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 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.
Der
Einschneckenextruder hat nur eine von einem Gehäuse umgebene Schnecke.
Der
Doppelschneckenextruder besitzt zwei parallel nebeneinander angeordnete
Schnecken, die miteinander kämmen.
Die Schnecken können
sich gleichsinnig drehen oder gegenläufig sein.
Der
Planetwalzenextruder besitzt eine mittig angeordnete Zentralspindel,
die angetrieben wird. Um die Zentralspindel herum sind Planetenspindeln angeordnet.
Die Planetenspindeln kämmen
mit der Zentralspindel.
Die
Planetenspindeln sind mit einem innen verzahnten Gehäuse umgeben.
Die
Planetenspindeln kämmen
mit der Innenverzahnung der Gehäuse.
Jede
Zentralspindeldrehung bewirkt eine Drehung der Planetenspindel.
Dabei laufen die Planetenspindeln wie Planeten um die Zentralspindeln um.
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.
Alle
zeitgemäßen Extruder
sind mit einer Temperierung versehen.
Dazu
sind die Extruder innen mit einer Buchse versehen. Die Buchse besitzt
außen
Kanäle,
die wie Rillen oder wie Gewindegänge
oder wie Schneckengänge
in die Außenfläche der
Buchse eingearbeitet sind. Die außen angeordneten Kanäle lassen sich
verhältnismäßig leicht
spanabhebend durch Drehen und Fräsen
einarbeiten.
Die
so bearbeiteten Kanäle
werden in die innen glatten Gehäusebohrungen
eingesetzt. Durch die Kanäle
werden wahlweise in Schmelzströmungsrichtung
oder entgegen der Schmelzeströmungsrichtung
Kühlmittel
oder Heizmittel gedrückt.
Wahlweise lassen sich dabei beliebige Heizstrecken und Kühlstrecken
erzeugen. Durch die Wendelung der Kanäle wird das Heizmittel oder
Kühlmittel
besonders lang und kontrolliert an der Gehäusewand bzw. an der Außenwand
der Buchse entlang geführt.
Das sichert eine extreme Kühlung
oder Beheizung.
Ob
es sich um eine Heizstrecke oder eine Kühlstrecke handelt, ergibt sich
aus dem jeweiligen Verfahren. Dabei muß dem durchströmenden Medium
entweder Wäre
zugeführt
oder Wärme
entzogen werden.
Theoretisch
könnten
die Kanäle
auch an der Gehäuseinnenfläche angeordnet
sein und können die
Buchsen an der Außenseite
glatt verlaufen.
Die
Einarbeitung der Kanäle
an der Gehäuseinnenseite
ist um einiges aufwendiger als die vorstehend beschriebene Einarbeitung
in die Außenfläche der
Buchse.
Im übrigen ist
es von Vorteil, die Buchsen durch Schrumpf im Extrudergehäuse zu montieren.
Das
geschieht durch Erwärmung
des Extrudergehäuses.
Durch die Erwärmung
erfährt
das Extrudergehäuse
eine Ausdehnung. In dem Zustand wird die kalte Buchse in die Lagerbohrung
des Extrudergehäuses
geschoben. Bei anschließender
Abkühlung
zieht sich das Extrudergehäuse
zusammen und umschließt
die Buchse fest und schließend,
wenn die Buchse ein entsprechendes Außenmaß und die Gehäusebohrung
ein entsprechendes Innenmaß hat. Eine
solche Situation entsteht bei Anwendung einer sogenannten Preßpassung.
In der Preßpessung
hat die Buchse außen
mindestens den genau gleichen Durchmesser oder einen geringfügig größeren Durchmesser
wie das Extrudergehäuse
innen.
Die
bekannten Preßpassungen
sind so ausgelegt, daß nach
dem Schrumpfen durch entsprechende Erwärmung des Gehäuses wieder
eine Trennung der Buchse von dem Extrudergehäuse möglich ist, ohne daß es zu
einer Beschädigung
der Teile kommt. Die Trennung ist wichtig, um gegebenenfalls die
Verzahnung in der Buchse nachzuarbeiten oder die alte Buchse gegen
eine neue auszuwechseln.
