Alles zum gleichläufigen Doppelschneckenextruder
Bei der Herstellung von Kunststoffen, insbesondere bei der Aufbereitung und Verarbeitung bis zum Fertigprodukt werden Extruder eingesetzt, wobei der gleichläufige Doppelschneckenextruder eine dominante Rolle spielt. Aber auch in anderen Industriezweigen, z. B. der Kautschuk- und Lebensmittelindustrie und zunehmend in der Pharmaindustrie kommen die Gleichdrallschnecken vielfältig zum Einsatz.
Eine multifunktionale Maschine
Das Fachbuch gibt umfassenden Einblick in die verfahrens- und maschinentechnischen Grundlagen und legt großen Fokus auf Praxisbeispiele.
Meist sind die Schnecken modular aufgebaut und können damit sehr flexibel an veränderte Aufgabenstellung und Produkteigenschaften angepasst werden. Für die optimale Auslegung eines Doppelschneckenextruders sind vertiefte Kenntnisse über die Maschine und den Prozess erforderlich.
Ein Praxisbuch für Einsteiger und Profis
Die zweite Auflage entstand unter Mitwirkung vieler Fachautoren von renommierten Firmen und Hochschulen. Alle inzwischen erfolgten Weiterentwicklungen wurden berücksichtigt. Die zweite Auflage wurde durchgehend neu bearbeitet, ist deutlich erweitert, komplett in Farbe und in neuem Layout.
Mit Zusatzmaterial auf der Website (www.hochviskostechnik.de) des Herausgebers: Videos, Bilder, Beispiel-Aufgaben, Rechentools

Dr. Klemens Kohlgrüber absolvierte eine Schlosserlehre und machte die Weiterbildung zum Maschinenbau-Techniker in Köln. Das Studium zum Maschinenbauingenieur in Wuppertal folgte, anschließend das Diplom und die Promotion an der RWTH Aachen. Von 1986 bis 2015 die Tätigkeit bei der Bayer AG, u. a. Leitung der Hochviskos-, Misch- und Reaktortechnik. Parallel dazu mehrjährige Vorlesungen an der Uni Dortmund für Chemiker im Masterstudiengang über Polymeraufbereitung. Mehrjährige Leitung des Arbeitskreises Hochviskostechnik der Forschungsgesellschaft Verfahrenstechnik und ehemals Mitglied im VDI-Fachbeirat Kunststoff-Aufbereitungstechnik. Dr. Kohlgrüber ist Leiter von jährlich stattfindenden VDI-Seminaren über Extruder.

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Inhaltsverzeichnis

Vorwort zur 2. Auflage	6
Vorwort zur 1. Auflage	7
Zusatzmaterial	9
Die Autoren	10
Der Herausgeber	10
Die Mitverfasser	11
1 Einleitung	26
1.1 Technisch, wirtschaftliche Bedeutung der Extruder	26
1.1.1 Extrudertypen und Bezeichnungen	26
1.1.2 Schneckenmaschinen und Kunststoffe	27
1.1.3 Wirtschaftliche Kernfunktionen eines Extruders in der Kunststoffindustrie	28
1.1.4 Extrudertypen und Vorteile von dicht kämmenden Gleichdrallschnecken	30
1.1.5 Erste dicht kämmende Gleichdrallschnecken	31
1.1.6 Details zu Doppelschnecken	34
1.1.7 Zielsetzung des Buches	35
1.1.8 Zusammenfassung	36
1.1.9 Ausblick	36
