Fertigungstechnik

Extruder

Was es mit dem Extruder auf sich hat und auf welche vielfältigen Arten er eingesetzt wird erfährst du hier.

Schau dir auf jeden Fall noch das Video%Videoverweis dazu an. Darin sind alle wichtigen Themenpunkte für dich audiovisuell aufbereitet.

Inhaltsübersicht

Extruder einfach erklärt

Ein Extruder ist ein Fördergerät, welches kontinuierlich feste bis dickflüssige Massen unter Druck herauspresst. Der so erzeugte Körper hat den gleichen Querschnitt wie die Öffnung, aus der er gepresst wurde. Dein Erzeugnis heißt Extrudat. Die Länge des Körpers ist theoretisch beliebig. 

Extruder werden bereits seit 1900 verwendet. Ursprünglich fand er vor allem in der Kautschukindustrie Anwendung. Die Lebensmittelindustrie erkannte aber sehr schnell, die vielfältigen Verwendungsmöglichkeiten des Extruders. Der Boom der Kunststoffindustrie in der Mitte des letzten Jahrhunderts hat den Extruder letztlich zu einer unverzichtbaren Komponente bei der Herstellung von thermoplastischen Kunststoffprodukten, wie Teflon und Plexiglas, gemacht.

Schau dir am besten noch die Videos zur Fertigungstechnik an. Darin wird bezüglich der Kunststofftechnik nochmal mehr ins Detail gegangen. 

Extrusion

Die Extrusion ist ein Prozess zur Herstellung von Objekten gleichbleibenden Querschnitts. Dazu presst du das Material durch eine Öffnung mit dem gewünschten Querschnitt. Gegenüber anderen Herstellungsprozessen hat die Extrusion zwei besondere Vorteile. Einerseits ist es möglich Querschnitte sehr komplexer Geometrien herzustellen. Zum Anderen ist die Formgebung brüchiger Materialien verhältnismäßig einfach. 

Extrusion betreibst du mit heißen oder kalten Materialien. Die gängigsten Materialien zur Extrusion sind Metalle, Polymere, Keramik, Zement, Ton und verschiedene Nahrungsmittel. 

Kaltextrusion

Kalte Extrusioin erfolgt bei Raumtemperatur. Der Vorteil gegenüber der heißen Extrusion ist, dass keine Oxidation stattfindet, das Material eine größere Stärke hat, höhere Toleranzen und schnellere Herstellung der Produkte. 

Materialien die üblicherweise kalt extrudiert werden sind zum Beispiel Blei, Zinn, Aluminium, Kupfer, Titan, Molybdän, Beryllium und Stahl.

Heißextrusion

Die heiße Extrusion findet über Raumtemperatur aber unterhalb der Rekristallisationstemperatur statt. Das können Temperaturen sein die von 424 °C bis 975 °C reichen, je nachdem mit welchem Material du arbeitest. Heiße Extrusion verwendest du, wenn du Metalle mit besonderen Eigenschaften ausstatten willst. Durch die heiße Extrusion werden die physikalischen Eigenschaften und Duktilität des Extrudats verändert. Der Wert der Duktilität gibt dir Auskunft darüber wie weit sich ein Werkstoff dauerhaft plastisch verformt bevor er bricht. 

Extruder Aufbau

Du unterscheidest zwei Varianten des Extruders. Der Schneckenextruder ist die am weitesten verbreitete Variante. Der Kolbenextruder ist vor allem bei der Verarbeitung von abrasiven Materialien oder bei häufigem Produktwechsel bevorzugt.

Extruderschema
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Es gibt noch weitere Bauformen, diese sind aber meist Unterkategorien der zuvor genannten.

  • Kolbenextruder
  • Schneckenextruder
    • Einschneckenextruder
    • Doppelschneckenextruder
    • Vielwellenextruder
  • Kaskadenextruder
  • Planetwalzenextruder

In diesem Artikel gehen wir zunächst auf den allgemeinen Schneckenextruder und den Kolbenextruder ein.

Schneckenextruder

Bei dieser Form des Extruders erzeugst du den Druck zum Extrudieren des Materials mit einer Extruderschnecke. Sie steckt in einem Zylinder, dem Schneckenzylinder. Dessen Innendurchmesser entspricht ungefähr dem Außendurchmesser der Schnecke. Am vorderen Ende der Schnecke befindet sich die formgebende Öffnung. Am hinteren Ende befindet sich der Antrieb, der die Schnecke rotieren lässt.

Um den Extruder zu befüllen, führst du das zu verarbeitende Material durch einen Trichter zu. Je nach Bauart ist aber auch eine Seitenbeschickung oder eine Befüllung durch ein Nadelventil möglich. 

