Leitmarkt.NRW: Abwärmenutzung für die Granulatvorwärmung in Extrusionsprozessen zur Steigerung der Energieeffizienz

Das Ziel dieses Vorhabens ist die Entwicklung einer zentralen Kühlung für mehrere Extrusionskomponenten und das möglichst verlustarme Bündeln der Abwärmeenergie sowie die prozessinterne Weiterverwendung zur Granulatvorwärmung. Die Lösung soll einfach aufgebaut und möglichst leicht übertragbar sein, um auch in vergleichbaren (Extrusions-)Prozessen Anwendung finden zu können. Der dargestellte Lösungsansatz beinhaltet ein zentrales Sauggebläse, welches die Abwärme in Form von heißer Luft von der Plastifiziereinheit und von der Antriebseinheit absaugt. Die heiße Luft wird dann an einen Granulatbehälter weitergeleitet, durchströmt diesen und überträgt dabei Wärme an das enthaltene Kunststoffgranulat. Als Folge muss der Extruderantrieb weniger Drehmoment zum Aufschmelzen des Granulats aufbringen und verbraucht somit bei gleicher Durchsatzleistung weniger Energie.
Als wissenschaftlich-technische Herausforderungen gelten hier das möglichst verlustarme Sammeln und Weiterleiten der Abwärme. Dazu müssen die Komponenten strömungstechnisch optimal ausgelegt werden. Die Gestaltung und Umsetzung von Isolierungen, Leitungsquerschnitten, Anschlussflanschen sowie Leitungslängen und möglichen Wärmetauschern ist hier von großer Bedeutung. Besonders die Geometrien der Absaugevorrichtungen und der Lufteinbringung in den Granulatbehälter stehen hier im Fokus der Betrachtungen. Eine weitere Herausforderung ist der prinzipielle Nachteil einer Luftkühlung. Luft besitz eine im Vergleich mit Wasser geringere spezifische Wärmekapazität . Dies hat zur Folge, dass bei einer Luftkühlung für die gleiche Kühlleistung (bei identischen Ein- und Ausgangstemperaturen) der vierfache Massenstrom einer Wasserkühlung benötigt wird, bzw. mit gleichem Massestrom ein Viertel der Kühlleistung von Wasser erreicht werden kann. Im vorliegenden Fall kann davon ausgegangen werden, dass die Luftkühlung ausreicht, um den Zylinder und die Antriebseinheit, bestehend aus Elektromotor und Getriebe, ausreichend zu temperieren. Bei der Nutbuchsenkühlung kommt es darauf an, das Granulat zur Aufrechterhaltung der Förderwirksamkeit der Einzugszone lediglich so stark zu kühlen, dass die Erweichungstemperatur nicht erreicht wird. Aufgrund der Weiterentwicklungen der Kühlrippengeometrien und –materialien kann es daher bereits ebenfalls ausreichen, die Nutbuchse mit Luft zu temperieren. Aufgrund der besseren Wärmeübertragung kann eine mögliche Lösung jedoch auch aus einem mit Luft rückgekühlten Wasser-Kühlkreislauf bestehen.

Ort: Oberhausen/Duisburg

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