1.2 Historische Entwicklung der Gleichdrall-Doppelschnecken	37
1.2.1 Vorwort und Würdigung von Bayer-Forschern	37
1.2.2 Einleitung von Martin Ullrich	43
1.2.3 Frühe Entwicklungen	43
1.2.3.1 Basisgeometrie	45
1.2.3.2 Grundlegende Patente	48
1.2.3.3 Pionierzeit	56
1.2.3.4 Maschinenentwicklung	56
1.2.3.5 Einsatz in Chemieprozessen	57
1.2.3.6 Lizenzvergabe	58
1.2.3.7 Würdigung für R. Erdmenger	58
1.2.3.8 Neue Hochviskostechnik mit Gleichdrallschnecken	59
1.2.3.9 Vielfältige Hochviskosprozesse	62
1.2.4 Spezielle Entwicklungen der Bayer-Hochviskostechnik	63
1.2.4.1 Vertiefte Kinematik, Profilgeometrien	63
1.2.4.2 Spielstrategien	65
1.2.4.3 Entwicklungen nach der Lizenzierung	67
1.2.4.4 Aktivitäten nach Ablauf der Hauptpatente	69
1.3 Compoundieren Gesamtübersicht: Aufgaben und Anwendungsbeispiele, Verfahrenszonen	72
1.3.1 Aufgaben und Anforderungen an die Compoundierung	72
1.3.2 Aufgaben und Auslegung der Verfahrenszonen eines Compoundierextruders	75
1.3.2.1 Einzugszone	76
1.3.2.2 Plastifizierzone	78
1.3.2.3 Schmelzeförderzone	83
1.3.2.4 Distributive Mischzone	84
1.3.2.5 Dispersive Mischzone	86
1.3.2.6 Entgasungszone	88
1.3.2.7 Druckaufbauzone	89
1.3.3 Verfahrenstechnische Kenngrößen	92
1.3.3.1 Spezifischer Energieeintrag	92
1.3.3.2 Verweilzeitverhalten	94
1.3.4 Verfahrensbeispiele	96
1.3.4.1 Einarbeitung von Glasfasern	96
1.3.4.2 Einarbeiten von Füllstoffen	99
1.3.4.3 Herstellung von Masterbatches	101
1.3.4.4 Einfärben	104
1.4 Prozessverständnis – Übersicht und Bewertung von Experimenten und Modellen	107
1.4.1 Einleitung	107
1.4.2 Einteilung von Modellen und Experimenten	111
1.4.3 Feststoffe	112
1.4.4 Hochviskose Flüssigkeiten	114
1.4.4.1 Eindimensionale Modelle	114
1.4.4.2 Dreidimensionale Modelle	119
1.4.5 Zusammenfassung	121
1.4.6 Ausblick und Anregungen	122
1.4.6.1 Extruderkonfigurationsprogramm	122
1.4.6.2 Modellweiterentwicklungen	122
1.4.6.3 Neue Modellanwendungen – online	123
1.4.6.4 Verfahrenstechnische Charakterisierung von Schneckenelementen durch Kennzahlen	124
1.5 Förder- und Leistungsparameter von üblichen Förderelementen	126
1.6 Häufig verwendete Formelzeichen	128
2 Basisgeometrien und Schneckenelemente	132
2.1 Basisgeometrie der Gleichläufer: Förder- und Knetelemente einschließlich Spielstrategien	132
2.1.1 Einleitung	132
2.1.2 Das exakt abschabende Profil aus Kreisbögen	133
2.1.3 Geometrische Konstruktion von dicht kämmenden Profilen	135
2.1.4 Geometriegrößen von Gewindeelementen mit Spielen	137
2.1.5 Übergang zwischen verschiedenen Gangzahlen	142
2.1.6 Berechnung eines Schneckenprofils zur Fertigung nach der Längsschnitt-Äquidistante	142
2.1.7 Freie Querschnittsfläche	146
2.1.8 Oberfläche von Gehäuse und Förderelementen	147
2.1.9 Knetelemente	148
2.1.10 Neue Entwicklungen bei Schneckengeometrien	151