Bei
den aus Abschnitten zusammengesetzten Extrudergehäusen wird
es als Vorteil angesehen, eine gegebenenfalls notwendige Materialzuführung zwischen
den Abschnitten vorzunehmen. Die Materialzuführung kann zum Beispiel die
Zuführung
von Treibmittel zur Herstellung von Schaum sein. Es kann sich bei
der Materialzuführung
auch um die Zuführung
eines anderen Mischungsbestandteiles handeln, um zum Beispiel Kunststoff
mit anderem Kunststoff und/oder mit Füllstoffen und/oder mit Zuschlägen zu vermischen.
Die
DE 10356423 hat erkannt,
daß es
teilweise vorteilhafter sein kann, wenn die Materialzuführung an
einem Extruderabschnitt zwischen den beiden Enden des Gehäuseabschnittes
erfolgt. Verfahrenstechnisch ist es zweckmäßig, die Materialzuführung dort
vorzunehmen, wo die verfahrenstechnisch optimale Stelle ist. Für die Zumischung
gibt es ein sogenanntes Fenster am Extruder mit der Stelle frühestmöglicher
Zumischung, mit der Stelle spätestmöglicher
Zumischung und mit der verfahrenstechnisch optimalen Zumischung.
In der Regel ist das Fenster so groß, daß die Stoßstelle zwischen den Gehäusen zweier
Extruderabschnitte noch eine geeignete Stelle für eine Materialzuführung beinhaltet. Wenn
jedoch die Stelle der Materialzuführung in Förderrichtung des Extruders
zurückverlegt
werden kann, kann sich die Baulänge
des Extruders verringern. Das ist gleichbedeutend mit einer Einsparung an
baulichem Aufwand. Dabei ist allerdings auch der Aufwand zu berücksichtigen,
um am Extrudergehäuse
eine Bohrung für
den Materialeintrag einzubringen und um gegebenenfalls Änderungen
vorzunehmen.
Besondere
Schwierigkeiten stehen dem Einbringen der Bohrung in dem Gehäuse entgegen, wenn
eine oben beschriebene Temperierung besteht. In dem Fall muß die Matrialzuführung die
Kanäle
der Temperierung durchdringen und zu einer Unterbrechung des Heizmittelstromes
oder Kühlmittelstromes führen.
Trotz
dieser Schwierigkeiten hält
die Erfindung an der Möglichkeit
der Einbringung von Bohrungen in das Gehäuse fest. Die Erfindung hat
sich die Aufgabe gestellt, die Schwierigkeit zu überwinden.
Nach
der
DE 10356423 wird
das dadurch erreicht, daß
die
Bohrung durch das Gehäuse
hindurchgeführt
ist und in die im Gehäuse
sitzende Buchse ragt,
wobei die Materialzuführung mit einem Zuführungsgehäuse in die
Bohrung ragt
und
- aa) wobei die Bohrung
im Bereich der zum Temperieren dienenden Kanäle eine ringförmige Erweiterung
aufweist, so daß um
das Zuführungsgehäuse herum
ein ringförmiger
Verbindungskanal für
die zum Temperieren dienenden Kanäle entsteht oder
- bb) wobei die Bohrung bis in eine Nut reicht, die sich über den
gesamten Umfang oder über
einen Teil des Umfangs der im Gehäuse sitzenden Buchse erstreckt
und deren Breite größer als
der Durchmesser des Zuführungsgehäuses ist,
so daß um
das Zuführungsgehäuse herum
ein Verbindungskanal für
die dem Temperieren dienenden Kanäle entsteht oder
- cc) wobei ein Zuführungsgehäuse verwendet wird,
das in die Buchse ragt, wobei das Zuführungsgehäuse im Bereich der dem Temperieren dienenden
Kanäle
mit mindestens einem Verbindungskanal für diese Kanäle versehen ist.
Vorteilhafterweise
kann der Verbindungskanal spanabhebend durch Fräsen oder Drehen außen in die
das Zuführungsgehäuse eingearbeitet
werden.
Vorzugsweise ist ein Zuführungsgehäuse mit mehreren Verbindungskanälen vorgesehen,
so daß jede
durch die Bohrung entstandene Unterbrechung eines Kanals durch einen
Verbindungskanal aufgehoben bzw. überbrückt worden ist. Noch weiter
bevorzugt ist ein Zuführungsgehäuse mit
mehreren Verbindungskanälen,
die übereinander
liegen. Die einzelnen Verbindungskanäle können als neben einander liegende
Nuten in das Zuführungsgehäuse gearbeitet
werden. Die Kanäle
können
außen
an dem Zuführungsgehäuse liegen.
