Leistungs- und Effizienzsteigerung in der Einschneckenextrusion durch alternative Plastifiziertechnik
Leistungs- und Effizienzsteigerung in der Einschneckenextrusion durch alternative Plastifiziertechnik
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替代塑料技术中的挤压和效率
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发表时间：
2012
期刊：
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通讯作者：
M. Grossmann
中科院分区：
文献类型：
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作者：
M. Grossmann
这篇论文的核心内容是在理论和实践中探讨替代塑料技术在挤压过程中的性能和效率。
在 20 年内，该产品将在 20 年内实现塑料挤出的特殊化处理。挤出机的温度控制和挤出机的使用条件是特殊的，并且是在德国使用的。
我建议您选择替代的 Plastifiziertechniken das Potenzial，将 Plastifizierleistung 的 Steigerung der Plastifizierleistung bei gleichzeitig deutlich geringeren Verfahrenslangen in kompakten、schnell drrehenden 和 effizienten Verfahrenseinheiten zu erreichen。
Aus diesem grund befasst sich diese Arbeit im Schwerpunkt mit der Entwicklung und Erprobung einer Feststoff/Schmelze-Trennung innerhalb der Plastifizierzone zur Steigerung der Aufschmelzrate innerhalb kurzer Verfahrenslange.施梅尔兹在所有施密特运河中的施梅尔兹在一个用户环中的施密尔兹被视为两个基本的技术技术涡流。 Zum einen wird die Schmelzetemperatur insbesondere bei hohen Drehzahlen nicht durch die uberproportional steigende Dissipation auf der Schnecke weiter erhoht.接下来，我们将在 Schneckenkanal 中对 Schmelzefilmdicke 进行修改，并且将其 Entstehung eines Schmelzewirbels verhindert。 Die Folge sind sehr hohe Schergeschwindigkeiten und Dissipationsleistungen im sehr dunnen Schmelzefilm, welche die Plastifizierleistung insidehalb der betrachteten Verfahrenslange im Vergleich zu allen bekannten Plastifiziertechniken und Extruderbauarten im Bereich der Einschneckenextrusion deutlich呃。
KoAx-S-Truder 的内部挤压孔 (50 mm / 20 D) 与 Feststoff/-Schmelze Trennung 结合在一起，与单独的组件组合在一起。塑料特别行动队在活动期间发生了特殊情况的意外事故。 Innerhalb einer Verfahrenslange der Feststoff/Schmelze-Trennung von 350 mm konnen mit Schneckendrehzahlen von 300 1/min Plastifizierleistungen bis zu 270 kg/h Fur verschiedene Materialien erreicht werden，ohne die Grenzen Materialspezifisch kritischer Schmelze 温度 zu uberschreiten。
Da sich die Homogenisieristung durch Abfuhrung der Schmelze von der Schnecke und gleichzeitiger Verkurzung der Verfahrenseinheit im Allgemeinen verschlechtert, wird die stoffliche 和 thermsche Homogenitat mit Dunnschnitten eingefarbter Extrudate und estmals unter Zuhilfenahme热成像相机系统如下。 Das Dynamisch arbeitende Wendelschermischteil erzeugt gute stoffliche 和 thermogenitaten wahrend gleichzeitig hohe Druckverluste 和 einen deutlichen Anstieg der Schmelzetemperatur verursacht。高速分析中的未实现的分析是一种基于结构的分析。 Das statisch arbeitende Mischelement verursacht einen nur geringen Anstieg der Schmelzetemperatur bei aber gleichzeitig unzufrieden stellender stofflicher Homogenitat.这是因为，热成像仪的特征在于，施梅尔兹的热均匀化和挤压过程的热均化。 Ruckschlusse auf die stoffliche Homogenitat sindhingennur eingeschrankt moglich。识别吐口水的 Feststoffanteilen、die wiederum eine schlechte stoffliche 和 thermische Homogenitat nach sich ziehen，ist moglich。
Die Ubertragung dieser Ergebnisse auf den High-Speed Bereich (>1 m/s) erfolgt in einem direkt angetriebenen replacementn Plastifizierkonzept High-Speed S-Truder (35 mm / 20 D)。 Mit genutetem Einzugsbereich ist mit steigenden Schneckendrehzahlen ein deutlicher Abfall des spezifischen Durchsatzes zu beobachten, welcher wiederum zu uberhohten SchmelzeTemperaturen Fuhrt.在高速 Bereich jedoch moglich 中，最大速度为 1000 1/min。 Der Druckaufbau 发现 trotz der kurzen Verfahrenslange uberwiegend uber der Schneckenlange statt。
Die Verwendung einer glatten Einzugszone ermoglicht die Aufrechterhaltung des spezifischen Durchsatzes，wodurch die maximale Schneckendrehzahl auf bis zu 2000 1/min (Umfangsgeschwindigkeit 3,6 m/s) erhoht werden kann。 Innerhalb einer Verfahrenslange von 245 mm sind Durchsatze bis zu 350 kg/h (PE-LD, PP-Homopolymer) and 275 kg (PE-LLD, PE100) bei maximalen Schneckendrehzahlen von 2000 1/min moglich, ohne die Materialspezifischen Grenzen der SchmelzeTemperaturen zu uberschreiten。
实践中的新发现、静态设计错误 (Siebkorbmischer) 和 3D-FEM 仿真的实现，是为了实现均质化的基本旋转功能。 Das Uberschreiten von nicht aufgeschmolzenen Feststoffanteilen uber die Grenzen der Feststoff/Schmelze-Trennung hinaus, schrankt die Ergebnisse hinsichtlich derqualityn Schmelze均质化 derzeit jedoch noch ein。 Zur Sicherstellung der hohen Anforderungen an die thermsche und stoffliche Schmelze均质化是动态的，不均匀的。在这种新的动态变化中，高速运动是在均匀化、驱动力和耗散的条件下进行的。
FVM 仿真和实际应用中的塑料化过程是不均匀的。 Insbesondere fehlende Erkenntnisse uber dich ausbildende Schmelzefilmkontur und –dicke ermoglicht eine analytische Beschreibung des Aufschmelzverlaufs insidehalb der Plastifizierhulse derzeit nicht.
