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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung von PET oder anderen
zu entgasenden Produkten.
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Die
weltweite Bedeutung von PET (Polyethylenenterephthalat) ist bereits
mit verschiedenen Aufsätzen gewürdigt worden.
Zum Beispiel wird verwiesen auf den Aufsatz von Schwarz, Wiederverarbeitung
von PET durch reaktive Extrusion,
http://www.petnology.com/deutsch/zine/material/beitrage/schwarz_ikv/schwarz_ikv.html.
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Dort
finden sich auch weitere druckschriftliche Nachweise.
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Dabei
ist auf die Bedeutung für die Verpackung, insbesondere
für Getränke, hingewiesen. Entsprechend dieser
Bedeutung besteht ein Bedarf nach PET. Darüber hinaus ist
mit einer entsprechenden Abfallmenge zu rechnen.
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Bei
der Abfallwirtschaft ist bei PET eine vorteilhafte Situation gegeben.
PET fällt in großem Umfang sortenrein an.
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Zum
Recycling von PET stehen verschiedene Verfahren zur Verfügung.
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Ein
Verfahren ist eine rohstoffliches Recycling.
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Ein
anderes Verfahren ist ein werkstoffliches Recycling. Das werkstoffliche
Recycling umfaßt Zerkleinerung, Reinigung und Trocknung
des Altmaterials mit anschließender Regranulierung. Die
Reinigung ist problematisch. Solange keine 100%ige Reinigung erfolgt,
sind die Einsatzmöglichkeiten des Altmaterials eingeschränkt.
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Sowohl
bei neuem Material als auch bei Altmaterial stellt sich das Problem,
daß PET ein Polykondensat ist. Die Monomere werden durch
Abspaltung von Wasser verknüpft, so daß Polymere
entstehen. Dieser Vorgang ist reversibel. Durch die Einwirkung von
Wasser kann PET, vor allem bei hohen Temperaturen, in seine Bestandteile
zerfallen.
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PET
nimmt bei der Lagerung an der Umgebungsluft bis zu 0,5 Gew% Wasser
auf. Das Wasser gefährdet die Produktqualität.
Deshalb ist üblicherweise vor der Verarbeitung eine Trocknung
von PET vorgesehen.
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Es
ist aber auch bekannt, PET ohne eine vorherige Trocknung in einen
Doppelschnecken-Extruder zu geben und das Wasser in Form eine Entgasung
aus der PET-Schmelze abzuziehen. Dabei können auch zwei
Entgasungszonen vorgesehen sein.
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Das
bekannte Verfahren ist jedoch sehr kompliziert, so daß es
außerordentlich schwierig ist, eine kommerziell verwendbare
PET-Qualität zu erzeugen. Deshalb hat sich das Verfahren
bisher nicht durchsetzen können.
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Das
Entgasungsproblem kommt nicht nur bei PET, sondern auch bei diversen
anderen Stoffen vor. Dabei beschränkt sich die Entgasung
nicht auf Wasseranteile. Auch bei anderen gasförmigen Bestandteilen
kann eine Entgasung geboten sein. Die gasförmigen Bestandteile
können Fremdstoffe sein. Die Stoffe können zum
Beispiel durch chemische oder physikalische Reaktion einen gasförmigen
Zustand einnehmen.
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Nach
dem älteren Vorschlag sollen die Qualitätsprobleme
dadurch gelöst werden, daß
- a)
die Entgasung unter Kneten des Einsatzmateriales unterhalb des Glaspunktes
des PET, vorzugsweise mindestens 10 Grad Celsius unterhalb des Glaspunktes
des PET, noch weitere bevorzugt mindestens 15 Grad Celsius unterhalb
des Glaspunktes von PET, und
- b) in trockener Atmosphäre erfolgt.
