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Die
Erfindung betrifft Extruder mit mindestens einem Planetwalzenteil.
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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
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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.
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Darüber
hinaus können in den Extruder auch andere plastifizierbare
bzw. schon plastische Stoffe eingesetzt werden. Dazu gehören
z. B. Lebensmittel und Pharmzeutika, auch Chemikalien.
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Mit
einem Extruder lassen sich die eingesetzten Stoffe sehr vorteilhaft
aufbereiten, insbesondere aufschmelzen, mischen bzw. homogenisieren und
dispergieren.
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Dabei
wird das eingesetzte Material dem Extruder an einem Ende zugeführt
und tritt das aufbereitete Material am anderen Ende aus dem Extruder wieder
aus. Mit einem Ende und anderem Ende ist die vorgesehene Bearbeitungsstrecke
in dem Extruder gemeint. Das kann eine Materialzugabe und/oder einen
Materialaustritt vor dem jeweiligen baulichen Ende (im Unterschied
zu dem Anfang und Ende der Bearbeitungsstrecke) einschließen.
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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.
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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.
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Für
die Extruder sind verschiedene Bauarten bekannt.
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Es
gibt Einschneckenextruder, Doppelschneckenextruder und Planetwalzenextruder.
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Ein
Einschneckenextruder besitzt eine einzige Schnecke, die sich in
einem fest angeordneten Extrudergehäuse mit ausreichendem
Bewegungsspiel dreht.
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Ein
Doppelschneckenextruder besitzt zwei miteinander kämmende
Schnecken, die sich in einem gemeinsamen, fest angeordneten Gehäuse
mit ausreichendem Bewegungsspiel drehen. Damit die beiden Schnecken
als Zahnräder miteinander in Eingriff stehen (kämmen)
können, ist für beide Zahnräder vorzugsweise
eine Evolventenverzahnung mit gleichen Zähnen vorgesehen.
Die beiden Schnecken des Doppelschneckenextruders können
gleichsinnig oder gegenläufig bewegt werden.
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Der
Planetwalzenextruder besitzt eine Zentralspindel, Planetspindeln
und ein innen verzahntes Extrudergehäuse. Die Planetspindeln
kämmen sowohl mit der Zentralspindel als auch mit der Innenverzahnung
des Gehäuses. Die Zentralspindel wird bewegt, so daß die
Planetspindeln wie die Planeten um die Zentralspindel umlaufen.
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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.
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Die
Kombination unterschiedlicher Extrudersysteme kann auch in einem
einzigen Extruder erfolgen. Dabei bilden die miteinander kombinierten
Extrudersysteme in dem einen Extruder Extruderabschnitte, auch Extruderteile
oder Module genannt. Diese Abschnitte können mit den Verfahrensabschnitten
des Extruders übereinstimmen, müssen es aber nicht.
Die Verfahrensabschnitte sind bei der Aufarbeitung von Kunststoffen
Einziehen des Kunststoffes, Aufschmelzen, Homogenisieren/Dispergieren und
Kühlen der Schmelze auf Extrusionstemperatur.
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Bei
der Kombination verschiedener Extrudersysteme in einem Extruder
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. Dabei sind häufig
Einschneckenextruderabschnitte in Kombination mit Abschnitten in
Planetwalzenextruderbauart vorgesehen. Es sind auch Kombinationen
von Planetwalzenextruder-Abschnitten mit Abschnitten in Doppelschneckenbauart
möglich.
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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.
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Die
Extruderabschnitte bilden sich häufig auch in dem Extrudergehäuse
ab. Dabei werden die Gehäuseabschnitte an den Enden mit
Flanschen aneinander verspannt.
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Im
folgenden wird nur von Planetwalzenextrudern gesprochen, das schließt
sowohl Extruder ein, die ausschließlich als Planetwalzenextruder
ausgebildet sind, als auch Kombination ein, die aus einer Kombination
mindestens eines Planetwalzenextruders-Abschnitts mit gleichen oder
anderen Abschnitten anderer Bauaart bestehen
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Zumeist
arbeiten die Extruder mit einer Düse. Durch die Düse
wird die Schmelze wahlweise in eine bestimmte Form gebracht. Bei
der Herstellung von Kunststoffschaum hat die Düse darüber
hinaus noch andere Aufgaben, die unten erläutert werden.
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Allen
Extrudern ist gemeinsam, daß bei Verwendung einer Düse
vor der Düse ein ausreichender Druck aufgebaut werden muß.