2.2 Schneckenelemente und deren Einsatz	152
2.2.1 Aufbau von Schneckenelementen	153
2.2.2 Kombinieren von Schneckenelementen	158
2.2.3 Schneckenelemente und ihre Wirkungsweise	161
2.2.3.1 Förderelemente	161
2.2.3.2 Knetelemente	167
2.2.3.3 Abstauelemente	171
2.2.3.4 Mischelemente	173
2.2.3.5 Sonderelemente	177
2.3 Übersicht patentierter Schneckenelemente	185
2.3.1 WO 2009152910, EP 2291277, US 20110110183	187
2.3.2 WO 2011039016, EP 2483051, US 20120320702	188
2.3.3 WO 2011069896, EP 2509765, US 20120281001	189
2.3.4 DE 00813154, US 2670188	190
2.3.5 DE 19947967, EP 1121238, WO 2000020188	191
2.3.6 US 1868671	192
2.3.7 DE 10207145, EP 1476290, US 20050152214	192
2.3.8 DE 00940109, US 2814472	193
2.3.9 US 5713209	193
2.3.10 US 3717330, DE 2128468	194
2.3.11 DE 4118530, EP 516936, US 5338112	195
2.3.12 US 4131371	196
2.3.13 DE 03412258, US 4824256	196
2.3.14 DE 1180718, US 3254367	197
2.3.15 US 3900187	198
2.3.16 WO 2009153003, EP 2303544, US 20110112255	199
2.3.17 WO 2009152974, EP 2291279, US 20110180949	200
2.3.18 US 3216706	201
2.3.19 WO 2009152968, EP 2303531, US 20110158039	202
2.3.20 WO 2013045623, EP 2760658	203
2.3.21 WO 2009152973, EP 2291270, US 20110141843	204
2.3.22 WO 2009153002, EP 2307182, US 20110096617	205
2.3.23 EP 0002131, JP 54072265, US 4300839	206
2.3.24 DE 19718292, EP 0875356, US 6048088	207
2.3.25 DE 04239220	207
2.3.26 DE 01529919, US 3288077	208
2.3.27 EP 0330308, US 5048971	209
2.3.28 DE 10114727, US 6974243, WO 2002076707	210
2.3.29 US 6783270, WO 2002009919	211
2.3.30 WO 2013128463, EP 2747980, US 20140036614	212
2.3.31 JP 2008183721, DE 102007055764, US 2008181051	213
2.3.32 DE 4329612, EP 641640, US 5573332	214
2.3.33 DE 19860256, EP 1013402, US 6179460	215
2.3.34 DE 04134026, EP 0537450, US 5318358	215
2.3.35 DE 19706134	216
2.3.36 JP 2013028055	217
2.3.37 WO 1998013189 , US 6022133, EP 934151	217
2.3.38 WO 1999025537, EP 1032492	218
2.3.39 US 6116770, EP 1035960, WO 2000020189	218
2.3.40 DE 29901899 U1	219
2.3.41 US 6170975, WO 2000047393	219
2.3.42 DE 10150006 , EP 1434679, US 7080935	220
2.3.43 DE 4202821, US 5267788, WO 1993014921	220
2.3.44 DE 03014643, EP 0037984, US 4352568	221
2.3.45 DE 02611908, US 4162854	222
2.3.46 WO 1995033608, US 5487602, EP 764074	223
2.3.47 DE 102004010553	224
2.3.48 DE 04115591, EP 0513431	225
2.3.49 WO 2011073181, EP 2512776, US 20120245909	226
3 Stoffeigenschaften von Polymeren	228
3.1 Rheologische Eigenschaften von Polymerschmelzen	228
3.1.1 Einführung und Motivation	228
3.1.2 Einteilung des rheologischen Verhaltens von Festkörpern und Fluiden	229
3.1.3 Vergleich zwischen rein viskosem und viskoelastischem Fluid	235
3.1.3.1 Viskoses Fluid	235
3.1.3.2 Viskoelastisches Fluid	236
3.1.4 Temperaturabhängigkeit der Scherviskosität	240
