Plastifizieren in kürzester Zeit - Krauss Maffei

Weitere Magazine

Empfehlungen

Info

Aufgrund der größeren Verweilzeit und der verbesserten Aufschmelzleistung lässt sich der Plastifizierstrom ohne Qualitätseinbußen steigern, indem entweder die Schneckendrehzahl oder der spezifische Durchsatz der Schnecke erhöht wird. Mit zunehmender Schneckendrehzahl verschiebt sich jedoch der Betriebspunkt zu einer höheren Schneckenantriebsleistung, während der Energieeintrag durch die Heizung sinkt. Dieser Entwicklung sind wirtschaftliche, konstruktive und verfahrenstechnische Grenzen gesetzt. Um die Durchsatz- und Aufschmelzleistung weiter zu steigern, müssen vorhandene Schneckenkonzepte so modifiziert werden, dass die Energiezufuhr über den Zylinder verbessert wird. Mehrgängige Schnecken Der Wärmeübergang vom Zylinder in den Feststoff verhält sich umgekehrt proportional zur Dicke des Schmelzefilms. Bei mehrgängigen Schnecken verteilt sich der Schmelzefilm auf mehrere Gänge und ist Bild 2. Vergleich der Schmelzefilmdicken von eingängigen und mehrgängigen Schnecken daher dünner (Bild 2). Die Aufschmelzleistung und auch die Plastifizierleistung wird dadurch deutlich verbessert. Auch die Schubspannung und somit die Dissipation im Schmelzefilm erhöhen sich.Gerade bei Materialien mit schlechter Wärmeleitfähigkeit wie Polypropylen kann durch den dünneren Schmelzefilm mehr Energie aus der Zylinderheizung in das Feststoffbett übertragen werden. Allerdings verringert sich mit einem zweiten Kunststoffe 6/2004 Steg der Einrieselquerschnitt, so dass es besonders bei hohen Umfangsgeschwindigkeiten zu einer Teilfüllung der Schneckengänge und zu Lufteinschlüssen im Formteil kommen kann. Barriereschnecken Bei der Barriereschnecke separiert ein so genannter Barrieresteg das aufgeschmolzene Material vom Feststoff. Der Spalt zwischen Barrieresteg und Zylinderinnenwand lässt nur aufgeschmolzenes Material oder angeschmolzene Granulatkörner passieren, die in mindestens einer Richtung kleiner sind als der Spalt (Bild 3). Bei Barriereschnecken haben sich solche Konzepte durchgesetzt, die den Feststoff- und Schmelzekanal mit konstanter Gangbreite (Gangsteigung) ausgeführt sehen. Dadurch wird die für den Wärmeübergang zur Verfügung stehende Fläche nicht reduziert. Im Gegensatz dazu reduziert bei konventionellen Schnecken die Zunahme des Schmelzepools auf der aktiven Stegflanke stetig die Kontaktfläche zwischen Feststoff und Zylinderinnenwand. Durch das Abschöpfen der aufgeschmolzenen Formmasse im Schmelze- kanal stellt sich ebenso wie bei der - Mehrgängigkeit eine geringere Schmelzefilmdicke mit den oben beschriebenen Vorteilen ein.Mit zunehmendem Schmelzeanteil nimmt die Querschnittsfläche des Feststoffkanals kontinuierlich ab,während die Querschnittsfläche des Schmelzekanals zunimmt. Auf diese Weise wird eine geringe Scherbeanspruchung der Schmelze sichergestellt. Der kontrollierte Übertritt von angeschmolzenen Granulatkörnern hat zusätzlich einen positiven Effekt auf das Temperaturniveau der Schmelze. Genutete Zylinder Barriereschnecken mit gekühlten Nutbuchsen ermöglichen in der Extrusion sehr hohe spezifische Durchsätze. Allerdings sind deutlich höhere Antriebsmomente und längere Schnecken erforderlich, um auch bei großen Durchsätzen die minimale Verweilzeit einzuhalten. Schneckenlängen von mehr als 30 D sind nach dem heutigen Stand der Technik üblich. Solche Schneckenlängen sind im Spritzgießmaschinenbau jedoch nur realisierbar, wenn auch das Maschinenbett entsprechend verlängert wird. Deshalb konnten sich genutete Zylinder im Spritzgießen nicht durchsetzen. Kombination der Vorteile Das neue HPX-Plastifiziersystem der Krauss-Maffei Kunststofftechnik GmbH, München, vereint die Vorteile der beschriebenen Systeme in einer neuen Generation von Plastifiziereinheiten für Spritzgießmaschinen. Das System besteht aus einer mehrgängigen Barriereschnecke Bild 3. Vergleich der Schmelzefilmdicken von eingängigen Schnecken und Barriereschnecken SPRITZGIESSEN ■ und einem Plastifizierzylinder,der im Einzugsbereich mit Nuten in Achsrichtung versehen ist (Bild 4). Während die genutete Einzugszone einen sehr hohen Materialdurchsatz ermöglicht, garantiert die Kombination aus Mehrgängigkeit und Barriereprinzip die optimale Schmelzequalität. Bei genuteten Systemen bestimmt den Durchsatz nicht in erster Linie der Reibbeiwert zwischen Granulat und Stahl- V 97
