;7.2 Anlagen- und Verfahrenstechnik zur Herstellung von Gießfolien;286
8.2.1;7.2.1 Materialzuführung und Dosierung;287
8.2.2;7.2.2 Extrudertechnik und Schneckenauslegung;288
8.2.3;7.2.3 Coextrusionsadapter, Foliendüse und Schmelzebahn;288
8.2.4;7.2.4 Gießwalzeneinheit;290
8.2.5;7.2.5 Peripherie, Materialrückführung und Wicklung;291
8.2.6;7.2.6 Anlagensteuerung und Automation;291
8.3;7.3 Eigenschaften, Anwendungen und ­Einsatzgebiete von Gießfolien;292
8.3.1;7.3.1 Polypropylen-Gießfolie;292
8.3.2;7.3.2 Stretchfolie;292
8.3.3;7.3.3 Barrierefolie;293
8.3.4;Literatur zu Kapitel 7;293
9;8 Blasfolienextrusion;298
9.1;8.1 Einleitung;298
9.2;8.2 Granulatversorgung;300
9.3;8.3 Extruder für die Blasfolienextrusion;302
9.4;8.4 Werkzeugtechnik zur ­Blasfolienherstellung;304
9.4.1;8.4.1 Werkzeugkonzepte zur Herstellung von Mehrschichtfolien;309
9.4.2;8.4.2 Aufbau- und Funktionsmerkmale einer mehrschichtigen Blasfolie;311
9.5;8.5 Abkühl- und Kalibriereinheit;316
9.6;8.6 Nachfolge;320
9.6.1;8.6.1 Dickenmesssysteme;320
9.6.2;8.6.2 Reversierende Abzugseinheit;321
9.6.3;8.6.3 Vorbehandlung;323
9.6.4;8.6.4 Wickler;324
9.7;8.7 Mess- und Regelkonzepte für die ­Blasfolienextrusion;327
9.8;Literatur zu Kapitel 8;329
10;9 Berechnung von Extrusionswerkzeugen;332
10.1;9.1 Einführung;332
10.1.1;9.1.1 Zielgrößen;333
10.1.2;9.1.2 Einflussgrößen;334
10.2;9.2 Analytische Berechnungsmethoden;334
10.2.1;9.2.1 Berechnung der Temperaturerhöhung in der Schmelze;335
10.2.2;9.2.2 Berechnung der Temperierleistung;336
10.2.3;9.2.3 Berechnung des Druckverlustes von einfachen Querschnitten;336
10.2.4;9.2.4 Berechnung der Schmelzeverteilung am Beispiel Breitschlitzdüse;341
10.3;9.3 Einfache numerische ­Berechnungsmethoden;347
10.3.1;9.3.1 Netzwerktheorie;348
10.3.2;9.3.2 Berechnung von Kleiderbügeldüsen;350
10.3.3;9.3.3 Nicht-Newton’sches Fließen, repräsentative Schergeschwindigkeit;355
10.3.4;9.3.4 Fazit;358
10.4;9.4 Ganzheitliche numerische Berechnungsmethoden;358
10.4.1;9.4.1 CFD;359
10.4.2;9.4.2 Materialgesetze;362
10.4.3;9.4.3 Fazit;364
10.5;9.5 Strangaufweitung;364
10.6;9.6 Ausblick: Aktuelle Forschungsthemen;366
10.7;Literatur zu Kapitel 9;367
11;10 Thermische Berechnungen;368
11.1;10.1 Bestimmung des Temperaturverlaufs;368
11.2;10.2 Bestimmung der Wärmeübergangskoeffizienten;375
11.2.1;10.2.1 Konvektive Kühlung an Luft;375
11.2.2;10.2.2 Konvektive Kühlung in Wasser;377
11.2.3;10.2.3 Kontaktkühlung an Kühlwalzen und Galetten;379
11.2.4;10.2.4 Strahlungserwärmung;382
11.3;10.3 Modelltheoretische Umsetzung;382
11.4;10.4 Abkühlung von Profilen;385
11.5;Literatur zu Kapitel 10;386
12;11 Dosiergeräte für Extrusionsanlagen;388
12.1;11.1 Einleitung;388
12.2;11.2 Allgemeine Betrachtung zu Dosiergeräten;389
12.2.1;11.2.1 Vorteile der Materialaufbereitung mit Dosier- und Mischgeräten;389
12.2.2;11.2.2 Dosieraufgabe, prinzipieller Aufbau von Dosiergeräten, ­Dosierorgane;390
12.2.3;11.2.3 Prinzipieller Aufbau einer Dosieranlage;391
12.3;11.3 Volumetrische Dosiergeräte;393
12.3.1;11.3.1 Verfahrenstechnische Grundlagen;393
12.3.2;11.3.2 Beispiele volumetrischer Dosiergeräte;397
12.3.2.1;11.3.2.1 Geräte mit digital-volumetrischer Arbeitsweise;397
12.3.2.2;11.3.2.2 Gerätevariante mit Dosierung aller Komponenten (siehe Bild 11.8);397
12.3.2.3;11.3.2.3 Synchrondosiergeräte;399
12.3.2.4;11.3.2.4 Volumetrisches Synchrondosiergerät mit Dosierung aller Komponenten;400
12.3.2.5;11.3.2.5 Volumetrisches Synchrondosiergerät mit freiem Einlauf der Hauptkomponente;401
12.4;11.4 Gravimetrische Dosiergeräte;403
12.4.1;11.4.1 Diskontinuierliche Wägedosierung;403
12.4.1.1;11.4.1.1 Prinzipieller Aufbau eines gravimetrischen Chargendosiersystems;404
12.4.1.2;11.4.1.2 Beschreibung des Dosierverfahrens und der Korrekturmechanismen am Beispiel des gravimetrischen Chargendosiergerätes vom Typ Ultra­blend: (siehe Bild.11.14);405
12.4.2;11.4.2 Kontinuierliche gravimetrische Dosierung;406
12.4.2.1;11.4.2.1 Die Differentialdosierwaage;406
12.4.2.2;11.4.4.2 Die Trichterwaage;411
12.5;11.5 Zusammenfassung der Eigenschaften volumetrischer und gravimetrischer Dosiersysteme;414
12.6;Literatur zu Kapitel 11;416
13;Index;418

Leseproben

EinschneckenextruderMehrschneckenextruder – gegenläufig und gleichläufigExtrusionswerkzeuge – Breitschlitzwerkzeuge und RingspaltwerkzeugeRohrextrusionProfilextrusionFlachfolien- und PlattenextrusionGießfolienextrusionBlasfolienextrusionBerechnung von ExtrusionswerkzeugenThermische Berechnungen – KühlungDosiergeräte für Extrusionsanlagen

Über Autor(innen)

Der Herausgeber Prof. Dr. Andreas Limper war von 1995 - 2003 Professor für Kunststoffverarbeitungsmaschinen am KTP an der Universität Paderborn. Er ist seit 2004 Geschäftsführer der Firma Harburg Freudenberger Maschinenbau. Mit Hilfe zahlreicher Autoren aus der Praxis und aktueller Forscher des KTP hat er dieses Buch herausgegeben.