3.1.4.1 Temperaturabhängigkeit für teilkristalline Polymere	241
3.1.4.2 Temperaturabhängigkeit für amorphe Polymere	242
3.1.5 Einfluss molekularer Parameter auf rheologische Eigenschaften von Polymerschmelzen	244
3.1.6 Scherströmungen: Schleppströmungen und druckgetriebene Strömungen	246
3.1.6.1 Fließprofile der druckgetriebenen Rohrströmung	247
3.1.6.2 Fließprofile der einfachen Schleppströmung	248
3.1.7 Dehnströmungen	249
3.2 Materialverhalten von Mischungen – Berücksichtigung von Polymer-Polymer und Feststoff-Polymer Systemen	252
3.2.1 Materialeigenschaften von Zweistoffsystemen	254
3.2.1.1 Einführung Mischsysteme	254
3.2.1.2 Thermodynamische Materialdaten von Zweistoffgemischen	254
3.2.1.3 Viskositäten von Zweistoffgemischen	256
3.2.1.4 Mischbare Polymerblends	258
3.2.1.5 Unmischbare (unverträgliche) Polymerblends	258
3.2.2 Prozessverhalten beim Plastifizieren von Zweistoffsystemen	261
3.2.3 Abschlussbemerkungen zum Einsatz in der Praxis	267
3.2.4 Zusammenfassung	268
3.3 Diffusiver Stofftransport in Polymeren	270
3.3.1 Stofftransportmechanismen	270
3.3.1.1 Konzentrationsverlauf in der Nähe der Phasengrenzfläche	271
3.3.2 Einflussgrößen des Stoffsystems	292
3.4 Minimierung der Produktschädigung bei der Verarbeitung von Polymeren	297
3.4.1 Einleitung	297
3.4.2 Übersicht chemischer Reaktionen	298
3.4.2.1 Schädigung durch thermischen Abbau	299
3.4.2.2 Schädigung durch oxidativen Abbau	301
3.4.2.3 Schädigung über chemischen Abbau durch Restfeuchte	304
3.4.2.4 Schädigung durch mechanischen Abbau	304
3.4.2.5 Einfluss von Metallen	305
3.4.3 Zusammenhang zwischen Produktschädigung und Eigenschaften	305
3.4.4 Reduktion von Polymerschädigung bei der Verarbeitung	308
3.4.4.1 Maschinelle und prozesstechnische Maßnahmen	308
3.4.4.2 Änderung der Schmelzeviskosität durch Molekulargewicht und Fließmodifikatoren	309
3.4.4.3 Minimierung von Reaktionspartnern	310
3.4.4.4 Additive zur Reduktion von Polymerschädigung	310
3.4.5 Zusammenfassung	312
3.5 Berechnungsgrundlagen für die Strömung in keilförmigen Scherspalten und Fließeigenschaften von gefüllten Polymerschmelzen	314
3.5.1 Berücksichtigung des strukturviskosen Fließverhaltens der Kunststoffschmelzen in der Keilspaltströmung und Kennzahlen zur Beurteilung der Dispergierung	314
3.5.1.1 Einleitung – Deformation von Kunststoffschmelzen, Scherung und Verstreckung in der Keilspaltströmung	314
3.5.1.2 Grundlagen der Berechnung der Keilspaltströmung für hochviskose Medien	318
3.5.1.3 Kunststoffschmelzen mit unterschiedlichem strukturviskosem Fließverhalten	321
3.5.1.4 Simulationsergebnisse	323
3.5.2 Modellierung des Fließverhaltens hochgefüllter Kunststoffe	334
4 Förderverhalten, Druck- und Leistungsverhalten	342
4.1 Einführung des Förder- und Druckverhaltens hochviskoser Flüssigkeiten in Extrudern	342