Der Druck kann verfahrensnotwendig werden. Bei der Schaumherstellung
mit eingemischten gasförmigen Treibmitteln bzw. mit in
der Schmelze frei gewordenen Treibmitteln hat der Druckaufbau vor
der Düse noch die Aufgabe ein Aufschäumen der
Schmelze innerhalb der Düse zu verhindern. Nach Austreten
der Schmelze aus dem Extruder in eine Atmosphäre geringen
Druckes (Umgebungsdruck) expandiert das Treibmittel. Es bilden sich
Blasen und entsteht durch die Vielzahl der Blasen ein Schaum.
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Die
Erfindung hat erkannt, daß das herkömmliche Extrudieren
durch eine Düse stark von dem Feststoffgehalt der Schmelze
abhängig ist. Der Feststoffanteil in einer Schmelze kann
durch artverwandte z. B. höher schmelzende Materialien
oder durch Fremdstoffe gebildet werden. Es können die unterschiedlichsten
Fremdstoffe vorkommen, z. B. Schwerspat oder Kreide als Füller
für Kunststoffe, die in der Automobilindustrie Einsatz
finden. Anwendungsfelder können z. B. die Kofferraumauskleidung sein.
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Praktisch
sind alle herkömmlichen Extruder ungeeignet bzw. bauen
sich zunehmende Schwierigkeiten auf, wenn sich der Feststoffgehalt
der Grenze von 50 Vol%, bezogen auf die Gesamtmenge von Schmelze
und Feststoff, nähert.
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Die
Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, auch bei Feststoffgehalten
von 50 Vol% und mehr noch einen störungsfreien Extrusionsbetrieb
zu gewährleisten bzw. die Extrusion zu verbessern.
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Dabei
geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, daß die feststoffbeladene
Schmelze an der glatten Innenfläche des die Extruderschnecke
in einem Einschneckenextruder umgebenden Gehäuses bzw. an
der glatten Innenfläche des die Extruderschnecken in eine
Doppelschneckenextruder umgebenden Gehäuses keine ausreichende
Reibung erfährt. Nach der Erfindung wird eine ausreichende
Reibung deshalb durch eine Profilierung der Innenfläche
erreicht. Entsprechendes gilt, wenn die Extrudergehäuse
innen mit einer Buchse versehen sind. Im weiteren wird nur von dem
Extrudergehäuse gesprochen. Das schließt die Buchse
ein.
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Die
Verzahnung an der Gehäuseinnenfläche üblicherweise
mit geeigneten Ziehwerkzeugen spanabhebend gezogen oder gefräst
und geschliffen.
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Vorzugsweise
wird die Verzahnung ganz oder teilweise durch Funkenerodieren erzeugt.
Dieser Vorgang ist zum Beispiel in der
DE-4324271 A1 oder
DE4436803 A1 beschrieben.
Dabei wird eine Elektrode in dem Gehäuse positioniert und
an die Elektrode und das Gehäuse eine Spannung angelegt,
so daß Funken von dem Gehäuse zur Elektrode überspringen
und ein Materialabtrag an einer gewünschten Stelle des
Gehäuses verursacht wird. Vorteilhafterweise kann dieser
Materialabtrag über die Spannung und über den
Abstand sehr genau gesteuert werden.
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Vorteilhafterweise
kann eine Elektrode zum Erodieren verwendet werden, welche die Form
einer Spindel besitzt, welche auf der Gehäuseinnenfläche abwälzbar
ist. Diese Form wird im folgenden als Elektrodenspindel bezeichnet.
Die Elektrodenspindel kann in Umfangsrichtung des Extrudergehäuses und/oder
in axialer Richtung des Extrudergehäuses bewegt werden.
Dabei taucht die Elektrodenspindel mit fortschreitendem Materialabtrag
immer tiefer in die Wandung des Extrudergehäuses ein.
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Die
Eindringtiefe läßt sich in den Grenzen der Höhe
der Verzahnung an der Elektrodenspindel frei wählen. Dadurch
kann die Vertiefung der Gehäuseinnenverzahnung dem jeweiligen
Extrusionsmaterial angepaßt werden. Es ist auch eine Optimierung der
Tiefe der Gehäuseinnenverzahnung möglich, indem
eine schrittweise Bearbeitung des Gehäuses zur Herstellung
der Innenverzahnung stattfindet und indem nach jedem Bearbeitungsschritt
eine Erprobung des Gehäuses stattfindet. Vorzugsweise werden
nach dem Ausgangsbearbeitungsschritt immer kleinere Bearbeitungsschritte
gewählt, so daß nur eine geringe Gefahr einer
gravierenden Überschreitung der optimalen Verzahnungstiefe
besteht.
