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Die Erfindung betrifft einen Planetwalzenextruder. Extruder finden insbesondere zur Kunststoffverarbeitung Anwendung. Dabei wird der Kunststoff in der Regel in Form eines Granulates eingesetzt und durch den Extruder plastifiziert und in eine Düse ausgetragen, die den plastifizierten Kunststoff in eine gewünschte Form bringt. Über das Plastifizieren hinaus ist die Aufgabe des Extruders, die Schmelze zu homogenisieren. Zumeist müssen Additive und Zuschläge verarbeitet werden. Auch das kann im Extruder erfolgen. In diesem Fall hat der Extruder die Aufgabe, Zuschläge und Additive gleichmäßig zu verteilen.
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Extruder finden unter anderem auch in der Lebensmittelindustrie und in der Chemie Anwendung.
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Extruder kommen in verschiedenen Bauformen vor. Bekannt sind Einschneckenextruder, Doppelschneckenextruder und Planetwalzenextruder.
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Planetwalzenextruder haben im Verhältnis zu den anderen genannten Extrudern eine extrem große Plastifizierungswirkung. Dies eröffnet die Möglichkeit, Rohstoffe zu bearbeiten, die in den anderen Extrudern gar nicht oder nur mangelhaft einsetzbar sind. Planetwalzenextruder können aber auch genutzt werden, um die Produktionsleistung erheblich zu erhöhen.
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Planetwalzenextruder besitzen eine unilaufende Zentralspindel, damit kämmen umlaufende Planetspindeln, die zugleich mit einer Innenverzahnung im umgebenden Gehäuse kämmen. Das umgebende Gehäuse hat in zeitgemäßer Ausbildung einen Doppelmantel. Der Innenmantel wird durch eine Buchse gebildet. Zwischen Innen- und Außenmantel ist die wichtige Kühlung des Planetwalzenextruders vorgesehen.
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Die Buchse ist mit der Innenverzahnung versehen. Mit ihr kämmen die umlaufenden Planetspindeln. Die Planetspindeln bedürfen keiner Führung in Umfangsrichtung. Durch die Verzahnung ist gewährleistet, dass der Abstand der Planetspindeln in Umfangsrichtung gleich bleibt. Es kann von einer Eigenführung gesprochen werden. In axialer Richtung bedarf es einer äußeren Führung, denn die Planetspindeln entwickeln einen mehr oder weniger großen Druck in Längsrichtung. Dieser Druck ist der Reaktionsdruck aus der Förderwirkung der Planetspindeln. Der Druck wird mit einem Anlaufring aufgefangen, an dem die Planetspindeln entlang gleiten.
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Im Weiteren wird immer nur von Anlaufringen gesprochen, obwohl in einem Extruder mit mehren Planetwalzenmodulen für die Anlaufringe der verschiedenen Module unterschiedliche Bezeichnungen, z. B. Anlaufring und Anlaufzwischenring, üblich sind.
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Alle Extruder haben gemeinsam, dass in der Schmelze bzw. in dem Einsatzgut/Behandlungsgut gasförmige Bestandteile auftreten können. Dabei kann es sich um Bestandteile handeln, die von Anfang an unerwünscht waren. Solche Bestandteile können z. B. Wasser sein. Einige Thermoplaste bzw. Füllstoffe nehmen Wasser auf. Entweder müssen diese Thermoplaste oder Füllstoffe vorgetrocknet werden, oder aber der im Extruder entstehende Dampf muss abgezogen werden, entgast werden.
