Rohmaterial-Zuführ- und Dosiersysteme für Extrusion: Übersicht

Diese Seite konzentriert sich auf die Auslegung und den Betrieb von Schüttgut-Dosiergeräten am Einlass eines Extrusionsprozesses. Der Erfolg eines Extrusionsverfahrens hängt maßgeblich von der Gestaltung des Rohmaterial-Dosiersystems ab – ebenso wie von der anschließenden Schneckengeometrie des Extruders. Eine unkontrollierte Materialzufuhr führt zu Formulierungsproblemen im Extruder und erschwert die Prozesskontrolle oder kann sogar zu nicht spezifikationskonformen Produkten führen.

1. Wie führt man Schüttgüter einem Extruder zu?

Die Zufuhr von Rohmaterialien (Pulver oder Granulat) in einen Extruder muss dosiert erfolgen. Dies kann durch ein oder mehrere Dosiersystemeerfolgen, die das Material entweder volumetrisch (bei geringeren Genauigkeitsanforderungen) oder gravimetrisch (Verlustwaage) – wenn hohe Präzision erforderlich ist (z. B. bei chemischen Reaktionen im Extruder, die eine spezifische Stöchiometrie erfordern) – dosieren. Dieser Vorgang kann durch verschiedene Dosiergeräte wie Schneckenförderer oder Bandförderer realisiert werden.

Das dosierte Material wird in der Regel über einen Trichter zum Einlass des Extruders geleitet. Da Gase (entstehend durch Kompression im Extruder oder chemische Reaktionen) zurück zum Einlass strömen, ist eine Entlüftung erforderlich, um überschüssige Luft/Gase abzuführen und Störungen bei der Dosierung oder dem Materialfluss zur Maschine zu vermeiden.

2. Mischung der Rohmaterialien

Die Dosierung eines einzelnen Materials ist selten sinnvoll (außer ggf. zur Kompaktierung eines definierten Pulvers). Daher müssen mehrere Komponenten einem Extruder zugeführt werden, um eine Rezeptur zu erhalten, die spezifische Anwendungsanforderungen erfüllt (z. B. verstärkte Kunststoffcompounds, reaktive Extrusion, angereicherte Lebensmittelrezepturen).

Oft wird vor dem Extrusionsschritt ein Mischvorgang durchgeführt, um eine gute Homogenität der Rohmaterialien sicherzustellen. Eine unzureichende Homogenität führt zu inkonsistenter Qualität des Extrudats, da Extruder nur begrenzt rückvermischend wirken. Die Mischung kann entweder chargenweise (Batch) erfolgen – wobei das gemischte Produkt über ein einziges Dosiergerät dem Extruder zugeführt wird – oder kontinuierlich, wobei mehrere Dosiergeräte (je eines pro Komponente) das Material einem kontinuierlichen Mischer zuführen, der es wiederum kontinuierlich zum Extrudereinlass abgibt. Selbstverständlich sind auch komplexere Prozesse möglich, bei denen eine der Komponenten ein Vormischgut (Preblend) ist, das vor der Dosierung in den kontinuierlichen Mischer separat gemischt wurde.

3. Verschiedene Zuführsysteme für eine Extrusionslinie

3.1 Chargenmischung (Batch-Mixing)

Eine einfache Methode zur Kontrolle des Mischungsverhältnisses der Rohmaterialien für die Extrusionslinie besteht darin, vor der Dosierung in den Extruder einen Mischschritt durchzuführen. Dies kann mit einem konventionellen Trockenmischsystem erfolgen, das die verschiedenen Rohmaterialien in den gewünschten Anteilen abwiegt,sie in einen Mischer (typischerweise einen Bandmischer (Ribbon Blender)oder einen Paddelmischer) gibt, für eine bestimmte Dauer mischt, um die erforderliche Homogenität zu erreichen, und anschließend das gemischte Material in einen Bunker entlädt. Von dort aus übernimmt ein volumetrisches oder gravimetrisches Dosiersystem das Mischgut und führt es dem Extrudereinlass zu.

Abbildung 1: Chargenmischsystem und Dosierung für eine Extrusionslinie

Dieser Prozess ist einfach zu steuern – sowohl in Bezug auf die Mischung als auch auf die Dosierung (einzelnes Dosiergerät) zur Extrusionslinie. Andererseits erfordert er Platz, zusätzliche Anlagenkomponenten und kann kapazitiv begrenzt sein.

3.2 Kontinuierliche Mischung

Alternativ kann auf einen Chargenmischer im Prozess verzichtet und stattdessen ein kontinuierlicher Mischer direkt über dem Extruder integriert werden. Kontinuierliche Mischer sind kompakt und ermöglichen hohe Volumenströme. Der Mischer wird mit Pulver oder Granulat von mehreren Dosiergeräten (typischerweise 1 pro Rohmaterial) beschickt, die vorzugsweise gravimetrisch (Verlustwaage) arbeiten.

Diese Option ist platzsparender und besser für Extrusionsprozesse mit hoher Kapazität geeignet. Die Steuerung kann jedoch anspruchsvoller sein, da die Genauigkeit mehrerer Dosiergeräte sichergestellt werden muss.

Folgende Alternativen sind denkbar:

• Bei komplexen Rezepturen kann eine Hybridlösung zwischen den beiden oben beschriebenen Prozessen erforderlich sein: Kontinuierliche Mischer können in der Regel maximal 4–5 gravimetrische Dosiergeräte aufnehmen. Falls mehr Komponenten benötigt werden, kann es notwendig sein, ein Vormischgut (Preblend) in einem vorgelagerten Chargenmischer herzustellen und dieses Vormischgut dann über ein gravimetrisches Dosiergerät zuzuführen.
• Bei Kunststoffcompounds mit gut fließfähigen Granulaten kann unter Umständen auf einen kontinuierlichen Mischer verzichtet werden. Stattdessen wird das Material direkt dem Extrudereinlass zugeführt, wo die durch die Extruderschnecke induzierte Mischung ausreicht, um die gewünschte Qualität zu erreichen.