Extruderschrauben sind Kernbauteil von Kunststoff-Extrusionsformgeräten und übernehmen wichtige Aufgaben wie Materialtransport, Schmelzen, Plastifizieren und Gleichmäßigen. Die Designrationalität beeinflusst direkt die Extrusionsqualität, die Produktivität und den Energieverbrauch. Dieser Artikel analysiert die Struktur, das Arbeitsprinzip, die Konstruktionsoptimierung und die Wartung der Schraube.

Grundstruktur und Klassifizierung von Schrauben

Extruderschrauben werden in der Regel ausZusatzabschnitt, Kompressionssegment (Schmelzesegment), Messabschnitt (Gleichgewichtssegment)Es besteht aus drei Teilen, die folgende Funktionen haben:

1. Fütterzone (Feed Zone)
   • FunktionFeststoff (z. B. Partikel oder Pulver) wird vom Behälter zum Kompressionssegment transportiert.
   • DesignmerkmaleDie Schraubentiefe ist größer (in der Regel 15% ~ 20% des Schraubendurchmessers), um mehr Material aufzunehmen; Die Schraubenbreite ist schmal und reduziert den Reibungswiderstand mit dem Material.
   • Typische AnwendungenAnfangstransport von thermoplastischen Kunststoffen wie PE und PP.
2. Kompressionszone (Compression Zone)
   • Funktion: Durch die allmähliche Flachkeit der Schraubentiefe wird das Material komprimiert, geschnitten und geschmolzen, um flüchtige Stoffe (z. B. Feuchtigkeit oder Zusatzstoffe) abzugeben.
   • DesignmerkmaleDie Schraubentiefe ist linear oder nicht linear abnehmend und das Kompressionsverhältnis (Verhältnis zwischen dem Gewindevolumen und dem Gewindevolumen des Messsegments) beträgt in der Regel 2: 1 bis 5: 1.
   • Schlüsselparameter: Kompressionswinkel (Schraubentiefenänderungsrate) beeinflusst die Schmelzeffizienz, zu viel Versammlung führt zu Materialüberhitzung, zu wenig Plastifizierung.
3. Messbereich (metering zone)
   • Funktion: Gleichmäßige Förderung des Schmelzmaterials zum Kopf, um einen stabilen Druck und einen stabilen Durchfluss zu schaffen.
   • DesignmerkmaleDie Schraubentiefe ist konstant und flach (in der Regel 5% ~ 10% des Schraubendurchmessers), die Schraubenbreite erhöht sich, um die Schneidgeschwindigkeit zu erhöhen.
   • Optimierte RichtungVerbesserung der Gleichmäßigkeit durch die Erhöhung der Schraubenlänge oder den Einsatz einer Barriereschraube.

Schraubentyp：

• Regelmäßige SchraubenGeeignet für die meisten allgemeinen Kunststoffverarbeitungen (z. B. PVC, PE).
• Trennschrauben: Stellen Sie ein Nebengewinde im Messsegment ein, trennen Sie Schmelze und Ungeschmolzenmaterial, um die Plastifizierungsqualität zu verbessern (häufig für technische Kunststoffe wie PA, PC verwendet).
• Abgasschrauben: Einrichten eines Abgassegments nach dem Kompressionssegment zur Bearbeitung von flüchtigen Materialien (z. B. Recycling).
• Zweireihige Schraube: Kombiniert mit den Vorteilen von Einzel- und Doppelschrauben, geeignet für Materialien mit hoher Füllung oder hoher Viskosität (z. B. Holz-Kunststoff-Verbundwerkstoffe).

2. Arbeitsprinzip der Schraube

Der Extrusionsprozess kann in drei Phasen unterteilt werden:

1. Feststoffförderphase
   • Das Material wird im Zusatzbereich durch eine Drehung der Schraube angetrieben, die sich entlang der Schraube nach vorne bewegt und einen "festen Stecker" bildet.
   • Die Fördereffizienz wird von der Schraubendrehzahl, der Schraubentiefe und dem Reibungskoeffizienten von Material und Zylinder beeinflusst.
2. Schmelzphase
   • Das Material wird im Kompressionssegment durch die doppelte Wirkung von Zylinderbeheizung und Schraubenschneiden allmählich vom festen Zustand in den Schmelzstand übertragen.
   • Die Schmelzgeschwindigkeit hängt von den geometrischen Parametern der Schraube (z. B. Kompressionsverhältnis) und den Prozessbedingungen (z. B. Temperatur, Drehzahl) ab.
3. Schmelzenförderphase
   • Das Schmelzmaterial wird im Messabschnitt gleichmäßig zum Maschinenkopf gefördert und über die Mündung in die gewünschte Schnittform geformt.
   • Der Förderdruck wird durch die Drehzahl der Schraube, den Kopfwiderstand und das Rückdruckventil reguliert.