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Die
Planetspindeln und die Zentralspindel besitzen im Unterschied zu
dem Gehäuse des Planetwalzenabschnittes eine Außenverzahnung.
Die Außenverzahnung wird üblicherweise durch Fräsen und/oder
Drehen und Schleifen hergestellt.
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Durch übliche
Schrägverzahnung zwischen den Planetwalzen, Zentralspindel
und innen verzahntem Gehäuse wirkt auf die Planetspindeln
ein Axialdruck, der von einem Anlaufring aufgenommen wird. Die Planetspindeln
gleiten mit dem in Förderrichtung vorderen Ende an einem
Anlaufring. Der Anlaufring kann neben der vorstehend beschriebenen
Funktion noch andere Funktionen ausüben. Dazu gehört
unter anderem eine Staufunktion. Der Anlaufring kann auch Bestandteil
einer Entgasungseinrichtung oder eine Vorrichtung zum Eintragen
bzw. Einspritzen von Gasen, Flüssigkeiten und Schmelzen
sein oder Einrichtungen zur Druckmessung und/oder Temperaturmessung
umfassen.
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Herkömmliche
Planetwalzenextruder sind von der Lagerung so aufgebaut, daß die
Füllschnecke auf einem Getriebezapfen gelagert wird, die
Zentralspindel in die Füllschnecke eingeschoben und mittels
Zuganker mit dieser verbunden bzw. mit der Abtriebswelle des Extruderantriebes
verbunden wird. Diese herkömmliche Konstruktion des Planetwalzenextruders
hat den Nachteil einer fliegenden Lagerung der Zentralspindel. Fliegende
Lagerung heißt einseitige Halterung der Zentralspindel.
Deshalb ist nach der
DE3726641
C2 vorgesehen, auch das andere Ende der Zentralspindel
zu lagern. Dies hat verschiedene Vorteile. Insbesondere wird der
Verschleiß an dem in Förderrichtung vorderen Ende
der Zentralspindel verringert.
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Bei
der
DE3726641 C2 ist
zur Lagerung der Zentralspindel vorgesehen, daß an dem
Austrittsende des dort als Planetwalzenextruder ausgebildeten Extruders
eine Lagerbüchse/Gehäuse lösbar montiert
ist und die Zentralspindel mit einem Lagerzapfen in die Lagerbüchse
greift. Dabei befindet sich das Lager in einem für den
Schmelzeaustritt ausreichenden Abstand und besitzt die Lagerbüchse
unterseitig eine Öffnung für den Schmelzeaustritt.
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Solche
Extruder eignen sich besonders als Primärextruder in Tandemanlagen;
desgleichen für Kaskadenanlagen, wenn die aus einem Extruder austretende
Schmelze von einem anderen nachgeordneten Extruder aufgenommen und
weiterbearbeitet bzw. weiterverarbeitet wird. Tandem und Kaskadenanlagen
können aus unterschiedlichen Gründen von Vorteil
sein. Solche Extruder eignen sich aber auch besonders für
die Herstellung von Pulverlack-Bruchgranulat oder dergleichen. Dabei
wird die austretende Schmelze auf ein Band aufgegeben, gekühlt
und anschließend zu Granulat gebrochen.
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Solche
Extruder haben sich bewährt. Gleichwohl hat sich die Erfindung
die Aufgabe gestellt, solche Extruder zu verbessern. Dabei geht
die Erfindung von der Erkenntnis aus, daß an solchen Extrudern
eine Austrittsdüse mit einer Spaltverstellung von Vorteil
ist. Mit der Spaltverstellung kann der Austrittswiderstand für
die Schmelze verändert werden. Das bewirkt zugleich eine
Veränderung des Druckes in der Schmelze vor der Düse.
Das kann für eine Optimierung des Verfahrens genutzt werden.
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Die
Verstellung des Düsenspaltes ist an sich aus der
DE19610728B4 bekannt.
Dort wird die Veränderung durch Verstellung der Zentralspindel
erreicht. Die Zentralspindel besitzt einen Zapfen, mit dem sie je
nach Stellung die Durchtrittsöffnung der Düse
mehr oder weniger verschließt.
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Aus
der
DE19602859A1 ist
gleichfalls eine Spaltverstellung bekannt. Das Extrusionswerkzeug soll
dabei durch den Anlaufring gebildet werden und in axialer Richtung
mittels Zwischenringen verstellbar sein. Durch Auswechselung der
Zwischenringe ergibt sich ein mehr oder weniger großer
Spalt zwischen dem korrespondierenden Ende der Zentralspindel und
dem Anlaufring. Die Planetspindeln folgen zwar unter dem auf sie
wirkenden Axialdruck dem Anlaufring. Aus dem Zwischenraum zwischen
den umlaufenden Planetenspindeln kann die Schmelze jedoch in den
vorstehend beschriebenen Spalt und von dort durch eine mittige Öffnung
des Anlaufringes strömen.
