In der Kunststoffaufbereitung erfüllt das Compoundieren eine Schlüsselfunktion: Polymere werden mit Füll- und Verstärkungsstoffen, Additiven, Farbmitteln oder anderen Polymeren zu maßgeschneiderten Werkstoffen verarbeitet. Das dabei eingesetzte Hauptaggregat ist in der industriellen Praxis überwiegend der gleichläufige, dichtkämmende Zweiwellenextruder (engl. co-rotating twin-screw extruder, TSE). Seine Stärke liegt in der erzwungenen Förderung, der intensiven distributiven und dispersiven Mischwirkung sowie der hohen Flexibilität durch modulare Schnecken- und Zylinderbauweise. Zum Verständnis eines stabilen, reproduzierbaren Compoundierprozesses ist die Kenntnis der grundlegenden Verfahrenszonen und der zugehörigen Schneckengeometrien unerlässlich.
Gegenüber dem Einwellenextruder, der primär als Aufschmelz- und Förderaggregat sowie als Druckerzeuger vor Werkzeugen eingesetzt wird, zeichnet sich der Zweiwellenextruder durch seine offene Fördercharakteristik aus: Er ist kein druckaufbauendes, sondern ein selbstreinigendes, erzwungen förderndes System. Dadurch lassen sich Verweilzeit, Scherbelastung und Temperaturprofil nahezu unabhängig voneinander einstellen — ein entscheidender Vorteil bei thermisch sensiblen Polymeren oder hochgefüllten Systemen.
Aufbau und Funktionsprinzip des gleichläufigen Zweiwellenextruders
Zwei parallel angeordnete Schneckenwellen rotieren im gleichen Drehsinn innerhalb eines Achtzylindergehäuses. Die Schnecken kämmen dicht ineinander, wobei der Flankenspalt konstruktiv eng toleriert ist. Diese Bauform erzeugt eine erzwungene, von der Viskosität des Schmelzestroms weitgehend unabhängige Förderung. Das Material wird von Schnecke zu Schnecke übergeben und beschreibt dabei eine charakteristische Achterfigur-Bahn durch den Zylinder. Dieser Selbstreinigungseffekt verhindert Materialanhäufungen und Degradationszonen und macht den gleichläufigen TSE für Farbwechsel und Produktwechsel besonders geeignet.
Der Schneckendurchmesser (D) und das Verhältnis von Außen- zu Innendurchmesser (Do/Di) sind Schlüsselparameter für die Maschinenauslegung. Ein hohes Do/Di-Verhältnis — typischerweise zwischen 1,55 und 1,78 — bedeutet mehr freies Volumen in der Einzugszone und ermöglicht die Verarbeitung schüttgutarmer, voluminöser Materialien wie Naturfasern oder Rezyklate. Die Schneckenlänge wird in Vielfachen des Durchmessers (L/D) angegeben; industrielle Compoundierextruder weisen L/D-Verhältnisse von 36 bis über 60 auf, je nach Prozessaufgabe.
Modulare Schneckengeometrie: Förder-, Knete- und Mischelemente
Die Schneckenwellen des Zweiwellenextruders sind modular aus einzelnen Elementen aufgebaut, die auf ein Profilwellenprofil aufgesteckt werden. Dies erlaubt eine prozessoptimierte Konfiguration für jede spezifische Compoundieraufgabe. Grundsätzlich unterscheidet man drei Elementtypen: Förderelemente, Knetelemente und Mischelemente.
