DE10142890B4

DE10142890B4 - Planetwalzenextruder

Info

Publication number: DE10142890B4
Application number: DE10142890.1A
Authority: DE
Inventors: Harald Rust
Original assignee: Entex Rust and Mitschke GmbH
Current assignee: Entex Rust and Mitschke GmbH
Priority date: 2001-09-03
Filing date: 2001-09-03
Publication date: 2014-03-20
Anticipated expiration: 2021-09-04
Also published as: DE10142890A1

Abstract

Extruder mit einem Planetwalzenextruderabschnitt mit einem innen verzahnten Gehäuse oder Buchse und darin umlaufender, außen verzahnter Zentralspindel, wobei auf der Zentralspindel Planetspindeln umlaufen, die zugleich mit der Innenverzahnung des Gehäuses bzw. der Buchse kämmen und an dem in Extrusionsrichtung weisenden Ende an einem Anlaufring gleiten, wobei die Schmelze durch den Spalt zwischen Anlaufring und Zentralspindel in den in Strömungsrichtung nächsten Extruderabschnitt, insbesondere einen weiteren Planetwalzenextruderabschnitt, strömt, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnhöhe der Zentralspindel (15) am Anlaufring verkleinert ist und daß der Anlaufring einen Innendurchmesser besitzt, der kleiner als der Außendurchmesser der Zentralspindel (15) ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Planetwalzenextruder nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Ein besonderer Anwendungsbereich für Extruder ist die Verarbeitung und Bearbeitung von Kunststoffen. Es kann sich um Kunststoffe handeln z. B. für
Formteile, Werkstücke, Blöcke, Tafeln, Folien, Bahnen, Beläge, Rohre, Schläuche,
Stäbe, Stangen, Profile, Bänder, Schnüre, Drähte, Borsten, Netze,
Klebstoffe, Lacke, Leime, Kleister, Kitte, Bindemittel,
Farben, Putze, Spachtel, Verguß- und Versiegelungsmassen, Schmelz- und
Beschichtungsstoffe, Gele,
Fäden, Fasern, Garne, Seiden, Stränge, Matten, Vliese, Gewebe.
Die Kunststoffe können aus Monomeren und/oder aus Polymeren bestehen. Häufig handelt es sich um ein Gemisch, wobei auch Mischungen mit anderen Stoffen als Kunststoffen vorkommen. Das gilt besonders für die Herstellung von Kunststoffschaum.
Darüber hinaus können in den Extruder auch andere plastifizierbare bzw. schon plastische Stoffe eingesetzt werden. Dazu gehören z. B. Lebensmittel und Pharmazeutika, auch Chemikalien.
Mit einem Extruder lassen sich die eingesetzten Stoffe sehr vorteilhaft aufschmelzen, mischen bzw. homogenisieren und dispergieren. Außerdem kann das Einsatzgut zugleich erwärmt oder gekühlt werden. Zur Erwärmung bzw. Kühlung finden sich in dem Extrudermantel und ggfs. auch in Spindeln Kühlleitungen bzw. Heizleitungen. Zusätzlich bewirkt die von den Extruderspindeln auf das Einsatzgut ausgeübte Verformung eine erhebliche Erwärmung.
Z. B. für die Herstellung von Kunststoffschaum ist es sehr wichtig, daß im Extruder ein erheblicher Druck aufgebaut werden kann, der ein Aufschäumen im Extruder verhindert.
Für die Extruder sind verschiedene Bauarten bekannt.