Günstig ist
dabei, wenn die übereinander
liegenden Verbindungskanäle
eine Höhe
besitzen, die geringer als die Breite ist. Zugleich ist die Breite
so groß gewählt, daß die Verbindungskanäle gleichwohl
einen ausreichenden Querschnitt zur störungsfreien Weiterleitung des
Temperierungsmittels besitzt, vorzugsweise ist der Querschnitt gleich.
Günstig ist,
wenn die Höhe
der Verbindungskanäle
so gewählt
ist, daß die
Gesamthöhe
der übereinander
liegenden und durch einen Steg voneinander getrennten Verbindungskanäle nicht
höher als die
Höhe bzw.
Tiefe der zum Temperieren dienenden Kanäle in der Buchse ist.
Vorteilhafterweise
können
die übereinander
liegenden Kanäle
mit das Zuführungsgehäuse in diesem
Bereich außen
umschließenden
Rohrmantel geschlossen werden. Der außen liegende Rohrmantel ist
dann mit Einlaßöffnungen
und Auslaßöffnungen
versehen. Jede Einlaßöffnung ist
so angeordnet, daß sie
an dem zugehörigen, durch
die beschriebene Unterbrechung entstandenen Kanalende liegt.
Wahlweise
sind die Verbindungskanäle
auch an einer Innenseite des Zuführungsgehäuses eingearbeitet
worden und sind die Verbindungskanäle durch einen innen liegenden
Rohrmantel verschlossen. Durch außen in das Zuführungsgehäuse eingearbeitete
Einlaßöffnungen
und Auslaßöffnungen
entstehen gleichwohl Verbindungskanäle.
Oder
- dd) wobei die Bohrung gegenüber
dem Zuführungsgehäuse vergrößert ist
und wobei in dem Gehäuse
ein Einsatz mit einer Öffnung
oder einem Anschluß zur
Aufnahme des Zuführungsgehäuses vorgesehen
ist. Der Einsatz besitzt außen liegend
oder innen liegend einen oder mehrere Verbindungskanäle, die
wie die Verbindungskanäle
unter cc) ausgebildet sind bzw. hergestellt werden.
- ee) wobei in der Bohrung ein Einsatz sitzt, an dem das Zuführungsgehäuse befestigt
ist und der Einsatz außen
liegend oder innen liegend oder innen liegend einen oder mehrere
Verbindungskanäle besitzt,
die wie die Verbindungskanäle
unter cc) ausgebildet sind bzw. hergestellt werden.
Das
oben beschriebene Zuführungsgehäuse kann
die im Extrudergehäuse
sitzende Buchse so weit durchdringen, daß sie mit der Innenfläche der Buchse
ganz oder teilweise abschließt.
Ist das Zuführungsgehäuse der
Innenfläche
der Buchse angepaßt und
kann ganz mit der Innenfläche
der Buchse abschließen.
Das kann auch auf innen verzahnte Buchsen eines Extrudergehäuses Anwendung
finden. Die Anpassung wird durch Drehen oder Fräsen oder Schleifen bzw. bei
der Anpassung an innen verzahnte Gehäusebuchsen dadurch erreicht,
daß in
die Gehäusewandung
eine Verzahnung in gleicher Weise eingearbeitet wird wie beim Innenverzahnen
der im Extrudergehäuse
sitzenden Buchse. Günstig
ist dabei die Anwendung des Funkenerodierens zum Verzahnen.
Die
Materialzuführung
kann durch Pumpen gasförmiger
oder flüssiger
Medien erfolgen. Solche Medien sind zum Beispiel flüssige Treibmittel.
Die
Materialzuführung
kann aber auch durch einen zweiten Extruder erfolgen, der als sogenannter Seitenarmextruder
arbeitet. Dann ist das oben erwähnte
Zuführungsgehäuse entweder
ein Zwischenstück
oder Verbindungsstück
zu dem Seitenarmextruder oder das Gehäuse des Seitenarmextruders
bildet das Zuführungsgehäuse.
Der
Seitenarmextruder kann die gleiche oder eine andere Bauart besitzen
wie der Extruder, in den der Seitenarmextruder das Material einspeist.