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Das
Einsatzmaterial hat vorzugsweise eine Granulatform. Das Einsatzmaterial
kommt auch in Flakes, Schnitzeln, Platten, Filamenten und Agglomeraten
vor. Im weiteren ist nur die Granulatform angesprochen. Das schließt
alle anderen Formen des Einsatzmateriales, auch Mischungen verschiedener Formen
ein. Die Mischungen der Formen können sowohl bei frischem
(neu hergestelltem) PET als auch bei recyceltem PET als auch dann
vorkommen, wenn recyceltes PET mit einem Zusatz an frischem PET eingesetzt
wird oder umgekehrt.
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Das
Kneten findet ohne Aufschmelzen von PET statt.
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Durch
das Kneten findet ein Materialaustausch an der Oberfläche
der Granulate statt. Dabei kann die an die Oberfläche kommende
Feuchtigkeit abdampfen. Das Abdampfen wird durch Erwärmung des
Granulats gesteigert.
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Jede
Erwärmung steigert schon das Abdampfen beim Kneten. So
kann die Erwärmung auf mindestens 50 oder auf mindestens
70 Grad Celsius erfolgen. Günstiger ist eine höhere
Erwärmung auf mindestens 90 Grad Celsius, noch besser eine
Erwärmung auf mindestens 110 Grad Celsius, vorzugsweise
erfolgt die Erwärmung auf 130 Grad Celsius plus/minus 5
Grad Celsius.
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In
weiterer Ausbildung des älteren Vorschlages wird zum Kneten
ein Extruder eingesetzt. Vorzugsweise findet dabei ein Planetwalzenextruder,
zumindest ein Planetwalzenextruderabschnitt, Anwendung. Von Planetwalzenextruderabschnitten/Modulen
wird dann gesprochen, wenn ein Extruder sich aus mehreren Abschnitten/Modulen
zusammensetzt. Zumeist handelt es sich um unterschiedliche Abschnitte/Module.
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Ein
Planetwalzenextruder besitzt eine Zentralspindel, ein innen verzahntes
Gehäuse und zwischen Gehäuseinnenverzahnung und
der Zentralspindel verschiedene Planetspindeln. Die Planetspindeln
kämmen sowohl mit der Zentralspindel als auch mit dem innen
verzahnten Extrudergehäuse. Die Planetspindeln laufen dabei
um die Zentralspindel um.
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Wegen
der Einzelheiten und Variationen bekannter Planetwalzenextruder
bzw. Abschnitten/Modulen wird Bezug genommen auf folgende Druckschriften:
DE 10 2005 007 952
A1 ,
DE
10 2004 061 068 A1 ,
DE 10 2004 038 875 A1 ,
DE 10 2004 048 794 A1 ,
DE 10 2004 048 773
A1 ,
DE
10 2004 048 440 A1 ,
DE 10 2004 046 228 A1 ,
DE 10 2004 044 086 A1 ,
DE 10 2004 044 085
A1 ,
DE
10 2004 038 774 A1 ,
DE 10 2004 034 039 A1 ,
DE 10 2004 032 694 A1 ,
DE 10 2004 026 799
B4 ,
DE
10 2004 023 085 A1 ,
DE 10 2004 004 230 A1 ,
DE 10 2004 002 159 A1 ,
DE19962886A1 ,
DE19962883A1 ,
DE19962859A1 ,
DE19960494A1 ,
DE19958398A1 ,
DE19956803A1 ,
DE19956802A1 ,
DE19953796A1 ,
DE19953793A1 .
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Um
das Kneten ohne Aufschmelzen zu bewirken, wird der Planetwalzenextruderabschnitt
nach der Erfindung so eingestellt, daß sich die Materialverformung
auf das Kneten ohne Aufschmelzung beschränkt.
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Für
die Einstellung des Knetens können an dem Planetwalzenextruder
verändert werden:
- a) das Spiel zwischen
den bewegten Planetwalzenteilen
- b) die Anzahl der Planetspindeln
- c) die Verzahnung der Planetwalzenteile
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Zu a)
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Mit
dem Spiel zwischen den bewegten Planetwalzenteilen wird das Maß der
Verformung bestimmt, dem das Granulat unterliegt, wenn es zwischen
die Zähne der Planetwalzenteile gelangt. Je kleiner das
Spiel ist, desto stärker wird die Verformung. Je größer
das Spiel ist, desto geringer wird die Verformung.
