Inhaltsverzeichnis
- Was ist ein Extruder?
- Wer hat den Extruder erfunden?
- Welche Extrusionsverfahren gibt es?
- Welche Bauarten von Extrudern gibt es?
- Wie funktioniert ein Schneckenextruder?
- Wie arbeitet ein Kolbenextruder?
- Wo werden Extruder eingesetzt?
- Aktuelle Fachbeiträge zum Thema Extruder
- Welche Normen muss man im Zusammenhang mit Extrudern beachten?
- Quellen
Was ist ein Extruder?
Ein Extruder ist eine Förderanlage, mit der feste bis dickflüssige Massen unter hohem Druck durch eine formgebende Öffnung, auch Düse, Matrize oder Mundstück genannt, gepresst werden. Dabei entsteht ein geformtes Produkt, das Extrudat genannt wird und dessen Länge theoretisch unbegrenzt ist.
Hinsichtlich ihrer Funktionsweise untergliedern sich die Maschinen in zwei Gruppen: die Kolben- und die Schneckenextruder.
Wer hat die Extruder erfunden?
Wenn es um die Entwicklung der Extrudertechnik geht, fallen zwei Namen: Joseph Bramah und Alexander Parks.
Joseph Bramah (1748 bis 1814) war ein englischer Ingenieur. Neben vielen anderen Dingen entwickelte er eine handbetriebene Kolbenpresse mit der nahtlose Bleirohre hergestellt werden konnten. Diese Maschine gilt als Vorläufer der heutigen Kolbenextruder.
Alexander Parkes (1813 bis 1890) war ebenfalls ein Erfinder und Unternehmer aus Großbritannien. Er erfand ein Verfahren zur Herstellung von plastifiziertem und stabilisiertem Cellulosenitrat, das er Parkesine nannte. Hierbei kam ein sogenannter Parkesine-Extruder zum Einsatz, der die Masse in Blöcke presste.
Bei Parkesine handelt es sich um einen Vorläufer des heutigen Zelluloids.
Welche Extrusionsverfahren gibt es?
Man unterscheidet zwischen Kalt-, Warm- und Heißextrusion.
Bei der Kaltextrusion wird mit niedrigen Temperaturen (Raumtemperatur), Drücken und Scherkräften gearbeitet. Bei der Warmextrusion nutz man höhere Temperaturen. Die Heißextrusion hingegen läuft bei hohen Temperaturen und Drücken ab.
Im Vergleich zur Heißextrusion ist die Kaltextrusion deutlich produktschonender. So ist beispielsweise eine Oxidation des zu extrudierenden Materials ausgeschlossen.
Welche Bauarten von Extrudern gibt es?
Im Wesentlichen unterscheidet man zwischen zwei Bauarten: dem Schnecken- und dem Kolbenextruder. Dabei ist der Schneckenextruder die am häufigsten eingesetzte Bauform.
Wie funktioniert ein Schneckenextruder?
Zentrales Bauteil eines Schneckenextruders ist die sogenannte Extruderschnecke. Sie steckt in einem Schneckenzylinder, dessen Durchmesser in etwa dem Außendurchmesser der Schnecke entspricht. Am hinteren Ende des Schneckenzylinders ist der Antrieb der Schnecke untergebracht. In den meisten Fällen handelt es sich hierbei um einen Elektromotor mit Getriebe. Am vorderen Ende des Schneckenzylinders befindet sich die formgebende Öffnung.
Das zu extrudierende Produkt gelangt im einfachsten Fall über einen Trichter in den Extrusionszylinder. Dieser befindet sich am hinteren Ende des Schneckenzylinders, also in der Nähe der Antriebseinheit. Möglich ist auch eine Produktzufuhr über Ventile.
Die rotierende Extruderschnecke transportiert das Produkt zur formgebenden Öffnung. Dabei durchläuft es drei Zonen: In der Einzugszone wird es – wenn nötig – geschmolzen und von der Schneckenwendel eingezogen. Dann durchläuft das Produkt die Kompressionszone. Hier wird es weiter verdichtet und der zur Austragung erforderliche Druck erzeugt. Am Schluss gelangt das zu extrudierende Produkt in die Austragszone mit der formgebenden Öffnung. Hier entsteht ein geformter, kontinuierlicher Materialstrom.