An
den aus der
DE 10356423 bekannten
Extrudern stellt sich das gleiche Entgasungsproblem wie bei anderen
Extrudern. Bei der Entgasung kann in ganz allgemeiner Form von einer
Phasentrennung der Schmelze gesprochen werden. Die eingeschlossene
Gasphase der Schmelze wird entfernt. Dabei kann die Gasphase von
Anfang an Bestandteil der Schmelze sein oder kann die Gasphase durch
Erwärmung
in der Schmelze entstehen oder es kann die Gasphase durch Zumischung
in die Schmelze gelangt sein.
Dies
hat für
diverse Industrien Bedeutung, z.B. für die Kunststoffindustrie,
für die
chemische Industrie, für
die Lebensmittelindustrie.
Die
Abtrennung der Gasphase kann verschiedene Gründe haben.
Im
einfachsten Fall handelt es sich bei der Gasphase um störende Geruchsstoffe,
die entfernt werden, um die Akzeptanz eines Produktes zu erhöhen.
Die
Entgasung kann auch der richtige Weg sein, um Reststoffe oder Schleppmittel
abzutrennen.
Die
Entgasung kann auch Anwendung finden, wenn eine Trocknung des Materials
stattfinden soll. Das ist bei PET erforderlich. Die Feuchte gefährdet das
PET. Deshalb muß eine
starke Trocknung erfolgen. Die Trocknung erfolgt durch Erwärmung. Dabei
verdampft der Wasseranteil. Der entstehende Dampf wird durch Entgasung
abgezogen.
In
anderen Fällen
müssen
Lösemittel
abgetrennt werden. Die Lösemittel
werden durch Erwärmung
in einen gasförmigen
Zustand gebracht und dann abgezogen.
Zum
Teil stellt sich das Entgasungsproblem ohnehin im Extruder.
Zum
Teil wird das zu trennende Material zum Zwecke der Phasentrennung
extra in einen Extruder aufgegeben. Im Extruder läßt sich
das zu behandelnde Material je nach Beschaffenheit sehr vorteilhaft ganz
oder teilweise in die Form einer Schmelze bringen, um die entstehende
Schmelze teilweise in einen gasförmigen
Aggregatzustand zu bringen.
Die
Entgasung erfolgt im Extruder durch Druckreduzierung. Durch Druckreduzierung
wird eingeschlossenem Gas die Gelegenheit gegeben zu expandieren.
Bei ausreichendem Druckabfall ist die Expansion so groß, daß das Gas
in die Richtung austritt, aus der der Druckabfall erzeugt wird.
Zumeist wird der Druckabfall durch eine Gehäuseöffnung erzeugt, an der ein
entsprechend geringer Druck anliegt.
Eine
besonders hohe Entgasungswirkung entsteht, wenn ein Unterdruck angelegt
wird. Mit Unterdruck ist ein Druck bezeichnet, der noch geringer als
der Druck der umgebenden Atmosphäre
ist.
Im
Planetwalzenextruder gehört
die Entgasung gleichfalls zum Stand der Technik. Das gilt auch für modular
aufgebaute Extruder mit mehreren, hintereinander angeordneten Planetwalzenmodulen. Dabei
wird vorzugsweise der Übergang
von einem Planetwalzenmodul in den nächsten Modul genutzt, der auch
ein Planetwalzenteil/Modul sein kann. An dem Übergang, genauer am Ende des
in Schmelzeströmungsrichtung
ersten Planetwalzenteils befindet sich ein Anlaufring, an dem die
umlaufenden Planetspindeln mit ihren Stirnflächen gleiten.
Der
Anlaufring bewirkt üblicherweise
auch eine Reduzierung des Strömungsquerschnittes
für die
Schmelze. Das ist gleichbedeutend mit einer Stauwirkung. Der Schmelzedruck
erhöht
sich. In einem sich anschließenden
weiteren Planetwalzenteil vergrößert sich
der Strömungsquerschnitt
im Extruder. Dort findet dann an neueren Planetwalzenextrudern die
Entgasung statt. Die Anmelderin hat eine Entgasung durch den Anlaufring
hindurch propagiert. Dem haben sich andere Hersteller angeschlossen. Die
Entgasungsleitung wird im Bereich der Flansche an den Gehäusen geführt. Das
hat den Vorteil, daß die
Innenverzahnung der Gehäuse
nicht gestört
wird.
