Extrusion 3-2020

57 Extrusion 3/2020 tierung der Düse möglich ist. Die jeweils erreichte optimierte re- lative Position zwischen der Düse und dem Kern kann dann im Anlagenrechner abgespeichert und zu jeder Zeit wieder exakt reproduziert werden. Im „3D-Druck“ hergestellte Köpfe Vieles, was der Konstrukteur gerne realisieren würde, lässt sich mit den konventionellen meist abtragenden Fertigungsmöglich- keiten nicht darstellen. Die Entwicklung von unterschiedlichen generativen Fertigungsverfahren, die in den letzten Jahren ra- sant fortgeschritten ist, hat dem Konstrukteur von Schlauch- und Rohköpfen neue Gestaltungsmöglichkeiten eröffnet, mit denen die verfahrenstechnischen Eigenschaften der Köpfe ver- bessert werden können. Mit dem selektiven Laserschmelzver- fahren (SLM) lassen sich inzwischen Kopfkonstruktionen so- wohl aus einem hochfesten Werkzeugstahl (zum Beispiel 1.2709) als auch aus Edelstählen (zum Beispiel 1.4404) genera- tiv herstellen. Die meisten Fachleute glauben allerdings immer noch, dass dieses neuartige Fertigungsverfahren auf Grund der relativ rauen Oberflächen (Werkzeugstahl Rz=30-50, Edelstahl Rz=20-42) für die Herstellung von Extrusionsdüsen allgemein ungeeignet ist. Inzwischen sind erste lasergeschmolzene Extru- sionsköpfe im betrieblichen Einsatz, und noch keiner der Nut- zer hat sich bisher wegen der rauen Oberflächen der Fließkanä- le beklagt. Beispielhaft ist in Bild 4 ein neuartiger Schlauchkopf dargestellt, mit dem erweiterte verfahrenstechnische Möglich- keiten eröffnet wurden. Bereits allein die Gewichtsreduktion, die durch das Laser- schmelzverfahren ermöglicht wurde, ist beachtlich. Während man zur Montage und zur Demontage des konventionell gefer- tigten Kopfs nicht ohne ein Hebewerkzeug auskommt, kann der SLM-Kopf ohne Probleme von einem Mitarbeiter an den Ex- truder an- und abgeflanscht werden. Auf Grund des signifikant verringerten Gewichts lässt sich der Kopf auch viel schneller auf Betriebstemperatur bringen, wobei zum Aufheizen und auch zum Betrieb des Kopfs viel weniger Energie notwendig ist. Bild 5 zeigt eine Schnittzeichnung des Kopfs, aus der die Besonder- heiten der neuartigen Konstruktion ersichtlich sind. Der neuar- tige Kopf besitzt in der Wandung drei separate spiralförmig umlaufende Kühlwendeln. Durch diese wird beim Abstellen der Anlage Druckluft zum Kühlen des Kopfs hindurch geleitet. Das ermöglicht es, den Kopf innerhalb weniger Minuten abkühlen zu können, um damit beim normalerweise sehr langsam erfol- genden Abkühlen des Kopfs einen thermischen Abbau des Po- lymers im Kopf zu verhindern. Die spiralförmigen Kanäle kön- nen aber auch genutzt werden, um den Kopf mit Hilfe eines Thermoöls auf Betriebstemperatur zu bringen. Eine Möglich- keit, die speziell für Schlauchköpfe zum Herstellen von ge- schäumten Produkten interessant ist. Der Kern im Inneren des Kopfs ist an einem hexagonalen Wa- bensystem aufgehangen. Das hat gleich mehrere verfahrens- technische Vorteile. Erst einmal ergibt sich damit eine absolut gleichmäßige Druckverteilung über dem Umfang des Fließka- nals im Kopf. Der Kopf arbeitet folglich absolut betriebspunkt- unabhängig, so dass die Schmelze immer gleichmäßig über dem Umfang des Fließkanals verteilt wird, gleichgültig welches Polymer verarbeitet und welcher Massedurchsatz durch den Kopf gefördert wird. Im Bereich der hexagonalen Wabenkanäle kommt es näherungsweise zu einer vorteilhaften Blockströ- mung, durch die einerseits die Verweilzeit verkürzt, andererseits das Verweilzeitspektrum der Schmelze im Kopf verringert wird. Dadurch werden auch Material- und Farbwechselvorgänge im Kopf beschleunigt. Die Temperaturhomogenität der Schmelze wird verbessert, da auch die Unterschiede der Schergeschwin- digkeit über dem Fließkanalquerschnitt verringert werden. Das hexagonale Wabensystem erzeugt eine Vielzahl von extrem kurzen Bindenähten im Fließkanal, die sich im Schmelze- schlauch, der aus der Düse austritt, nicht mehr detektieren las- sen. Der Kanal für die Stützluft, der bei konventionell gefertig- ten Köpfen normalerweise ebenfalls eine störende Bindenaht in der Schmelze hinterlässt, wird durch die Wand des hexagona- len Gitters geführt und erzeugt somit ebenfalls keine zusätzli- che Bindenaht. Es hat sich aber gezeigt, dass durch den sehr kleinen Luftkanal auch nur ein geringes Luftvolumen geführt werden kann. Bild 6 zeigt einen Kopf, mit dem Röhrchen zur Herstellung von Wärmetauschern hergestellt werden. Bei der hohen Produkti- onsgeschwindigkeit (bis zu 100 m/min) der Röhrchen (Wand- dicke 0,1 mm) wird auch sehr viel Innenluft benötigt, um zu verhindern, dass der Schmelzeschlauch beim Austritt aus der Bild 7: In der Überlaufwanne liegender spanabhebend gefertigter Kopf mit einer konventionellen Justiervorrichtung, und an den Extruder angeflanschter im SLM-Verfahren hergestellter Kopf mit Kippgelenk