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Das
Spiel ist naturgemäß abhängig von der Zahngröße,
der durch den Zahnmodul bestimmt wird. Bei kleiner Zahngröße
kann auch das mögliche Spiel in mm nur klein sein; bei
großer Zahngröße kann das mögliche
Spiel in mm entsprechend groß sein.
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Zu b)
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Das
Besondere an Planetwalzenextrudern bzw. an Planetwalzenextruderabschnitten
gegenüber Extrudern und Extruderabschnitten anderer Bauart, ist
neben einer extremen Verformungsleistung ein Hohlraum zwischen den
die Zentralspindel umlaufenden Planetspindeln. In den Hohlraum kann
das Granulat strömen.
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Der
Hohlraum wird durch Änderung der Anzahl der Planetspindeln
beeinflußt. Je geringer die Zahl der Planetspindeln ist,
desto größer wird der Hohlraum.
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Die
mögliche Zahl der Planetspindeln hängt von den
Durchmesserverhältnissen der Zentralspindel und der Planetspindeln
sowie von dem gewählten Zahnmodul ab.
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Zu c)
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Die
Verzahnung kann unterschiedliche Beschaffenheit haben.
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Wahlweise
ist eine Noppenverzahnung vorgesehen. Die Noppenverzahnung entsteht
vorzugsweise aus der Normalverzahnung.
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Die
Normalverzahnung von Planetspindeln ist einerseits durch einen Querschnitt
gekennzeichnet, wie ihn die ineinander greifenden Zähne
der Zahnräder eines Getriebes zeigen. Anderseits verlaufen
die Zähne nicht gerade sondern spindelfärmig bzw.
wie die Gewindegänge eines Schraubgewindes am Umfang entlang.
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Die
Gewindegänge werden auch in dieser Form in das Ausgangsmaterial
der Planetspindeln geschnitten, z. B. gedreht oder gefräst.
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Bei
den Gewinden wird unterschieden zwischen linksgängem Gewinde
und rechtsgängigem Gewinde. Es gibt auch mehrgängige
Gewinde.
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Die
gleiche Unterscheidung findet an Extruderspindeln statt.
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Eine
Noppenverzahnung entsteht, wenn z. B. in eine rechtsgängige
Verzahnung eine linksgängig verlaufende Nut ähnlich
einem Gewindegang eingearbeitet wird. Durch die Nut werden die Gewindegänge
der Planetspindeln unterbrochen. Die Nut kann gleiche oder eine
andere (geringer oder größere) Steigung als die
Verzahnung der Spindeln besitzen. Die Steigung der Nut weicht vorzugsweise höchstens
um 50% von der Steigung der Verzahnung ab.
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Die
Noppenverzahnung kann auf einzelne Planetwalzenteile beschränkt
sein. Die Noppenverzahnung kann auch in mehreren oder in allen Planetwalzenteilen
vorgesehen sein. Die Noppenverzahnung kann ganz oder teilweise die
Verzahnung an den Planetwalzenteilen bilden.
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Bei
teilweise Noppenverzahnung an den Planetwalzenteilen kann es gewünscht
sein, den normalverzahnten Teil der Planetwalzenteile in Förderrichtung
des Extruders am hinter Ende (am austragseitigen Ende der Planetwalzenteile)
anzuordnen, um dort einen Förderdruck aufzubauen, der einen Übergang
des Granulates in den weiteren Extruderbereich sicherzustellen,
der die Aufschmelzung des Granulates bewirkt.
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Wahlweise
können sich auch Noppenverzahnte Planetwalzenspindeln mit
normal verzahnten Planetwalzenspindeln abwechseln und umgekehrt.
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Wahlweise
können auch einzelne normalverzahnte Planetwalzenspindeln
zwischen Noppenverzahnten Planetwalzenspindeln angeordnet sein oder umgekehrt.
