Schmelzepumpen für die Extrusion

Ein Beispiel aus der vorgelagerten Prozessstufe in der Faserherstellung.

Extrusion für die Herstellung von Fasern

Kunstfasern werden in einer Vielzahl von Produkten eingesetzt. Als Angelschnüre in Form von PE-UHMW-Fasern für den Consumer-Bereich, als Nonwoven für die Herstellung von Kleidung oder als Kunstfasern in Teppichen finden die Fasern in vielen Produkten Anwendung. Die Fasern sind vielseitig und äußerst robust. Ebenso vielseitig wie die Arten sind auch die Einsatzgebiete von Fasern. Im Zuge eines Umdenkens in Richtung Circular-Economy werden heute Faser nicht nur aus sogenanntem Virginpolymer, sondern auch aus recycelten Kunststoffen hergestellt.

Beispielsweise werden Fasern aus recycelten PET Flaschen (PET-Post-Consumer-Bottle-Flakes) in unterschiedlichen Produktionsverfahren hergestellt. Neben dem Einsatz von Extrudern, Filtern und Entgasungseinheiten, sowie diversen anderem Prozessequipment werden auch Schmelzepumpen zur Druckerhöhung eingesetzt. Abhängig vom Prozess werden die Schmelzepumpen vor oder hinter den Filtereinheiten eingesetzt. Vor der Filtereinheit ermöglichen sie durch den hohen Druck eine äußerst feine Filtration.

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Schmelzepumpe als Druckerhöhungspumpe in der Extrusion und Faserherstellung

Die Schmelzepumpe nimmt nicht nur in Prozessen mit recyceltem Material eine wichtige Rolle ein. Schmelze die aus Post-Consumer-Material hergestellt wird, muss nach dem Aufschmelzen und Homogenisieren im Extruder, gereinigt werden, um unerwünschte Verschmutzungen im Material zu vermeiden. Verunreinigungen würden sich im späteren Prozessverlauf und in der Qualität des Produktes negativ auswirken. Feinmaschige Filtereinheiten verursachen hohe Druckverluste nach dem Filter. An dieser Stelle im Prozess kann durch den Einsatz einer Schmelzepumpe der Druckverlust zuverlässig kompensiert werden. Wird die Schmelze zur Herstellung von Fasern verwendet, fördert die Schmelzepumpe diese mit dem benötigten Prozessdruck zum Spinnbalken.

Vorteile von Schmelzepumpen in der Faserherstellung

  • Ausreichend hoher Prozessdruck nach der Filtrierung
  • Konstantes Temperaturfenster für die Einhaltung der Viskosität
  • Zuverlässige Förderung auch scherempfindlicher Schmelzen
  • Pumpe gliedert sich nahtlos in den Prozess ein

Prozessdaten

Pumpengröße:
EXTRU-IIB 176-70-70
Medium:
PET
Durchsatz:
bis 1000 kg/h
Eingangsdruck:
ca. 30 bar
Ausgangsdruck:
ca. 220 bar
Temperaturbereich:
280 bis 295 °C

Technische Parameter

Pumpengröße
EXTRU-IIB 176-70-70
Gehäuse:
1.6582
Lager:
1.2379
Zahnradwellen
1.2344
Dichtung
Gewindewellendichtung, gekühlt

Schmelzepumpe im Extrusionsprozess

  • Filtereinheit / Rückspül-Siebwechsler
  • Extruder
  • Entgasung / Vakuumeinheit
  • Online-Viskosimeter
  • Schmelzepumpe

  • Filtereinheit / Rückspül-Siebwechsler

    In der Verarbeitung von Post-Consumer-Material ist die Schmelze in der Regel verunreinigt. Damit später das Material nicht zum Ausschuss wird und nachgelagertes Prozessequipment nicht beschädigt wird, empfiehlt sich der Einsatz eines Filters nach dem Extruder. In diesem Prozessaufbau wird ein Rückspül-Siebwechsler RFSgenius der Firma Gneuss eingesetzt. In diesem Prozess filtriert der RSFgenius bis zu 1100 kg/h Schmelze. Die Obergrenze liegt bei 13.000 kg/h.  Die Reinigung erfolgt durch feinste Siebe, die in der Filtereinheit rotieren und kontinuierlich, während des laufenden Betriebs über ein Hochdrucksystem selbst gereinigt werden damit diese nicht verstopfen.

