Extrusion von Kunststoffen: Temperaturführung und Schneckengeometrie

Das Wichtigste auf einen Blick

• PP läuft typisch bei 200 bis 260 °C Massetemperatur, PE bei 170 bis 230 °C, PVC bei 160 bis 200 °C.
• Die Zylindertemperaturen steigen vom Einzug bis zur Düse, die Massetemperatur liegt häufig 10 bis 30 °C darüber.
• Die Gangtiefe nimmt zur Düse hin ab und steuert Förderung, Scherung und Druckaufbau.
• Das Kompressionsverhältnis beträgt meist 2:1 bis 4:1, bei PVC deutlich weniger.
• Eine Schnecke mit L/D 20 bis 30 gilt als Standard, Barriereschnecken erreichen L/D 36.

Temperaturzonen vom Einzug bis zur Düse

Die Temperatureinstellung folgt bei der Extrusion von Kunststoffen einem festen Muster: kalt am Einzug, heiß an der Düse. Der Zylinder wird in Zonen beheizt, die Schnecke erzeugt zusätzlich Reibungswärme. Deshalb liegt die Massetemperatur oft über der eingestellten Zylindertemperatur.

Für PE sind Massetemperaturen von 180 bis 230 °C üblich. HDPE verarbeitet man etwas heißer als LDPE, weil seine Schmelze höherviskos ist. Die Zylindertemperaturen staffelt man von 150 bis 170 °C am Einzug auf 190 bis 220 °C in der Meteringzone.

PP benötigt 200 bis 260 °C Massetemperatur. Die Zylinderzonen liegen bei 180 bis 200 °C am Einzug und 220 bis 250 °C vor der Düse. Wegen seiner geringen Wärmeleitfähigkeit braucht PP eine ausreichende Verweilzeit in der Kompressionszone.

PVC ist wärmeempfindlich und wird mit 160 bis 200 °C gefahren. Hart-PVC liegt meist bei 170 bis 195 °C Massetemperatur, Weich-PVC bei 150 bis 180 °C. Zu hohe Temperaturen führen zu HCl-Abspaltung und Korrosion.

Die folgende Tabelle fasst Richtwerte für die Zylinderzonen zusammen.

Kunststoff	Einzugszone	Kompressionszone	Meteringzone	Massetemperatur
PE (HDPE)	150 bis 170 °C	170 bis 200 °C	190 bis 220 °C	180 bis 230 °C
PP	180 bis 200 °C	200 bis 230 °C	220 bis 250 °C	200 bis 260 °C
PVC (Hart)	140 bis 160 °C	160 bis 180 °C	170 bis 190 °C	170 bis 195 °C

Sicherheitsanforderungen an Extruder regelt die Norm DIN EN 1114-1; das DIN erläutert die Grundlagen unter Normen und Recht.

Schneckengeometrie: Gangtiefe, Kompressionsverhältnis und Länge

Die Gangtiefe bestimmt, wie viel Material die Schnecke pro Umdrehung fördert. In der Einzugszone ist der Gang tief, in der Meteringzone flach. Dieses Verhältnis nennt man Kompressionsverhältnis. Typische Werte liegen bei 2:1 bis 4:1.

PVC-Schnecken haben ein Kompressionsverhältnis von 1,5:1 bis 2,5:1, weil das Material scher- und temperaturempfindlich ist. PE und PP vertragen 2,5:1 bis 3,5:1. Ein zu hohes Verhältnis erzeugt unzulässigen Druck und Scherung.

Die Länge der Schnecke wird als L/D angegeben, also Länge geteilt durch Durchmesser. Standard sind 20 bis 30 D. Barriereschnecken und Mischteile erreichen 25 bis 36 D.

Eine längere Schnecke verbessert Aufschmelzen und Mischen, erhöht aber den Druckverlust und die Verweilzeit. Bei thermisch empfindlichen Typen wie PVC bleibt man deshalb bei kürzeren Geometrien.

Die Gangtiefe der Meteringzone steuert den Druckaufbau. Flache Gänge erzeugen hohen Schergrad und gute Druckkonstanz, tiefe Gänge liefern mehr Durchsatz bei geringerer Scherung.

Schneckentypen für unterschiedliche Aufschmelzaufgaben

Einschneckenextruder arbeiten meist mit Dreizonenschnecken. Eine Nutbuchse im Einzug verbessert die Förderung von Pulver und Regranulat.

Barriereschnecken trennen Feststoff und Schmelze durch einen Steg. Das verbessert die Schmelzequalität bei PE und PP und senkt die Massetemperaturspitzen.

Entgasungsschnecken besitzen eine Dekompressionszone, in der Feuchtigkeit und Monomere entweichen. Sie kommen bei Recycling und PET zum Einsatz.

Mischteile wie Maddock- oder Pin-Mischer liegen vor der Düse und homogenisieren Farbe und Additive. Sie erhöhen den Druckbedarf, senken aber Temperaturschwankungen.

Verschleißschutz aus Boriden oder Hartmetall verlängert die Standzeit bei glasfaserverstärktem PA und PBT.

Temperaturen einstellen: Schrittfolge in der Praxis

1. Zylindertemperaturen je Zone nach Materialdatenblatt einstellen und 20 bis 30 Minuten aufheizen lassen.
2. Schneckendrehzahl langsam erhöhen, bis die Massetemperatur am Düsenmesspunkt stabil ist.
3. Massetemperatur mit Nadel oder Infrarotsensor prüfen, nicht nur die Zylinderanzeige.
4. Bei PVC die Verweilzeit kurz halten und Zylinder nicht über 195 °C stellen.
5. Druckaufbau und Schmelzedruck vor dem Sieb beobachten, um Filter und Düse zu schützen.

Die Massetemperatur folgt nicht linear der Zylindertemperatur. Mit steigender Drehzahl wächst die Scherwärme, sodass die Heizleistung sinkt. Kühlen mit Luft oder Wasser hält die Zonen auf Sollwert.

Prozessüberwachung mit Druck- und Temperatursensoren

Druck und Temperatur werden in der Düse und im Zylinder gemessen. Drucksensoren von Kistler sitzen vor dem Sieb und in der Schmelzeleitung. Messtechnik und Sensoren liefern die Signale für die Regelung.

Schmelzefilter von Gneuß halten Verunreinigungen zurück und schützen Düse und Werkzeug. Extruder, Schmelzefilter und Sensoren arbeiten mit Drucküberwachung.

Materialdaten für Halbzeuge und Temperaturgrenzen liefert Ensinger in technischen Datenblättern.

Häufige Fragen

Welche Temperatur braucht PP in der Extrusion?

PP wird bei 200 bis 260 °C Massetemperatur extrudiert. Die Zylinderzonen steigen von 180 bis 200 °C am Einzug auf 220 bis 250 °C vor der Düse.

Warum ist PVC kälter zu fahren?

PVC beginnt oberhalb von etwa 200 °C, Chlorwasserstoff abzuspalten. Deshalb arbeitet man mit 170 bis 195 °C Massetemperatur und kurzen Verweilzeiten.

Was sagt das Kompressionsverhältnis aus?

Es beschreibt das Verhältnis der Gangtiefe am Einzug zur Gangtiefe in der Meteringzone. Üblich sind 2:1 bis 4:1, bei PVC 1,5:1 bis 2,5:1.

Welche L/D-Werte sind üblich?

Standard-Einschneckenextruder haben 20 bis 30 D. Barriereschnecken für besseres Aufschmelzen erreichen 25 bis 36 D.