Reinigung von Extrusionswerkzeugen – wie und womit?

Extrusionswerkzeuge sollten im Optimalfall so konstruiert und beschichtet sein, dass eine Produktion ohne jegliche Unterbrechung zum Reinigen ermöglicht wird. Dieser Aspekt wird bereits bei der Konstruktion der Fließwege, bei der Auswahl der Stähle und Beschichtungen sowie bei der Auswahl des Materials berücksichtigt. Dennoch ist die Reinigung von Extrusionswerkzeugen in kunststoffverarbeitenden Betrieben ein häufiger und leider zeitintensiver und unproduktiver Prozess.

Zur Reinigung von Extrusionswerkzeugen wird, wenn ein Spülen im laufenden Betrieb nicht möglich ist, die Produktion unterbrochen, das Werkzeug demontiert und anschließend manuell gereinigt. Somit ist nach der Reinigung auch eine erneute Montage Werkzeuges, ein Aufheizen sowie die Ausrichtung des Werkzeuges notwendig. Hinzu kommt, dass oft nicht exakt absehbar ist, nach wie vielen Betriebsstunden ein Werkzeug gereinigt werden muss, so dass sowohl die Situation eintreten kann, dass gewisse Mengen an Ausschuss produziert werden, als auch die Situation, dass ein Werkzeug gereinigt wird obwohl es noch nicht notwendig war. Weiterhin bedeutet eine mechanische Reinigung in aller Regel ein zusätzliches Risiko für Verschleiß oder gar Beschädigung des Werkzeuges. Zusammenfassend also eine höchst ungünstige Situation für einen kunststoffverarbeitenden Betrieb.

Folgende Probleme können auftreten, wenn Werkzeuge nicht ausreichend gereinigt sind:

  • minderwertige Oberflächenqualität
  • Schlierenbildung
  • Rauigkeit
  • Abdrücke oder Verunreinigungen der Produktoberfläche
  • Verfärbungen
  • optische Qualität gemindert
  • Maßhaltigkeit gemindert

Die im Werkzeug auftretenden Verunreinigungen bestehen meist aus:

  • Kondensationskeimen (Öl, verunreinigte Luft, etc.) die an Werkzeugoberflächen anhaften
  • thermisch zersetzte Kunststoffe
  • Anbackungen
  • Trennmittel
  • Schmutz im System
  • Fett
  • Rost
  • Kalk
  • etc.

Zur Reinigung von Extrusionswerkzeugen gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. Die häufigsten Verfahren (neben der klassischen manuellen Reinigung mit der Drahtbürste) werden im folgenden aufgezählt und hinsichtlich Ihrer Vor- und Nachteile klassifiziert:

 

Trockeneisstrahlen:

Beim Trockeneeisstrahlen wird die Oberfläche mit Trockeneis bestrahlt. Es entsteht eine Wirkkombination aus thermischen Effekten, Sublimationseffekten und mechanischen Effekten (Impuls).

Vorteile: kurze Reinigungszeiten, geringer abrasiver Verschleiß, einfach im Handling, gute Reinigungswirkung aufgrund der Wirkkombination, Reinigungsmethode hinterlässt keine Rückstände

Nachteile: hohe Betriebskosten, Druckluftbedarf, Absaugung erforderlich, Trockeneispellets sind nur für begrenzte Zeit lagerfähig, Isolierbehälter, hoher Schalldruckpegel

 

Wasserstrahlen:

Das Strahlmittel wird mit hoher Düsenaustrittsgeschwindigkeit auf die Verunreinigung gelenkt. Hohe kinetische Energie führt zu einem Abtragen von Verunreinigungen.

