Ramextrusion von GUR^® PE-UHMW

Bei diesem Verfahren wird das Material aus einem Trichter zugeführt und in einem Zylinder mit einem hin- und hergehenden Kolben in wiederholten Schritten zusammengedrückt. Frequenz und Amplitude des Kolbenhubs werden durch ein ölhydraulisches System gesteuert. Der verdichtete Werkstoff passiert eine Heizzone, in der er zu einem Profil verschmolzen wird, das dem Querschnitt des Werkzeugs oder der Düse entspricht. Die Austraggeschwindigkeit ist proportional zur Länge und Frequenz der Kolbenhübe. Die Düsenlänge, Elektroheizleistung, Leistung und Maximalkraft des Hydrauliksystems sowie die Festigkeit der Konstruktionswerkstoffe bestimmen die Anlagenkapazität. Typische Ramextrusionsgeschwindigkeiten liegen zwischen 5 und 10 kg pro Stunde.

Die Kolbenkraft muss die Reibung des Trockenpulvers an der Düsenwand beim Zusammenpressen des Pulvers sowie den Widerstand des viskosen geschmolzenen Polymers an den Wänden in Strömungsrichtung überwinden. Die Bewegung des Materials erfolgt schrittweise (Pfropfenströmung), wodurch es zu einem Wechsel zwischen Haften und Gleiten des Werkstoffs kommt. Wenn der Kolben auf das Material in der Düse wirkt, ist eine hohe Kraft zur Überwindung der Haftreibung erforderlich. Diese Kraft nimmt ab, sobald die Gleitreibung an Einfluss gewinnt.

Das größte zu extrudierende Profil bestimmt die Größe der Hydraulikeinheit. Die Nennleistung von Hydrauliksystemen liegt normalerweise zwischen 10 und 100 Tonnen, wobei einige Produktionsanlagen eine Nennleistung von bis zu 400 Tonnen erreichen können. Die Hydraulikeinheit besteht in der Regel aus einem doppeltwirkenden Kolben, einer Ölpumpe mit Umwälzsystem und Reglern zur Einstellung der Länge und Frequenz des Kolbenhubs. Die Halteplatten und Distanzstücke sind aus hochbelastbarem Baustahl, damit sie den erforderlichen hohen Kräfte standhalten können.

Die normalerweise hochpolierte Düse ist an einer vorderen Montageplatte befestigt und besteht aus äußerst belastbarem Baustahl, um den auftretenden hohen inneren Spannungen standzuhalten. Die Temperatur des Werkzeugs wird mit elektrischen Heizelementen geregelt, die meist in drei Zonen unterteilt sind. Die Werkzeuglänge kann 3 bis 4 m betragen. Für die Zufuhr des Kunststoffs ist das Werkzeug mit einem Schlitz versehen. Der Kolben ist mit der Hydraulikeinheit verbunden und kann als deren Verlängerung angesehen werden. In den meisten Fällen hat er die gleiche Form wie das extrudierte Profil. An einer Hydraulikeinheit können Düsen unterschiedlicher Form und Größe angebracht werden. Zur Herstellung von Rohren muss ein fester oder schwimmender Dorn eingebaut werden.

Dünnwandige Querschnitte sind schwerer herzustellen als dickwandige, da der auf den Kolben aufzubringende Druck erheblich höher ist. Die erreichbare Mindestwanddicke hängt von dem verfügbaren maximalen Druck und der maximalen Festigkeit des Stahls ab. Die zu erwartende Schwindung der Abmessungen nach Austritt aus dem Werkzeug liegt zwischen 5,5 und 6,5 %.

Hauptaufgabe der Abnahmevorrichtung ist die Aufnahme des extrudierten Profils, während es bei möglichst geringem Widerstand abkühlt. Rohre und Stäbe können auf Führungsschienen extrudiert werden.

80 % des Werkzeugs sollten mit elektrischen Heizelementen in drei Zonen versehen sein, wobei die erste und die letzte Zone kürzer sind als die mittlere Zone. Das Thermoelement befindet sich jeweils in der Zonenmitte. Die Temperatur der ersten Zone sollte 160 bis 180 °C, die der zweiten Zone ca. 220 °C und die der letzten Zone wieder 160 bis 180 °C betragen. Die Nutzleistung sollte für einen Ausstoß von 1 kg/Stunde bei etwa 1 kW liegen. Beträgt der Durchsatz beispielsweise 10 kg/Stunde, sollte das Werkzeug für eine elektrische Leistung von 10 kW ausgelegt sein. Die beheizte Zone des Werkzeugs beginnt ca. 10 cm hinter der Einfüllöffnung. Der Abschnitt rund um die Einfüllöffnung sollte zur Kühlung des Einfüllbereichs mit Kühlkanälen versehen sein. Sämtliche freiliegenden Kabelanschlüsse sind abzudecken, um das Bedienpersonal vor elektrischen Schlägen zu schützen. Zur Sicherheit des Personals und aus Gründen der Energieeinsparung sollte das Werkzeug mit einer Isolierummantelung versehen sein. Als Werkstoff für den Kolben empfiehlt Ticona Aluminiumbronze Ampco 18. Das Kolbenspiel darf maximal 0,10 mm betragen. Die feinstgeschliffene Werkzeuginnenseite sollte ein Microfinish von mindestens 16 aufweisen und aus Werkzeugstahl oder gehärtetem Stahl bestehen.

Im fünftägigen Dreischichtbetrieb sollte jeder Extruder mit einem Durchmesser von maximal 50 mm einen Durchsatz von mindestens 25 t/Jahr aufweisen; bei größeren Durchmessern sollte der Durchsatz 50 t/Jahr betragen.