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Gasförmige Bestandteile, die am Anfang erwünscht und im weiteren Verarbeitungsvorgang unerwünscht sind, können Lösungsmittel, Reaktionsbeschleuniger oder Reaktionsinhibitoren bzw. inerte Gase sein. Soweit kein vollständiger chemischer Umsatz dieser Gase erfolgt, verbleiben Rückstände mit Monomeren. Oligomeren Abbauprodukten und Zersetzungsprodukten. Flüchtige Bestandteile in der Schmelze betragen häufig mehr als 3 bis 4 Gew.% und dürfen in extrudierten Polymeren meist nicht über 0,2 Gew% liegen. Es gibt verschiedene Gründe, die zur Entgasung zwingen. Dazu gehören:
Verbesserung der Produktqualität, Vermeidung gesundheitlicher Schädigung
Verringerung der Kosten
Verhindern eines chemischen Abbaus
Durchführung weiterer Verfahrensschritte
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Zum Entgasen werden unterschiedliche Geräte angeboten. Zumeist wird die Entgasung am Extruder vorgenommen. Zunächst wird dazu am Extruder eine Entgasungszone definiert. Beim Extruder sind folgende Zonen bekannt:
Einzugszone, Kompressionszone, erste Plastifizierungs- und Homogenisierungszone und Dekompressionszone, zweite Plastifizierungs- und Homogenisierungs- bzw. Dispergierungszone, Kühlzone, Austragzone. Die Bezeichnung der verschiedenen Zonen erläutert deren Funktion. So wird das Einsatzmaterial in der Einzugzone in den Extruder eingezogen und in der Kompressionszone komprimiert. In der Plastifizierungszone erfolgt eine Plastifizierung des Materials, in der Homogenisierungszone eine Homogenisierung des Materials in der Dispergierungszone eine Verteilung von Additiven und/oder sonstigen Stoffen wie zum Beispiel Füllstoffen in dem Material, in der Kühlzone eine Abkühlung usw. Die vorstehende Zoneneinteilung gilt für Einschneckenextruder oder Doppelschneckenextruder. Bei den Planetwalzenextrudern wird üblicherweise die Plastiftzierungs- und Homogenisierungszone zusammengefasst.
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Zum Entgasen werden diverse Lösungen angeboten. Alle Lösungen basieren darauf. dass die in der Schmelze gelösten flüchtigen Bestandteile durch Druckreduzierung frei werden. Der Druckabfall kann auf Umgebungsdruck oder auf einen darüber liegenden Druck erfolgen. Zwangsläufig löst sich das Gas dann aus der Schmelze. Die Gasblasen können dann abgezogen werden.
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Als Gasabzug eignet sich bereits eine im Bereich des Druckabfalles vorgesehene Öffnung am Mantel/Gehäuse des Extruders, die wahlweise an eine Saugleitung angeschlossen ist. Bei Kaskadenextruderanlagen bzw. Tandemextruderanlagen findet die Entgasung zumeist zwischen dem Primärteil und dem Sekundärteil statt.
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Im Betrieb zeigt sich, dass die Entgasungszone eine relativ sensible Zone ist. Hier gilt es, eine möglichst optimale Trennung von Gas und Schmelze bzw. von Gas und Einsatzgut zu erreichen. Die
DE19518255A1 schlägt vor, die Entgasungszone im Bereich der Verbindungsstelle zwischen zwei Planetwalzenextruder-Modulen anzulegen. Die Module erfüllen nach dem älteren Vorschlag primär andere Aufgaben. Jeder Modul bildet eine Planetwalzenextrudereinheit mit Zentralspindel, umlaufenden Planetspindeln und einem Gehäuse. Die Gehäuse der Module sind an den Enden mit einem Flansch versehen, so dass die Module an den Flanschen miteinander verbunden werden können. Die Anlaufringe werden im Bereich der Flansche positioniert. Die Module werden so gewählt, dass sich an gewünschter Entgasungsstelle eine Verbindungs-Stelle mit Anlaufring befindet. Die Druckschrift empfiehlt gleichwohl eine Entgasung zwischen den Modulen am Gleitring der Planetspindeln.
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Die Entgasung basiert auf der Erkenntnis, dass die flüchtigen Bestandteile durch Druckreduzierung frei werden. Auch die
DE19518255A1 macht sich das zu Nutze. Dabei findet eine Reduzierung des Schmelzdruckes nach Passieren des Spaltes zwischen Anlaufring und Zentralspindel und eine Entgasung statt. Der Spalt ist auf das jeweils gewünschte Druckgefälle ausgelegt.
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Die Erfindung hat sich auch die Aufgabe gestellt, die Auslegung auf das jeweils richtige Druckgefälle zu erleichtern.
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Nach der Erfindung wird das mit den Merkmalen des Anspruches 1 erreicht. Dabei sind im Bereich der Anlaufringe zugleich Stauscheiben vorgesehen, so dass die Schmelze/Einsatzgut/Behandlungsgut nach dem Durchtritt an der Stauscheibe von einer Zone höheren Druckes in eine Zone niedrigeren Druckes gelangt. Die Zone niedrigeren Druckes liegt in Förderrichtung des Extruders hinter der Stauscheibe.