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Die
Erfindung geht einen anderen Weg. Nach der Erfindung ist auf dem
Lagerzapfen oder Dorn (im folgenden wird von Zapfen gesprochen und schließt
das einen Dorn ein), mit dem die Zentralspindel am vorderen Ende
zusätzlich gelagert ist, ein Ring zur Düsenverstellung
angeordnet. Der Lagerzapfen verlängert die Zentralspindel.
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Der
Ring kann mit dem Lagerzapfen zusammen verschoben werden.
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Vorzugsweise
ist der Ring verschiebbar angeordnet und erfolgt die Verstellung
des Ringes durch eine mittige Öffnung bzw. Bohrung des
Zapfens hindurch. Als Verstellmechanik ist vorzugsweise eine Stange
vorgesehen, Die Stange kann ihrerseits als Spindel ausgebildet sein
und eine Schloßmutter tragen, welche durch Drehung der
Spindel auf der Spindel in axialer Richtung nach vorn oder nach
hinten bewegt wird. Die Spindel besitzt ein Außengewinde.
Die Schloßmutter besitzt ein passendes Innengewinde. Dabei
kann die Schloßmutter mit Stegen in den zur Düsenverstellung
gehörenden Ring greifen oder umgekehrt dieser Ring mit
den Stegen in die Schloßmutter greifen.
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Für
die Bewegung der Stege in axialer Richtung des Zapfens sind in dem
Mantel des hohl ausgebildeten Zapfens Öffnungen vorgesehen.
Die Öffnungen können gebohrt und/oder gefräst
sein. Durch Fräsen läßt sich den Öffnungen
eine in axialer Richtung des Zapfens längliche Form geben.
Diese Öffnungen sind vorzugsweise gegen eindringende Schmelze
abgedichtet. Eine vorteilhafte Abdichtung wird erreicht, wenn der
zur Düsenverstellung gehörende Ring so breit ausgelegt
ist, daß er in jeder Stellung die Öffnungen übergreift.
Zugleich kann dieser Ring zapfenseitig mit einer zusätzlichen
Dichtung versehen sein.
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Wahlweise
ist anstelle der Schloßmutter eine Scheibe vorgesehen,
die über die Stege mit dem zur Düsenverstellung
gehörigen Ring verbunden ist. Die Scheibe ist mit der Stange
fest verbunden. Als Verbindung eignet sich eine Verschraubung. Die
feste Verschraubung ist kombiniert mit einer Längsverstellung
der Stange. Diese Längsverstellung wird wahlweise dadurch
erreicht, daß die Stange am Ende mit einer Stellverschraubung
versehen ist. Zu der Stellverschraubung gehören wahlweise
ein Schraubgewinde auf dem Stangenende und eine Stellmutter sowie
eine Kontermutter. Die Stellmutter ist dabei in dem hohlen Zapfen
drehbeweglich, aber axial unverrückbar gehalten. Durch
Drehen der Stellmutter wird die Stange in axialer Richtung bewegt.
In der gewünschten Stellung erfolgt eine Arretierung der
Stellmutter durch eine Kontermutter.
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Vorzugsweise
ist anstelle der Schloßmutter eine ringförmige
Scheibe mit gleichen Stegen drehbeweglich und ohne Gewindeverzahnung
auf der Stange angeordnet. Zugleich ist die Scheibe in axialer Richtung
fest auf der Stange gehalten. Es ist von Vorteil, wenn die Stange
an dem scheibenseitigen Ende einen Absatz aufweist, an dem die Scheibe
anliegen kann, so daß auf dem Wege die Reaktionskräfte
des zur Düsenverstellung gehörigen Ringes in die
Stange geleitet werden. An der gegenüberliegenden Seite
sind nur geringe Haltekräfte für die Verstellung
der Scheibe erforderlich. Diese Haltekräfte können
durch eingelassene, lösbare Ringe oder durch Schrauben
aufgebracht werden.
