Extrusion: Prinzip des Fleischwolfs

Schlüsseltechnologie Extrusion: Schneckenpressen und Hitze geben Form für Produkte, die in der Bauindustrie, der Automobilindustrie, der Luftfahrtindustrie, aber auch in der Medizintechnik und Möbelindustrie eingesetzt werden.
(Foto: ©kolyadzinskaya – stock.adobe.com)
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Viele Alltagsgegenstände kommen nicht ohne Kunststoffe aus. Haushaltsgeräte, Fernseher und das Handy setzen auf das Material und auf bruchfeste Gehäuse, Displays und Leuchten. Kunststoffe isolieren Kühl- und Gefrierschränke, sind eigentlich überall zu finden. „Leichte, preiswerte und stromsparende Elektro- und Elektronikgeräte wären ohne Bauelemente aus Kunststoff nicht denkbar“, ist der Gesamtverband Kunststoffverarbeitende Industrie (GKV) überzeugt. Als Spitzenorganisation bündelt und vertritt er die gemeinsamen Interessen seiner Trägerverbände. In ihnen sind auch „die Extruder“ aktiv, die Profile wie Fensterrahmen, Kabelkanäle oder Dichtungen, Ummantelungen, Schläuche, Laufflächen von Autoreifen, Autoteile wie Innentürverkleidungen oder Rückspiegelfassungen, Wischgummi beim Scheibenwischer, Fahrradfelgen, Türdichtungen, aber auch Folien und Hartschaumplatten sowie viele weitere Dinge des Alltags „extrudieren“.

Unternehmen setzen auf Vielfalt

Rohre werden gefertigt, Hohlkammerprofile für Fenster oder Terrassendielen entstehen, aber auch Breitschlitz- und Blasfolientechnologien sowie kombinierte Technologien wie das Verstrecken oder Extrusion-Spritzblasen zählen zum Segment. Produkte der Extrusions-Technik finden sich in der Bau-, Automobil- und Luftfahrtindustrie, aber auch in der Medizintechnik, der Möbelindustrie (vor allem Küchen- oder Büromöbel), im Messebau, bei Verpackungen, im Agrareinsatz, bei Schlauchanwendungen und der Granulierung. „Einzelne Tätigkeiten lassen sich nicht eindeutig abgrenzen“, heißt es beim GKV. Spezialisten sind in der Branche selten anzutreffen, Unternehmen setzen auf Vielfalt und bieten das breite Spektrum der Kunststoffverarbeitung in den verschiedensten Kombinationen. Dabei gilt die Extrusion als eine der Schlüsseltechnologien. Nahezu parallel werden aber auch die weiteren Verfahren wie Kalandrieren, Spritzgießen, Formpressen, Rotationsformen, Vakuumgießen, Thermoformen oder Kunststoffschäumen angeboten und umgesetzt.

Hoher Druck und hohe Temperaturen

Das Extrudieren ist ein Fertigungsverfahren, das oft auch als Strangpressen bezeichnet wird. Extruder sind Schneckenpressen, die nach dem Funktionsprinzip des Fleischwolfes feste bis dickflüssige Massen unter hohem Druck und hoher Temperatur gleichmäßig aus einer Öffnung herauspressen. Bis zu 700 bar und bis zu 300 Grad Celsius stehen dabei im Anforderungsprofil der Maschinentechnik. Dabei können Körper in theoretisch beliebiger Länge gefertigt werden, deren Querschnitt der Form der Öffnung des Mundstücks entspricht.

Mit dem Bleirohr fing alles an

Die Extrusion ist keine Erfindung der „Neuzeit“. Als Ursprung ist die Herstellung nahtloser Bleirohre mittels einer handbetriebenen Kolbenpresse durch Joseph Bramah 1797 in England anzusehen. 1845 wurden bereits warmplastische Massen auf den ersten, nach dem Prinzip der archimedischen Schraube arbeitenden Schneckenpressen verarbeitet, die später mit einem mechanischen Antrieb versehen wurden. Da die Kunststoff-Industrie im 20. Jahrhundert einen weltweiten Boom erlebte, hat sich das Extrudieren von Kunststoffen neben dem Spritzgießen als wichtiges verfahrenstechnisches Element zur Herstellung von thermoplastischen Kunststoffartikeln etabliert.

