Wie sich mit optimalem Schneckendesign Energie sparen lässt
Die Schnecke ist das Herzstück des Extruders. Sie fördert das Kunststoffgranulat im Zylinder nach vorne und übergibt die Schmelze an das nachfolgende Werkzeug. Doch Schnecke ist nicht gleich Schnecke: „Das Design beeinflusst den Output, die Produktqualität sowie die Effizienz des Prozesses“, erläutert Udo Nuber, der bei Reifenhäuser Reiloy Kunden zu dieser Thematik berät. „Das optimale Schneckendesign ist deshalb wichtig für den wirtschaftlichen Erfolg des Produzenten.“ Dazu zählt auch Energieeffizienz – vor allem in Zeiten steigender Energiepreise.
Doch die richtige Auslegung einer Schnecke ist alles andere als trivial. „Heutzutage gibt es viele Designs, die sehen ähnlich aus, haben aber nicht dieselbe Performance“, sagt Nuber. Das optimale Schneckendesign muss beispielsweise Druckschwankungen vermeiden, da diese zu Unterschieden in der Folienstärke oder schlimmstenfalls zum Totalausfalls des Extruders führen können. Die Herausforderung dabei: Jeder Kunststoff, Füllstoff und jedes Additiv beeinflusst den Aufschmelzprozess. „Deshalb muss alles auf den tatsächlichen Prozess ausgerichtet sein, von der Geometrie der Schnecke über den Verschleißschutz bis zum Zusammenspiel mit den anderen Komponenten der Plastifiziereinheit“, sagt Nuber. Reifenhäuser Reiloy verfügt dafür über mehr als 50 Jahre Erfahrung im Schneckendesign und bietet Kunden eine Auslegungsberatung und Optimierung an.
3 Stellschrauben für optimales Schneckendesign
1. Auf die Anwendung angepasste Schecken-Geometrie
Stellschrauben beim Schneckendesign sind beispielsweise die Auslegung von Gangtiefen, Scherspalte, Barrieresteg, Wendelscherteil und Mischteil – also eine Fülle unterschiedlicher Faktoren, die in Kombination funktionieren müssen. Aufgrund dieser Komplexität simuliert Reifenhäuser Reiloy Prozesse digital, bevor die Schnecken gebaut werden. Mit der Simulation lässt sich die Performance verschiedener Designs testen und miteinander vergleichen. Darüber hinaus wird jedes neue Schneckendesign im eigenen Labor überprüft.
2. Passender Verschleißschutz
Auch der Verschleißschutz spielt beim Schneckendesign eine große Rolle. Wenn sich beispielsweise das Spaltmaß zwischen Schnecke und Zylinder durch Abnutzung verändert, läuft der Prozess nicht mehr stabil. Verschleißfeste Schnecken hingegen gewährleisten eine dauerhaft hohe Performance. Auch müssen Anlagen seltener für Wartungsarbeiten gestoppt und danach energieintensiv wieder angefahren werden. Reifenhäuser Reiloy hat für verschiedene Verschleißschutzansprüche unterschiedliche Eisenbasis-Legierungen und Nickelbasis-Legierungen im Portfolio, die zu einer ganzen Bandbreite an Rohstoffen passen. Zudem ist Reiloy der einzige Schnecken- und Zylinderhersteller, der seine Hartstofflegierungen – und sogar die für den Verschleißschutz notwendigen Pulver – in einem eigenen Werkstofflabor selbst entwickelt und produziert.
3. Aufeinander abgestimmte Komponenten
Die Schnecke kann jedoch nur so effizient sein, wie die gesamte Plastifiziereinheit. Deshalb muss beispielsweise die Materialpaarung zwischen Schnecke und Zylinder aufeinander abgestimmt sein, genauso wie die Antriebstechnik, Heizbänder und Lüfter.
Diese einzelnen Stellschrauben bestimmen im Zusammenspiel den Wirkungsgrad des Extruders – also wie viel Energie für das Aufschmelzen eines Kilos Kunststoffs aufgewendet werden muss. Die Wirkungsgrade verschiedener Schneckendesigns lassen sich miteinander vergleichen und die damit verbundene Energieeinsparung berechnen. „Gerade bei hohen Energiekosten und Massenprodukten mit hohem Wettbewerbsdruck machen hier schon Reduzierungen bei den Nachkommastellen einen Unterschied“, erläutert Nuber (siehe Grafik).
Schnecke umrüsten
Die Schnecken von aktuellen Reifenhäuser-Extrudern sind bereits auf einen energieeffizienten Prozess ausgelegt. Produzenten, die Energie sparen, ihre Performance verbessern oder auf einen anderen Rohstoff wechseln möchten, können aber auch die Schnecke in bestehenden Plastifiziereinheiten durch eine optimierte Version ersetzen. „Ein Retrofit funktioniert natürlich nur, wenn das Gesamtsystem noch leistungsfähig genug ist“, erläutert Nuber. „Wichtig ist, den gesamten Prozess zu betrachten, die Schnecke ist nur ein Bestandteil.“
Verfügbare Geometrien
Deshalb ermittelt Reifenhäuser Reiloy bei Anfragen stets zunächst den Ist-Zustand und simuliert den Prozess, um Probleme zu erkennen. Auf dieser Basis entwickeln die Fachleute eine optimale Auslegung der Extruderschnecke. „Mit diesem Vorgehen lässt sich auch gut darstellen, dass eine optimierte Schnecke in der Regel einen schnellen Return on Investment bringt“, sagt Nuber.
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