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Die
DE 37 39 135 A1 zeigt keinen temperierten Anlaufring. Aus dieser Druckschrift ist lediglich ein Planetwalzenextruder für die Aufbereitung von PVC oder dergleichen zu entnehmen. Dabei wird die Schmelze aus einen Förderende des Extruders ausgetragen. An dem Extruderende befindet sich ein Anlaufring. Der Anlaufring besitzt feststehende Messer zur Zerteilung des Schmelzestromes, aber keine Temperierung.
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Diese
DE 4310966A1 beschreibt einen Entgasungsextruder mit einer Einschnecke. Der Entgasungsextruder soll eine Drosseleinrichtung mit einem im Durchflussquerschnitt veränderbaren Ringspalt zwischen denn Einlasszylinder und dem Auslasszylinder besitzen. Die Drosseleinrichtung wird durch einen Schneckenbundkonus gebildet, der gegen einen Absatz im Gehäuse wirkt. Der Entgasungszylinder soll dazu dienen, eine breiförmige Einsatzmischung aus Kunststoffen und Zuschlägen zu verdichten und hierbei zu entgasen. Wie im Einzelnen die Entgasung stattfindet, ist nicht erläutert. Typischerweise erfolgt eine Entgasung am Einschneckenextruder anders, nämlich durch Änderung des Schneckenganges bzw. der Schneckengeometrie. Mit dieser Änderung wird der Druck erniedrigt. Es kann am Einschneckenextruder praktisch an jeder gewünschten Stelle ein Druckabfall erzeugt und eine Entgasung vorgenommen werden. Dazu bedarf es keines separaten Entgasungsextruders. Beliebt ist außerdem an Tandemanlagen zwischen Primärextruder und Sekundärextruder eine Entgasung vorzunehmen.
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Unüblich ist auch eine Drosseleinrichtung am Extruder. Der niedrigere Druck wird durch eine Zone geringer Druckwirkung erreicht. Das kann z. B. durch Unterbrechungen der Zähne der Planetspindeln erreicht werden. Ein Bereich ohne Druckwirkung kann dadurch erreicht werden, dass die Planetspindeln in der Zone keine Zähne besitzen oder dass eine Volumenserweiterung dadurch entsteht, dass die Planetspindeln in einigem Abstand von der Stauscheibe beginnen. Der Abstand ist abhängig vom Durchmesser. Mit Durchmesser ist der Teilkreisdurchmesser der Innenverzahnung des Gehäuses bei einem Planetwalzenextruder bezeichnet. Der Abstand kann bis 200 mm und im Extremfall mehr betragen. Dabei ist von Vorteil, wenn nicht alle Planetspindeln den Abstand besitzen und mindestens eine der Planetspindeln geringen Abstand hat, z. B. höchstens 10 mm. Das dient dazu, die Entgasungsöffnung in dem Anlaufring frei zu halten. Ein unerwünschter Materialaufbau vor der Entgasungsöffnung wird verhindert.
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Zwar ist auch aus der
DE 2521774A1 ein Extruder mit Stauscheiben bekannt. Jedoch ergibt sich daraus noch keine Spaltverstellung.
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Nach einem älteren Vorschlag sind die Planetspindeln im Wechsel kurz/lang ausgestaltet. Es kommt auch ein anderer gleichmäßiger oder ungleichmäßiger Wechsel von „kurz” und „lang” in Betracht, z. B. „kurz-kurz-lang” oder „kurz-kürzer-noch kürzer”.
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Für die Entgasung ist das Druckgefälle vor und hinter dem Anlaufring von wesentlicher Bedeutung. Vorzugsweise wird das Druckgefälle durch Änderung des Durchtrittsspaltes an dem Anlaufring eingestellt. Die Änderung erfolgt nach der Erfindung viskositätsabhängig. Das schließt wahlweise die Anlehnung an Referenzgrößen ein. Das heißt, es kann anhand vorliegender Spaltweiten zu bestimmten Schmelzeviskositäten eine Anpassung der Spaltweiten an andere Schmelzeviskosivitäten durch Berechnung oder Schätzung erfolgen. Dabei ist das Erreichen der optimalen Spaltweite mit der ersten Einstellung in der Regel nicht zwingend gefordert bzw. ist in der Regel eine Korrektureinstellung möglich. Im Ergebnis lässt sich auf dem Wege die richtige Spaltweite mit geringem Aufwand einstellen.