Es gibt Einschneckenextruder, Doppelschneckenextruder und Planetwalzenextruder. Die verschiedenen Bauarten kommen auch in Kombination vor. Z. B. kann der Primärextruder einer Tandemanlage durch einen Einschneckenextruder oder Doppelschneckenextruder gebildet werden, während der Sekundärextruder ein Planetwalzenextruder ist. Der Primärextruder und der Sekundärextruder können mit unterschiedlicher Drehzahl betrieben werden. Das hat erhebliche Vorteile.
Die Kombination unterschiedlicher Extrudersysteme kann auch in einem einzigen Extruder erfolgen. Dabei bilden die miteinander kombinierten Extrudersysteme in dem einen Extruder Extruderabschnitte. Diese Abschnitte können mit den Verfahrensabschnitten des Extruders übereinstimmen, müssen es aber nicht. Die Verfahrensabschnitte sind bei der Aufarbeitung von Kunststoffen z. B. Einziehen des Kunststoffes, Aufschmelzen, Homogenisieren/Dispergieren und Kühlen der Schmelze auf Extrusionstemperatur.
Bei der Kombination verschiedener Extrudersysteme in einem Abschnitt wird üblicherweise eine gemeinsame Spindel verwendet. Z. B. setzt sich die Schnecke aus dem als Einschneckenextruder/Abschnitten ausgebildeten Bereich „Aufarbeitung des Kunststoffes” in den als Planetwalzenextruder/Abschnitt ausgebildeten Bereich „Kühlung der Schmelze auf Extrusionstemperatur” fort. Im Planetwalzenextruder/Abschnitt bildet die gemeinsame Schnecke die Zentralspindel.
Die Verwendung einer gemeinsamen Schnecke für unterschiedliche Extruderabschnitte ist für zeitgemäße Extruder relativ einfach, weil diese Schnecken aus Hülsen zusammengesetzt werden, die von einer gemeinsamen Stange durchdrungen werden und miteinander verspannt werden. Diese Bauweise hat auch andere Vorteile.
Die Extruderabschnitte bilden sich häufig auch in dem Extrudergehäuse ab. Dabei werden die Gehäuseabschnitte an den Enden mit Flanschen aneinander verspannt.
Im folgenden wird nur von Extrudern gesprochen, das schließt sowohl die Kombination mit gleichen oder anderen Extrudern als auch die abschnittsweise Kombination unterschiedlicher Extrudersysteme in einem Extruder ein. Desgleichen ist eingeschlossen die Kombination von Extruderabschnitten gleichen Systems.
Die Erfindung befaßt sich mit Planetwalzenextrudern. Diese Extruder unterscheiden sich ganz wesentlich von anderen Extrudern: Um eine Zentralspindel laufen eine Anzahl Planetspindeln. Die Planetspindeln besitzen wie die Zentralspindel eine Verzahnung. Ferner ist das Extrudergehäuse innen verzahnt bzw. mit einer verzahnten Buchse versehen.
Die Planetspindeln kämmen zugleich mit der Zentralspindel und dem Extrudergehäuse bzw. der Buchse.
Die Planetspindeln würden sich unter dem Flankendruck der Verzahnung in axialer Richtung aus dem Planetwalzenextruder herausbewegen, wenn der axiale Druck nicht durch ein Widerlager, den Anlaufring, aufgefangen würde. Zeitgemäße Extruder besitzen den Anlaufring am Gehäuseende, so daß der Anlaufring positioniert wird, wenn das zugehörige Gehäuse mit seinem oben beschriebenen Flansch verschraubt/verspannt wird.
Der Anlaufring umschließt die Zentralspindel mit mehr oder weniger Abstand. Das im Planetwalzenextruder aufgearbeitete bzw. behandelte Einsatzgut wird durch den Spalt zwischen Anlaufring und Zentralspindel gedrückt. Diese Betriebsweise hat sich bisher bewährt.