能源效率分析是在设备集成技术中进行的，它是一种特殊的能源设备，可以在高速 S-Truders 的运行中实现。
Die Ergebnisse vielfaltiger Arbeiten belegen, dass direkt angetriebene, kompakte und schnell drrehende Einschneckenextruder in Durchsatzbereichegroserer Baureihen vordringen konnen. Die Steigerung der Energieeffizienz von Einschneckenextrudern ist durch eine Deutliche Verfahrenslange in Combination mit Moderner Antriebstechnik (Direktantrieb) moglich.特殊替代品塑料技术中的温度调节是在特殊条件下进行的。
Die innerhalb der vorliegenden Dissertation durchgefuhrten Arbeiten befassen sich mit der theoretischen und praktischen Untersuchung alternativer Plastifiziertechnik zur Leistungs- und Effizienzsteigerung in der Einschneckenextrusion.
Eine kontinuierliche Steigerung der Schneckendrehzahlen sowie der spezifischen Durchsatze fuhrte in den vergangenen 20 Jahren zu einer deutlichen Erhohung der Plastifizierleistung von Einschneckenextrudern. Zur Beherrschung der Schmelzetemperaturen schnell laufender Extruder und der Gewahrleistung des vollstandigen Aufschmelzens bei gesteigerten spezifischen Durchsatzen haben sich die Verfahrenslangen dieser jedoch gleichzeitig deutlich erhoht.
Im Hinblick auf diese Entwicklung besitzen alternative Plastifiziertechniken das Potenzial, die Steigerung der Plastifizierleistung bei gleichzeitig deutlich geringeren Verfahrenslangen in kompakten, schnell drehenden und effizienten Verfahrenseinheiten zu erreichen.
Aus diesem Grund befasst sich diese Arbeit im Schwerpunkt mit der Entwicklung und Erprobung einer Feststoff/Schmelze-Trennung innerhalb der Plastifizierzone zur Steigerung der Aufschmelzrate innerhalb kurzer Verfahrenslange. Die Abfuhrung der Schmelze aus dem Schneckenkanal unmittelbar nach ihrer Entstehung in einen auseren Ringspalt bietet dabei zwei grundsatzliche verfahrenstechnische Vorteile. Zum einen wird die Schmelzetemperatur insbesondere bei hohen Drehzahlen nicht durch die uberproportional steigende Dissipation auf der Schnecke weiter erhoht. Zum anderen wird nach jetziger Erkenntnis die Vergroserung der Schmelzefilmdicke im Schneckenkanal und die Entstehung eines Schmelzewirbels verhindert. Die Folge sind sehr hohe Schergeschwindigkeiten und Dissipationsleistungen im sehr dunnen Schmelzefilm, welche die Plastifizierleistung innerhalb der betrachteten Verfahrenslange im Vergleich zu allen bekannten Plastifiziertechniken und Extruderbauarten im Bereich der Einschneckenextrusion deutlich erhoht.
Innerhalb des Extrusionskonzeptes KoAx-S-Truder (50 mm / 20 D) wird die Feststoff/-Schmelze Trennung in Kombination mit einer separat angetriebenen zweiten Schnecke zur Feststoffforderung hinsichtlich ihres Leistungsvermogens untersucht. Der Einsatz einer von der Plastifizierschnecke unabhangigen Schnecke zur Feststoffforderung ermoglicht den verfahrensbedingten Abfall des spezifischen Durchsatzes mit steigenden Schneckendrehzahlen zu verringern. Innerhalb einer Verfahrenslange der Feststoff/Schmelze-Trennung von 350 mm konnen mit Schneckendrehzahlen von 300 1/min Plastifizierleistungen bis zu 270 kg/h fur verschiedene Materialien erreicht werden, ohne die Grenzen materialspezifisch kritischer Schmelzetemperaturen zu uberschreiten.