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Vorzugsweise verläuft der Durchtrittsspalt konisch. Die Spaltverstellung kann durch Verstellung der Zentralspindel in axialer Richtung erreicht werden. Die axiale Verstellung der Zentralspindel kann hydraulisch oder mechanisch erfolgen. Beide Verstellungen können stufenlos sein, so dass das Druckgefälle gleichfalls stufenlos veränderbar ist. In der Praxis sind die optimalen Zentralspindelstellungen für jedes Material und für jeden Betriebszustand des Extruders schnell gefunden. Wahlweise ist auch eine stufenweise Verstellung vorgesehen.
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Für die Entgasung kann ausreichend sein, wenn lediglich Öffnungen vorhanden sind, durch die das frei werdende Gas entweichen kann. Durch Anlegen eines Saugzuges wird die Entgasungsleistung wesentlich gesteigert. Die Entgasung erfolgt vorzugsweise durch den Anlaufring hindurch, vorzugsweise auch unter Anlegung eines Unterdruckes gegenüber dem Schmelzedruck am Anlaufring. Der Unterdruck wird im Folgenden als Vakuum bezeichnet und ist der jeweiligen Schmelzeviskosität, dem Gas und der gewünschten Behandlung der Schmelze angepasst. Wahlweise findet ein Vakuumdom zur Erzeugung des Unterdruckes Anwendung. Der Vakuumdom hat ein erhebliches Volumen. An den Vakuumdom ist ein Unterdruck angelegt. Das große Volumen des Doms trägt zur Betriebssicherheit der Entgasung und zur Trennschärfe der Entgasung bei.
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Der Unterdruck im Vakuumdom wird vorzugsweise mittels einer Pumpe erzeugt. Die Saugpumpe kann auch unmittelbar an die Entgasungsleitung angeschlossen sein.
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Die Entgasung wirkt über den unmittelbaren Raum hinter dem Anlaufring hinaus auch in das von den Spindeln erfasste und in Förderrichtung gedrängte Material hinein, bis die Verdichtung des Materials eine weitere Entgasung verhindert. Dabei ist für die Entgasung besonders förderlich, wenn die Zahl der Planetspindeln geringer als normal ist. Die Anzahl der Planetspindeln hängt vom Durchmesser ab. Mit Durchmesser ist der Teilkreisdurchmesser der Innenverzahnung am Gehäuse des Planetwalzenextruders bezeichnet. Nachfolgend sind die normalen Planetspindelzahlen im Abhängigkeit vom Durchmesser und von der Spindel lange wiedergegeben:
| Durchmesser | Planetspindelzahl | Länge |
| 70 bis 100 mm | 6 bis 8 | bis 700 mm |
| 120 bis 170 mm | 8 bis 10 | bis 1000 mm |
| 180 mm | 9 bis 11 | bis 1000 mm |
| 200 mm | 10 bis 12 | bis 1000 mm |
| 250 mm | 13 bis 15 | bis 1000 mm |
| 300 mm | 17 bis 19 | bis 1000 mm |
| 400 mm | 23 bis 25 | bis 1200 mm |
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Nach dem älteren Vorschlug werden vorzugsweise zur Entgasung mindestens 3 Planetspindeln weniger als bei Normalspindelzahl eingesetzt. Dadurch ergibt sich ein relativ großer Abstand zwischen den Planetspindeln, in dem das Material relativ lange entgasen kann. Je geringer die Zahl der Planetspindeln ist, desto größer wird der Abstand. Mindestens beträgt die Planetspindelzahl 3, um eine Mittenzentrierung der Zentralspindel zu gewährleisten.
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Hinsichtlich dieses Materials entsteht – solange eine Entgasung noch stattfindet – eine Form der Rückwärtsentgasung, weil das Gas in Bezug auf die Förderwirkung des Extruders rückwärts abgezogen wird.
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Wahlweise erfolgt eine mehrstufige Entgasung.