  • Extruder

    MRS Extruder der Firma Gneuss.

    Bei dem Extruder handelt es sich um einen Einschneckenextruder mit der Besonderheit, dass das Extrudat in eine rotierende Trommel geleitet wird, in der wiederum 8 kleine rotierende Satelliten-Schnecken angeordnet sind. Die Rotation der Schnecken erfolgt dabei entgegengesetzt der Trommelrotation. Der Vorteil ist ein überproportionaler Oberflächenaustausch der Schmelze für eine höchst effiziente Entgasung. Die Schmelze wird somit von flüchtigen Verschmutzungen wie z.B. Öle, Gase und Wasser gereinigt. Eine Vortrocknung des ge­waschenen Post-Consumer-Materials wird damit eingespart.

  • Entgasung / Vakuumeinheit

    Die Entgasungseinheit arbeitet mit einem wartungsarmen und robusten Wasserringpumpensystem. Der benötigte Unterdruck wird durch ein, in einem Wassering rotierendes Schaufelrad erzeugt. Dadurch werden nicht erwünschte Stoffe und Gase aus der Schmelze gezogen. 

  • Online-Viskosimeter

    Das Online-Viskosimeter dient zu Überwachung der Schmelzequalität. Mit ihm können präzise die Polymereigenschaften gemessen werden. Dabei werden sowohl der Schmelzedruck als auch die Schmelzetemperatur erfasst. Diese Werte geben Aufschluss über die Schergeschwindigkeit und die Viskosität und liefern damit einen Bezug zur Festigkeit des Endproduktes.

  • Schmelzepumpe

    Die Schmelzepumpe kompensiert Druckverluste und Schwankungen im Volumenstrom, die vom Upstream-Equipment vor der Pumpe und durch den Extruder verursacht werden können. Außerdem bauen sie den benötigten Differenzdruck für das Downstream-Equipment auf und halten durch ein ausgeklügeltes Temperierungssystem die Schmelze im benötigtem Temperaturfenster. Schmelzepumpen sind äußerst förderstabil. Für besonders scherempfindliche Medien können besondere Verzahnungsarten eingesetzt werden.

Exemplarischer Prozessaufbau

Dieser Prozessaufbau wurde mit freundlicher Unterstützung der Firma Gneuss realisiert. WITTE liefert seit vielen Jahren die etablierten EXTRU Schmelzepumpe zur Integration in die Gneuss Extrusionslinien. Es wurden bereits eine Vielzahl an gemeinsamen Projekten realisiert. In den Gneuss Extrusionslinen werden neben einer WITTE Zahnradpumpe vom Typ EXTRU die folgenden Komponenten verbaut.

Extruder MRS

Der Extruder der MRS Serie kann zwischen 350 und 450 kg Polymerschmelze (MRS 90) in der Stunde verarbeiten, abhängig von der Polymerart.

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Vakuumeinheit / Entgasung

Die Entgasung ist ein wesentlicher Prozessschritt in der Extrusion. Mittels der Vakuumeinheit wird das Lösungsmitteln aus der Schmelzen gezogen.

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RFS Genius Schmelzefilter

Filter werden zur Steigerung der Produktqualität eingesetzt um mögliche Verunreinigungen und daraus resultierende Qualtitätsverluste zu eleminieren.

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Online Viskosimeter

Das Viskosimeter dient zur Überwachung des Drucks und der Temperatur sowie der Schmelzequalität und der benötigten Produkteigenschaften.

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