4.1.1 Durchsatz- und Druckverhalten, dimensionslose Kennzahlen	342
4.1.1.1 Schergeschwindigkeit und Viskosität	342
4.1.1.2 Einfache qualitative Betrachtungen an einfacher ebener Strömung	344
4.1.1.3 Extruderkennzahlen und Druckgrundgleichung für Extruder	352
4.2 Einführung des Leistungsverhaltens hochviskoser Flüssigkeiten in Extrudern	372
4.2.1 Durchsatz-Leistungs-Verhalten der ebenen Strömung zwischen zwei Platten	372
4.2.2 Leistungskennzahl für einen Ringspalt	373
4.2.3 Grundgleichung der Leistungscharakteristik von Extrudern	375
4.3 Dissipation, Pumpwirkunsgrad Temperaturerhöhung und Wärmeübergang	378
4.3.1 Dissipation	378
4.3.2 Pumpwirkungsgrad	379
4.3.3 Temperaturerhöhung	382
4.3.4 Wärmeübergang	390
4.4 Ausblick zu den Abschnitten 4.1, 4.2 und 4.3	392
4.5 Förderverhalten, Druckverhalten und Leistungseintrag in der Schmelze	394
4.5.1 Dimensionslose Kennzahlen	394
4.5.2 Teilgefüllte und gefüllte Schneckenabschnitte	402
4.5.3 Förderparameter für Schneckenelemente und übliche Förderkennzahlen	406
4.5.4 Förderverhalten bei Strukturviskosität	409
4.6 Aufgaben zum Leistungseintrag und Rückstaulänge	416
4.6.1 Aufgabe: Einfluss der Gangsteigung	416
4.6.2 Aufgabe: Teilfüllung	418
4.6.3 Aufgabe: Auslegung einer Druckaufbauzone mit einheitlicher Steigung sowie voll- und teilgefüllt Bereichen	419
4.6.4 Aufgabe: Auslegung der Druckaufbauzone mit verschiedenen Elementen mit 40 mm und 60 mm Steigung kombiniert	423
4.6.5 Aufgabe: Einfluss von nicht-newtonschen Effekten	424
4.7 Strömungssimulation	426
4.7.1 Einleitung zur Strömungssimulation	426
4.7.2 Gefüllte Schneckenabschnitte	430
4.7.2.1 Beispiel 1	430
4.7.2.2 Beispiel 2	448
4.7.2.3 Zusammenfassung und Ausblick	451
4.7.3 Teilgefüllte Schneckenabschnitte	455
5 Funktionszonen im Extruder	462
5.1 Feststofftransport in den und im Extruder, Einzugsgrenzen	462
5.1.1 Kenngrößen und Berechnungsmöglichkeiten	463
5.1.2 Einzugsbegrenzungen	470
5.1.2.1 Granulate	470
5.1.2.2 Pulver	470
5.1.2.3 Flakes	473
5.1.2.4 Niedrig schmelzende Komponenten	473
5.2 Aufschmelzen von Thermoplasten	474
5.2.1 Aufgaben der Aufschmelzzone	474
5.2.2 Schneckenelemente und Schneckenkonfiguration	476
5.2.3 Messmethoden	477
5.2.4 Wesentliche Schritte des Aufschmelzens	479
5.2.5 Rechenmodelle	481
5.3 Mischen und Dispergieren	486
5.3.1 Übersicht, Grundlagen und Experimente	486
5.3.1.1 Distributives Mischen – Mischen in laminarer Strömung	487
5.3.1.2 Dispersives Mischen	494
5.3.1.3 Bestimmung der Mischgüte	503
5.3.1.4 Formelzeichen zu Abschnitt 5.3.1	508
5.3.2 Dreidimensionale Berechnungen des Misch- und Verweilzeitverhaltens	510
5.3.2.1 Zusammenfassung	519
5.4 Entgasen von Polymerschmelzen	519
5.4.1 Phasengrenzflächen und Oberflächenerneuerung	520
5.4.1.1 Flüssigkeitsverteilung und Füllgrad	520
