DE102007058174B4

DE102007058174B4 - Extruder

Info

Publication number: DE102007058174B4
Application number: DE102007058174.4A
Authority: DE
Inventors: Harald Rust
Original assignee: Entex Rust and Mitschke GmbH
Current assignee: Entex Rust and Mitschke GmbH
Priority date: 2007-12-01
Filing date: 2007-12-01
Publication date: 2019-04-18
Anticipated expiration: 2027-12-02
Also published as: DE102007058174A1

Abstract

Extruder, der ganz oder teilweise als Planetwalzenextruder ausgebildet ist,
wobei in dem als Planetwalzenextruder ausgebildeten Bereich eine Zentralspindel umlaufende Planetenspindeln und ein innen verzahntes Gehäuse oder eine innen verzahnte Gehäusebuchse vorgesehen sind, wobei die Planetenspindeln mit der Zentralspindel und mit dem innen verzahnten Gehäuse oder der innen verzahnten Gehäusebuchse kämmen,
wobei in dem Extruder eine Materialaufbereitung stattfindet und das Material an einem Ende in den Extruder aufgegeben wird und am anderen Ende durch eine Düse aus dem Extruder austritt,
wobei der als Planetwalzenextruder ausgebildete Bereich austrittsseitig angeordnet ist und wobei das austrittsseitige Ende der Zentralspindel mit einer Lagerung versehen ist,
wobei die Zentralspindel mit einer Verlängerung versehen ist und die austrittsseitige Lagerung an der Verlängerung erfolgt, wobei die Düse in Förderrichtung der Schmelze vor der Lagerung angeordnet ist,
wobei eine Verstellung des Düsenspaltes erfolgt,
wobei zur Verstellung ein in axialer Richtung der Zentralspindel verschiebbarer Ring (67,68) vorgesehen ist,
wobei mit der Zentralspindel ein Zapfen (54) verbunden ist, der in axialer Richtung der Zentralspindel verstellbar ist und mit dem verschiebbaren Ring (67,68) der Düse gekoppelt ist oder
wobei mit der Zentralspindel ein Zapfen (54) verbunden ist, der in axialer Richtung der Zentralspindel unverschiebbar ist und hohl ausgebildet ist und innen eine Verstelleinrichtung trägt, die mit dem verschiebbaren Ring (67,68) der Düse gekoppelt ist.