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Sofern
die Noppenverzahnung in mehreren korrespondierenden Planetwalzenteilen
vorgesehen ist, kann die Noppenverzahnung so angeordnet werden,
daß die Unterbrechungen der Verzahnung im einen Planetwalzenteil
mit den Unterbrechnungen im korrespondierenden Planetwalzenteil
fluchten oder im Verhältnis zu diesen Unterbrechungen versetzt sind.
Der Versatz kann ein Maß haben, das gleich einem Bruchteil
der Zahnlücke zwischen zwei Zähnen oder ein Mehrfaches
der Zahnlücke zwischen zwei Zähnen ist, wobei
ein Mehrfaches auch eine Zahl kleiner 2 sein kann.
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Durch
die Unterbrechung der Zähne entstehen Öffnungen,
in welche das Granulat strömen kann.
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Das
unter b) beschriebene Hohlraumvolumen und die unter c) beschriebene
Noppenverzahnung reduzieren den von den Planetwalzenteilen ausgehenden
Druckaufbau, so daß das Granulat für eine notwendige
Entgasungsdauer in dem Extruder bzw. in dem Extruderabschnitt verbleiben
kann.
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Vorzugsweise
besitzt der Planetwalzenabschnitt eine Länge von höchstens
1200 mm bei einem Durchmesser bis 100 mm in der Verzahnung des Planetwalten-Extrudergehäuses,
noch weiter bevorzugt von höchstens 1000 mm. Bei anderen
Durchmessern der Verzahnung des Planetwalzen-Extrudergehäuses
ergeben sich entsprechend größere oder kleinere
maximale Längen.
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Beim
Kneten wird im Extruder bzw. im Extruderabschnitt in erheblichem
Umfang Energie freigesetzt, die sich in dem Granulat als Wärme
zeigt. Sofern das Granulat schon mit erheblicher Temperatur in den
Planetwalzenextruder bzw. den Planetwalzenextruderabschnitt gelangt,
kann es erforderlich werden, die anfallende Wärme durch
Kühlung abzuführen.
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Sofern
das Granulat beim Eintritt in den Planetwalzenextruder bzw. den
Extruderabschnitt noch keine ausreichende Temperatur hat, unterbleibt
obige Kühlung. Gegebenenfalls wird sogar Wärme
zugeführt.
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Für
die Kühlung und/oder Erwärmung sind übliche
Temperierungseinrichtungen an Planetwalzenextrudern ausreichend. Üblich
ist es, das Gehäuse zweischalig auszuführen und
das Temperierungsmittel durch den Zwischenraum zu leiten. Üblich
ist auch, die Zentralspindel mit Kanälen zu versehen, durch
die gleichfalls Temperierungsmittel geleitet wird. Das übliche
Temperierungsmittel ist Wasser oder Öl, mit dem beheizt
oder gekühlt wird.
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Um
dem Granulat eine möglichst günstige Ausgangstemperatur
für den Entgasungsvorgang zu geben, wird das Granulat im
Extrudereinzug und/oder in einer vorgeschalteten Heizeinrichtung vorgewärmt,
bevor es dem Abdampfvorgang und Entgasungsvorgang zugeführt
wird.
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Vorzugsweise
findet das Abdampfen und Entgasen in einem Extruder mit einem Planetwalzenextruderabschnitt
und einer vorgeschalteten Einzugschnecke (Füllteil) statt,
die zur Vorwärmung des PET beheizt ist, so daß die
Temperierung im Planetwalzenextruderabschnitt sich auf die Kühlung
beschränken kann. Vorzugsweise ist die Einzugsschnecke
eine Einschnecke.
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Über
der Einzugschnecke kann in üblicher Weise eine Dosierung
mit einem Trichter, ggfs. auch mit einer Dosierschnecke angeordnet
sein. Günstig ist, wenn die Dosierung gleichfalls beheizt
ist, um die Vorwärmstrecke zu verlängern.