5.4.1.2 Entgasungszeiten	535
5.4.2 Konzentrationsänderung in der Entgasungszone	543
5.4.2.1 Kennzahlen	543
5.4.2.2 Blasenfreie Flüssigkeiten	544
5.4.2.3 Einfluss der Oberflächenvergrößerung durch Blasen	549
5.4.3 Auslegen von Entgasungszonen	550
5.4.4 Numerische Simulation der Filmentgasung	553
6 Scale-up und Scale-down	560
6.1 Einführung und Basis-Regeln für thermisch empfindliche Produkte	560
6.1.1 Unähnlichkeit	561
6.1.2 Vergleich von Produktionsmaschinen	561
6.1.3 Scale-down und Wege der Auslegung	562
6.1.3.1 Produkttemperatur	564
6.1.4 Zusammenfassung/Ausblick	578
6.2 Scale-up und Scale-down mit Exponentenansätzen	580
6.2.1 Grundlegende Problemstellung	580
6.2.2 Einfacher Skalierungsansatz	581
6.2.3 Modellbasierter Skalierungsansatz	582
6.2.3.1 Modelltheorie	583
6.2.3.2 Modellexponenten	593
6.2.3.3 Wärmeströme über den Zylinder	597
6.2.4 Experimentelle Ergebnisse	599
6.3 Scale-up und Scale-down mit Kennzahlen	601
6.3.1 Kennzahlen der ganzen Maschine	602
6.3.1.1 Dimensionsloser Durchsatz	602
6.3.1.2 Spezifischer Energieeintrag	603
6.3.2 Geometrische Maßstabsübertragung	604
6.3.2.1 Geometrisch ähnliche Maschinen	604
6.3.2.2 Drehzahl und Drehmoment	604
6.3.2.3 Übertragung bei unterschiedlichen Geometrien	605
6.3.2.4 Dimensionsanalyse für reales Produktverhalten	610
6.3.2.5 Einfaches Beispiel für ein volumetrisches Scale-up	612
7 Maschinentechnik	616
7.1 ZSK Baureihen und Anwendungen	616
7.1.1 Entwicklung zu hohen Drehmomenten, Volumina und Drehzahlen	616
7.1.2 Drehmoment- und volumenbegrenzte Durchsätze	620
7.1.3 Anwendungsbeispiele für die Kunststoffindustrie	622
7.1.3.1 Hohes Drehmoment zur Glasfaserverstärkung von Kunststoffen	622
7.1.3.2 Hohes Drehmoment zur Folienextrusion von ungetrocknetem PET oder PLA	625
7.1.3.3 Hohes Drehmoment bei bisher volumenbegrenzten Anwendungen	625
7.1.3.4 Verarbeitung von temperatur- und scherempfindlichen Produkten	627
7.1.4 Anwendungsbeispiele für die Chemieindustrie	630
7.1.4.1 Kleb- und Dichtstoffe	630
7.1.4.2 Chemische Reaktionen in Doppelschneckenextrudern	633
7.2 Gehäuseeinheiten	635
7.2.1 Einleitung	635
7.2.2 Bauarten	636
7.2.2.1 Zugankerversion für ZSK 18 - 54	636
7.2.2.2 Flanschversion für ZSK 58 - 320	637
7.2.2.3 Klammerversion für ZSK 350 - 420	637
7.2.3 Varianten	638
7.2.3.1 Geschlossenes Schneckengehäuse	638
7.2.3.2 Geschlossenes Schneckengehäuse mit Bohrung	639
7.2.3.3 Offenes Schneckengehäuse	639
7.2.3.4 Kombi-Schneckengehäuse	640
7.2.3.5 Sonderformen	640
7.2.4 Verschleiß- bzw. Korrosionsschutz	640
7.2.4.1 Massivgehäuse: Nitriert oder durchhart	641
7.2.4.2 Gehäuse mit Liner (Ovalbuchse)	641
7.2.4.3 Direkt beschichtete Schneckengehäuse	642
7.2.5 Beheizung von Schneckengehäusen	642
7.2.5.1 Heizpatronen	642
7.2.5.2 Heizschalen, Heizplatten	643
7.2.6 Kühlung und Temperierung	643