Die
Erfindung wendet sich von der Entgasung durch den Anlaufring hindurch
ab und der bereits verlassenen Technologie der Öffnung am Extrudergehäuse sowie
der die Gehäuseverzahnung durchbrechenden
Bohrung wieder zu. Dabei greift die Erfindung die in der
DE 10356423 beschriebene Bauart
auf, bei der ein Seitenarmextruder zum Zwecke des Materialeintrages
an ein Planetwalzenextrudergehäuse
angeflanscht ist.
Nach
der Erfindung wird ein Planetwalzenteil, in dem ein Druckabfall
für eine
Entgasung stattfindet, mit einem Seitenarmextruder versehen.
Der
Seitenarmextruder wird jedoch nicht für den Materialeintrag sondern
für die
Entgasung genutzt.
Dabei
wird wie herkömmlich
ein Unterdruck angelegt.
Zugleich
wird der Extruder vorzugsweise im Modus Materialeintrag, aber leer
gefahren, so daß der
Seitenarmextruder die aus dem Planetwalzenextruder austretende Schmelze
zurückdrängt. Das
der Schmelze enthaltene Gas kann jedoch entweichen.
Vorteilhafterweise
eröffnet
eine derartige Entgasung die Möglichkeit
zu einer Entgasung ohne daß in
gleichem Umfang wie bei der herkömmlichen Entgasung
eine Entspannung der Schmelze bzw. Druckabbau der Schmelze im Extruder
stattfindet. Infolgedessen ist die erfindungsgemäße Entgasung wesentliche flexibler
in der Anwendung.
Wahlweise
kann der Seitenarmextruder auch mit einer Materialbeladung gefahren
werden, die noch eine Entgasung durch das mit dem Seitenarmextruder
zugeführte
Material möglich
macht. Dabei soll der Unterdruck der Entgasung geringer als die Förderwirkung
des Seitenarmextruders sein.
Der
Seitenarmextruder kann verschiedene Bauweisen haben.
Es
gibt Einschneckenextruder, Doppelschneckenextruder und Planetwalzenextruder.
Der
Einschneckenextruder ist die billigste Bauart eines Extruders, aber
auch der Extruder mit der kleinsten Bauweise.
Bei
der Verwendung eines Einschneckenextruders soll die Steigung der
Schnecke die gewünschte
Förderwirkung
verursachen.
Zugleich
sind die Schneckengänge
und der Schneckendurchmesser auf die zu entgasende Schmelze ausgelegt
und wird die Schnecke mit einer Drehzahl betrieben, bei der die
zu entgasende Schmelze allenfalls in die Schneckengänge dringt, aber
wieder in den Schmelzestrom zurück
gefördert wird.
Der
Doppelschneckenextruder besitzt zwei parallel nebeneinander angeordnete
und miteinander kämmende
Schnecken. Der Doppelschneckenextruder ist zwar aufwendiger als
ein Einschneckenextruder. Der Doppelschneckenextruder hat jedoch
eine wesentlich größere Förderwirkung
als ein Einschneckenextruder. Gleichwohl ist der Doppelschneckenextruder
noch verhältnismäßig günstig. Außerdem baut
der Doppelschneckenextruder noch sehr klein. Aufgrund der hohen
Förderwirkung
läßt sich
mit dem Doppelschneckenextruder leicht sicherstellen, daß die zu
entgasende Schmelze in dem Schmelzestrom bleibt.
Soweit
darüber
hinaus ein gleichzeitiger Materialeintrag vorgesehen ist, läßt sich
auch das günstigst
mit der hohen Förderwirkung
erreichen.
Wahlweise
wird für
diesen Seitenarmextruder auch ein Planetwalzenteil verwendet. In
der Anwendung für
die Entgasung kann dieser gleiche Planetwalzenteil so gefahren werden,
daß in
dem den Seitenarmextruder bildenden Planetwalzenteil ein Druckabfall
gegenüber
dem Druck in dem vorhergehenden Planetwalzenteil entsteht. Dies
entsteht kann durch verschiedene Maßnahmen erreicht werden. Dazu
gehören
bauliche Maßnahmen
wie auch betriebliche Maßnahmen.
