Extrusion 6-2020

Mit neuen Stegdesigns zu mehr Festigkeit in der Rohrextrusion Zur Herstellung von Rohren, Schläuchen und Blas- vorformlingen haben sich verschiedene Werkzeug- typen wie Wendelverteiler-, Siebkorb-, Pinolen- und Dornhalterwerkzeuge etabliert. Vor allem letz- tere zeichnen sich durch ihre gute Schmelzevertei- lung aus und sind nahezu betriebspunktunabhän- gig einsetzbar [HM16]. Damit sind Dornhalterwerk- zeuge bei der Herstellung von PVC-Rohren uner- lässlich. Die Umformung der vom Extruder bereit- gestellten Schmelze in einen kreisringförmigen Querschnitt erfolgt durch das Anströmen eines Dorns, der mithilfe von Stegen in der Werkzeug- mitte fixiert ist. Beim Umströmen der Stege teilt U m einer bindenahtinduzierten Beeinträchtigung der Pro- duktqualität entgegenzuwirken, existieren verschiedene Lösungsansätze. Beispielsweise können die Massetemperatur bzw. die Verweilzeit erhöht werden, wodurch eine Neuver- schlaufung der Makromoleküle bis zum Austritt aus dem Werk- zeug möglich ist [HM16]. Dieser Ansatz ist allerdings aufgrund der hohen thermischen Materialbelastung nicht für temperatur- empfindliche Materialien geeignet. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Bindenaht über den Umfang zu verlagern, was beispielsweise mit Verwischgewinden auf Dorn und Ge- häuse, tangentialen oder versetzten Stegen realisiert werden kann [HM16]. Nachteil der genannten Ansätze zur Reduzierung der Bindenahteffekte ist die erhöhte Komplexität der Werkzeu- ge bzw. die schlechtere Volumenstromverteilung am Werk- zeugaustritt. Andere Werkzeugkonzepte mit einer homogene- 22 Rohrextrusion – Aus der Forschung Extrusion 6/2020 Bild 1: Neue Stegdesigns angelehnt an statische Mischelemente sich die Schmelze in mehrere Teilströme. Aufgrund der Wandhaftung treten lokal große Geschwindig- keitsgradienten auf. Zusätzlich wird der Masse- strom durch die Querschnittsreduktion des Fließ- kanals beschleunigt. Infolgedessen erfährt die Schmelze eine starke Dehnung und es werden Orientierungen eingebracht. Da sich die stark orientierten Makromolekülketten hinter den Stegen nicht mehr ausreichend miteinander ver- schlaufen können, rufen diese Effekte beim Zusam- menfließen der Teilströme Bindenähte hervor. Die Bindenähte stellen optische und mechanische Schwachstellen im Produkt dar [HM16]. ren Volumenstromverteilung, wie der Wendelverteiler, sind da- gegen aufgrund hoher Verweilzeiten für die Herstellung von PVC-Rohren ungeeignet. Die Reduzierung oder völlige Eliminie- rung des Bindenahteinflusses auf die Produkteigenschaften stellt daher weiterhin eine grundlegende Herausforderung dar. Einem aktuell untersuchten Ansatz liegt die Umgestaltung der Dornhalterstege zugrunde. Ziel der Umgestaltung ist die Erzeu- gung von Querströmungen hinter dem Stegbereich. So kann das Zusammenfließen der Schmelzeströme hinter den Stegen dahingehend optimiert werden, dass sich die Anordnung der Makromoleküle quer zur Extrusionsrichtung optimiert und da- mit die Auswirkung der Bindenähte auf Mechanik und Optik minimiert werden. Zur Erzeugung von Querströmungen bieten sich statische Mischer an, sodass die Neugestaltung der Stege angelehnt an diese erfolgt.