Description

Die Erfindung betrifft Extruder mit mindestens einem Planetwalzenteil.
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 aufbereiten, insbesondere aufschmelzen, mischen bzw. homogenisieren und dispergieren.
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.
Außerdem kann das Einsatzgut zugleich erwärmt oder gekühlt werden. Zur Erwärmung bzw. Kühlung finden sich in dem Extrudermantel und ggfs. auch in Spindeln Kühlleitungen bzw. Heizleitungen. Zusätzlich bewirkt die von den Extruderspindeln auf das Einsatzgut ausgeübte Verformung eine erhebliche Erwärmung.
Z.B. für die Herstellung von Kunststoffschaum ist es sehr wichtig, dass im Extruder ein erheblicher Druck aufgebaut werden kann, der ein Aufschäumen im Extruder verhindert.
Für die Extruder sind verschiedene Bauarten bekannt.
Es gibt Einschneckenextruder, Doppelschneckenextruder und Planetwalzenextruder.
Ein Einschneckenextruder besitzt eine einzige Schnecke, die sich in einem fest angeordneten Extrudergehäuse mit ausreichendem Bewegungsspiel dreht.
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.
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.
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, 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.
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.
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 Planetwalzenextrudern gesprochen, das schließt sowohl Extruder ein, die ausschließlich als Planetwalzenextruder ausgebildet sind, als auch Kombination ein, die aus einer Kombination mindestens eines Planetwalzenextruder-Abschnitts mit gleichen oder anderen Abschnitten anderer Bauart bestehen
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.
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.
Die Verzahnung an der Gehäuseinnenfläche wird üblicherweise mit geeigneten Ziehwerkzeugen spanabhebend gezogen oder gefräst und geschliffen. Vorzugsweise wird die Verzahnung ganz oder teilweise durch Funkenerodieren erzeugt. Dieser Vorgang ist zum Beispiel in der DE 43 24 271 A1 oder der DE 44 36 803 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.
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.
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.
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.
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 einer Vorrichtung zum Eintragen bzw. Einspritzen von Gasen, Flüssigkeiten und Schmelzen sein oder Einrichtungen zur Druckmessung und/oder Temperaturmessung umfassen.
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 DE 37 25 641 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.
Bei der DE 37 25 641 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.
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.
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.
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.
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.
Die Erfindung geht einen anderen Weg. Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einem Extruder mit den Merkmalen des Anspruchs 1. 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.
Der Ring kann mit dem Lagerzapfen zusammen verschoben werden.
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.
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.
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.
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.
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 gegenüber liegenden Ende ein 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.
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.
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.
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.
Der Vorsprung kann auch an dem Zapfen vorgesehen sein. Dann befindet sich der Innenkonus in der Zentralspindel.
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.
Mit der Konusverbindung kann bereits ein erhebliches Drehmoment übertragen werden.
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.
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.
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.
In der Zeichnung sind der Stand der Technik und ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
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 Getriebezapfen 5 und nimmt am anderen Ende einen Zapfen 6 einer Zentralspindel 7 auf.
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 Getriebezapfen 5 gezogen.
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.
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.
2 und 3 zeigen eine bekannte Weiterentwicklung.
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 verschraubt. Das Lagergehäuse 20 nimmt einen Dorn 28 auf, der an zwei im Abstand voneinander angeordneten Stellen dem Lagergehäuse 20 mittels Lagern 29 und 30 drehbeweglich gelagert ist. Die in axialer Richtung auf den Dorn 28 wirkenden Kräfte werden durch ein Axiallager 31 aufgenommen, das sich über Federpakete 32 im Lagergehäuse 20 abstützt.
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 umfasst 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.
Die Zentralspindel nach 2 und 3 ist darüber hinaus anders geformt als die Zentralspindel 7. Die in 2 und 3 mit 35 bezeichnete Zentralspindel besitzt eine Verlängerung 36 bis zum Getriebezapfen 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.
Im Unterschied zum herkömmlichen Walzenextruder hat der Walzenextruder nach 2 und 3 Lagerpunkte 40 und 41, wobei der Lagerpunkt 40 auf dem Getriebezapfen und der Lagerpunkt 41 am Ende der Zentralspindel liegt. Damit ist eine extrem stabile bzw. schwingungsarme Lagerung gegenüber der früher fliegenden Zentralspindellagerung gegeben.
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.
4 und 5 zeigen die Erfindung.
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.
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 Vorsatz 50 und dem nicht dargestellten Zentralspindelende vorgesehen. Die zugehörige Feder 51 ist zur Hälfte in eine Nut des Vorsatz 50 eingelassen. Mit der anderen Hälfte greift die Feder 51 in eine passende Nut in dem Zentralspindelende.
In anderen Ausführungsbeispielen ist anstelle des Vorsatz ein mit der Zentralspindel einstückiger Vorsprung vorgesehen.
Der Vorsatz 50 ist an dem der Zentralspindel abgewandten Ende mit einem Konus 53 versehen. Mit dem Konus 53 greift der Vorsatz 50 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.
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.
Durch Drehung wird die Stange 58 verstellt.
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.
Zur erneuten Verstellung der Stange 58 wird die Kontermutter 64 wieder gelöst.
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 es entsteht eine 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.
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.
Die Stege 65 sind im Ausführungsbeispiel als Rundbolzen ausgebildet. Die Ausbildung als Rundbolzen erleichtert deren Befestigung in der Scheibe 57, zum Beispiel durch Verschraubung.
Es sind drei gleichmäßig am Umfang der Schreibe 57 verteilte Stege vorgesehen, um eine gleichmäßige Krafteinleitung in die Stange 54 zu bewirken.
Die Verstellung der Scheibe 57 bedingt Ausnehmungen 66, die als Langlöcher ausgebildet sind.
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. Das kann durch verschiedene vorgesehene Öffnungen in dem umgebenden Lagergehäuse erfolgen, auch unter Drehung des Zapfens 54.
Das Lagergehäuse ist mehrteilig ausgebildet. Es besteht aus Teilen 71 und 71a.
Der innere Ring 68 ist wiederum über eine Nut-Feder-Verbindung mit dem Zapfen 54 verbunden. Die Feder 69 greift in eine Längsnut des inneren Ringes 68. Dadurch wird der innere Ring 68 von einem sich drehenden Zapfen 54 mitgedreht.
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.
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.
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.
Der Teil 71a der Lagerhülse besitzt unten eine Austrittsöffnung 80 und oben zwei Inspektionsöffnungen 81.
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.
Zum Stangenende hin ist eine Abstützung des Lagers 73 an einem Federpaket 74 vorgesehen.
Das Lagergehäuse 71, 71a ist mit einem Flansch 82 versehen, mit dem es am Extrudergehäuse verschraubt werden kann. Der Flansch 82 trägt zugleich den Anlaufring 86 für die Planetenspindeln des Extruders.
Außerdem bildet der Flansch 82 zugleich eine Düsenlippe 88 und besitzt der Flansch 82 eine Temperierung. Dazu ist der Flansch 82 mit einem hinter der Düsenlippe 88 umlaufenden Kanal 87 für ein Temperierungsmittel versehen. Das Temperierungsmittel bewirkt je nach Bedarf eine Beheizung oder eine Kühlung der Austrittsdüse des Extruders.
Die Zuführung und Abführung des Temperierungsmittels erfolgt bei 89 und 90 durch nicht dargestellte Leitungen.
Außerdem sind Druck- und Temperaturfühler 91 und 92 zur Regelung des Temperierungsmittels an dem Flansch 82 vorgesehen.
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.
Dabei wird die Düse durch die Düsenlippe 88 und durch den Düsenlippenring 70 gebildet. Durch Verstellung des Düsenlippenringes 70 wird der Öffnungsspalt der Düse eingestellt. Das ist gleichbedeutend mit einer Einstellung des Austrittsdruckes der Schmelze.
Die aus der Düse austretende Schmelze gleitet an dem äußeren Ring 67 und dem Zapfen 54 entlang nach unten und/oder wird durch die Drehung des äußeren Ringes 67 und des Zapfens 54 nach unten bewegt, wo die Schmelze aufgrund ihrer Schwerkraft aus der Öffnung 80 herausfällt.