Mit Blick auf die Anzahl der eingebauten Schnecken unterscheidet man zwischen:
- Einschneckenextrudern,
- Doppelschneckenextrudern und
- Vielwellenextruder.
Wie arbeitet ein Kolbenextruder?
Herzstück der Maschine ist ein Kolben. Er erzeugt den Druck für die Extrusion. Kolbenextruder kommen immer dann zur Anwendung, wenn sich das zu extrudierende Produkt nicht mit einem Schneckenextruder verarbeiten lässt.
Im Unterschied zum Schneckenextruder sind Kolbenextruder vergleichsweise einfach zu reinigen, weil sie nur über wenige Bauteile verfügen, die direkt mit dem Produkt in Berührung kommen. Deshalb sind Kolbenextruder erste Wahl für Prozesse, in denen es zu häufigen Produktwechseln kommt.
Mit Schneckenextrudern lassen sich kontinuierliche Extrusionsprozesse realisieren. Das ist mit Kolbenextrudern konstruktionsbedingt nicht möglich. Allerdings kann über die Größe des Kolbendurchmessers und die Länge des Kolbens die Dauer der einzelnen Produktionszyklen (Leerung des Kolbens) beeinflusst werden. Auf diese Weise wird eine semikontinuierliche Produktion möglich.
Wo werden Extruder eingesetzt?
Seit langem werden Extruder in der Kautschuk- und Kunststoffindustrie eingesetzt. Hier dienen sie beispielsweise zur Produktion von Folien, Schläuchen, Rohren, Dichtungen, Keil- oder Zahnriemen.
Ein anderes wichtiges Einsatzgebiet von Extrudern ist Lebensmittelindustrie. Zum Beispiel nutzt man Extruder zur Herstellung von Cerealien (Flakes, Ringe, Kissen, Pops), Snacks (Flips, Ringe oder Bälle), Riegelprodukten, Süßwaren (Schokolade, Kaugummis, gefüllte Bonbons) oder Teigwaren (Nudeln). Außerdem spielen Extruder einer zentrale Rolle bei der Herstellung fleischalternativer Produkte.
Des Weiteren wäre der moderne 3-D-Druck ohne Extruder nicht möglich. Mit ihrer Hilfe wird das geschmolzene Filament auf das Druckbett transportiert und das zu druckende Objekt schichtweise aufgebaut. Die miniaturisierten Extruder sind an den Bewegungsschienen des 3-D-Druckers befestigt und rotieren auf der x-, y- und z-Achse.
Aktuelle Fachbeiträge zum Thema Extruder
- Video: Extrusion bei der Herstellung von Fleischalternativen
- Fleischersatzprodukte aus dem Extruder
- Produktion von Wurstpellen in Echtzeit steuern
- Extruder im Hybrid-Design
- Doppelschneckenextruder bei der Aufarbeitung von PET-Flakes
- Aimplas setzt auf Pharmaextruder von ‧Leistritz
- Pharmaextruder für kleine Batches
- Containment für Pharmaextruder
Welche Normen muss man im Zusammenhang mit Extrudern beachten?
- EN 1114-1:2011: Kunststoff- und Gummimaschinen – Extruder und Extrusionsanlagen – Teil 1: Sicherheitsanforderungen für Extruder
- (EG) 852/2004: Lebensmittelhygiene/HACCP
- (EG) Nr. 1935/2004: Materialien für den Lebensmittelkontakt
Quellen
https://www.chemie.de/lexikon/Extruder.html
https://de.wikipedia.org/wiki/Extrusion_(Verfahrenstechnik)
https://de.wikipedia.org/wiki/Joseph_Bramah
https://www.degruyter.com/document/doi/10.3139/217.980326/pdf
https://www.chemie-schule.de/KnowHow/Extrusion_(Verfahrenstechnik)
https://studyflix.de/ingenieurwissenschaften/extruder-2259
https://www.brabender.com/extrusion/
https://www.coperion.com/de/industrien/lebensmittel-tiernahrung/suesswaren-schokolade
https://www.3d-grenzenlos.de/glossar/extruder/