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Der
bei der Entgasung im Planetwalzenextruderabschnitt anfallende Dampf
kann dort abgezogen werden. Dafür können bekannte
Entgasungseinrichtungen an Planetwalzenextruderabschnitten genutzt
werden.
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Vorzugsweise
findet jedoch eine Gasabzug durch die Einzugschnecke hindurch statt.
Dazu wird im Einzugsbereich ein Unterdruck (Saugzug) angelegt und
wird durch eine bestimmte Dosierung des Granulates sichergestellt,
daß der Dampf entlang der Einzugschnecke entweichen kann.
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Dabei
wird die Einzugschnecke unterfüttert. Die Dosierung wird
so gestaltet, daß das eingezogene Granulat höchstens
locker in den Gängen der Einzugschnecke liegt.
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Vorzugsweise
werden der Querschnitt der Einzugschnecke über der gesamten
Länge nur teilweise ausgefüllt. Dazu ist wahlweise
auch durch eine entsprechend große Querschnittsgestaltung
bei den Schneckengängen vorgesehen. Die Dimensionsierung
der Schneckengänge läßt sich dabei einerseits mit
wenigen Versuchen anderseits auch durch Berechnung bestimmen. Maßgebend
für die Berechnung sind der vorgesehene Materialdurchsatz
und Material.
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Das
richtige Maß an Knetung und an Unterdruck läßt
sich unter Beobachtung der aus dem Extruder austretenden Schmelze
leicht kontrollieren. Wenn die Qualität nachläßt,
stellen sich in der austretenden Schmelze Blasen bzw. Trübungen
ein, während ungefärbtes PET bei richtiger Entgasung
klar durchsichtig ist. Die Blasen und Trübungen lassen sich
im Regelfall durch Verstärkung des Knetens und/oder durch
Verstärkung des Unterdruckes für die Entgasung
beseitigen.
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Die
Anlegung des Unterdruckes erfolgt in einem gekapselten Einzug und
ggfs. in einer gekapselten Dosierung.
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Die
Kapselung kann unter Verwendung eines oder mehrerer Schleusen erfolgen,
die von dem Granulat durchwandert werden. Jede Schleuse besteht
wahlweise aus einem Behälter und zwei Schließeinrichtungen,
die in Durchströmungsrichtung des Behälters vor
und hinter dem Behälter angeordnet sind. Es ist im Betrieb
einer Schleuse immer mindestens eine der Schließeinrichtungen
geschlossen. Beim Schleusenbetrieb ist zu unterscheiden zwischen
der Behälterfüllung, der Erzeugung des Unterdrucks
im Behälter und der Behälterentleerung. Bei der
Behälterfüllung ist der Behälterausgang
geschlossen. Vorzugsweise sind bei Gasabsaugung zur Unterdruckerzeugung
der Behälterausgang und der Behältereingang geschlossen.
Bei der Behälterentleerung bleibt der Behältereingang
geschlossen, während der Behälterausgang geöffnet
wird.
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Mit
nur einer solchen Schleuse entsteht eine diskontinuierliche Dosierung,
weil die Dosierung der Schnecke zur Behälterfüllung
unterbrochen werden muß.
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Mit
zwei solchen Schleusen, kann eine kontinuierliche Dosierung erfolgen.
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Dabei
können die Schleusen parallel geschaltet sein, so daß mit
der Entleerung der einen Schleuse auf die andere Schleuse umgeschaltet
werden kann.
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Dabei
können die Schleusen auch hintereinander geschaltet sein.
Bei der Hintereinanderschaltung durchläuft das Granulat
erst den Behälter in der ersten Schleuse und dann den Behälter
in der zweiten Schleuse. Dadurch gibt es auf dem Förderweg des
Granulats einen Behälter, welcher dem Extruder am nächsten
ist und einen Behälter, welcher einen größer
Abstand hat und in Förderrichtung vor dem ersten Behälter
angeordnet ist. Bei diesem Konzept wird der Behälter in
der zweiten Schleuse aus dem Behälter der ersten Schleuse
immer wieder nachgefüllt bevor eine Entleerung stattgefunden
hat. Die Öffnung des ersten Behälters erfolgt
zum Nachfüllen, wenn der zweite Behälter auf den
gleichen Druck wie der erste Behälter gebracht worden ist.
