Inexco - CMX Active Melt Cooling
Aktive Schmelzekühlung. Intensives Mischen. Ein System.
Der CMX Active Melt Cooler verbindet intensive Schmelzehomogenisierung mit gezielter aktiver Kühlung in einem kompakten, modular aufgebauten System.
Während klassische statische Mischer vor allem die Homogenisierung der Polymerschmelze übernehmen, erweitert der CMX diese Funktion um einen entscheidenden Prozessparameter: die kontrollierte Abfuhr thermischer Energie direkt aus der strömenden Schmelze.
Die speziell entwickelte Strömungsführung teilt, verteilt und führt die Schmelze kontinuierlich um. Dabei entstehen hohe Gesamtwärmeübertragungskoeffizienten.
So werden intensive Homogenisierung und effiziente Wärmeübertragung gezielt miteinander kombiniert.
Mehr Kontrolle über den thermischen Prozess
Mit steigender Produktionsleistung nimmt in vielen Extrusionsprozessen auch der mechanische Energieeintrag in die Schmelze zu. Die daraus resultierende Schmelzetemperatur kann zum begrenzenden Faktor für Durchsatz, Prozessstabilität und Produktqualität werden.
Genau hier setzt der CMX an: Durch die gezielte Abfuhr thermischer Energie lässt sich die Schmelzetemperatur kontrolliert einstellen und der thermische Prozesszustand gezielt beeinflussen – unmittelbar vor dem nachfolgenden Extrusionswerkzeug oder Prozessschritt.
Die wesentlichen Vorteile
- Aktive Wärmeabfuhr direkt aus der Polymerschmelze
- Intensive und kontinuierliche Homogenisierung
- Gezielte Kontrolle der Schmelzetemperatur
- Erweitertes Prozessfenster mit Potenzial für höhere Durchsätze
- Modular an unterschiedliche Prozessanforderungen anpassbar
- Kompakte Integration in neue und bestehende Extrusionslinien
- Geeignet für Retrofit-Anwendungen mit bestehenden statischen Mischern
Warum Schmelzkühlung?
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Moderne Extrusionsprozesse werden zunehmend auf höhere Durchsätze und maximale Anlagenproduktivität ausgelegt. Mit steigender Schneckendrehzahl und höherem Massedurchsatz nimmt der mechanische Energieeintrag in die Polymerschmelze zu. Ein Teil dieser Energie wird durch Scherung und viskose Dissipation in Wärme umgewandelt.
Die Folge: Die Schmelzetemperatur kann steigen, obwohl die Zylindertemperaturen bereits reduziert werden. Eine zu hohe oder ungünstig verteilte Schmelzetemperatur kann abhängig von Polymer und Verfahren zu längeren Kühlzeiten, eingeschränkter Dimensionsstabilität, höherer thermischer Materialbelastung oder einer Begrenzung des wirtschaftlich nutzbaren Durchsatzes führen.
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Statische Mischer können die Schmelze sehr wirkungsvoll teilen, umlagern und homogenisieren. Ihre primäre Funktion liegt jedoch in der Homogenisierung. Ohne gezielt temperierte Wärmeübertragungsflächen können sie der Schmelze keine thermische Energie aktiv und kontrolliert entziehen.
Durchsatz vs. Schmelztemperatur
Die Schmelzetemperatur bleibt in einem kontrollierten Bereich und ermöglicht:
- höhere Durchsätze
- stabile Produktqualität
- mehr Prozessstabilität
- größere Prozesssicherheit
Aktive Schmelzekühlung eröffnet einen zusätzlichen Freiheitsgrad in der Prozessführung. Statt am thermischen Limit zu arbeiten, kann der Prozess gezielt im optimalen thermischen Bereich betrieben werden.
So arbeitet der CMX
Der CMX verbindet intensive Schmelzehomogenisierung und aktive Wärmeabfuhr in einem einzigen Prozessschritt. Die Schmelze wird dabei nicht lediglich durchströmt, sondern gezielt geführt, wiederholt geteilt und umgelagert. Dadurch entstehen kontinuierlich neue Kontaktflächen zu den temperierten Bereichen des CMX.
Das Funktionsprinzip lässt sich auf drei zentrale Vorgänge reduzieren:
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1. Homogenisieren
Die spezielle Geometrie der Mischelemente teilt, verteilt und vereinigt die Schmelzeströme kontinuierlich neu. Temperatur- und Konzentrationsunterschiede innerhalb des Schmelzestroms werden dadurch reduziert und eine gleichmäßige Schmelze unterstützt.