Schellack, Kaugummi, Celluloid

Am Anfang war der Schellack. Dann kam das Kaugummi. „Der nächste Schritt in der Evolution der Kunststoffe folgte mit der chemischen Veränderung natürlicher Materialien wie Kautschuk, Nitrozellulose, Collagen und Galalith“, beschreibt PlasticsEurope Deutschland. Die Entwicklung synthetischer Materialien, die wir als moderne Kunststoffe bezeichnen würden, begann vor etwa 100 Jahren. Alexander Parkes nannte im Jahr 1855 seine Erfindung Parkesine, heute als Celluloid bekannt. Ein entscheidender Durchbruch gelang 1907 dem belgisch-amerikanischen Chemiker Leo Baekeland: Mit dem „Bakelite“ entwickelte er den ersten wirklich synthetischen und in Mengen produzierten Kunststoff. Technische Kunststoffe haben Holz oder Metall in vielen Anwendungen ersetzt, sie bieten Vorteile beim Gewicht-Festigkeit-Verhältnis und lassen sich viel leichter verarbeiten. „Technische Kunststoffe weisen auch eine höhere Leistungsfähigkeit in den Bereichen Hitzebeständigkeit, chemische Beständigkeit, Stoßfestigkeit, Feuerbeständigkeit und mechanische Belastbarkeit auf“, analysiert PlasticsEurope. Steigende Kunststoffanteile in Flugzeugen und Autos, bei der Wärmedämmung, in Windkraftanlagen oder Solaranlagen seien Beleg für die Zukunftsfähigkeit. „Die Medizin kann auf Kunststoff keinesfalls verzichten. Sauberes Wasser aus der Leitung ist ohne Kunststoff kaum denkbar“, steht für die Kunststoff-Hersteller fest. Die Kunststoff verarbeitende Industrie ist mit einem Jahresumsatz von etwa 65,7 Milliarden Euro und 335.000 Beschäftigten in über 2.978 Betrieben einer der bedeutendsten Wirtschaftszweige in Deutschland. Die vorwiegend mittelständisch geprägte Branche zeichnet sich durch hohe Innovationskraft und eine vielfältige Produktpalette aus. Reinhold Häken | redaktion@regiomanager.de

INFO

Die Tricks beim Gartenschlauch
Plastisches Material und Hohlwerkzeug

Auch ein Gartenschlauch wird mit dem Extrusions-Verfahren hergestellt. Plastisches Material wird dabei in ein zweiteiliges Hohlwerkzeug gedrückt, die Werkzeugwände umschließen den Schlauch. Anschließend wird Luft in den Schlauch gepresst; dadurch weitet er sich. Die eingepresste Luft drückt das Kunststoff-Material gegen die Werkzeugwand, die sich beim folgenden Kühlvorgang zum Hohlkörper formt.

Nudeln und Erdnussflips
Maschinenbauern ist Input „egal“: Auf Konsistenz kommt es an.

Den Produzenten von Kunststoff-Maschinen ist es eigentlich egal, mit welchem Material ihre Produkte „gefüttert“ werden: Die Extrusion gelingt auch mit Aluminium, Gummi und Kautschuk, Ton und andere keramische Massen, thermoplastische Kunststoff-Polymere wie PVC, PP, PE, PET, PA und viele mehr, thermoplastische Massen aus Maisstärke und Lignin, teigförmige Lebensmittel- und Futtermittel-Mischungen, Verbundwerkstoffe wie faserverstärkte Kunststoffe oder WPC (Wood-Plastic-Composites). Flaschen, Kanister oder Fässer, aber auch Lüftungskanäle oder Kofferhalbschalen, Dachgepäckträger und Kraftstoff-Tanks sind der Technik zu verdanken. Auch Eistüten und Waffeln, Kuchen und Kekse, Cerealienriegel und Schokoladenprodukte werden so mit dem Extrusions-Verfahren hergestellt. Aber auch frostsichere Outdoorkeramik wird „extrudiert“, die industrielle Teigwaren-Produktion wäre ohne das Verfahren kaum möglich. Auch Erdnussflips hätten den Weg zum Fernsehabend kaum ohne Extrusion gefunden.

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Ausgabe 08/2019