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Besonders günstige Verhältnisse ergeben sich, wenn ein Vertikal-Extruder verwendet wird. In dem Vertikalextruder bildet sich durch die Schwerkraft der Schmelze/Einsatzgut/Behandlungsgutes hinter dem Anlaufring ein der Entgasung sehr förderlicher Hohlraum, indem zugleich durch entsprechenden Extruderdurchsatz sichergestellt wird, dass die nachströmende Schmelze/Einsatzgut/Behandlungsgut den Hohlraum nicht ausfüllt. Dem Gas steht in der vertikalen Anordnung der geringste Widerstand gegen Austreten aus der Schmelze und aus dem Extruder entgegen.
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Der Extruder mit Entgasung und insbesondere mit Temperierung kann auch für eine Dünnschichtverdampfung genutzt werden. Der entstehende Dampf wird abgezogen, wie oben beschrieben. Dabei wird die Schmelze zwangsweise ganz dünn ausgewalzt, so dass eine extreme Oberfläche entsteht, die der Verdampfung sehr förderlich ist. Die Dünnschichtverdampfung herkömmlicher Art ist als Fallstromverdampfer oder als Zentrifugalverdampfer bekannt. Bei dem Fallstromverdampfer werden Flüssigkeiten in eine Fallbewegung gebracht. Von Nachteil ist die Geschwindigkeit der Fallbewegung. Um eine ausreichende Behandlungszeit sicherzustellen, müssen entweder extrem lange Fallwege erzeugt werden oder die Flüssigkeit immer wieder rückgeführt werden. Das Verfahren versagt außerdem bei Schmelzen mit geringfügig höherer Viskosität als bei einer Flüssigkeit. Bei dem Zentrifugalverdampfer wird die Flüssigkeit in einer Zentrifuge am Innenmantel verteilt. Mit der Zentrifuge kann das Problem der Verweilzeit gelöst werden. Die Zentrifuge versagt auch bei Schmelzen mit höherer Viskosität. Der Extruder mit der erfindungsgemäßen Entgasung kann verwendet werden
- a) zum Konzentrieren vom Flüssigprodukten und Schmelzen
- b) zum Konzentrieren von viskosen bzw. strukturviskosen Medien
- c) zum Abdestillieren
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Wahlweise wird der Extruder mit der erfindungsgemäßen Entgasung auch genutzt, um zunächst eine Reaktionsphase in die Schmelze einzumischen und um entstehende Gase anschließend abzuziehen. Die Reaktionsphase kann fest, flüssig oder gastörmig sein. Der Extruder gewährleistet eine optimale Mischung.
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Es ist auch bekannt, dem Anlaufring die Aufgabe einer Materialzuführung zu geben und/oder den Anlaufring als Mess-Stelle für Druck oder Temperatur zu nutzen.
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Die Eintragmöglichkeit für Material kann in verschiedenen Fällen besondere Bedeutung haben. Zur Herstellung von Kunststoffschaum ist es zwischenzeitlich üblich geworden. Treibmittelnach der Plastifizierung des Kunststoffes in den Extruder einzuspritzen, mit der Schmelze zu vermischen und so lange unter einem das Aufschäumen der Schmelze verhindernden Druck zu halten, bis die Schmelze aus dem Extruder austritt. Das wird üblicherweise mit einer Druckreduzierung verbunden, so dass das in der Schmelze eingeschlossene Gas sich ausdehnt und unter entsprechender Zellbildung in der Schmelze das Aufschäumen verursacht.
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Die Eintragmöglichkeit für Material kann auch für das Zudosieren von Weichmachern genutzt werden. Weichmacher finden für verschiedene Kunststoffe Anwendung, um eine gewünschte Nachgiebigkeit des Kunststoffes sicher zu stellen.
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Vor einiger Zeit ist von dem Anmelder erkannt worden, dass bauliche Vorteile gegeben sind, wenn die Entgasung und/oder der Materialeintrag an einem modulweise aufgebauten Extruder zwischen den Modulen erfolgt. Gegebenenfalls soll dort auch eine Temperaturmessung und/oder Druckmessung erfolgen. Bei Verwendung eines Planetwalzenmoduls soll der Anlaufring dazu genutzt werden. Die Einzelheiten sind in der
DE 19720916A1 beschrieben. Im Weiteren wird dort ein Anlaufring vorgeschlagen, der mit verschiedenen Bohrungen versehen ist, die nach Wunsch für eine oder mehrere der vorstehend beschriebenen Aufgaben genutzt werden können. Die nicht benutzten Bohrungen werden durch Blindstopfen verschlossen. Die Bauweise hat sich so bewährt, dass sie zwischenzeitlich von anderen nachgeahmt wird.