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Der
drehbewegliche Sitz der Scheibe erlaubt eine Drehung der Stange
ohne Drehung der Scheibe. Das kann genutzt werden, um durch Drehung
der Stange deren axiale Verstellung zu bewirken. Als Verstellmechanik
ist an dem der Scheibe gegenüberliegenden Ende eine Schraubgewinde
an der Stange vorgesehen. Mit dem Schraubgewinde wirkt ein ortsfest
angeordnetes Gewindeteil zusammen. Vorzugsweise handelt es sich
bei dem Gewindeteil um eine Buchse mit einem dem Stangengewinde
angepassten Innengewinde und ist die Buchse fest in dem bzw. an
dem hohl ausgebildeten Zapfen angeordnet.
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Zur
Drehung der Stange ist am Stangenende vorzugsweise ein Griff vorgesehen.
Nach der Drehung bzw. Verstellung wird die Stange mittels einer Kontermutter
in der Drehstellung gesichert. Vor einer erneuten Verstellung wird
die Kontermutter wieder gelöst.
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Der
zur Lagerung der Zentralspindel dienende Zapfen kann mit der Zentralspindel
einstückig sein. Er kann auch ein separates Bauteil bilden
und mit der Zentralspindel fest verbunden werden.
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Vorzugsweise
ist eine Konusverbindung und/oder eine Keilverbindung bzw. Nut-
und Federverbindung zwischen der Zentralspindel und dem Zapfen vorgesehen.
Zur Konusverbindung gehören eine zentrische Bohrung mit
einem Innenkonus und ein Vorsprung mit einem Außenkonus.
Der Vorsprung kann an der Zentralspindel vorgesehen sein. Dann befindet
sich der Innenkonus an dem Zapfen.
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Der
Vorsprung kann auch an dem Zapfen vorgesehen sein. Dann befindet
sich der Innenkonus in der Zentralspindel.
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Vorzugsweise
befindet sich an der Zentralspindel ein Vorsatz, der wahlweise den
Außenkonus oder den Innenkonus bildet. Der Vorsatz kann
mit der Zentralspindel verschraubt werden. Diese Konstruktion erleichtert
die Fertigung.
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Mit
der Konusverbindung kann bereits ein erhebliches Drehmoment übertragen
werden.
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Die
zusätzliche Anbringung einer Keilverbindung bzw. Nut- und
Federverbindung erleichtert die Übertragung gewünschter
Drehmomente. Gewünscht ist ein Drehmoment, welches den
zur Düsenverstellung gehörenden Zapfen in Drehung
versetzt.
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In
weiterer Ausbildung der Erfindung ist ein für den zur Düsenverstellung
gehörende, hohl ausgebildete Zapfen mit einem umgebenden
Gehäuse vorgesehen, wobei der Zapfen drehbeweglich im Gehäuse
gelagert ist. Vorzugsweise dient als Lagerung des Zapfens im Gehäuse
mindestens ein Wälzlager. Bei Verwendung von Tonnenlagern
besitzt das Lager gegenüber andersartigen Wälzlagern
eine hohe Tragkraft. Zugleich nimmt das Lager bei einer Schrägstellung
der Tonnen bzw. im Wege einer Ausbildung als Schräglager
die aufkommenden Axialkräfte auf.
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Um
der Erwärmung von Zapfen und Gehäuse beim Extruderbetrieb
und der damit verbundenen Wärmedehnung Rechnung zu tragen,
ist die Lagerung vorzugsweise in axialer Richtung federnd gehalten.
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In
der Zeichnung sind der Stand der Technik und ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt.
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1 zeigt
einen herkömmlichen Walzenextruder mit einem Getriebe 1,
das mit einem nicht dargestellten Antriebsmotor versehen ist. Am
getriebegehäuse sind zwei Zylinder 2 und 3 angeflanscht.
Die Zylinder 2 und 3 fluchten miteinander, sie
sind dichtend verbunden. Der Zylinder 2 nimmt eine Einzugschnecke 4 auf.
Die Einzugschnecke 4 sitzt mit einem Ende auf dem Getriebzapfen 5 und
nimmt am anderen Ende einen Zapfen 6 einer Zentralspindel 7 auf.
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Mit
einem Zugrohr 8, welches im Zapfen 6 bzw. dem
zum Zapfen 6 gehörenden Ende der Zentralspindel 7 verschraubt
ist, wird an der Zentralspindel 7 und die Einzugschnecke 4 mit
der Zentralspindel 7 gegen den Getriebzapfen 5 gezogen.
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Um
die Zentralspindel 7 laufen Planetenspindeln 9 beim
Extruderbetrieb planetenartig um. Die Planetenspindeln 9 wälzen
sich dabei sowohl auf der Zentralspindel als auch in dem Zylinder 3 ab.
Die Planetenspindeln 9 gleiten mit ihrem in Förderrichtung vorderen
Ende an einem Anlaufring 10 am Austrittsende des Extruders.