Eine sehr vorteilhafte bauliche Maßnahme ist die Verringerung
der Anzahl der umlaufenden Planeten. Die Verringerung der Anzahl umlaufender
Planeten erfolgt dadurch, daß ein
Teil der Planetenspindeln aus dem Planetwalzenteil herausgenommen
wird. Dabei ist wichtig, daß die
verbleibenden Planetenspindeln gleichmäßig um die Zentralspindel verteilt
sind. Die Mindestzahl der Planetenspindeln ist 3, vorzugsweise ist
mindestens eine Zahl von 4 Planetenspindeln vorgesehen, um zu einem
sicheren und ruhigeren Lauf der Planetspindeln zu kommen.
Wahlweise
werden die Planetspindeln auch ganz oder teilweise gegen kürzere Planetenspindeln oder
gegen Planetenspindeln mit geringerer Förderwirkung ausgewechselt.
Die geringere Förderung entsteht
zum Beispiel durch Änderung
der Verzahnung.
Bei
einer Anfangsausrüstung
eines Planetwalzenteils entfällt
das Auswechseln und wird die Planetspindelanzahl gegenüber dem
vorherigen Planetwalzenteil erfindungsgemäß reduziert. Mit anderer/geänderter
Verzahnung sind nur Planetenspindeln gemeint, die mit der Zentralspindel
und dem innen verzahnten Gehäuse
gleichwohl lauffähig
bleiben. Die andere Verzahnung kann dadurch entstehen, daß einzelne
Abschnitte der Verzahnung entfernt worden sind. Die andere Verzahnung
kann auch dadurch entstehen, daß in
die Verzahnung eine gegenläufige
Verzahnung gefräst
wird. Dann entstehen sogenannte Noppenspindeln der Anmelderin. Die Noppenspindeln
bewirken einen Druckabfall und zugleich eine höhere Mischleistung. Das begünstigt die Entgasung.
Es
kann auch die Verzahnung verändert
werden, z.B. mit einem größeren Spiel
versehen werden.
Es
können
auch andere Planetwalzenteile mit größeren oder kleineren Abmessungen
zur Anwendung kommen. Das schließt sowohl kleinere als auch
größere Gehäuse mit
gleichen Zentralspindeln ein. Das schließt auch andere kleinere Zentralspindeln
ein. Das ist möglich,
weil die Zentralspindeln sich aus Hülsen zusammensetzen, die mit
einer innen liegenden Stange verspannt werden, und weil kleinere
oder größere Hülsen auf
der Stange montiert werden können
bzw. vorhandene Hülsen
durch andere ersetzt werden können.
Wahlweise
können
die einzelnen Maßnahmen
zur Druckreduzierung auch insgesamt oder teilweise miteinander kombiniert
werden.
Durch Änderung
der Schneckendrehzahl kann der Gasabzug gesteuert werden.
Wahlweise
ist auch eine mehrstufige Entgasung vorgesehen.
Dabei
folgt der oben beschriebenen Entgasung eine weitere Entgasung an
anderer Stelle des Extruders.
Das
erfindungsgemäß für die Entgasung
vorgesehene Planetwalzenteil ist vorzugsweise gleich dem für den als
Seitenarmextruder vorgesehene Planetwalzenteil. Das Planetwalzenteil
ist für
den Anwendungsfall des Entgasens zwar überdimensioniert.
In
der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele dargestellt.
Dabei ist ein Planetwalzenteil gezeigt, das sowohl für eine erfindungsgemäße Entgasung
als auch für
einen bekannten Materialeintrag vorgesehen ist.
1 zeigt einen Extruder für die Aufbereitung
von Kunststoff mit vier Abschnitten. Drei Extruderabschnitte sind
als Planetwalzenextruderabschnitte ausgebildet, der vierte Extruderabschnitt
ist als Einschneckenextruder ausbildet und dient dem Materialeinzug.
Dabei sind mit 5 die Gehäuse der Planetwalzenextruderabschnitte
und das Gehäuse des
Einschneckenextruderabschnittes mit 1 bezeichnet. Jedes
Gehäuse 5 besitzt
angeschweißte
Flansche 6 und 7, die in nicht dargestellter Form
mit- einander verschraubt sind. Das Gehäuse 1 ist mit Flanschen 3 und 4 versehen,
die wie die Flansche 6 und 7 der Befestigung dienen.
Jedes Gehäuse 1 und 5 ist innen
mit Buchsen ausgekleidet.
Ferner
sind an der Gehäuseinnenseite
Kanäle
dargestellt, die je nach Bedarf mit Heizmittel oder Kühlmittel
beaufschlagt werden.
