Extruder

Der Extruder ist die zentrale Maschine in der kontinuierlichen Verarbeitung von Kautschukmischungen, um Profile und Schläuche herstellen zu können. Im Gegensatz zu diskontinuierlichen Verfahren wie dem Spritzguss oder der Plattenheizpresse arbeitet der Extruder im Dauerbetrieb: Material wird kontinuierlich eingeführt, verarbeitet und als endloses Halbzeug ausgetragen. Das macht ihn zum Standardaggregat für die Fertigung von Dichtungsprofilen, Kabelmänteln, Schlauchhalbzeugen und Profilsträngen in beliebiger Länge.

Aufbau und Funktionsprinzip

Ein Kautschuk-Extruder besteht im Wesentlichen aus einem beheizbaren Metallzylinder und einer darin axial rotierenden Förderschnecke. Die unvulkanisierte Kautschukmischung – kalt und zähplastisch – wird am Einzug in den Zylinder befüllt. Die Schnecke übernimmt von dort an drei wesentliche Aufgaben gleichzeitig:

Sie fördert die Mischung in Richtung Werkzeug, auch als Düse, Mundstück oder Matrize bekannt, homogenisiert sie durch die eingebrachte Scherwirkung und erwärmt sie durch die Kombination aus Friktionswärme und Außenbeheizung des Zylinders. Am Austritt ist die Mischung warm, plastisch und fließfähig genug, um durch das formgebende Werkzeug – die sogenannte Spritzscheibe – gepresst zu werden.

In der modernen Fertigung kommen überwiegend Kaltfütterextruder zum Einsatz. Diese verfügen über längere Schnecken und oft über spezielle Mischelemente (Stifte), um die unvulkanisierte Mischung direkt vom Raumtemperaturniveau auf die erforderliche Verarbeitungstemperatur zu bringen – der früher übliche separate Vorwärmschritt auf einer Warmwalze entfällt damit. Um Lufteinschlüsse oder Feuchtigkeit aus der Mischung zu entfernen, verfügen viele Anlagen zusätzlich über eine Vakuumentgasungszone, die Porenbildung im fertigen Profil verhindert und eine homogene Oberfläche sicherstellt.

Die Spritzscheibe gibt dem extrudierten Strang seine Querschnittsgeometrie. Form und Maße des Werkzeugs sind auf das gewünschte Profil oder den Schlauchquerschnitt abgestimmt, wobei der Rückfederungseffekt (Schwellung) des Kautschuks beim Verlassen des Werkzeugs konstruktiv berücksichtigt werden muss, um die geforderte Maßhaltigkeit zu gewährleisten.

Temperatur- und Druckführung

Temperatur und Druck sind die kritischen Prozessparameter in der Extrusion.. Die Massetemperatur muss hoch genug sein, um ausreichende Fließfähigkeit und eine homogene Extrusion zu gewährleisten – darf aber nicht so weit steigen, dass die Vulkanisation bereits im Zylinder einsetzt.

Dieses sogenannte Scorching, also das vorzeitige Anvulkanisieren der Mischung, ist einer der häufigsten Fehler im Extrusionsprozess und führt zu Inhomogenitäten im Strang oder vollständigem Masseabriss. Die Verarbeitungssicherheit eines Compounds gegen Scorching wird vorab im Rheometer bestimmt.

Der Massendruck baut sich durch den Widerstand des Formwerkzeugs auf und sorgt für einen gleichmäßigen, blasenfreien Materialaustritt. Druckschwankungen – etwa durch ungleichmäßige Materialzufuhr oder schwankende Mischungsviskosität – schlagen sich direkt in Maßschwankungen des Profilstrangs nieder.

Vulkanisation im Anschluss an die Extrusion

Der extrudierte Strang verlässt die Spritzscheibe im unvulkanisierten Zustand – er hat zwar seine endgültige Querschnittsform, aber noch keine elastischen Eigenschaften. Die Vulkanisation erfolgt in einer nachgelagerten Vulkanisationsstrecke, die direkt an den Extruder angeschlossen ist. Gängige Verfahren sind der Salzbad-Vulkanisationskanal (LCM), der Heißluftkanal oder der Mikrowellenkanal (UHF), der die Mischung durch dielektrische Erwärmung von innen heraus vulkanisiert – wobei dieses Verfahren auf polare Mischungen wie NBR, EPDM oder CR beschränkt ist, da unpolare Werkstoffe im Mikrowellenfeld kaum Energie aufnehmen.

Die Abstimmung von Extrusionsgeschwindigkeit und Vulkanisationszeit ist entscheidend für die Profilqualität: Läuft der Strang zu schnell durch die Vulkanisationsstrecke, bleibt er untervulkanisiert. Zu langsam bedeutet Übervulkanisation mit entsprechend versprödeten Eigenschaften.