Südostasiatische PVC-Rohrhersteller beschaffen Einschneckenextruder für Wasserinfrastrukturprojekte.

Laborbericht: Stabilität der Ausgangsstoffe und Homogenität der Schmelztemperatur bei verschiedenen PVC-Formulierungen

PVC-Rohrmassen sind kein einheitliches Material. Die Rezeptur variiert je nach Hersteller und Rohstofflieferkette erheblich: Art des Suspensions-PVC-Harzes (K65 bis K68), Calciumcarbonat-Beladung (5 bis 40 phr zur Kostenoptimierung), Gehalt an Schlagzähmodifikatoren (CPE oder Acryl, 2–8 phr) und Stabilisatorsystem (blei-, calcium-zink- oder zinnbasiert). Jede dieser Variablen beeinflusst die Schmelzrheologie beim Eintritt in den Einschneckenextruder, und der Extruder muss diese Bandbreite ohne Eingriff des Bedieners bewältigen können.

In unserem Extrusionslabor bei Jurry unterziehen wir jedes neue Schneckendesign einem Matrixtest. Wir stellen fünf Chargen Rohrmischung her – von einer hochdurchflussfähigen Mischung für Kabelkanäle im Innenbereich (K65 PVC, 5 phr CaCO₃, 2 phr CPE, Ca-Zn-stabilisiert) bis hin zu einer Mischung für dickwandige Druckrohre (K68 PVC, 40 phr CaCO₃, 4 phr Acryl, bleistabilisiert) – und extrudieren 90-mm-Rohre mit einem 65-mm-Einschneckenextruder bei 30 U/min. Die Schmelztemperatur am Düsenadapter messen wir mit einem Thermoelement vom Typ J, das den Schmelzestrom in radialen Schritten von 5 mm durchfährt.

Die Schneckengeometrie, die die beste thermische Gleichmäßigkeit über den gesamten Formulierungsbereich gewährleistet, ist eine Barriereschnecke mit drei Mischzonen und einem Scherring nach Maddock bei 75 % der Schneckenlänge. Bei der hochfließenden Formulierung betrug der radiale Schmelztemperaturgradient 4,2 °C – von 182 °C am Schneckenfuß bis 186,2 °C an der Zylinderwand. Bei der hochgefüllten Druckrohrmischung verbreiterte sich der Gradient auf 5,8 °C. Beide Werte liegen innerhalb des von Rohrleitungsingenieuren als Grenzwert für eine gleichmäßige Wandstärke akzeptierten Maximalwerts von 6 °C. Unsere spiralförmige Barriereschneckenkonstruktion mit einem Barrierespalt von 4 mm stellt sicher, dass ungefüllte Schmelze die Mischzone nicht vorzeitig passiert. Wir haben gemessen, dass 96 % des Schmelzvolumens beim ersten Durchgang bei 35 U/min den Scherringspalt passierten – im Vergleich zu 82 % bei einer herkömmlichen einschneckenartigen Schnecke mit demselben Durchmesser.

Die Stabilität der Produktion ist ebenso entscheidend. Rohrwerke in Südostasien betreiben selten ganzjährig einen einzigen Extruder mit derselben Rezeptur. Sie wechseln zwischen Druckrohren für die Vormittagsschicht und Abwasserrohren für die Abendschicht. Wir führten 12-stündige Stabilitätstests mit unserem Einschneckenextruder SJ-65 bei drei Rezepturwechseln ohne Spülung durch – lediglich eine 10-minütige Verweilzeit bei reduzierter Drehzahl. Die Produktionsabweichungen lagen bei den drei Rezepturen innerhalb von ±2,3 % des Sollwerts. Der gerillte Einzugsbereich der Schnecke – drei parallele, 4 mm tiefe Rillen mit einem Steigungswinkel von 15° – gewährleistete einen gleichmäßigen Feststofftransport unabhängig von der Schüttdichteabweichung zwischen der flockigen, Ca-Zn-stabilisierten und der dichteren, bleistabilisierten Mischung. Extrusionsanlagen durch einen 24-Stunden-Betrieb wird die Rohstoffverschwendung an den Formulierungsübergangspunkten direkt reduziert.