Der Anlaufring 10 ist in dem Extrudergehäuse gehalten.
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Zwischen
dem Anlaufring 10 und dem Kopf der Zentralspindel 7 ist
ein Spalt 11 gegeben, der maßgeblich für
den Druckaufbau im Extruder ist. Der Materialeintritt am Extruder
ist mit 12 bezeichnet.
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2 und 3 zeigen
eine bekannte Weiterentwicklung.
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Dabei
ist an dem Zylinder 3 ein Lagergehäuse 20 schwenkbeweglich
angeordnet. Die schwenkbewegliche Anordnung wird durch Nasen und
Augen 21 und 22 sowie einen Bolzen 23 gebildet.
Das am Lagergehäuse 20 befestigte Auge 21 umgibt
den Bolzen 23 mit einem Langloch 24. Das Langloch
erlaubt eine Abziehbewegung, die mit Pfeilen 25 gekennzeichnet
ist, in axialer Richtung der Zentralspindel 7 und ein anschließendes
mit Pfeilen 26 gekennzeichnetes Verschwenken. Das Lagergehäuse 20 ist
im Betriebszustand des Extruders mit einem Flansch 27 am
Gehäuse 3 verscshraubt. Das Lagergehäuse 20 nimmt
einen Dorn 28 auf, der an zwei im Abstand voneinander angeordneten
Stellen dem Lagergehäuse 20 mittels Lager 29 und 30 drehbeweglich
gelagert ist. Die in axialer Richtung auf den Dorn 28 wirkenden Kräfte
werden durch ein Axiallagaer 31 aufgenommen, das sich über
Federpakete 32 im Lagergehäuse 20 abstützt.
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Der
Dorn 28 besitzt ein aus dem Lagergehäuse 20 hervorragendes
Ende 33, mit dem es einen neuartigen Zentralspindelkopf 34 umfaßt.
Der Zentralspindelkopf 34 verläuft konisch, sich
nach vorn verjüngend zu. Infolge des neuen Zentralspindelkopfes,
der von dem Dornende 33 umfaß wird, ist der für den
Druckaufbau maßgebliche Spalt nunmehr von dem Flansch 27 bzw.
dem Anlaufring 10 und dem Dornende 33 gebildet.
Der Extruder trägt danach nicht mehr in axialer Richtung
aus, sondern durch vertikal nach oben und unten verlaufende Austritte.
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Die
Zentralspindel nach 2 und 3 ist darübe
hinaus anders geformt als die Zentralspindel 7. Die in 2 und 3 mit 35 bezeichnet
Zentralspindel besitzt eine Verlängerung 36 bis
zum Getriebzapfen 5. Auf dem Verlängerungsteil 36 ist
eine Einzugschnecke 37 aufgeschoben. Die Einzugschnecke 37 ist
mit der Einzugschnecke 4 bis auf eine größere Innenbohrung
und eine andere Verbindung zur Zentralspindel hin identisch. Die
neue Verbindung zwichen dem Verlängerungsteil 36 und
der Einzugschnecke 37 ist durch Nuten 38 und Paßfedern 39 gekennzeichnet.
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Im
Unterschied zum herkömmlichen Walzenextruder hat der Walzenextruder
nach 2 und 3 Lagerpunkte 40 und 41,
wobei der Lagerpunkt 40 auf dem Getriebzapfen und der Lagerpunkt 41 am Ende
der Zentralspindel liegt. Damit ist eine extrem stabilde bzw. schwinungsarme
Lagerung gegenüber der früher fliegenden Zentralspindellagerung
gegeben.
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Im übrigen
ist der Spalt zwischen der Verlängerung 36 der
Zentralspindel 35 und der Einzugsschnecke mit einer Abdichtung 42 verschlossen.
Es handelt sich um einen üblichen Dichtring.
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4 und 5 zeigen
die Erfindung.
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Dabei
geht die Erfindung von der Ausführung nach 2 und 3 aus,
wobei nach der Erfindung eine andere Lagerung des vorderen Zentralspindelendes
und eine Düsenspaltverstellung vorgesehen sind.
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Zu
der Zentralspindel gehört im Ausführungsbeispiel
ein Vorsatz 50. Der Vorsatz 50 besitzt einen Absatz,
mit dem er in eine entsprechende zentrische Bohrung am Ende der
Zentralspindel greift. Zugleich ist eine Nut- und Federverbindung
zwischen den dem Vorsprung 50 und dem nicht dargestellten Zentralspindelende
vorgesehen. Die zugehörige Feder 51 ist zur Hälfte
in eine Nut des Vorsprunges 50 eingelassen. Mit der anderen
Hälfte greift die Feder 51 in eine passende Nut
in dem Zentralspindelende.