Die
dargestellten Enden der Gehäuse 5 sind hinten
ausgedreht und jeweils mit einem Zentrierring 11 und Anlaufring
und Verschleißring 8 versehen.
Der
Anlaufring und Verschleißring 8 bildet
die Gleitfläche
für Planetspindeln 10.
Der Anlaufring und Verschleißring 8 besitzt
einen Innendurchmesser der kleiner als der bezeichnete Rollradius
der Planetspindeln 10 ist.
Alle
Extruderabschnitte besitzen eine gemeinsame Spindel. Diese gemeinsame
Spindel ist im Bereich der Planetwalzenextruderabschnitte mit 9 und
im Bereich des als Einzug dienenden Einschneckenextruderabschnittes
mit 19 bezeichnet.
Das
Einsatzmaterial ist im Ausführungsbespiel
Kunststoff und wird über
einen Trichter durch eine Öffnung 2 eindosiert.
Der Kunststoff wird im ersten Extruderabschnitt verdichtet und unter
Druck gesetzt und erwärmt,
so daß bereits
eine Plastifizierung des Kunststoffes stattfindet. Im zweiten Extruderabschnitt
findet eine Zudosierung und Mischung mit Füllstoffen statt; im dritten
Extruderabschnitt eine Homogenisierung der Schmelze. Im letzten
Extruderabschnitt findet eine Abkühlung der Schmelze auf Austrittstemperatur
statt.
Die
aufbereitete Schmelze tritt an der Extruderspitze 12 in
eine nicht dargestellte Extrusionsdüse.
In 4 ist ein Planetwalzenteil
mit einem Seitenarmextruder 20 vorgesehen. Der Seitenarmextruder
ist als Doppelschneckenextruder ausgebildet. Der Doppelschneckenextruder
besteht aus zwei gegenläufig
arbeitenden Schnecken, die den Füller
mit erheblichem Druck in den betreffenden Planetwalzenextruderabschnitt
drücken.
Das
Gehäuse
des Seitenarmextruders ist mehrteilig. Der Kopfteil 21 sitzt
als Zuführungsgehäuse in einer
Bohrung des Planetwalzenextrudergehäuses 5. Die Bohrung
durchdringt zugleich die zugehörige
Buchse 22 und schließt
mit der Innenfläche
der Buchse 22 ab.
Im
Ausführungsbeispiel
ist der Seitenarmextruder geeignet, sehr hohe Eintragsdrücke zu erzeugen.
Darüber hinaus
ist der Seitenarmextruder in der Drehrichtung umkehrbar, so daß mit dem
Seitenarmextruder auch ein Saugzug aufgebaut werden kann.
Im
Ausführungsbeispiel
der 1 kannt der in 4 dargestellte Planetwalzenteil 5 sowohl
unmittelbar nach dem Materialeinzug bzw. Füllteil als zweiter Planetwalzenteil
wie auch nach dem zweiten Füllteil
als dritter Planetwalzenteil zum Einsatz kommen.
In
der Anwendung als zweiter Planetwalzenteil dient der in 4 dargestellte Planetwalzenteil 5 im
Ausführungsbeispiel
zum Eintragen eines Füllers.
In
der Anwendung als dritter Planetwalzenteil dient der in 4 dargestellte Planetwalzenteil 5 zur
Entgasung. Dabei ist der Seitenarmextruder durch Umkehrung der Drehrichtung
von Drücken
auf Saugen gebracht worden und ist die Anzahl der Planetwalzenspindeln
von 6 auf 4 reduziert worden, so daß nur noch
ein Bruchteil des Schmelzedruckes entsteht, der im zweiten Planetwalzenteil
entsteht. Die Schmelze erfährt
dadurch beim Eintritt in den dritten Planetwalzenteil einen erheblichen
Druckabfall. Dadurch wird eingeschlossenes Gas frei und über den Seitenarmextruder
abgezogen.
In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
nach 3 reicht das mit 30 bezeichnete
Extrudergehäuse
des Seitenarmextruders bis an das Gehäuse 5 heran. Das Extrudergehäuse 30 ist
mit einem Einsatz 31 verbunden, der in einer Bohrung des
Gehäuses 5 sitzt.