Die DE 25 217 74 A1 zeigt Extrusionsanlagen mit solchen Planetwalzenextruderabschnitten. Jeder Planetwalzenextruderabschnitt besitzt eine Zentralspindel, ein Gehäuse und Planetspindeln, die auf der Zentralspindel und in dem innen verzahnten Gehäuse umlaufen. Zugleich werden die Planetspindeln durch Anlaufringe daran gehindert, in axialer Richtung aus dem Gehäuse zu wandern. Dabei gleiten die Planetspindeln an den Anlaufringen. Die Anlaufringe sind zwischen den Enden der Gehäuse der verschiedenen Planetwalzenextruderabschnitte gehalten.
Zwischen den Anlaufringen und der Zentralspindel besteht ein Spalt, durch den die Schmelze von einem Extruderabschnitt in den nächsten übertritt. Für alle Planetwalzenextruderabschnitte ist eine gemeinsame Zentralspindel vorgesehen. Der Spaltbildung zwischen dem Anlaufring und der Zentralspindel ist förderlich, wenn in dem Spalt keine Verzahnung an der Zentralspindel vorgesehen ist.
Die DE 44 334 87 C2 zeigt einen Planetwalzenextruder, der wie die Extrusionsanlage nach der DE 25 217 74 A1 verschiedene Planetwalzenextruderabschnitte besitzt.
Die Zentralspindel der DE 44 334 87 C2 unterscheidet sich von der Zentralspindel nach der DE 25 217 74 A1 dadurch, daß an den Anlaufringen eine durchgängige Verzahnung vorgesehen ist.
Gleichwohl hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, den Planetwalzenextruder im Bereich des Anlaufringes zu verbessern.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird mit einem Planetwalzenextruder mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 gelöst.
Dabei geht die Erfindung von der Überlegung aus, daß der Schmelzedurchgang zwischen einem üblichen Anlaufring und der Zentralspindel aufgrund der Öffnungen zwischen den Zähnen der Verzahnung so groß ist, daß auch unvollständig aufgearbeitetes Gut durchtritt.
Nach der Erfindung wird ein Durchtritt unvollständig aufgeschmolzenen Kunststoffgranulates oder dergleichen dadurch verhindert, daß die Zentralspindel im Bereich des Anlaufringes frei geschnitten ist. Durch das Freischneiden ist die Verzahnung dort entfernt worden. Im Sinne der oben beschrieben Hülsen, die auf einem Dorn montiert und zu einer Zentralspindel gegeneinander verspannt werden, kann das auch durch Verwendung einer Hülse ohne Verzahnung mit entsprechendem Durchmesser erreicht werden.
Nach der Erfindung wird die so ausgebildete Zentralspindel von einem Anlaufring in einem Abstand umschlossen, der einen unerwünschten Granulatdurchtritt oder dergleichen verhindert.
Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, wenn die Verzahnung nur teilweise frei geschnitten ist.
Vorzugsweise ist der Anlaufring mehrteilig ausgebildet und mit einer mittigen, durch die Mittelachse des Anlaufringes verlaufenden Teilungsfuge versehen. Es können auch mehrere zusammenhängende Teilungsfugen vorgesehen sein.
Das Ergebnis der Teilungsfugen ist, daß der erfindungsgemäße Anlaufring um die Zentralspindel herum zusammen gesetzt werden kann und nicht als ganzes über die Zentralspindel geschoben werden muß. Das erleichtert die Montage ganz wesentlich.
Es ist günstig, wenn der Anlaufring darüber hinaus aus mindestens zwei Ringkonstruktionen besteht,