7.2.6.1 Ein Kreislauf	643
7.2.6.2 Zwei Kreisläufe	644
7.3 Erhöhung der Verfügbarkeit des Doppelschneckenextruders durch gezielte Werkstoffwahl für produktberührende Bauteile	644
7.3.1 Einleitung	644
7.3.2 Verschleißphänomene an Doppelschneckenextrudern in der Praxis	645
7.3.2.1 Abrasiver Verschleiß	646
7.3.2.2 Adhäsiver Verschleiß	649
7.3.2.3 Korrosion	652
7.3.3 Messen und Bewertung von Verschleißkenngrößen	654
7.3.3.1 Messung der abrasiven Verschleißbeständigkeit	654
7.3.3.2 Messung des adhäsiven Verschleißes	655
7.3.3.3 Korrosionsmessung	656
7.3.4 Ausführungsformen und Werkstoffausführungen für Extrudergehäuse und Schneckenelemente	657
7.3.4.1 Ausführungsformen der Gehäuse	657
7.3.4.2 Ausführungsformen von Schneckenelementen	659
7.3.4.3 Werkstoffausführung von Extrudergehäuse und Liner	663
7.3.4.4 Werkstoffausführung von Schneckensatzelementen	666
7.3.5 Ausblick	669
7.4 Dynamische Strukturanalysen an Doppelschneckenextrudern und einwelligen Austragsextrudern	669
7.4.1 Aufbau des Strukturmodells	670
7.4.2 Schwingungsanalyse an einem ZSK	671
7.4.3 Optimierung einwelliger Extruder	677
7.4.4 Strukturschwingstechnische Auslegung	681
7.4.5 Zusammenfassung/Ausblick	686
7.5 Messtechnik und prozessintegrierte Qualitätssicherung	687
7.5.1 Messtechnische Grundlagen	688
7.5.2 Druck- und Temperaturmesstechnik	689
7.5.2.1 Temperatur	689
7.5.2.2 Druckmesstechnik	691
7.5.3 Rheologische Messtechnik	694
7.5.3.1 Laborrheometer	694
7.5.3.2 Prozessrheometer	696
7.5.4 Farbmessung	697
7.5.5 Sondersysteme	697
7.5.5.1 Ultraschallmesstechnik	698
7.5.5.2 Modellprädiktive Regelung und virtuelle Sensoren	698
8 Anwendungen der gleichläufigen Doppelwellenschnecke	700
8.1 Compoundieren in der Praxis	700
8.1.1 Durchsatzbegrenzung	700
8.1.1.1 Drehmomentbegrenzung	701
8.1.1.2 Volumenbegrenzung	701
8.1.1.3 Weitere Begrenzungen	701
8.1.1.4 Begrenzung durch Peripherie	702
8.1.2 Vormischung	703
8.1.3 Schmelzeentgasung	704
8.1.3.1 Einflussfaktoren	704
8.1.3.2 Technische Ausführung	705
8.1.4 Strangspritzkopf	707
8.1.5 Prozesskontrolle	708
8.1.5.1 Prozessüberwachung	709
8.1.5.2 Beispiel: Vorsicht, Falle!	709
8.1.6 Extruderschnecken	710
8.1.6.1 Schneckenauslegung	710
8.1.6.2 Verschleiß	711
8.1.7 Scale-up	711
8.1.7.1 Der Idealfall	711
8.1.7.2 Die Realität	712
8.1.7.3 Besonderheiten bei Neuentwicklungen	713
8.1.7.4 Fazit	713
8.1.8 Simulation	714
8.2 Farbmasterbatche	714
8.2.1 Grundsätzliche Verfahrensidee	715
8.2.2 Materialien	717
8.2.2.1 Pigmente	718
8.2.2.2 Auswahl des Polymers	726
8.2.2.3 Additive und Dispergierhilfsmittel	726
8.2.3 Mischen	727
8.2.3.1 Schwerkraftmischer	728
8.2.3.2 Langsam laufender stationärer oder mobiler (Container) Mischer	728
8.2.3.3 Schnell laufender stationärer oder mobiler (Container) Mischer	728