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Gleichwohl hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, diese Bauweise noch weiter zu verbessern. Dabei geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, dass die Anlaufringe nur eine geringe Baugröße in axialer Extruderrichtung haben, nämlich 3 bis 4 cm, und ihre Temperatur von der Temperierung in den benachbarten Extrudermodulen und gegebenenfalls von einer Temperierung der innen laufenden Schnecken bzw. Zentralspindel bestimmt wird.
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Nach der Erfindung wird dennoch mit einer zusätzlichen, unmittelbaren Temperierung des Anlaufringes und/oder mit einer zusätzlichen, unmittelbaren Temperierung eines den Anlaufring haltenden Zwischenringes Einwirkung auf das Verfahren genommen. Das gilt besonders im Falle der Entgasung. Es hat sich gezeigt, dass schon geringe Temperaturänderungen die Qualität der Schmelze stark beeinflussen. Das ist vor allem in Grenzbereichen der Fall. Das erklärt sich damit,
- – dass je nach Beschaffenheit des verwendeten Kunststoffes nur ein sehr enges Temperaturfenster zur Verfügung steht und
- – dass der Temperaturverlauf der Schmelze zwischen den verschiedenen Mess-Stellen nur eingeschränkt kontrollierbar ist.
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Die Zwischenringe dienen vorzugsweise als Zentrierringe, wie in der
DE 9421955U1 beschrieben. Vorzugsweise ist für die zusätzliche Kühlung an dem Anlaufring und/oder dem den Anlaufring haltenden Zwischenring ein eigener Temperierungskreis vorgesehen. Dadurch kann die Temperatur im Bereich der Anlaufringe unabhängig vom sonstigen Temperaturverlauf im Extruder verändert werden. Das ermöglicht auch eine Temperatursteuerung nach Versuchen. Das heißt, in Versuchen wird das Verhalten der Schmelze unter Messung des Temperierungsmittels in den verschiedenen Temperierungskreisen und gegebenenfalls unter Temperaturmessung am Anlaufring und an anderen Stellen für bestimmte Schmelzen ermittelt, um dann gegebenenfalls mit einer Temperaturmess-Stelle oder wenigen Temperaturmess-Stellen die Temperierung zu regeln.
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Ähnliche Wirkung kann mit der Druckmessung am Anlaufring erreicht werden.
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Mit der Vereinigung aller Funktionen in einem Anlaufring oder Zwischenring wagt sich der Erfinder an eine extrem schwierige Konstruktion. Eine optimale Temperierung ergibt sich, wenn in dem Anlaufring oder Zwischenring ein oder mehrere umlaufende Kanäle für das Temperierungsmittel vorgesehen sind. Für die Temperierung können auch axial verlaufende Kanäle vorgesehen sein, die vorzugsweise gleichmäßig am Umfang verteilt sind, aber auch ungleichmäßig verteilt sein können. Die Temperierung kann auch abschnittsweise am Umfang des Anlaufringes oder Zwischenringes vorgesehen sein. Als Temperierungsmittel ist Wasser an Extrudern, auch an den Planetwalzenextrudern üblich. Darüber hinaus ist Öl als Temperierungsmittel bekannt. Mit dem Öl können höhere Temperaturen beim Temperieren gefahren werden. Das Temperieren kann sowohl die Kühlung als auch eine Beheizung zum Inhalt haben.
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In der Regel ist eine Kühlung erforderlich. Je nach Temperaturniveau der Schmelze ist gleichwohl die Erwärmung des Anlaufringes und/oder des Zwischenringes so stark, dass die Verwendung von Öl anstelle von Wasser von Vorteil ist.