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Die
Behälter beider Schleusen besitzen vorzugsweise eine Steuerung
mit mindestens einem Min-Schalter, der bei Erreichen einer Mindestfüllung Kontakt
gibt, und einem Max-Schalter, der bei Erreichen einer maximalen
Füllung Kontakt gibt. Der Kontakt bei Erreichen der Mindestfüllung
dient der Nachfüllung. Der Kontakt bei Erreichen der maximalen Füllung
dient beim Nachfüllen der Beendigung des Füllvorgangs.
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Vorteilhafterweise
wird das Nachfüllen vereinfacht, wenn austragseitig an
den Schleusen besondere Austrageinrichtungen vorgesehen sind, wie zum
Beispiel Zellenräder. Die Zellenräder bilden ihrerseits
eine Schleuse und zugleich eine Dosierung.
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Günstig
ist auch eine Beheizung der Schleusen. Das erleichtert die Trocknung
und ermöglicht eine Vorentgasung.
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Es
kommen auch Schleusen in Betracht, die durch eine Schnecke gebildet
werden. Diese Schnecke wird nachfolgend Schleusenschnecke genannt.
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Die
Schleusenschnecke kann ein Seitenextruder sein. Diese Schleusen-Schnecke
kann auch eine spezielle Füllschnecke oder Stopfschnecke sein.
Nach dem älteren Vorschlag wird die Schleusen-Schnecke
so mit Granulat gefüttert, daß das Granulat eine
ausreichende Dichtwirkung entfaltet, um den oben erläuterten
Unterdruck mit wirtschaftlichem Aufwand zu bewirken.
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Bei
ausreichender Schneckenlänge ist die an der Schleusenschnecke
zu berücksichtigende Leckage vernachlässigbar.
Dabei ist eine Lackage vernachlässigbar, deren Ausgleich
im Verhältnis zum Absaugen des Abdampfes aus der Entgasungsstation
bis zu 10% der Pumpenleistung für das Absaugen erfordert.
Selbst eine Verdoppelung der Pumpenleistung zum Ausgleich einer
Leckage an der Schleusenschnecke kann noch wirtschaftlich tragbar
sein.
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Mit
einer Schleusenschnecke ist gleichfalls ein kontinuierlicher Materialeintrag
in den oben beschriebenen Extruder möglich.
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Wahlweise
bilden die Schnecken auch nur einen Austrag am Behälter
einer Schleuse. Mit der Schnecke kann vorteilhafterweise über
den Materialaustrag hinaus eine Auflockerung der Behälterfüllung
bewirkt werden.
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Während
eine Schleusenschnecke durch entsprechende Fütterung zumindest
eine weitgehende Abdichtung des Extrudereintrages bewirkt, hat eine
Unterfütterung einen Gasdurchlaß zur Folge. Die
Unterfütterung kommt an der Eintragschnecke des Extruder
zur Anwendung. Ziel ist dabei eine Absaugung des Planetwalzenextruderteiles
entlang der Einzugschnecke bzw. durch deren Schneckengänge hindurch.
Damit ist eine separate Absaugung an dem Planetwalzenextruderabschnitt
entbehrlich.
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Wahlweise
erfolgt die Absaugung zusätzlich oder alternativ über
eine unmittelbar an den Planetwalzenabschnitt angeschlossene Leitung.
Die Leitung zu einer separaten Pumpe führen. Die Leitung kann
auch zu einer gemeinsamen Pumpe führen. Diese gemeinsame
Pumpe saugt dann sowohl den gekapselten Extrudereintrag und ggfs.
die Dosierung als auch den zur Entgasung vorgesehenen Planetwalzenextruderabschnitt
ab. Dabei können Schieber in den Leitungen sicherstellen,
daß die Absaugeleistung sich in gewünschter Weise
auf die verschiedenen abzusaugenden Bereiche verteilt.