Claims

Extruder, der ganz oder teilweise als Planetwalzenextruder ausgebildet ist, wobei in dem als Planetwalzenextruder ausgebildeten Bereich eine Zentralspindel umlaufende Planetenspindeln und ein innen verzahntes Gehäuse oder eine innen verzahnte Gehäusebuchse vorgesehen sind, wobei die Planetenspindeln mit der Zentralspindel und mit dem innen verzahnten Gehäuse oder der innen verzahnten Gehäusebuchse kämmen, wobei in dem Extruder eine Materialaufbereitung stattfindet und das Material an einem Ende in den Extruder aufgegeben wird und am anderen Ende durch eine Düse aus dem Extruder austritt, wobei der als Planetwalzenextruder ausgebildete Bereich austrittsseitig angeordnet ist und wobei das austrittsseitige Ende der Zentralspindel mit einer Lagerung versehen ist, wobei die Zentralspindel mit einer Verlängerung versehen ist und die austrittsseitige Lagerung an der Verlängerung erfolgt, wobei die Düse in Förderrichtung der Schmelze vor der Lagerung angeordnet ist, wobei eine Verstellung des Düsenspaltes erfolgt, wobei zur Verstellung ein in axialer Richtung der Zentralspindel verschiebbarer Ring (67,68) vorgesehen ist, wobei mit der Zentralspindel ein Zapfen (54) verbunden ist, der in axialer Richtung der Zentralspindel verstellbar ist und mit dem verschiebbaren Ring (67,68) der Düse gekoppelt ist oder wobei mit der Zentralspindel ein Zapfen (54) verbunden ist, der in axialer Richtung der Zentralspindel unverschiebbar ist und hohl ausgebildet ist und innen eine Verstelleinrichtung trägt, die mit dem verschiebbaren Ring (67,68) der Düse gekoppelt ist.
Extruder nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Verwendung einer Stange (58) als Verstelleinrichtung , welche in dem Hohlraum des Zapfens (54) verschiebbar angeordnet ist.
Extruder nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Verwendung einer Stange (58) mit einer darauf fest angeordneten Scheibe (57) oder einer darauf in axialer Richtung fest, aber in Umfangsrichtung beweglich angeordneten Scheibe (57).
Extruder nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die Verwendung von Scheiben (57), die über Stege mit dem verschiebbaren Ring (67,68) der Düse gekoppelt sind.
Extruder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Verwendung von Stangen (58) mit einer Schraubverstellung zu deren Längsverstellung.
Extruder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch Verwendung einer Konusverbindung (57) zwischen der Zentralspindel und dem Zapfen (54) und/oder einer Keilverbindung zwischen der Zentralspindel und dem Zapfen (54) und/oder einer Nut-Feder-Verbindung zwischen der Zentralspindel und dem Zapfen (54).
Extruder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch Verwendung einer temperierten Düse.
Extruder nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch Verwendung einer Düse mit einer Düsenlippe (88), die mit einem umlaufenden Temperierungskanal (87) versehen ist.