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Bei umlaufenden Kanälen für die Temperierung stellt sich die Aufgabe der Vorbeiführung an den Durchtrittsöffnungen für die Mess-Sonden. Nach der Erfindung wird die Vorbeiführung durch Änderung des Querschnittes möglich. Anstelle eines günstigen flachen, sich in Extruderlängsrichtung erstreckenden Querschnittes wird im Bereich der Vorbeiführung vorzugsweise ein Kanalquerschnitt gewählt, der sich in Extruderlängsrichtung über ein die Vorbeiführung ermöglichendes geringes Maß erstreckt, während der Kanalquerschnitt sich in der Richtung quer dazu über ein entsprechend größeres Maß erstreckt, so dass der Kanalquerschnitt im Bereich der Vorbeiführung die gleiche Fläche wie in Strömungsrichtung des Temperierungsmittels vor der Vorbeiführung hat. Das heißt, nach der Vorbeiführung wird der Kanalquerschnitt für das Temperierungsmittel wieder in die gleiche Form gebracht wie vor der Vorbeiführung.
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Die Kombination der Temperierung mit einer Entgasung erfolgt wahlweise dadurch, dass außenseitig an dem Anlaufring Entgasungstaschen eingearbeitet sind, die über Bohrungen zu Entgasungsöffnungen an einer Stirnfläche des Anlaufringes oder Zwischenringes, vorzugsweise zur Rückfläche des Anlaufringes führen. Die vordere Stirnfläche ist die Fläche, an der die umlaufenden Planeten gleiten.
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Vorzugsweise sitzt der Anlaufring in einem Zwischenring und an der Berührungsfläche zwischen den beiden Ringen ist ein Kanal vorgesehen, der die verschiedenen Taschen verbindet. Der Kanal kann als Nut in die eine und/oder die andere Ringfläche eingearbeitet werden. Vorzugsweise mündet in die Ringfläche eine Saugleitung zur Anlegung eines Unterdruckes für die Entgasung.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
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1 zeigt einen Extruder in Modulbauweise mit einem als Einschnecke ausgebildeten Füllteil 1 und zwei Planetwalzenteilen 2 und 3. Der Einfüllteil hat eine Öffnung 4 für das Einsatzmaterial, im Ausführungsbeispiel ein Gemenge aus Kunststoffgranulat und Zuschlägen.
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Die Planetwalzenteile 2 und 3 besitzen Gehäuse 10 und 11 mit innenverzahnten Buchsen 14 und 15, eine gemeinsame Zentralspindel 6 und umlaufende Planetenspindeln 8. Die Zentralspindel 6 ist formschlüssig mit der Schnecke des Einfüllteiles verbunden, so dass der Antrieb der Schnecke des Einfüllteiles 1 zugleich die Zentralspindel dreht..
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Die Planetenspindeln 8 besitzen wie die Zentralspindel eine Verzahnung. Die Verzahnung ist der Verzahnung der Buchsen 14 und 15 angepasst. Die Planetenspindeln kämmen zugleich mit der Zentralspindel und mit der Buchse. Dadurch bewirkt jede Drehung der Zentralspindel eine Drehung der Planetenspindeln 8 um die Zentralspindel. Die Buchsen 14 und 15 bilden zugleich Kanäle für eine Temperierung der Gehäuse 10 und 11. Die Kanäle sind außenseitig in die Buchsen gedreht und werden von dem darauf sitzenden Gehäuse verschlossen. Die Gehäuse werden auf die Buchsen geschrumpft. Im Ausführungsbeispiel wird während des Betriebes Wasser als Kühlmittel durch die Kanäle gepumpt. Durch das Kühlmittel wird die anfallende Wärme abgeführt. Es fält Wärme an, wenn das Kunststoffgranulat in dem Einfüllteil komprimiert und plastifiziert und unter entsprechendem Druck in das Planetwalzenteil 2 gefördert wird und homogenisiert wird. Die anfallende Wärme resultiert aus der aufzubringenden Verformungsleistung. Durch Abführen der Wärme wird die Temperatur der Schmelze so reduziert, dass der Kunststoff keinen Schaden nimmt. Die Einstellung der Temperatur hat auch noch andere Vorteile.
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Die Gehäuse besitzen an ihren gegenüber liegenden Enden 12 und 13 jeweils einen Flansch. Beide Flansche sind durch Schrauben gegeneinander verspannt. Dabei werden sie durch Zwischenring 21 und 22 und einen Anlaufring 20 beabstandet.