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Wahlweise
sind noch weitere Pumpen vorgesehen. Zum Beispiel können
am Materialeinzug ein Leitungsanschluß und in Förderrichtung
vor den Schleusen ein Leitungsanschluß vorgesehen sein, deren
Leitungen zu separaten Pumpen führen.
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Günstig
ist, wenn in Absaugrichtung vor den Pumpen ein Kondensator in der
Saugleitung angeordnet ist.
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Vorteilhafte
Ergebnisse lassen sich auch erzielen, wenn die dem Extruder nächste
Schleuse mit einem Schneckenaustrag versehen ist und das Material über
ein Fallrohr in den Fallrohr aufgegeben wird.
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Vorzugsweise
ist auch am Fallrohr eine Gasabsaugung zur weiteren Entgasung oder
zur Aufrechterhaltung des bisherigen Unterdruckes vorgesehen.
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Günstig
ist auch eine Beheizung des Fallrohres zur Verlängerung
der Beheizungsstrecke für die Vorwärmung und gegebenenfalls
für die Vorentgasung des Materials.
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In
Extruderrichtung sind hinter der Entgasung ein oder mehrere Extruderabschnitte
vorgesehen, die ein Aufschmelzen des entgasten Granulats bewirken.
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Für
die verschiedenen Extruderabschnitte ist eine gemeinsame Spindel
vorgesehen. Die gemeinsame Spindel wird durch eine Stange/Rohr gebildet, das
sich vom Extruderantrieb bis zum Extruderende erstreckt. Auf die
Stange/Rohr werden für Aufsätze geschoben, die
an gewünschter Stelle die Einzugschnecke und an anderer
gewünschter Stelle die Zentralspindel des Planetwalzenextruderabschnittes und
an weiterer gewünschter Stelle die Schnecke zum Aufschmelzen
des Granulats bilden. Auf der Stange/Rohr werden die verschiedenen
Aufsätze verspannt.
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Dabei
findet je nach Beschaffenheit des PET eine Temperatursteigerung
im PET auf bis zu 260 Grad Celsius statt. Für diese Aufschmelzung
kann ein Extruderabschnitt mit einer herkömmlichen Einschnecke
verwendet werden.
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Die
aus dem Extruder austretende PET-Schmelze kann unterschiedlichen
Verwendungen zugeführt werden, z. B. der Verwendung für
eine Folie oder für Behältnisse wie Flaschen.
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Für
die Herstellung von Flaschen aus extrudierter Schmelze stehen verschiedene
Verfahren zur Verfügung. Beispielsweise kann die Schmelze
zur Herstellung von Flaschen in eine Form gedrückt oder gespritzt
werden. Die bekannten Verfahren zur Flaschenherstellung führen
zu einem intermittierenden Bedarf an PET-Schmelze. Deshalb kann
es zweckmäßig sein, über den Extruder
kontinuierlich in einen Schmelzespeicher zu fahren, der die Schmelze
in den notwendigen Abständen in eine Form drückt.
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Zur
Folienherstellung dienen in der Regel Kalander und Glättwerke.
Das PET muß mit ausreichender Temperatur zwischen die Kalanderwalzen gefahren
werden. Dazu sind verschiedene Verfahren bekannt. Zum Beispiel kann
mit einer Breitschlitzdüse gearbeitet werden. Den notwendigen
Druckaufbau für die Breitschlitzdüse kann der
Extruder leisten. Der Druck kann auch mit einer zwischengeschalteten Schmelzepumpe
hochgespannt werden.
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Der ältere
Vorschlag nach der
EP6014516 hat
sich die Aufgabe gestellt, die Wirkung von Mischung und Transport
der Schmelze im Planetwalzenextruder zu steuern.
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Nach
dem älteren Vorschlag nach der
EP6014516 wird das dadurch erreicht,
daß die Planetwalzenspindeln den unterschiedlichen Anforderungen
angepasst sind.