Das Ziel: eine möglichst homogene Schmelze vor dem nachfolgenden Extrusionswerkzeug.
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2. Wärme übertragen
Durch die intensive Umlagerung gelangt die Schmelze wiederholt in die Nähe der wärmeübertragenden, temperierten Flächen. Gleichzeitig werden kontinuierlich neue Schmelzeschichten für die Wärmeübertragung zugänglich.
Damit wird eine zentrale Herausforderung hochviskoser Polymerschmelzen adressiert: Wärme muss aus dem Inneren des Schmelzestroms effektiv zu den wärmeübertragenden Flächen transportiert werden.
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3. Aktiv kühlen
Über ein geregeltes Temperiermedium kann thermische Energie gezielt aus der Schmelze abgeführt werden. Der CMX geht damit über die Funktion eines klassischen statischen Mischers hinaus:
Mischen + Wärmeübertragung + aktive Schmelzekühlung
Entscheidend ist dabei nicht die maximal mögliche Kühlung. Entscheidend ist die kontrollierte Einstellung des für den jeweiligen Extrusionsprozess geeigneten thermischen Zustands.
Das Prozessfenster erweitern
Der CMX eröffnet hier einen zusätzlichen verfahrenstechnischen Freiheitsgrad. Durch die gezielte Abfuhr thermischer Energie kann ein Teil des zusätzlichen Wärmeeintrags kompensiert und die Schmelzetemperatur gezielt beeinflusst werden.
So lässt sich das nutzbare Prozessfenster in Richtung höherer Durchsätze erweitern – solange Kühlleistung, Druckverlust und weitere relevante Prozessgrenzen dies zulassen.
Mehr Durchsatzpotenzial. Kontrollierte Schmelzetemperatur. Mehr nutzbare Prozessleistung.
Vom Energieeintrag zur kontrollierten Schmelzetemperatur
Der CMX setzt nach der Plastifizierung an: Er ermöglicht, überschüssige thermische Energie gezielt abzuführen und gleichzeitig die Schmelze intensiv zu homogenisieren.
So wird aus reiner Schmelzeförderung ein gezielt beeinflussbarer thermischer Prozess.
Auslegung und CFD
Für Ihren Prozess entwickelt
Die Leistungsfähigkeit eines Schmelzekühlers hängt entscheidend davon ab, wie genau er auf den jeweiligen Extrusionsprozess abgestimmt ist. Der CMX wird deshalb nicht als Standardkomponente betrachtet, sondern gezielt für die jeweilige Prozessaufgabe ausgelegt.
Grundlage der Auslegung sind die relevanten Prozess- und Materialdaten – unter anderem Polymer, Durchsatz, Schmelzetemperatur, gewünschte Austrittstemperatur, Druckniveau und Einbausituation. Sind zu Projektbeginn noch nicht alle Daten verfügbar, unterstützt INEXCO bei der Ermittlung der erforderlichen Informationen.
CFD-gestützte Auslegung
Mit Hilfe von CFD-Simulationen können Strömungsverteilung, thermisches Verhalten und Druckverlust bereits während der Auslegungsphase untersucht werden. Dadurch lassen sich wesentliche Zusammenhänge zwischen Geometrie, Wärmeübertragung, Homogenisierung und Druckverlust gezielt bewerten.
Das Ziel ist nicht die maximal mögliche Kühlung, sondern ein kontrollierter thermischer Prozesszustand bei gleichzeitig guter Schmelzehomogenität und beherrschbarem Druckverlust.
Die Auslegung betrachtet insbesondere:
- Strömungsverteilung und Homogenisierung
- Temperaturverteilung und Wärmeübertragung
- Druckverlust und verfügbare Druckreserve
- Durchsatz und Verweilzeit
- Anzahl und Ausführung der Misch-Kühlelemente
- Integration in die bestehende Extrusionslinie
Nicht der Prozess muss zum CMX passen – der CMX wird für den Prozess ausgelegt.
Aus den Prozessdaten und den Ergebnissen der CFD-Analyse entsteht die konkrete CMX-Konfiguration. Baugröße, Anzahl der Misch-Kühlelemente, Geometrie und Kühlleistung werden auf die jeweilige Anwendung abgestimmt.