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Die Planetenspindeln 8 sind allein aufgrund des Eingriffes ihrer Verzahnung in die Verzahnung der Zentralspindeln und die Verzahnung der Buchse zwischen Buchse und Zentralspindel gehalten. Die Verzahnung ist eine Schrägverzahnung und verursacht während des Betriebes einen axialen Schub auf die Planetenspindeln, so dass die Planetenspindeln 8 in axialer Richtung an einem Herauswandern gehindert werden müssen. Das geschieht mit Hilfe des Anlaufringes 20. Der Anlaufring 20 wird von den Zwischenringen 21 und 22 außen umschlossen, die zusammen mit dem Anlaufring zugleich eine Zentrierfunktion haben. Sie richten die Planetwalzenteile 2 und 3 aufeinander aus. Die Planetenspindeln 8 gleiten mit ihren Stirnflächen an dem Anlaufring 20. Die Gleitseite ist in Schmelzeströmungsrichtung die Vorderseite 30, die gegenüberliegende Seite ist die Rückseite 31.
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In dem Anlaufring 20 ist von der Rückseite 31 her eine Nut eingearbeitet und anschließend wieder verschlossen worden, so dass ein Kanal 25 entsteht. Der Kanal 25 verläuft in geringem Abstand von der Innenseite des Anlaufringes 20 auf etwa einem Umfangswinkel von 270 Grad mit einem rechteckigen, flachen Querschnitt, der sich mit seiner Flachseite in axialer Extruderrichtung erstreckt. An den Enden 34 und 35 geht der Kanal in einen anderen Kanal 32 über. Der Kanal 32 hat auch einen rechteckförmigen, flachen Querschnitt. Die Flachseite verläuft jedoch quer zur Längsrichtung des Extruders, so dass der Kanal 32 leicht an Bohrungen 40 und 41 vorbei geführt werden kann, die für eine Druckmessung oder Temperaturmessung vorgesehen sind. Die Bohrungen 40 und 41 durchdringen den Anlaufring 20 in radialer Richtung vollständig. Auch der Kanal 32 wird von der Rückseite her im Wege einer Nut erstellt, die anschließend wieder unter Freilassung des Kanals geschlossen wird.
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Die Nuten werden im Ausführungsbeispiel eingefräst. Zum Verschließen der Nuten werden Ringe bzw. Segmente von Ringen verwendet, die in die Nuten eingeschweißt oder eingelötet werden. Die Segmente bzw. Ringe bilden Deckel.
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Die Kanäle 25 und 32 dienen einer zusätzlichen Temperierung. Dazu werden sie mm Betriebsfall von Wasser durchströmt. Das Wasser wird über einen Anschluss 28 zugeführt und aus einem Abfluss abgeführt. Damit eine Kurzschluss-Strömung verhindert wird, ist in dem Kanal 25 zwischen Anschluss und Abfluss eine Wand 27 vorgesehen.
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Der Anlaufring hat im Ausführungsbeispiel an der Rückseite noch Entgasungsöffnungen 50. Ferner befinden sich am Umfang des Entgasungsringes Taschen 51. Die Taschen 51 sind eingefräst und über Bohrungen mit den Entgasungsöffnungen 50 verbunden.
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Auf dem Anlaufring sitzt ein Dom 55, der die Entgasungstaschen 51 übergreift und in eine Saugleitung mündet. Der Dom 55 ist in Extruderlängsrichtung so schmal, dass er zwischen den Zwischenringen 21 und 22 und zwischen den beabstandeten Flanschen 12 und 13 Platz findet.
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An der Vorderseite des Anlaufringes 20 sind noch Ausnehmungen 26 für Verschleißflächen 60 eingearbeitet. Die Verschleißflächen sind im Ausführungsbeispiel aus Hartmetall.
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Die Mess-Bohrungen werden mit Blindstopfen geschlossen, wenn sie nicht benötigt werden. Im Betriebsfall wird der Kunststoff 1 komprimiert und plastifiziert und in dem Planetwalzenteil 2 mit den Zuschlägen homogenisiert. Die entstandene Schmelze tritt dann in den als Kühlteil dienenden Planetwalzenteil 3. Dort wird die Schmelze auf eine gewünschte Austrittstemperatur gebracht und am Ende des Extruders durch eine Düse ausgetragen.