Da sich die Homogenisierleistung durch Abfuhrung der Schmelze von der Schnecke und gleichzeitiger Verkurzung der Verfahrenseinheit im Allgemeinen verschlechtert, wird die stoffliche und thermische Homogenitat mit Dunnschnitten eingefarbter Extrudate und erstmals unter Zuhilfenahme eines Thermografiekamerasystems untersucht. Das dynamisch arbeitende Wendelschermischteil erzeugt gute stoffliche und thermische Homogenitaten wahrend es gleichzeitig hohe Druckverluste und einen deutlichen Anstieg der Schmelzetemperatur verursacht. Eine Anwendung oberhalb des untersuchten Drehzahlbereichs in High-Speed Anwendungen ist aus diesem Grund ausgeschlossen. Das statisch arbeitende Mischelement verursacht einen nur geringen Anstieg der Schmelzetemperatur bei aber gleichzeitig unzufrieden stellender stofflicher Homogenitat. Es wird belegt, dass sich der Einsatz einer Thermografiekamera dazu eignet, die thermische Homogenitat der Schmelze mit hoher Auflosung und Genauigkeit wahrend des Extrusionsprozesses zu erfassen und zu bewerten. Ruckschlusse auf die stoffliche Homogenitat sind hingegen nur eingeschrankt moglich. Die Identifizierung von spat aufgeschmolzenen Feststoffanteilen, die wiederum eine schlechte stoffliche und thermische Homogenitat nach sich ziehen, ist moglich.
Die Ubertragung dieser Ergebnisse auf den High-Speed Bereich (>1 m/s) erfolgt in einem direkt angetriebenen alternativen Plastifizierkonzept High-Speed S-Truder (35 mm / 20 D). Mit genutetem Einzugsbereich ist mit steigenden Schneckendrehzahlen ein deutlicher Abfall des spezifischen Durchsatzes zu beobachten, welcher wiederum zu uberhohten Schmelzetemperaturen fuhrt. Mit maximalen Schneckendrehzahlen von 1000 1/min ist der Betrieb im High-Speed Bereich jedoch moglich. Der Druckaufbau findet trotz der kurzen Verfahrenslange uberwiegend uber der Schneckenlange statt.
Die Verwendung einer glatten Einzugszone ermoglicht die Aufrechterhaltung des spezifischen Durchsatzes, wodurch die maximale Schneckendrehzahl auf bis zu 2000 1/min (Umfangsgeschwindigkeit 3,6 m/s) erhoht werden kann. Innerhalb einer Verfahrenslange von 245 mm sind Durchsatze bis zu 350 kg/h (PE-LD, PP-Homopolymer) und 275 kg (PE-LLD, PE100) bei maximalen Schneckendrehzahlen von 2000 1/min moglich, ohne die materialspezifischen Grenzen der Schmelzetemperaturen zu uberschreiten.
Die praktische Untersuchung eines neuartigen, statisch arbeitenden Mischkonzeptes (Siebkorbmischer) und die Ergebnisse von 3D-FEM Simulationen unter Berucksichtigung der Schneckenrotation belegen grundsatzlich die Funktionsweise einer dissipationsarmen Homogenisierung. Das Uberschreiten von nicht aufgeschmolzenen Feststoffanteilen uber die Grenzen der Feststoff/Schmelze-Trennung hinaus, schrankt die Ergebnisse hinsichtlich der qualitativen Schmelzehomogenitat derzeit jedoch noch ein. Zur Sicherstellung der hohen Anforderungen an die thermische und stoffliche Schmelzehomogenitat ist der Einsatz dynamisch arbeitender Mischelemente zur Resthomogenisierung notwendig. In dieser Hinsicht sind neuartige dynamische Mischkonzepte notwendig, die im High-Speed Bereich ein Gleichgewicht zwischen den Kriterien Homogenitat, Druckverlust und Dissipationsleistung herstellen.
Die Ergebnisse von FVM-Simulationen und praktischen Versuchen zur Schmelzeabfuhr entlang der Plastifizierhulse belegen ein inhomogenes Aufschmelzverhalten. Insbesondere fehlende Erkenntnisse uber dich sich ausbildende Schmelzefilmkontur und –dicke ermoglicht eine analytische Beschreibung des Aufschmelzverlaufs innerhalb der Plastifizierhulse derzeit nicht.
Die Ergebnisse einer Energieeffizienzanalyse durch in die Steuerung integrierte Leistungsmesstechnik zeigen niedrige spezifische Energieverbrauche auch bei hohen Schneckendrehzahlen und belegen das Potenzial des High-Speed S-Truders im Vergleich zu konventionellen Einschneckenextrudern.
Die Ergebnisse vielfaltiger Arbeiten belegen, dass direkt angetriebene, kompakte und schnell drehende Einschneckenextruder in Durchsatzbereiche groserer Baureihen vordringen konnen. Die Steigerung der Energieeffizienz von Einschneckenextrudern ist durch eine deutliche Verkurzung der Verfahrenslange in Kombination mit moderner Antriebstechnik (Direktantrieb) moglich. Die Einhaltung der Schmelzetemperaturgrenzen durch den Einsatz alternativer Plastifiziertechnik erlaubt zusatzlich den Verzicht auf eine aktive Kuhlung des isolierten Zylinders mit Ausnahme des Einzugsbereichs.