Produktionsbericht: Auswahl von Schrauben-Hartauftragung und Bimetallzylinder für mit CaCO₃ gefülltes PVC

Der wichtigste Verschleißfaktor in PVC-Rohrextrusion Calciumcarbonat dient als Füllstoff. Rohrhersteller in Südostasien verwenden routinemäßig 20–40 phr Calciumcarbonat, um die Materialkosten zu senken. Bei einer Beladung von 30 phr wirken die abrasiven CaCO₃-Partikel – typischerweise gemahlener Kalkstein mit einer mittleren Partikelgröße von 10–25 µm und einer Mohs-Härte von 3 – als Schneidmittel an den Schneckenwindungen und im Zylinderinneren. Eine Standard-40Cr-Stahlschnecke mit nitrierter Oberfläche (HV 850–950) verliert nach 8.000 Stunden Verarbeitung von mit 30 phr CaCO₃ gefülltem PVC 0,3 mm an der Schneckenspitze. Bei einem Verschleiß von 0,3 mm erhöht sich der Leckstrom über die Schneckenspitzen um 15 %, was die Fördermenge bei gleicher Schneckendrehzahl um 6–8 % reduziert.

In unserer Produktionslinie haben wir vollständig auf zentrifugalgegossene Bimetallrohre (Auskleidung aus X-400-Legierung, HRC 58–62, Mindestdicke der Auskleidung 1,5 mm) und eine Hartauftragung der Schneckenwindungen aus Colmonoy 56 (HV 700–780, aufgetragen durch PTA-Schweißen in einer 0,8–1,2 mm dicken Schicht) umgestellt. Das Bimetallrohr kostet das 2,3-Fache eines nitrierten Rohrs, die hartbeschichtete Schnecke das 1,8-Fache einer standardmäßig nitrierten Schnecke. Das Austauschintervall verlängert sich jedoch von 8.000 auf 28.000 Stunden. Bei einer Rohranlage mit einer Produktionsleistung von 150 kg/h übersteigen die Stillstandskosten für einen Rohrwechsel – acht Stunden, zwei Techniker, Produktionsausfall von 1.200 kg – bereits im ersten Austauschzyklus die Kostendifferenz des Rohrs.

Ich habe zwischen 2020 und 2025 Verschleißdaten von 24 Produktionsextrudern in Rohrwerken in Ho-Chi-Minh-Stadt und Medan erfasst. Die Bimetallzylinder wiesen nach 24.000 Betriebsstunden einen maximalen Bohrungsverschleiß von 0,12 mm auf, gemessen mit einer Dreipunkt-Bohrungslehre am Übergang zum Einzugsbereich. Die Colmonoy-hartbeschichteten Schnecken zeigten eine durchschnittliche Reduzierung der Schneckenkegelbreite von 4,0 mm auf 3,82 mm – ein Verlust von 4,5 %, der jedoch immer noch über dem Grenzwert von 3,5 mm liegt, ab dem die Schnecke ausgetauscht werden muss. Die nitrierten Schnecken der Vergleichsgruppe wiesen nach 8.000 Betriebsstunden einen durchschnittlichen Bohrungsverschleiß von 0,28 mm auf und mussten ersetzt werden. Die Kostenberechnung pro Kilogramm Extrudat ergibt nach 24.000 Betriebsstunden einen Vorteil von 40 % für Bimetall.

Wir bieten nun drei Zylinderqualitäten an: nitriert (38CrMoAlA, Standard), Bimetall X-200 (für bleistabilisiertes PVC mit 15 phr Füllstoff). Ich empfehle jedem Rohrhersteller, der eine neue Produktionslinie in Betrieb nimmt, von Anfang an Bimetall X-400 zu wählen. Die höheren Kosten amortisieren sich innerhalb von 18 Monaten im Zweischichtbetrieb und vermeiden eine größere ungeplante Wartungsmaßnahme während der zehnjährigen Lebensdauer der Maschine.

Felddaten: Einfluss der Wanddickengleichmäßigkeit auf die Überprüfung der Druckfestigkeit

Der Berstdruck eines PVC-Rohrs richtet sich nach der Norm ISO 4433: Er ist proportional zum Quadrat der Wandstärke. Ein Rohr mit 110 mm Durchmesser, einer Nennwandstärke von 3,2 mm und einer Profilabweichung von ±0,15 mm weist einen Berstdruckbereich von 18,2 bis 21,6 bar auf – eine Streuung von 17 %. Diese Streuung ist relevant, da der örtliche Wasserversorger für PN10-Verteilungsrohre einen Mindestberstdruck von 20 bar vorschreibt. Verringert sich die Wandstärke an der dünnen Seite des Rohrs auf 3,05 mm – eine Reduzierung um 4,2 % –, sinkt der Berstdruck an dieser Stelle auf 18,2 bar, und das gesamte Rohr erfüllt die Anforderungen nicht.