a) von denen der eine Ring im obigen Sinn geteilt ist und um die Zentralspindel herum zusammengesetzt werden kann und
b) von denen der andere Ring einen Innendurchmesser besitzt, der größer als der Zentralspindeldurchmesser ist und den Anlaufdruck der Planetspindeln aufnimmt. Dadurch kann dieser Ring wie ein herkömmlicher Anlaufring über die Zentralspindel geschoben werden.

Dabei wird vorzugsweise der weitere Ring in Extrusionsrichtung (Strömungsrichtung der Schmelze) vor dem geteilten und zusammensetzbaren Ring angeordnet ist.
Wahlweise ist der weitere Ring darüber hinaus mit einem Verschleißring versehen. Der weitere Ring hat dabei eine Trägerfunktion; daher seine Bezeichnung Trägerring.
Der Verschleißring bildet die Gleitfläche für die umlaufenden Planetspindeln. Der Verschließring kann aus gehärtetem Material bestehen oder auch aus Sintermaterial bestehen.
Wahlweise können gleiche geteilte Ringe und/oder gleiche geteilte Verschleißringe für unterschiedliche Extruder(durchmesser) Anwendung finden. Dann erfolgt die Anpassung an die anderen Durchmesser der Extruder über den Trägerring, dessen Außendurchmesser entsprechend verändert wird.
Günstig ist, wenn der Trägerring die anderen Ringe außen umfaßt.
Der Trägerring kann den Verschleißring auch innen umfassen, um z. B. sicherzustellen, daß der Innendurchmesser der Konstruktion geringer als der Rollradius der Planetspindeln ist.
Der Rollradius setzt sich aus dem Teilkreisradius der Zentralspindel, dem Teilkreisradius der Planetspindeln und dem Bewegungsspiel in der Verzahnung zusammen.
Durch den vorgeschlagenen kleineren Innendurchmesser wird verhindert, daß sich die Planetspindeln nach außen hin verformen/ausbiegen.
Durch das Freidrehen der Verzahnung und die Wahl des Innendurchmessers des Trägerrings bzw. Verschleißringes entsteht zwischen den beiden Ringen und der Zentralspindel ein von der Schmelze durchströmter Raum. Es hat sich gezeigt, daß durch Veränderung dieses Raumes auf die Qualität der Schmelze und auf den Schmelzefluß erheblicher Einfluß genommen werden kann. Das optimale Maß des Innendurchmessers kann für jedes Einsatzgut/Extrusionsgut mit einigen Versuchen bestimmt werden.
Der erfindungsgemäße Stauring kann gleichfalls zur Optimierung der Schmelze und des Schmelzeflusses optimiert werden. Das erfolgt vorzugsweise durch Wahl des den Schmelzedurchtrittsspalt bestimmenden Innendurchmessers an dem Stauring, ferner durch die Konfiguration der Einlaufschräge am Stauring, auch durch die Länge der Einlaufschräge.
Die Einlaufschräge hat vorzugsweise einen sinusförmigen Querschnitt.
Der Verschleißring und/oder der Stauring besitzen vorzugsweise eine Dicke, die größer ist als die zugehörige Vertiefung in dem Trägerring. Ferner ist der Außendurchmesser beider Ringe größer als der Innendurchmesser des Extrudergehäuses bzw. als der Innendurchmesser der im Gehäuse sitzenden Buchse.
Infolgedessen werden beide Ringe zwischen den Stirnflächen der Gehäuse bzw. der Buchsen eingespannt.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Dabei sind mit 1 und 2 die Gehäuse zweier Planetwalzenextruderabschnitte für die Aufbereitung von Kunststoff bezeichnet. Beide Gehäuse besitzen angeschweißte Flansche 3 und 4, die in nicht dargestellter Form miteinander verschraubt sind.
Jedes Gehäuse 1 und 2 ist innen mit Buchsen 6 bzw. 7 ausgekleidet.
Ferner sind an der Gehäuseinnenseite Kanäle 5 dargestellt, die je nach Bedarf mit Heizmittel oder Kühlmittel beaufschlagt werden.
Das dargestellte Ende des Gehäuses 1 ist hinten ausgedreht und nimmt einen Zentrierring 8, einen Verschleißring 10, einen Trägerring 9 und einen Stauring 11 auf. Der Verschleißring 10 ist in den Trägerring 9 eingelassen. Der Zentrierring 8 umfaßt den Trägerring 9 anströmseitig.
Der Verschleißring 10 bildet die Gleitfläche für Planetspindeln 12. Der Verschleißring 10 besitzt einen Innendurchmesser der kleiner als der mit 14 bezeichnete Rollradius der Planetspindeln ist.
Der Stauring 11 schließt den Spalt zwischen der Zentralspindel(Hauptspindel) 15 des Planetengetriebes und dem Verschleißring 10 bzw. dem Trägerring 9 bis auf eine optimierte Durchströmöffnung für die Schmelze. Dabei verläuft die Schräge 16 am Einlauf sinusförmig. Es ist die Zentralspindel 15 im Bereich des Stauringes 11 frei gedreht. D. h. die Verzahnung fehlt an der Stelle, so daß keine Schmelze ungehindert zwischen den Zähnen der Zentralspindel 15 an dem Stauring vorbeiströmen kann.
Im Ausführungsbeispiel beginnt die Freidrehung an dem Verschleißring. Die Freidrehung endet abströmseitig im Abstand von dem Stauring 11. Der Abstand beträgt im Ausführungsbeispiel 15 mm, in anderen Ausführungsbeispielen 5 bis 30 mm. Mindestens ist der Abstand so groß wie die axiale Verstellung/Längenänderung der Zentralspindel gegenüber dem Extrudergehäuse oder umgekehrt. Die Längenänderung ist im wesentlichen durch die Wärmedehnung bestimmt.
Weitergehende Abstände haben strömungstechnische Vorteile.
Der Stauring 11 und der Verschleißring 10 besitzen eine Dicke, welche größer ist als die zugehörige Vertiefung in dem Trägerring 9, so daß die Ringe 9, 10 und 11 zwischen den Buchsen 6 und 7 der Extrudergehäuse 1 und 2 eingespannt werden. Vorzugsweise liegt das Maß des erfindungsgemäßen Anlaufringes aus den erläuterten Ringen zwischen 30 und 40 mm. Das entspricht dem Maß herkömmlicher Anlaufringe und hat den Vorteil, daß dadurch weder die Zentralspindellänge noch die Gehäuselänge geändert werden muß.
Das dargestellte Ende des Gehäuses 2 ist mit einem Zentrierring 13 versehen, der in die Ausdrehung des gegenüberliegenden Gehäuseendes ragt und den Trägerring 9 abströmseitig umfaßt.