Der modulare Aufbau bietet dabei einen besonderen Vorteil: Ändern sich später die Prozessanforderungen, kann die Misch- und Kühlstrecke konstruktiv angepasst und bei entsprechender Ausführung um einzelne Misch-Kühlelemente einschließlich des zugehörigen Gehäuseabschnitts erweitert werden.
INEXCO begleitet den gesamten Weg:
- Prozess verstehen
- Daten erfassen
- CFD analysieren
- CMX auslegen
- Konstruieren und fertigen
- Integrieren und in Betrieb nehmen
Damit wird aus einem Schmelzekühler eine gezielt auf den Extrusionsprozess abgestimmte verfahrenstechnische Komponente.
Nicht der Prozess muss zum CMX passen. Der CMX wird für den Prozess ausgelegt.
CFD-SIMULATION
Die CFD-Simulation macht sichtbar, wie die Polymerschmelze im CMX kontinuierlich geteilt, umgelagert und an die wärmeübertragenden Flächen geführt wird. Gleichzeitig lassen sich Temperaturverteilung, Strömungsverhalten und Druckverlust bereits während der Auslegung untersuchen und bewerten.
Simulieren. Verstehen. Gezielt auslegen.
Ein System, das mitwächst.
Der CMX ist konsequent modular aufgebaut. Anzahl und Ausführung der Misch-Kühlmodule können gezielt auf Polymer, Durchsatz, Eintrittstemperatur und erforderliche Kühlleistung abgestimmt werden.
Ein besonderer Vorteil ist die schrittweise Erweiterbarkeit: Ändern sich die Prozessanforderungen, kann der CMX – bei entsprechender Ausführung – um weitere Misch-Kühlmodule einschließlich der zugehörigen Gehäuseabschnitte ergänzt werden. Die einzelnen Module schließen dabei innerhalb des Systems nahtlos aneinander an.
So kann die CMX-Konfiguration an veränderte Produktionsbedingungen angepasst werden – beispielsweise bei höheren Durchsätzen, anderen Materialien oder veränderten thermischen Anforderungen.
Heute passend ausgelegt. Morgen flexibel erweiterbar.
Skalierbarkeit
Der CMX ist für unterschiedliche Anlagen- und Leistungsgrößen skalierbar. Das grundlegende Funktionsprinzip – intensive Homogenisierung, gezielte Wärmeübertragung und aktive Schmelzekühlung – bleibt dabei unabhängig von der Baugröße erhalten.
Die Auslegung wird jedoch nicht einfach geometrisch vergrößert. Mit zunehmender Nennweite und steigendem Durchsatz verändern sich die für die Wärmeübertragung und Strömungsführung relevanten Randbedingungen. Deshalb wird jede Baugröße auf die jeweilige Prozessaufgabe abgestimmt.
Berücksichtigt werden insbesondere Polymer und rheologische Eigenschaften, Durchsatz, Schmelzetemperaturen, erforderliche Kühlleistung, Druckverlust, Verweilzeit sowie die verfügbare Einbausituation.
So lässt sich das CMX-Konzept von kleineren Versuchs- und Pilotanlagen bis zu industriellen Produktionslinien übertragen und gezielt an die jeweilige Prozessleistung anpassen.
Verfügbare Nennweiten:
NW 40–50, 75, 100, 125, 140, 150, 175, 200, 250, 300 und 400.
Weitere Nennweiten auf Anfrage.
Gleiches Funktionsprinzip. Unterschiedliche Leistungsgrößen. Prozessspezifisch ausgelegt.
CMX für Ihren Prozess
Jeder Extrusionsprozess stellt andere Anforderungen an Schmelzetemperatur, Durchsatz, Druckverlust und Wärmeabfuhr. Deshalb beginnt die Auslegung eines CMX nicht mit einer Standardgröße, sondern mit Ihrem Prozess.
Gemeinsam betrachten wir die relevanten Prozess- und Materialdaten und prüfen, welches Potenzial aktive Schmelzekühlung für Ihre Anwendung bietet. Darauf aufbauend entwickeln wir eine auf Ihre Anforderungen abgestimmte CMX-Konfiguration.
Von der ersten Prozessanalyse bis zur Integration in Ihre Extrusionslinie.
Sie möchten wissen, welches Potenzial der CMX in Ihrem Extrusionsprozess bietet?