In einem Rohrwerk in Manila zeigte mir der Qualitätsmanager die monatlichen Testergebnisse für 75-mm-PVC-Rohre, die mit einem Extruder eines Mitbewerbers hergestellt wurden. Von 240 Berstproben pro Monat fielen durchschnittlich 38 (15,8 %) unter den Grenzwert von 20 bar. Die Ursache war ein verschlissener Mischstift an der vorhandenen Schnecke, der einen Kaltstreifen verursachte – ein Band aus ungemischtem PVC mit 170 °C, das in die Düse gelangte, während die Schmelze 188 °C heiß war. Dieser Kaltstreifen führte zu einer lokal höheren Viskosität der Schmelze, einem schnelleren Durchfluss durch den Düsenspalt und einer um 0,08–0,12 mm dünneren Wandstärke an einer Seite des Rohrumfangs.

Wir ersetzten die Schnecke durch unsere Barriere-Flight-Konstruktion und installierten am Düsenadapter ein Schmelze-Thermoelement-Gitter mit sechs radialen Messpunkten. Innerhalb von zwei Wochen sank die Ausfallrate auf 6 von 240 Proben (2,5 %). Die Verbesserung resultierte nicht allein aus der neuen Schnecke, sondern aus der Kombination von Schneckengeometrie und geschlossener Temperaturregelung. Unsere SPS passt die Temperaturen der Zylinderzone unabhängig voneinander anhand des radialen Schmelze-Temperaturprofils an. 182 °C während auf der Laufseite steht 188°CDie SPS reduziert den Sollwert für Zone 3 des Extruders um 2 °C und erhöht ihn für Zone 2 um 1 °C – und kompensiert so den durch die Scherung entstehenden Temperaturgradienten. Diese Regelung ist nun Standard bei allen unseren Extrudern, die nach Südostasien geliefert werden.

Die wirtschaftlichen Auswirkungen im Werk Manila waren messbar. Durch eine Reduzierung der Berstprüfungsfehler um 13,3 Prozentpunkte sparte das Werk jährlich rund 1,2 Millionen PHP an Kosten für Nachprüfungen, Nacharbeit und Ausschuss. Die Anlagenauslastung stieg von 78 % auf 93 %, da die Produktion nicht mehr alle drei Tage zur Ursachenermittlung fehlgeschlagener Berstprüfungen angehalten werden musste.

Testergebnis: Vergleich des spezifischen Energieverbrauchs im 24/7-Produktionsbetrieb

Die Energiekosten bereiten südostasiatischen Rohrherstellern zunehmend Sorgen, da die Stromtarife für die Industrie zwischen 0,08 US-Dollar/kWh in Vietnam und 0,12 US-Dollar/kWh auf den Philippinen liegen. Bei einer Rohrextrusionsanlage mit einer Kapazität von 500 kg/h und einer jährlichen Laufzeit von 6.000 Stunden entspricht ein Unterschied von 0,04 kWh/kg im spezifischen Energieverbrauch (SEC) jährlichen Betriebskosten von 14.400 bis 21.600 US-Dollar.

Wir testeten unseren Einschneckenextruder SJ-90 (90 mm Schneckendurchmesser, L/D 28:1) gegen ein Konkurrenzprodukt gleicher Größe an einer 110-mm-PVC-Druckrohrleitung in einer Testanlage in Zhangjiagang. Die verwendete Mischung war ein Standard-K67-PVC mit 25 phr Calciumcarbonat, 3 phr CPE-Schlagzähmodifikator und Bleistabilisierung. Beide Maschinen liefen mit einer Ausstoßleistung von 180 kg/h, 35 U/min und Zylinderzonentemperaturen von 175 °C/180 °C/185 °C/190 °C vom Einzug bis zur Dosierung. Unser Extruder verbrauchte 0,178 kWh/kg. Das Konkurrenzprodukt verbrauchte 0,214 kWh/kg – ein Unterschied von 20 %.