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In
anderen Ausführungsbeispielen ist der Vorsatz mit der Zentralspindel
einstückig.
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Der
Vorsatz 51 ist an dem der Zentralspindel abgewandten Ende
mit einem Konus 53 versehen. Mit dem Konus 53 greift
der Vorsatz 51 in eine passende konische Öffnung
eines hohl ausgebildeten Zapfens 54. Der Zapfen 54 besitzt
in dem Ausführungsbeispiel eine feste Verbindung mit der
Zentralspindel. In anderen Ausführungsbeispielen hat der Zapfen 54 die
Form einer Verlängerung der Zentralspindel.
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Der
Hohlraum des Zapfens ist durch zwei zentrische Bohrungen 55 und 56 gekennzeichnet,
die ineinander übergehen. In der größeren
Bohrung 55 ist eine Scheibe 57 verschiebbar bzw.
verstellbar angeordnet. Als Verstelleinrichtung dient eine Stange 58.
Die Stange 58 ragt durch die kleinere Bohrung 56.
Dabei ist die Stange 58 am Ende mit einem Außengewinde 59 versehen.
Mit dem Gewinde 59 sitzt die Stange 58 in einer
Gewindebuchse 60. Die Gewindebuchse 60 sitzt fest
in dem umgebenden Ende des hohl ausgebildeten Zapfens 54 bzw.
fest in dessen Bohrung 56. Im Ausführungsbeispiel
ist die die Gewindebuchse 60 in der Bohrung 56 verschraubt und
in der Endstellung gesichert. Im Ausführungsbeispiel wird
die Sicherung durch einen nicht dargestellten Sicherungsbolzen gebildet,
der einen Kragen der Gewindebuchse 60 durchdringt.
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Durch
Drehung wird die Stange 58 verstellt.
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Die
Drehung erfolgt im Ausführungsbeispiel von Hand mit einem
Drehgriff 62, der auf dem Ende 63 der Stange 58 sitzt
und mit einer Nase in eine Längsnut in dem Stangenende
greift. In der jeweiligen Drehstellung wird die Stange 58 durch
eine Kontermutter 64 gesichert, die auf dem Gewinde 59 sitzt und
gegen die Gewindebuchse 60 gespannt wird.
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Zur
erneuten Verstellung der Stange 58 wird die Kontermutter 64 wieder
gelöst.
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Durch
Verstellung der Stange 58 wird die Scheibe 57 in
der Bohrung 55 in deren axialer Richtung verschoben. Dabei
greift die Scheibe 57 mit Stegen 65 durch Langlöcher
in dem Zapfen 54. Das bedingt eine drehbewegliche Anordnung
der Scheibe 57 auf der Stange 58. Die Stange ist
dazu am vorderen Ende mit einem Absatz versehen. Durch den Absatz
reduziert sich der Durchmesser und entsteht ein Schulter an der
Stange 58. Über diese Schulter kann eine auf die
Scheibe in Richtung des Stangenendes 63 wirkende Axialkraft
in die Stange 58 eingeleitet werden. Diese Axialkraft wird über
die Gewindebuchse 60 von dem hohl ausgebildeten Zapfen 54 aufgenommen.
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In
der Gegenrichtung ist nicht mit wesentlichen Axialkräften
zu rechnen, so daß dort ein Stahlring ausreicht, der in
eine ringförmige Nut der Stange 58 eingelassen
wird.
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Die
Stege 65 sind im Ausführungsbeispiel als Rundbolzen
ausgebildet. Die Ausbildung als Rundbolzen erleichtert deren Befestigung
in der Scheibe 57, zum Beispiel durch Verschraubung.
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Es
sind drei gleichmäßig am Umfang der Schreibe 57 verteilte
Stege vorgesehen, um eine gleichmäßige Krafteinleitung
in die Stange 54 zu bewirken.
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Die
Verstellung der Scheibe 57 bedingt Ausnehmungen 66,
die als Langlöcher ausgebildet sind.
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Die
Stege 65 greifen in einen mehrteiligen Ring, der auf dem
Zapfen 54 in axialer Richtung verschiebbar ist. Zu dem
Ring gehören ein innerer Ring 68 und ein äußerer
Ring 67 sowie ein Düsenlippenring 70.
