Extrusion von Kunststoffen Einschneckenextruder gegenüber Doppelschneckenextruder

Das Wichtigste auf einen Blick

• Beim Einschneckenextruder fördert eine rotierende Schnecke die Schmelze über die Wandhaftung, beim Doppelschneckenextruder erzeugen zwei ineinandergreifende Schnecken einen Zwangstransport.
• Doppelschnecken mischen und dispergieren deutlich besser, weil die Schmelze im Zwickel zwischen den Schneckenflanken ständig umgelagert wird.
• Einschnecken arbeiten bei Rohren, Folien und Profilen mit geringerem spezifischem Energieeintrag und niedrigeren Investitionskosten.
• Doppelschnecken kosten in Anschaffung und Instandhaltung mehr, punkten aber bei Compoundierung, Entgasung und Masterbatch.
• Die Auswahl folgt der Aufgabe: gleichmäßige Förderung ohne Rezepturwechsel spricht für die Einschnecke, komplexe Mischaufgaben für die Doppelschnecke.

Aufbau und Förderprinzip

Beim Einschneckenextruder dreht sich eine Schnecke in einem Zylinder, dessen Innenwand glatt oder mit Nuten versehen ist. Granulat wird eingezogen, verdichtet und aufgeschmolzen. Weil die Förderung auf der Reibung zwischen Schmelze und Zylinderwand beruht, bestimmen Wandhaftung und Schneckengeometrie den Durchsatz.

Der Doppelschneckenextruder arbeitet mit zwei ineinandergreifenden Schnecken in einem Gehäuse mit Achterquerschnitt. Die Schmelze wird in geschlossenen Kammern zwangsweise transportiert, unabhängig von der Wandhaftung. Gleichläufige Maschinen sind in der Compoundierung Standard, gegenläufige Bauarten finden sich häufig in der PVC-Verarbeitung.

Die Werkstoffkennwerte für die Auslegung, etwa Schmelzindex und Wärmeformbeständigkeit, stehen in Prüfnormen, die die DIN als Normungsorganisation veröffentlicht.

Mischwirkung und Dispergierung

Die Mischwirkung entscheidet über Farbgleichmäßigkeit, Füllstoffverteilung und die Größe von Additattropfen. Der Einschneckenextruder erzeugt vor allem eine Scherströmung nahe der Zylinderwand. Mischteile und Nuten verbessern das Ergebnis, stoßen aber an Grenzen, wenn die Viskositäten der Komponenten weit auseinanderliegen.

Beim Doppelschneckenextruder wird die Schmelze im Zwickel umgelagert und gedehnt. Knet- und Mischelemente lassen sich entlang der Achse frei anordnen, sodass sich die Scherintensität abschnittsweise einstellen lässt. Damit gelingen Dispergieraufgaben, die mit einer Einschnecke mehrere Durchläufe erfordern.

Für die Überwachung solcher Prozesse liefern Anbieter wie Kistler Sensoren für Druck und Temperatur der Schmelze. Bei Rezyklaten kommen zusätzlich Schmelzefilter zum Einsatz, etwa Systeme von Gneuß Kunststofftechnik.

Energiebedarf, Durchsatz und Kosten

Der spezifische Energieeintrag gibt an, welche Wellenarbeit je Kilogramm Kunststoff in der Maschine verbleibt. Einschneckenextruder liegen bei einfachen Aufgaben niedriger, weil sie die Schmelze überwiegend durch Reibung erwärmen.

Doppelschnecken führen zusätzlich Dissipationsenergie aus der Zwickelströmung zu. Bei temperaturempfindlichen Rezepturen kann deshalb eine Kühlung des Gehäuses nötig werden, was den Aufwand erhöht.

Beim Durchsatz gilt: Ein Doppelschneckenextruder fördert bei gleichem Schneckendurchmesser mehr Masse pro Stunde, weil beide Schnecken arbeiten und die Kammern gefüllt sind. Dafür ist die Investition deutlich höher, und Verschleißteile wie Schnecken- und Gehäuseelemente kosten mehr.

Richtwerte im Vergleich

Kriterium	Einschneckenextruder	Doppelschneckenextruder
Mischwirkung	mäßig, scherdominiert	hoch, mit Umlagerung im Zwickel
Durchsatz	von der Wandhaftung abhängig	zwangsgefördert
Spezifischer Energieeintrag	etwa 0,1 bis 0,2 Kilowattstunden je Kilogramm	etwa 0,2 bis 0,4 Kilowattstunden je Kilogramm
Investition und Wartung	geringer	deutlich höher
Typische Aufgabe	Rohre, Folien, Profile	Compounds, Masterbatch

Beispielrechnung mit Richtwerten

Ein Rechenbeispiel: Bei 300 Kilogramm Durchsatz pro Stunde und 0,15 Kilowattstunden je Kilogramm ergeben sich 45 Kilowatt Wellenleistung. Mit 0,3 Kilowattstunden je Kilogramm sind es 90 Kilowatt, also das Doppelte.

Typische Anwendungen

Einschneckenextruder tragen die Serienfertigung von Rohren, Kabelmänteln, Folien und Profilen. Auch das Recycling von sortenreinem Mahlgut läuft meist über diese Bauart. Halbzeuge wie Platten und Rundstäbe aus Hochleistungskunststoffen, die Ensinger liefert, entstehen ebenfalls häufig auf Einschneckenanlagen.

Der Doppelschneckenextruder dominiert die Compoundierung, die Herstellung von Masterbatches und die Aufbereitung gefüllter oder faserverstärkter Kunststoffe. Entgasungsaufgaben lassen sich in einem Schritt lösen, wenn Restfeuchte oder Monomere entfernt werden müssen. In Tandemanlagen schmilzt eine Einschnecke vor und übergibt an eine Doppelschnecke, die dosiert und entgast.

Auswahlkriterien für die Anlagenplanung

Vor der Bestellung entscheiden vier Fragen über die Bauart.

• Rezeptur: Bleibt sie über Monate konstant oder wechselt sie häufig?
• Mischaufgabe: Reicht Verteilen, oder müssen Additate dispergiert werden?
• Entgasung: Muss Restfeuchte oder Monomer abgezogen werden?
• Budget: Stehen höhere Investition und Wartungskosten im Verhältnis zum Nutzen?

Häufige Fragen

Wann reicht ein Einschneckenextruder?

Wenn die Rezeptur gleich bleibt und keine intensive Mischung nötig ist. Für Rohre, Folien, Profile und sortenreines Recycling ist er die wirtschaftlichere Wahl.

Wann ist ein Doppelschneckenextruder sinnvoll?

Bei Compounds, Masterbatches, Füllstoffen und Fasern, außerdem bei Entgasung und häufigem Rezepturwechsel. Die bessere Mischwirkung gleicht den höheren Preis aus.

Woran erkennt man den Unterschied beim Energiebedarf?

Am spezifischen Energieeintrag in Kilowattstunden je Kilogramm. Er liegt bei Doppelschnecken höher, weil zusätzlich Dissipationsenergie im Zwickel entsteht.

Welche Rolle spielt die Schneckengeometrie?

Sie bestimmt Förderung, Scherung und Mischgüte. Bei Doppelschnecken zählen Gangzahl, Steigung und die Anordnung von Knetelementen.