Der Vorsprung resultierte aus zwei Konstruktionsmerkmalen. Erstens reduziert die Barriere-Schneckenführung unserer Schnecke die Kanaltiefenabweichung zwischen Zuführ- und Dosierbereich, wodurch die viskose Dissipation im Schmelzfilm verringert wird. Zweitens verwenden unsere Zylinderheizzonen Heizelemente aus Aluminiumguss mit integrierten Kühlkanälen, die eine schnellere Reaktion auf Temperaturabweichungen ermöglichen und ein Überhitzen verhindern. Unsere Heizzyklusfrequenz beträgt im stationären Zustand 3,2 Zyklen pro Minute gegenüber 1,8 Zyklen beim Wettbewerber – das bedeutet, dass unsere Zonen weniger Zeit mit aktivem Aufheizen verbringen, da die Temperaturregelung präziser ist. Einschneckenextruder Für den Betreiber bedeutet dies einen messbaren Posten auf der monatlichen Stromrechnung.

Wir validierten die Energiewerte bei drei Kundenanlagen: Ein Rohrwerk in Hanoi, das rund um die Uhr in Betrieb ist, meldete über einen Messzeitraum von sechs Monaten einen tatsächlichen spezifischen Energieverbrauch (SEC) von 0,182 kWh/kg – ein Wert, der nahe an unserem Laborergebnis liegt. Der Werksleiter bestätigte eine Reduzierung der Stromkosten um 17 % im Vergleich zu seinem vorherigen, in Deutschland gefertigten Extruder gleicher Leistungsklasse.

Kundenfeedback: Drei Integrationsgeschichten aus Südostasien

Ich besuche mindestens viermal jährlich Rohrextrusionsanlagen in Südostasien. Die häufigste Anfrage der Anlageningenieure betrifft nicht etwa einen Extruder mit höherer Leistung, sondern einen stabileren – einen, der es ihnen ermöglicht, verschiedene Rohrgrößen und Materialzusammensetzungen zu verarbeiten, ohne Kompromisse bei der Wandstärkenkonsistenz einzugehen. Ein Rohrhersteller in Surabaya, Indonesien, produziert PVC-Rohre für das staatliche Programm zur ländlichen Wasserversorgung – Rohre mit Durchmessern von 50 mm bis 200 mm, alle nach der indonesischen Norm SNI 6818:2015. Sie fertigen 16 Rohrgrößen auf zwei Extrudern und wechseln die Düsen durchschnittlich dreimal pro Schicht. Ihr vorheriger Extruder benötigte nach jedem Düsenwechsel 45 Minuten Stabilisierungszeit – das bedeutete 2,25 Stunden Produktion fehlerhafter Rohre pro Schicht.

Wir installierten einen Jurry SJ-75 Einschneckenextruder mit Schnellwechseldüse und schmelzdruckstabilisierter Schnecke. Die Stabilisierungszeit nach einem Düsenwechsel sank auf 12 Minuten. Der Ausschuss pro Acht-Stunden-Schicht reduzierte sich von 180 kg auf 48 kg. Bei einer Produktionsmenge von 3.200 Tonnen pro Jahr amortisieren sich die zusätzlichen Extruderfunktionen durch die geringere Ausschussmenge innerhalb von 14 Monaten. Der Geschäftsführer sagte mir: „Die Maschine macht mir beim Düsenwechsel keine Probleme.“ Das ist das häufigste Lob, das ich für unsere Extruderkonstruktion höre – sie gibt den Bedienern die Gewissheit, dass das Rohr, das morgens um 8:00 Uhr den Spezifikationen entspricht, auch nach drei Düsenwechseln abends um 20:00 Uhr noch den Spezifikationen entspricht.

Ein weiterer Kunde in Cebu, Philippinen, extrudierte 90-mm-PVC-Rohre für den Ausbau eines Wasserversorgungsunternehmens in der Visayas-Region, der von der Asiatischen Entwicklungsbank finanziert wurde. Das Projekt erforderte Rohre, die folgenden Normen entsprachen: ISO 4433 PVC-Rohr Die Anforderungen an die hydrostatische Festigkeit wurden nicht erfüllt. Der Extruder des Herstellers konnte den geforderten hydrostatischen Druck von 4,0 × Nenndruck nicht ohne Wanddickenschwankungen aufrechterhalten. Wir lieferten eine komplette Extrusionsanlage mit gravimetrischem Dosiersystem, Barriereschnecke und servogesteuerter Abzugseinheit. Die Wanddickenabweichung reduzierte sich auf ±0,05 mm. 98 % der Produktionscharge bestanden die hydrostatische Prüfung im ersten Anlauf. Der Kunde bestellte daraufhin eine zweite Anlage für dasselbe Projekt und eine dritte Anlage für sein Exportgeschäft nach Papua-Neuguinea.