8.2.3.4 Anwendungsbeispiel: Herstellen von Mischungen für Masterbatch im Heißverfahren für Spinnfaser und Folienqualität	729
8.2.4 Dosieren	730
8.2.5 Extruder	730
8.2.5.1 Premix	731
8.2.5.2 Split-feed	732
8.2.5.3 Nachfolgeaggregate	733
8.2.5.4 Verfahrensparameter	734
8.2.6 Qualitätsbestimmung	735
8.2.6.1 Farbmessung	735
8.2.6.2 Filterdrucktest	737
8.2.6.3 Agglomerate und Gelpartikel	738
8.3 Herstellung von TPV durch dynamische Vulkanisation	738
8.3.1 Klassifizierung von TPE	739
8.3.2 Herstellung von TPV auf Basis EPDM/PP	739
8.3.2.1 Basisrohstoffe für TPV (EPDM/PP)	739
8.3.2.2 Vernetzer	741
8.3.2.3 Herstellprozess für TPV (EPDM/PP)	741
8.3.2.4 Herausforderung Verweilzeit	743
8.3.2.5 Eigenschaften von TPV (EPDM/PP)	745
8.3.3 TPV auf Basis nachwachsender Rohstoffe („Bio-TPV“)	746
8.3.3.1 Basisrohstoffe für Bio-TPV	746
8.3.3.2 Herstellprozess für Bio-TPV	746
8.3.3.3 Eigenschaften von Bio-TPV	748
8.4 Entgasen von Polymerschmelzen	750
8.4.1 Aufgaben der Entgasung	751
8.4.2 Auslegung von Entgasungsextrudern	753
8.4.2.1 Materialzuführung und Flashentgasung	754
8.4.2.2 Gestufte Vakua	757
8.4.2.3 Füllgrad	758
8.4.2.4 Restentgasung und Schleppmitteleinsatz	759
8.4.2.5 Auslegung von Extruder und Entgasungszonen	764
8.4.3 Scale-up von Entgasungsextrudern	769
8.4.4 Verfahrensbeispiele	771
8.4.4.1 Entgasen von Lösungsmitteln aus LLDPE-Schmelzelösungen	771
8.4.4.2 Entgasen von Lösungsmitteln aus synthetischem Kautschuk (Styrol-Butadien-Verbindungen)	772
8.4.4.3 Entgasen von Vinylacetat aus LDPE/EVA-Copolymer	772
8.4.4.4 Entgasen von POM	773
8.4.4.5 Entgasen von PC	774
8.4.4.6 Entgasen von PMMA	774
8.4.4.7 Entgasen von PES und PSU	775
8.4.4.8 Entgasen von ABS	777
8.4.4.9 Entgasen von ungetrocknetem PET	777
8.4.5 Zusammenfassung	779
8.5 Reaktive Extrusion	780
8.5.1 Einführung	780
8.5.2 Parametereinflüsse anhand ausgewählter Anwendungsbeispiele	782
8.5.2.1 Aktivierte anionische Polymerisation von Lactamen	784
8.5.2.2 Polymerisation von Acrylaten	785
8.5.2.3 Ringöffnungspolymerisation von ?-Caprolacton	787
8.5.3 Wirtschaftlich relevantes Beispiel: Thermoplastische Polyurethane	788
8.5.4 Modellierung	790
8.5.5 Scale-up	792
8.6 Lebensmittelextrusion	795
8.6.1 Extrusion von Frühstückszerealien	798
8.6.2.1 Rohwaren und Mischerei	800
8.6.2.2 Vorkonditionierung und Extrusion	804
8.6.2.3 Kurzzeittemperierung und Flockierung	810
8.6.2.4 Röstung, Besprühung und Trocknung	812
8.6.2 Produkte	814
8.6.3 Lebensmittelsicherheit in der Lebensmittelextrusion	816
8.6.4 Zusammenfassung	820
8.6.5 Abkürzungsverzeichnis	820
8.7 Extrusion von pharmazeutischen Massen	822
8.7.1 Einleitung	822
8.7.2 Grundlagen der Schmelzextrusion	823
8.7.3 Maschinendesign	823
8.7.4 Anlagenlayout	825
8.7.5 Containment-Anforderungen	830
8.7.6 Zusammenfassung und Ausblick	831
Index	832