Claims

Extruder mit einem Planetwalzenextruderabschnitt mit einem innen verzahnten Gehäuse oder Buchse und darin umlaufender, außen verzahnter Zentralspindel, wobei auf der Zentralspindel Planetspindeln umlaufen, die zugleich mit der Innenverzahnung des Gehäuses bzw. der Buchse kämmen und an dem in Extrusionsrichtung weisenden Ende an einem Anlaufring gleiten, wobei die Schmelze durch den Spalt zwischen Anlaufring und Zentralspindel in den in Strömungsrichtung nächsten Extruderabschnitt, insbesondere einen weiteren Planetwalzenextruderabschnitt, strömt, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnhöhe der Zentralspindel (15) am Anlaufring verkleinert ist und daß der Anlaufring einen Innendurchmesser besitzt, der kleiner als der Außendurchmesser der Zentralspindel (15) ist.
Planetwalzenextruder nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Freischneidung der Verzahnung an der Zentralspindel (15).
Planetwalzenextruder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anlaufring in einer zur Zentralspindellängsachse parallelen Ebene geteilt ist, so daß er um die Zentralspindel (15) herum zusammensetzbar ist.
Planetwalzenextruder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anlaufring aus mehreren Ringen (9, 10, 11) zusammengesetzt ist und davon mindestens ein Ring (11) die Teilbarkeit besitzt.
Planetwalzenextruder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anlaufring aus dem teilbaren Ring (11) einem Trägerring (9) und/oder einem Verschleißring (10), der die Gleitfläche für die umlaufenden Planetspindeln (12) bildet, besteht.
Planetwalzenextruder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerring (9) den teilbaren Ring (11) und/oder den Verschleißring (10) umfaßt.
Planetwalzenextruder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine sinusförmig verlaufende Einlaufschräge (16) am teilbaren Ring (11).
Planetwalzenextruder nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Freischneidung anströmseitig am Verschleißring (10) beginnt und abströmseitig im Abstand von dem teilbaren Ring (11) endet.
Planetwalzenextruder nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen Abstand von 5 bis 30 mm zwischen dem Ende der Freischneidung und dem teilbaren Ring (11).
Planetwalzenextruder nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand von dem Ende der Freischneidung zum teilbaren Ring (11) mindestens gleich dem möglichen relativen Längenänderungsmaß der Zentralspindel (15) gegenüber dem Gehäuse ist.
Planetwalzenextruder nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Anlaufringes bzw. der Ringkonstruktion (9, 10, 11) 40 bis 50 mm beträgt.
Planetwalzenextruder nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des Verschleißringes (10) oder des den Verschleißring (10) umfassenden Trägerringes (9) kleiner als der Rolldurchmesser (14) der Planetspindeln (12) ist.
Planetwalzenextruder nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuseende für den Anlaufring eine Eindrehung besitzt und daß der Anlaufring mit Zentrierringen (8, 13) gehalten ist.