Für Rohrhersteller, die eine Kapazitätserweiterung planen, die mit Folgendem verbunden ist Wasserinfrastruktur der Weltbank Die wichtigste Erkenntnis aus Projekten ist, dass bei der Investitionsentscheidung für einen Einschneckenextruder nicht nur der maximale Durchsatz (kg/h) berücksichtigt werden sollte, sondern auch die Stabilität des Outputs über den gesamten Formulierungs- und Durchmesserbereich. Ein Extruder mit 400 kg/h, der aufgrund von Wandstärkenschwankungen, die eine Überdimensionierung der Wandstärke erfordern, nur 360 kg/h nutzbares Rohr liefert, kann eine schlechtere Investition sein als ein Extruder mit 350 kg/h, der 340 kg/h nutzbares Rohr liefert. Die nutzbare Ausstoßmenge, gemessen als Rohr, das die erste hydrostatische Prüfung besteht, ist der entscheidende Faktor dafür, ob sich die Rohrleitung in drei oder fünf Jahren amortisiert.

Fallstudie: Modernisierung eines Fünf-Linien-PVC-Rohrwerks in Vietnam für die Exportzertifizierung

Ein Rohrwerk in der Provinz Binh Duong, unweit von Ho-Chi-Minh-Stadt, betrieb fünf zwischen 2008 und 2010 errichtete Extrusionsanlagen. Dort wurden hauptsächlich 27-mm- und 34-mm-Elektroinstallationsrohre sowie 60-mm-Abwasserrohre für den Inlandsmarkt hergestellt. Im Jahr 2023 erhielt das Werk einen Exportauftrag für 90-mm- und 110-mm-Druckrohre nach Kambodscha und Laos – beides Märkte, die eine ISO-1452-2-Zertifizierung erfordern. Diese schreibt eine 1000-stündige hydrostatische Druckprüfung bei 20 °C und 60 °C vor.

Der Eigentümer beauftragte uns mit der Überprüfung seiner Produktionslinien. Wir stellten fest, dass die vorhandenen Schneckenspitzen verschlissen waren – der durchschnittliche Breitenverlust betrug 0,45 mm – und der Verschleiß des Schneckenzylinders in der Kompressionszone 0,2 mm überstieg. Die Extruder produzierten zwar noch Rohre in akzeptabler Qualität für den Inlandsmarkt, erreichten jedoch nicht die für die hydrostatische Druckprüfung bei 60 °C erforderliche Homogenität der Schmelztemperatur. Die Prüfung verlangt, dass das Rohr 1000 Stunden lang dem 4,2-fachen Nenndruck bei 60 °C standhält, ohne zu versagen. Bei einer Wandstärkenabweichung von ±0,18 mm versagten die dünnen Stellen nach 600–800 Stunden.

Wir lieferten fünf Ersatzschnecken mit Colmonoy-Hartauftragung und fünf Bimetall-Zylinder X-400. Außerdem rüsteten wir die Steuerungssysteme mit unserer neuesten SPS und einem Schmelzthermoelement-Array nach. Die gesamten Nachrüstungskosten beliefen sich auf 35 % einer neuen Extrusionslinie. Nach der Nachrüstung testete das Werk drei Rohrproben pro Linie. Alle 15 Proben bestanden die 1.000-stündige hydrostatische Prüfung. Im Januar 2025 lieferte das Werk die ersten 200 Tonnen ISO-zertifizierter Rohre an ein Wasserversorgungsunternehmen in Vientiane, Laos. Der Werksleiter berechnete die Amortisationszeit der Nachrüstung auf 9,5 Monate, basierend auf dem Exportpreisaufschlag gegenüber inländischen Leitungsrohren – ein überzeugendes Argument für die Modernisierung anstelle des Austauschs der bestehenden Extrusionskapazität.

Häufig gestellte Fragen