Vorteile: auch bei sehr hartnäckigen Verunreinigungen möglich (z.B. Rost), einfaches Handling, gute Reinigungsleistung (abrasiv)

Nachteile: Oberflächenbeschädigung ist möglich, zeitintensiv, hoher Schalldruckpegel, Strahlgutrückstände im Werkzeug möglich

 

Laserstrahlreinigung:

Ein fokussierter Laserstrahl verdampft die Verunreinigung, hohe lokal konzentrierte, thermische Energie, Aufbau von thermischen Spannungen in den Verunreinigungen, Schockwellenerzeugung bei Verdampfung

Vorteile: geringe Einwirkung auf das Basismaterial, keine Strahlmittel oder Reinigungsmittel notwendig, geräuscharm, wartungsfreie Technik mit hohen Standzeiten, präzise Positionierbarkeit, kein Schmutz und keine Rückstände bei direkter Absaugung

Nachteile: hohe Investitionskosten, aufwändige Sicherheitsvorkehrungen, komplexe Handhabung, nur dünne, homogene Verunreinigungen können gut entfernt werden, thermische Beanspruchung des Werkzeuges möglich

 

Chemische Reinigung:

Reinigung mit Flüssigkeiten, chemisches Lösen von Verunreinigungen, mechanische Entfernung von gelösten Schmutzresten, Reinigung von Rückständen

Vorteile: Reinigung von schwer zugänglichen Bereichen möglich (z.B. Kühlkanäle), auch starke Verunreinigungen können entfernt werden (Zeitbedarf!),  zuverlässige Technik, vergleichsweise kostengünstig

Nachteile: Reinigungsmittelauswahl individuell für den Anwendungsfall, zeitintensiv (Einwirkzeiten), Umweltbelastend (je nach Reinigungsmittel), Materialschädigung möglich

 

Ultraschallreinigung:

Das Werkzeug wird in einem Ultraschallbad abwechseldn Druck und Unterdruck ausgesetzt, wodurch winzige Bläschen entstehen die durch Kavitation und Implosionen die Verschmutzungen abtragen.

Vorteile: berührungslose Reinigung, keine Beschädigungen an Oberflächen, sehr schonendes Verfahren, eigentliche Reinigungszeit vergleichsweise kurz, auch komplexe Geometrien und schwer erreichbare Bereiche lassen sich reinigen, automatisierbar, niedrige Betriebskosten, umweltschonend, beim geringem Einsatz von Lösemitteln

Nachteile: Werkzeuge müssen vollständig demontiert und in Ultraschallbad gelegt werden, zeitintensiv wegen Werkzeugausbau, nur schwache Verunreinigungen lassen sich entfernen, hohe Investitionskosten, anschließende Trocknung notwendig

 

Thermische Reinigung (Pyrolyse):

Das Werkzeug wird stark erhitzt, die Verunreinigungen verdampfen oder es findet eine chemische Umwandlung bzw. Zersetzung statt.

Vorteile: Einfache Anlagen, niedriger Aufwand, oft kurze Reinigungszeiten – wenn die Verunreinigungen nicht sehr stark sind, Reinigung von schwer zugänglichen Bereichen möglich, gezielte, sortenreine Reinigung

Nachteile: zeitintensiv, Reinigungszeit stark abhängig vom Grad der Verschmutzung, teilweise hoch, hoher Energiebedarf, Möglichkeit der Beeinflussung des Werkzeuges bei hohen Temperaturen, Nachreinigung oft erfoderlich

 

Welche Reinigungsmethode für einen Anwendungsfall die geeignetste ist, entscheiden letztendlich die Situation und die gesamten Umstände. Zunächst muss einmal geprüft werden, wie häufig die Reinigung stattfinden muss und welche Kosten durch die Reinigung verursacht werden. Zudem muss bekannt sein, welche Reinigungsverfahren grundsätzlich überhaupt geeignet wären, die Reinigungsaufgabe zuverlässig durchzuführen. Mit diesen Daten können dann verschiedene Methoden gegeneinander verglichen werden, wobei natürlich auch die Kosten der verschiedenen Verfahren jeweils eine große Rolle spielt.

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