■ SPRITZGIESSEN Bild 4. Genuteter Einzug eines Plastifizierzylinders oberflächen, sondern der innere Reibbeiwert der Schüttung. Solange eine gewisse Scherspannung nicht überschritten wird und in der Scherebene zwischen Nut und Schneckenkanal die Granulatkörner nicht gegeneinander abgleiten, kann man von einer so genannten Mutter-Spindel- Förderung ausgehen, bei der das Material analog einer am Mitdrehen gehinderten Mutter auf einer Spindel in Achsrichtung gefördert wird. Dies steigert den Durchsatz gegenüber glattwandigen Systemen erheblich. Die Mutter-Spindel- Förderung erlaubt die Vorhersage zu erwartender Durchsätze auf der Basis bewährter, in der Extrusion angewandter Berechnungsmodelle zur Feststoffförderung in Nutbuchsenextrudern. Die gute Übereinstimmung zwischen Theorie und Praxis, die dabei erzielt wird, zeigt Bild 5. Mit dem höheren Durchsatz muss eine wesentlich größere Menge an Kunststoff aufgeschmolzen und homogenisiert werden.Diese Aufgabe erfüllt beim HPX-Plastifiziersystem die mehrgängige Barriereschnecke. Im Gegensatz zu konventionellen Barriereschnecken verfügt die Schnecke über mindestens zwei Feststoffund Schmelzekanäle. Die Kombination von Mehrgängigkeit und Barriereprinzip ermöglicht es, eine größere Energiemenge durch Wärmeleitung vom Zylinder auf das Granulat zu übertragen. Dies erhöht bei maximaler Auslastung des Systems zwar den Drehmomentbedarf, jedoch steigt die Plastifizierleistung in höherem Maße an, so dass letztendlich die spezifisch zugeführte mechanische Energie abnimmt. In der Praxis macht sich diese Tatsache in ei- i Hersteller Krauss-Maffei Kunststofftechnik GmbH Krauss-Maffei-Straße 2 D-80997 München Tel. +49 (0) 89/88 99-0 Fax +49 (0) 89/88 99-2206 www.krauss-maffei.de nem größeren Anteil der von den elektrischen Heizbändern abgegebenen Leistung an der Gesamtleistung bemerkbar. Bei geeigneter Schneckengeometrie mit geringer Scherbeanspruchung der Schmelze in der Barrierezone kann zudem die Schmelzetemperatur deutlich gesenkt werden. Diesen Effekt verdeutlicht Bild 6 für drei Anwendungen, die unter gleichen Verarbeitungsbedingungen sowohl mit einer HPX-Einheit als auch mit einer konventionellen Hochleistungsschnecke nachgestellt wurden. Höhere Produktivität Das HPX-Plastifiziersystem ist unter verschiedenen Gesichtspunkten für den Anwender von hohem Nutzen. Zum einen verringern sich aufgrund der geringeren Anwendung Material Verpackungsartikel CD-Trays Basell Moplen EP548N PP MFI 12 BASF PS 427 D PS MFI 8 Massetemperaturen die Kühlzeiten. Dies kann in vielen Fällen direkt zu kürzeren Zykluszeiten und damit zu einer höheren Produktionsleistung führen. Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die für kurze Zykluszeiten erforderliche Maschinenkonfiguration. Hierzu werden häufig elektromotorische Schneckenantriebe in Verbindung mit Verschlussdüsen verwendet. Diese Konfiguration erlaubt das Plas - tifizieren während der Werkzeugbewegungen. Durch die HPX-Plastifizierung kann die Plastifizierzeit deutlich reduziert werden, so dass die zusätzlichen Kosten für elektromotorischen Schneckenantrieb und Verschlusssystem in vielen Fällen entfallen. Die HPX-Einheit kann in bestehenden Maschinen eingesetzt werden, indem sie gegen konventionelle Plastifiziereinheiten ausgetauscht wird. Dazu sind keine Umbauten am Maschinenbett oder am Schneckenantrieb erforderlich. Die Nachrüstung ist unkompliziert und kostengünstig. Beispiele aus der Praxis Die Eignung dieses Systems für den Einsatz auf Spritzgießmaschinen wurde in umfangreichen Versuchsreihen nachgewiesen. Dabei wurden verschiedene marktgängige Barriereschneckenkonzepte und die HPX-Einheit unter den extremen Bedingungen einiger schnelllaufender Anwendungen miteinander verglichen (Tabelle 1).Mit der HPX-Einheit ließ sich gleichzeitig der Durchsatz erhöhen und die Schmelzetemperatur verringern. Durchsatzsteigerung im Vergleich zu konventionellerHochleistungsschnecke Reduzierung der Massetemperatur 80 % 16 °C 40 % 5 °C Die im Technikumsmaßstab erzielten Ergebnisse wurden mittlerweile erfolgreich in die Praxis übertragen. Unter anderem befinden sich vier Einheiten mit Schneckendurchmesser 130 mm und einer wirksamen Schneckenlänge von 23 D im Einsatz. Mit diesen Einheiten werden auf Spritzgießmaschinen des Typs KM2700/14700MC Pkw-Türinnenverkleidungen aus unverstärktem Polypropylen hergestellt. Der Einsatz der HPX-Einheit ließ die Plastifizierleistung im Vergleich zu einer konventionellen Hochleistungseinheit um 80 % steigen. Gleichzeitig erhöhte sich der Drehmomentbedarf nur um 40 %. Dieser verhältnismäßig geringe Anstieg der Antriebsleistung ist auf die beschrie- 98 © Carl Hanser Verlag, München Kunststoffe 6/2004 Eimer BP Amoco 300CA06 PP MFI 6 120 % 20 °C Tabelle 1. Vergleich einer HPX-Einheit (SP1900C3 D70) mit einer konventionellen Hochleistungsschnecke an drei Anwendungsbeispielen
Seite 1: ■ SPRITZGIESSEN Plastifizieren in

Plastifizieren in kürzester Zeit - Krauss Maffei

Erfolgreiche ePaper selbst erstellen

Template löschen?

Als Template speichern?