Es dreht sich um Leistung und Sicherheit

Extruderkomponenten heizen oder kühlen

Vom Fahrzeugbau bis zur Medizintechnik: Profile, Schläuche, Ummantelungen, Antriebsriemen und viele weitere Bauteile werden aus Kautschukmischungen gefertigt. Diese Mischungen bestehen aus für den Anwendungszweck optimierten Rezepturen, auch wenn der Laie sie als „Gummi“ meist über einen Kamm schert. Während die Geometrie der produzierten Profile überwiegend von den eingesetzten Werkzeugen abhängt, beeinflussen die „inneren Werte“ des Extruders eine Vielzahl von Qualitätsmerkmalen. Damit steht die Extrudertechnologie immer im Fokus, wenn es gilt, die Produktqualität – und die Extruderleistung – zu verbessern.

Zur Verdeutlichung soll hier ein kalt zu beschickender Stiftextruder dienen. Die Schneckentemperierung wird über eine Drehdurchführung realisiert. Diese Temperierung ist Stand der Technik und generelle Voraussetzung zur Einhaltung technischer Parameter. Doch die Entwicklungsingenieure wollten mehr für die Qualität und die Reproduzierbarkeit der Prozesse tun, wobei der Ansatz gewählt wurde, weitere Baugruppen der Maschine zu temperieren.
So hat man mit einer zusätzlichen Drehdurchführung eine Temperierung des Ober- und Unterrotors der Zahnradpumpe realisiert. Die Zahnradpumpe bringt bereits Vorteile hinsichtlich der Gleichmäßigkeit des Ausstoßes und Maßhaltigkeit, weil der Materialvorschub kurz vor der Matrize wirksamer ist, als die reine Zuführung über die Extruderschnecke. Temperiert man die Pumpe zusätzlich, wird der Förderstrom und Mischung des Kautschuk-Werkstoffs weiter vergleichmäßigt.

Andererseits verlangt die Extrusion auch Baugruppen, die gekühlt die bessere Leistung liefern: Die Speisewalze. Kühle, also stabilere Stränge lassen sich weit besser einziehen und so auch gleichmäßiger dem Extruder zuführen.

Folien effizienter herstellen

Mit Drehdurchführungen in kurzer, kompakter Bauform konnte diese Idee umgesetzt werden. Die Ergebnisse zeigen, dass die Einzugscharakteristik des Werkstoffs signifikant verbessert wurde. Über diesen technischen Ansatz könnte sogar eine Kühlung der Nadel- oder Zylinderrollenlager der Speisewalze zusätzlich realisiert werden, mit weiterem Optimierungspotenzial.

Dünnere Folien zu produzieren, ist aufgrund der Materialeinsparungen kostenmäßig gefordert, stößt aber auf aufgrund des steigenden technischen Aufwands an betriebswirtschaftliche Grenzen. Es gilt, diese Grenzen hinaus zu schieben und dabei möglichst noch den Ausstoß zu erhöhen. Zur Folienherstellung eingesetzte Walzen werden mit Wärmeträgern wie Thermoöl oder Wasser beheizt, um kurzfristig die Entropie der Molekülstruktur im Kunststoff zu erhöhen. Um die großen Mengen an Wärmeträgern in die Walzen zu transferieren, sind Drehdurchführungen im Einsatz. Sie sind das Bindeglied zwischen den feststehenden Zuführungsrohren/-schläuchen und den rotierenden Walzen.

Neben der Notwendigkeit, große Mengen Flüssigkeit leckagefrei zu übertragen besteht der Wunsch nach gleichbleibender oder gestiegener Qualität des Endproduktes. Dem kann ausschließlich mit hoher Präzision der „Gesamtheit Maschine“ Rechnung getragen werden.

Ergo gilt dies analog für die Maschinenkomponenten wie die Drehdurchführungen, denn die Betriebsparameter Medium, Druck, Temperatur und Drehzahl wirken sich immer auf deren Standzeit aus. Deshalb wurden die Drehdurchführungen kontinuierlich weiterentwickelt. So gibt es mittlerweile Varianten in kurzer, platzsparender Bauform, als Einkanal- oder Mehrkanal-Durchführungen und solche aus rostfreiem Stahl. Alle sind typischerweise mit zuverlässigen und verschleißarmen Gleitringdichtungen ausgerüstet.
Kalander und Maschinen zum Beschichten und Laminieren werden häufig mit hohen Temperaturen gefahren und benötigen spezielle Hot-Media-Drehdurchführungen. Ein Blick in die Praxis zeigt, dass Drehdurchführungen bis heute teilweise mit Adaptern und Verschraubungen an die Versorgungsleitungen angebunden wurden. Diese Anbindungen sind komplex, erfordern hohen Zeitaufwand und oft viel Kraft bei Einbau und Wartung.

Sie bleiben außerdem selbst bei erfahrenen und qualifizierten Monteuren fehleranfällig; hieraus können sich spätere Schäden entwickeln infolge von Vorschädigungen an Lagern oder Gleitringen, resultierend in einer Reduktion der Lebensdauer der Drehdurchführung. Außerdem schnüren die Adapter den Strömungsquerschnitt ein, was zu verringerter Heizleistung und größeren Druckverlusten führt.
Mit der Entwicklung und konsequenten Nutzung eines SAE-Flansches sollen diese Probleme der Vergangenheit angehören, denn die Verbindungsstellen sind neu und einfach gestaltet. Vier Schrauben, ein O-Ring und eine Flanschbrille übernehmen die Anbindung an die Versorgungsleitungen und die Drehdurchführung, ein Innensechskantschlüssel reicht als Werkzeug zur Montage aus.

Mit dieser Gestaltung wird erreicht, dass sich der Einbau- und damit auch der Wartungsaufwand erheblich reduzieren, da in kürzester Zeit die Versorgungsleitungen spannungsfrei angeschlossen werden können. Ebenso ist die Demontage ohne großen Werkzeugeinsatz möglich, was zu weniger Maschinenstillstand führt und dem Anwender zweifelsfrei Kosten vorteile bringt.

Verspannungen beim Einbau der Drehdurchführungen werden konstruktiv vermieden, deren Lebensdauer steigt, genauso wie die energetische Effizienz weil beispielsweise auch die Druckfedern außerhalb des Mediums liegen. So können die Walze oder der Kalander über die Drehdurchführung konstant mit dem richtigen Volumenstrom an Wärmeträger versorgt werden, Druck- und Wärmeleistungsverluste treten nicht mehr auf.

Drehdurchführungen beeinflussen Anlageneffizienz

In Abhängigkeit von der eingesetzten Baureihe weisen solche Hot-Media-Drehdurchführungen eine stabile Lagerkonstruktion und eine Membran-Sekundärdichtung auf, dadurch gibt es keine Relativbewegung an der Dichtstelle. Und zur erhöhten Maschinensicherheit können Versionen mit Gehäuse- und Rotorsicherungsring sowie zusätzlichem Sprengring als „Not-Fangvorrichtung“ eingesetzt werden.

Die Know-How-Kombination der Ingenieure beim Maschinenhersteller und bei Herstellern von hochqualitativen Drehdurchführungen führen konsequent zu Weiterentwicklungen und dem Finden immer neuer Potenziale, mit denen sich die Maschinenleistung, Produktivität, Prozesssicherheit und die Produktqualität steigern und die Wartungszeiten senken lassen. Das auf den ersten Blick eher unbedeutende Bauteil Drehdurchführung kann diese Faktoren durchaus maßgeblich beeinflussen. Ein zweiter Blick auf die Möglichkeiten moderner Konstruktionen kann also lohnend sein.