Der Einsatz 31 besitzt an seiner Außenseite drei übereinander
liegende Nuten 32 und 34. Zwischen beiden Nuten 32 und 34 besteht
ein Steg 33. Diese Nuten bilden Verbindungskanäle. Es sind
zwei Verbindungskanäle
vorgesehen, weil die Verzahnung der Buchse 22 durch die
zugehörige
Bohrung an zwei Stellen unterbrochen worden ist. Jeder Verbindungskanal
ist für
eine Unterbrechung bestimmt und verbindet das eine Unterbrechungsende
mit dem zugehörigen
anderen Unterbrechungsende.
Die
Nutzen 32 und 34 sind durch einen außen liegenden
Rohrmantel 35 verschlossen, so daß kein Heizmittel oder Kühlmittel
falsch eintreten oder austreten kann.
Im
Ausführungsbeispiel
ist eine Eintrittsöffnung 37 der
Nut 34 dargestellt. Die Eintrittsöffnung der Nut 32 liegt
an anderer, nicht dargestellter Stelle.
Die
Austrittsöffnung
liegt im Ausführungsbeispiel
auf der diametral gegenüberliegenden,
nicht dargestellten Seite des Einsatzes 31.
Das
Ausführungsbeispiel
nach 4 zeigt die Anwendung
eines Extruders für
die Schaumherstellung. Dabei wird über einen Einsatz 40,
der in dem Extrudergehäuse 5 sitzt,
flüssiges
Treibmittel in die Kunststoffschmelze gepumpt.
Im
Bereich der Buchse 41 ist ein nicht dargestellter Einsatz
vorgesehen, der sich von dem Einsatz nach 3 dadurch unterscheidet, daß nur ein
Verbindungskanal vorgesehen ist.
Die
Ausführungsbeispiele 5 bis 7 zeigen
einen Planetwalzenextrudermodul mit einem Gehäuse 101 und einem
angeflanschten Seitenarmextruder.
Der
Planetwalzenmodul besitzt ein Extrudergehäuse mit einer darin angeordneten
Buchse.
Das
Gehäuse
ist auf der Buchse aufgeschrumpft.
Die
Buchse besizt außenseitig
eingefräste Kanäle für Temperierungsmittel,
vorzugsweise Kühlmittel.
Die
Kanäle
verlaufen wendelförmig
an der Außenfläche der
Buchse und sind durch Fräsen
entstanden. Es sind im Ausführungsbeispiel
zwei verschiedene Temperierungsbereiche vorgesehen. Der eine Bereich
ist durch Zu- und Abflüsse 120, 121 gekennzeichnet,
der andere Bereich durch Zu- und Abflüsse 122, 123.
Der
Seitenarmextruder ist ein Doppelschneckenextruder und besteht aus
verschiedenen Teilen. Dazu gehören
zwei nebeneinander angeordnete Schnecken 116, welche miteinander
kämmen
und über
einen Motor angetrieben werden. Zwischen Motor und Schnecken 116 sind
ein Getriebe und eine Kupplung 111 mit einem Gehäuse 115 vorgesehen.
Außerdem ist
der Seitenarmextruder aus einem Füllteil und einem 109 und
einem Extrusionsteil 102 zusammengesetzt. Das Füllteil 109 besitzt
eine Öffnung
für einen
nicht dargestellte Materialzuführung.
Im Ausführungsbeispiel
wird das Füllteil
nicht zur Materialzuführung
sondern zur Entgasung genutzt. Die Materialzuführung liegt durch eine angeschlossene
Saugleitung unter Unterdruck.
Der
Seitenarmextruder besitzt im Extrusionsteil 102 ein temperiertes
Gehäuse.
Das
Gehäuse
besitzt ein gestuftes Ende 104, mit dem es in einer Bohrung 103 sitzt,
die sich durch das Gehäuse
des Planetwalzenteiles 101 und durch die zugehörende Buchse
bis in den Innenraum des Planetwalzenmodules erstreckt. Die Bohrung
bedingt in dem Bereich der Zu- und
Abflüsse 122, 123 eine besondere
Führung
der für
das Temperierungsmittel vorgesehen Kanäle an der Außenseite
der Buchse. Dort sind die Kanäle
um den Bereich der Bohrung herumgeführt worden, so daß auch die
Umgebung der Bohrung temperiert wird.
Zusätzliche
Möglichkeit
zur Temperierung ergibt sich in der Umgebung durch das temperierte
vordere Ende des Seitenarmextruders.
Die
Bohrung führt
durch die oben beschriebene Stufung zur eine Aufstandsfläche 102 am
Gehäuse.