Die Stege 65 enden in dem inneren Ring 68. Der
innere Ring 68 besitzt dazu Bohrungen, die dem Durchmesser
der als Rundbolzen ausgebildeten Stege 65 angepaßt
sind. Die Stege können durch diese Bohrungen hindurch in
der Scheibe 57 verschraubt werden. Dies kann erfolgen,
indem in der 4 der äußere
Ring 67 seitlich verschoben worden ist. Dabei kann durch
verschiedene vorgesehene Öffnungen in dem umgebenden Lagergehäuse
erfolgen, auch unter Drehung des Zapfens 54.
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Das
Lagergehäuse ist mehrteilig ausgebildet. Es besteht aus
Teilen 71 und 71a.
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Der
innere Ring 68 ist wiederum über eine Nut-Feder-Verbindung
mit dem Zapfen 54 verbunden. Die Feder 69 ist
greift in eine Längsnut des inneren Ringes 68.
Dadurch wird der innere Ring 68 von einem sich drehenden
Zapfen 54 mitgedreht.
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Der äußere
Ring 67 läßt sich über den inneren
Ring 68 schieben und mit dem Düsenlippenring 70 verbinden.
Mit dem Ineinanderschieben der Ringe 67 und 70 findet
zugleich eine Verzahnung beider Ringe und eine Verzahnung mit dem
inneren Ring statt, weil der eine Ring mit Zapfen in Ausnehmungen des
anderen Ringes greift.
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Außerdem
findet eine Verbindung mit dem inneren Ring statt, so daß eine
Drehung des Zapfens 54 zugleich eine Drehung des äußeren
Ringes 67 und des Düsenlippenringes 70 zur
Folge hat.
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Der
innere Ring und der äußere Ring und der Düsenlippenring überdecken
gemeinsam die Langlöcher und verhindern dadurch ein Eindringen
von Schmelze in den Hohlraum des Zapfens.
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Der
Teil 71a der Lagerhülse besitzt unten eine Austrittsöffnung 80 und
oben zwei Inspektionsöffnungen 81.
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Der
Zapfen 54 ist mit einem Tonnenlager 73 in der
Lagerhülse 71 drehbeweglich gelagert. Das Lager
ist zur Zentralspindel hin abgedichtet. Zur Abdichtung dienen mehrere
Ringe und Dichtringe.
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Zum
Stangenende hin ist eine Abstützung des Lagers 73 an
einem Federpaket 74 vorgesehen.
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Das
Lagergehäuse 71, 71a ist mit einem Flansch 85 versehen,
mit dem es am Extrudergehäuse verschraubt werden kann.
Der Flansch 85 trägt zugleich den Anlaufring 86 für
die Planetenspindeln des Extruders.
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Außerdem
bildet der Flansch 85 zugleich eine Düsenlippe 88 und
besitzt der Flansch 85 eine Temperierung. Dazu ist der
Flansch 85 mit einem hinter der Düsenlippe 88 umlaufenden
Kanal 87 für ein Temperierungsmittel versehen.
Das Termpierungsmittel bewirkt je nach Bedarf eine Beheizung oder
einer Kühlung der Austrittsdüse des Extruders.
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Die
Zuführung und Abführung des Temperierungsmittels
erfolgt bei 89 und 90 durch nicht dargestellte
Leitungen.
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Außerdem
sind Druck- und Temperaturfühler 91 und 92 zur
Regelung des Temperierungsmittels an dem Flansch 82 vorgesehen.
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Im
Betrieb wird im Ausführungsbeispiel ein Kunststoff in dem
Extruder aufbereitet. Dabei wird der Kunststoff in Granulatform
mit Zuschlägen aufgegeben, plastifiziert und homogenisiert
und aus der Austrittsdüse des Extruders als Schmelze ausgetragen.
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Dabei
wird die Düse durch die Düsenlippe 88 und
durch den Düsenlippenring 70 gebildet. Durch Verstellung
des Düssenlippenringes 70 wird der Öffnungsspalt
der Düse eingestellt.
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Das
ist gleichbedeutend mit einer Einstellung des Austrittsdruckes der
Schmelze.
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Die
aus der Düse austretende Schmelze gleitet an dem äußeren
Ring 67 und dem Zapfen 54 entlang nach unten und/oder
wird durch die Drehnung des äußeren Ringes 67 und
des Zapfens 54 nach unten bewegt, wo die Schmelze aufgrund
ihrer Schwerkraft aus der Öffnung 80 herausfällt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 4324271
A1 [0027]
- - DE 4436803 A1 [0027]
- - DE 3726641 C2 [0032, 0033]
- - DE 19610728 B4 [0036]
- - DE 19602859 A1 [0037]