Schlüsselpunkte des Schraubendesigns

1. Längenverhältnis (L/D)
   • Definition: Das Verhältnis zwischen der effektiven Länge und dem Durchmesser der Schraube beträgt in der Regel 20: 1 bis 36: 1.
   • Auswirkungen: Je größer das Durchmesserverhältnis ist, desto länger die Plastifizierungszeit, desto besser die Gleichmäßigkeit, aber der Energieverbrauch und die Kosten steigen.
   • Auswahlvorschläge:
     • Universelle Kunststoffe (wie PE, PP): L / D = 20: 1 ~ 25: 1
     • Technische Kunststoffe (wie PA, POM): L / D = 25: 1 ~ 30: 1
     • Hochfüllmaterial (z. B. Kalziumkunst): L/D≥30:1
2. Kompressionsverhältnis
   • Definition: Das Verhältnis zwischen dem Volumen der Schraube des Zusatzsegments und dem Volumen der Schraube des Messsegments spiegelt den Materialkompressionsgrad wider.
   • Auswirkungen: Das Kompressionsverhältnis ist zu groß und kann leicht zu einem Überhitzungsabbau des Materials führen, wenn es zu klein ist, wird es nicht ausreichend plastifiziert.
   • Typischer Wert:
     • Wärmeempfindliche Kunststoffe (wie PVC): Kompressionsverhältnis = 1,5: 1 ~ 2: 1
     • Kristalline Kunststoffe (wie PE, PP): Kompressionsverhältnis = 2,5: 1 ~ 3,5: 1
3. Drehzahl der Schraube
   • Reichweite: Normalerweise 30 ~ 120 rpm, Hochgeschwindigkeitsschrauben können mehr als 300 rpm erreichen.
   • Optimierungsrichtungen:
     • Eine höhere Drehzahl erhöht die Produktion, aber gleichzeitig erhöht die Kühleffizienz (z. B. durch Luft- oder Wasserkühlung).
     • Vermeiden Sie übermäßige Drehzahlen, die zu einer Überhitzung des Materials führen (z. B. bei der Verarbeitung von PVC ist die Drehzahl < 60 U/min erforderlich).
4. Materialauswahl
   • Schraubenkörper：
     • Regelmäßiges Material: 38CrMoAlA (Härte ≥900HV nach der Nitridierung, ausgezeichnete Verschleißbeständigkeit).
     • Material: Bimetallschraube (das Substrat ist 42CrMo, die Stellite-Legierung, die Lebensdauer erhöht 3 ~ 5 Mal).
   • Innere Zylinder：
     • Gewöhnliches Material: 45 # Stahl (Chrombehandlung, Oberflächenrauheit Ra≤0,4 μm).
     • Verschleißfestes Material: Nickelbasierte Wolframkarbidbeschichtung (Dicke 0,2 ~ 0,5 mm, geeignet für die Verarbeitung von Glasfaserverstärkten Kunststoffen).

4. Anwendungsszenarien für Schrauben

1. Rohre extrudieren
   • Anforderungen: hohe Leistung, geringe Schmelztemperaturschwankungen.
   • Optimierungsprogramm: Verbesserung der Gleichmäßigkeit der Plastizierung durch die Verwendung von Schrauben + Nadelszylindern.
2. Filmextrusion
   • Anforderungen: hohe Schmelzfestigkeit, niedriger Gelgehalt.
   • Optimierung: Erhöhung der Messsegmentlänge (L/D≥30:1) bei statischen Mischern.
3. Profilextrusion
   • Anforderungen: geringe Restspannung, hohe Dimensionsstabilität.
   • Optimierung: Verwenden Sie eine Schraube mit niedrigem Druckverhältnis (1,8: 1 ~ 2,2: 1), um die Schneidwärme zu reduzieren.
4. Recyclingverarbeitung
   • Anforderungen: hohe Verschleißbeständigkeit, hohe Abgaskapazität.
   • Optimierungsprogramm: Doppelreihenschraube + Abgassegment-Design, harte Chrombehandlung der Schraubenoberfläche.

Wartung und Optimierung von Schrauben

1. Tägliche Wartung
   • Regelmäßige Reinigung von Reststoffen auf der Schraubenoberfläche (insbesondere vor Ausfallzeiten mit Polyolefin-Reinigungsmittel).
   • Überprüfen Sie den Abstand zwischen Schraube und Zylinder (Standard-Abstand 0,1 ~ 0,3 mm, nach Verschleiß muss angepasst oder ersetzt werden).
   • Die Überwachung des Hauptmotorstroms kann eine ungewöhnliche Erhöhung darauf hindeuten, dass die Schraube verschleißt oder Fremdkörper in den Zylinder gelangen.
2. Fehlerdiagnose
   • Rückgang der ProduktionÜberprüfen Sie, ob das Zulaufsegment verstopft oder verschleißt, was zu einer geringeren Fördereffizienz führt.
   • Mängel der Produktoberfläche: wie Fokusflecken, Blasen, kann es sich um eine Überhitzung des Messsegments oder eine schlechte Abgassung handeln.
   • Ungewöhnlicher LärmSchraube- und Zylinderreibung oder Lagerschäden erfordern sofortige Ausfallreparationen.
3. Upgrade der Richtung
   • Energiesparende Transformation: Verwenden Sie die Drehzahlregeltechnik mit Frequenzumänderung, um die Drehzahl der Schraube dynamisch entsprechend der Last anzupassen.
   • Intelligentes UpgradeTemperatur- und Drucksensoren, um die geschlossene Kreislaufsteuerung des Extrusionsprozesses zu erreichen.
   • Modulares DesignEntwickeln Sie schnell austauschbare Schraubekomponenten, die sich an eine Vielzahl von Produktionsanforderungen anpassen.