Die Extruderschnecke ist in drei Zonen unterteilt. Die hintere Zone ist die Einzugszone. Hier wird das zu verarbeitende Material eingezogen und, falls nötig, aufgeschmolzen. Die Drehung der Schnecke befördert das Material weiter in Richtung der Kompressionszone. Hier wird das Material weiter verdichtet und der zur Austragung erforderliche Druck erzeugt. Abschließend wird in der Austragszone ein kontinuierlicher Materialstrom geschaffen.

Schneckenextruder Aufbau
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Kolbenextruder

Bei dieser Bauform des Extruders erzeugst du den für die Extrusion nötigen Druck mit einem Kolben. Ein Kolbenextruder kommt vor allem dann zum Einsatz, wenn es nicht möglich ist das Material einem Schneckenextruder zu bearbeiten oder ein häufiger Produktwechsel stattfindet. 

Schneckenextruder haben vor allem bei der Verwendung abrasiver Materialien, also schleifender oder reibender Materialien, große Nachteile. Die Schnecke nutzt bei diesen sehr schnell ab, was zu dauerhaften Schäden an der Maschine führt. Kolbenextruder haben nur wenig Kontaktfläche zur Extrusionsmasse und sind zudem sehr leicht zu reinigen. Mit hinreichend großem Kolbendurchmesser ist es möglich semikontinuierliche Extrusion zu betreiben. Dennoch ist für die kontinuierliche Extrusion ein Schneckenextruder unverzichtbar. 

Kolbenextruder Aufbau
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Extruder Anwendungen

Extruder finden in vielen Bereichen Anwendung.

Neben der Lebensmittelindustrie ist die Kunststoffindustrie einer der Hauptbetreiber von Extrudern. Zusätzlich befestigte Heizbänder schmelzen das Kunststoffgranulat auf. Das weicht das Material derart auf, dass eine Extrusion in den gewünschten Querschnitt möglich wird. In einigen Anwendung muss am Ende das Material zudem abgekühlt werden. Kühlung erfolgt auf verschiedene Weisen. Entweder ein entsprechendes Gebläse kühlt das Extrudat beim Austritt bis zur Aushärtung ab oder Kühlkanäle im Schneckenzylinder befördern kühlende Flüssigkeiten entlang der Schnecke. 

Durch Kunststoffextrusion werden nahtlose Platten, Rohre und Profile mit konstanten Querschnitten hergestellt. Aber auch die Herstellung von Flaschen, Dosen und Kraftstofftanks sind Extruder Erzeugnisse. 

Um Nahrung zu extrudieren, erhitzt du wasserhaltigen Teig unter enormen Druck in einer Verdichtungsschnecke. Beim Austritt fällt der Druck ab, wodurch das Wasser verdampft und das Produkt durch die Lufteinschlüsse aufgelockert wird. Die verkleisterte Stärke führt dann zur Stabilisierung des Produkts. Solcherart hergestellt Nahrungsmittel sind typischerweise Erdnussflips, Zwiebelringe und ähnliche Knabberartikel. Aber auch verschiedene Gebäck- und Brotsorten werden durch Extrusion hergestellt. 

Eine sehr moderne Verwendung des Extruders findest du im 3D-Druck. Die Auslassdüse am Ende des Extruders wird stark erhitzt. Eine rotierende Spirale befördert das Filament durch einen Kanal zur heißen Düse und schmitzt dieses auf. Von dort wird das Druckmaterial schichtweise auf das Druckbett aufgetragen. Anders als bei der herkömmlichen Extrusion, ist nicht nur der konstante Querschnitt wichtig. Der 3D-Drucker muss dreidimensionale Objekte herstellen. Dazu ist der Extruder an Bewegungsschienen oder Armen montiert. Diese bewegen ihn auf der x-, y- und z-Achse. Auf diese Weise schichtest du das Druckmaterial kontinuierlich und gleichmäßig auf. 

Extruder Produkte

Extruder Produkte findest du in vielen Anwendungsbereichen wie der Bauindustrie, Automobilindustrie, Luftfahrtindustrie, Medizintechnik, Möbelindustrie, Messebau, Verpackungen, Schlauchanwendungen und Granulierung. 

Typische Produkte aus diesen Bereichen sind:

  • Rohre und Stäbe
  • Ummantelungen
  • Schläuche
  • Platten
  • Folien
  • Kleinere Autoteile
  • Fahrradfelgen
  • Keil- und Zahnriemen
  • Türdichtungen
  • Bleistifte
  • Buntstifte
  • Keramikprodukte
  • Nudel-Teigwaren und Knabbergebäck
  • Kühlkörper
  • Filamente

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