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Bei
Einschneckenextrudern ist das Leistungsverhalten einer Schnecke
verhältnismäßig leicht einstellbar. Das
resultiert aus der dort üblichen Bauweise:
Jede zeitgemäße
Schnecke setzt sich aus einzelnen Abschnitten zusammen, die mittig
eine Bohrung besitzen. Durch die Bohrung erstreckt sich ein Anker, mit
dem die einzelnen Abschnitte gegeneinander verspannt werden. Je
nach Bedarf haben die einzelnen Abschnitte eine andere Konfiguration.
Das äußert sich zum Beispiel in verschiedenen
Steigungen.
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Bei
Doppelschneckenextrudern findet die Bauweise nur eingeschränkt
Anwendung, denn die beiden Schnecken des Doppelschneckenextruders kämmen
miteinander und müssen deshalb im Wesentlichen baugleich
sein.
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Bei
den Planetwalzenextrudern ist die bei den Einschnecken und Doppelschnecken
bekannte Bauweise nicht üblich. Das hat den einfachen Grund, daß die
notwendige Anpassung aller verzahnten Teile spätestens
bei dem innen verzahnten Gehäuse des Extruders bzw. bei
dessen innen verzahnter Buchse endet. Bei den Planetwalzenextrudern
sind Änderungen an den Planetwalzenspindeln bekannt. Zu
den bekannten Änderungen der Planetwalzenspindeln gehört
die oben beschriebene Noppenbildung. Die Noppenverzahnung verringert
die Vortriebswirkung auf die Schmelze, so daß sich die Mischleistung
erhöht. Darüber hinaus ist es bekannt, die Planetwalzenspindeln
mit umlaufenden Nuten zu versehen. Die umlaufenden Nuten reduzieren
die Förderwirkung auf die Schmelze auf Null.
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Der ältere
Vorschlag nach der
EP6014516 hat
eine weitere Möglichkeit zur Einflussnahme auf die Förderwirkung
der Planetwalzenspindeln (auch Planetspindeln genannt) gefunden.
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Nach
den älteren Vorschlag nach der
EP6014516 wird an mindestens einer
Planetenspindel mindestens ein Zahn entfernt, nachfolgend auch erfindungsgemäße
Zahnreduzierung genannt. Vorteilhafterweise eröffnet der ältere
Vorschlag mit der erfindungsgemäßen Zahnreduzierung
neue und weitgehende Einflussmöglichkeiten auf das Behandlungsgut/Extrusionsgut
im Extruder. Dies läßt sich nicht noch genug einschätzen,
weil dabei die Erfindung in vorhandenen Systemen bleiben kann. Die
Erfindung kann auf bekanntem Extruderdesign von Planetwalzenextrudern
aufbauen, so daß sich die Möglichkeit einer sparsamen Änderung
vorhandener Planetwalzenextruder durch Auswechselung der Planetspindeln
eröffnet.
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Die
Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die Lösung nach
der
EP6014516 weiterzuentwickeln. Das
wird mit den Merkmalen der Patentansprüche, insbesondere
durch weitere Reduzierung der Zähne an den Planetwalzenspindeln
erreicht. Es verbleibt mindestens 1 Zahn, vorzugsweise mindestens
2 Zähne und noch weiter bevorzugt mindestens jeweils 3
Zähne am Umfang der Planetwalzenspindeln. Bei drei gleichmäßig
verteilten Zähnen ist noch nachvollziebar, daß die
Planteenspindeln während des Umlaufs definierten Halt zwischen
der Zentralspindel und dem innen verzahnten Gehäuse besitzen. Überraschender
Weise zeigen auch Planetenspindeln mit nur zwei verbliebenen Zähnen
eine ausreichende Lauftreue. Das gilt besonderes für einander
diametral gegenüber liegende Zähne an den Planetspindeln.
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Nicht
mehr nachvollziehbar ist jedoch, daß Planetenspindeln mit
nur einem verbliebenen Zahn eine ausreichende Lauftreue besitzen.
Das gilt besonders für eine Schrägverzahnung mit
größerer Steigung. Als größere
Steigung wird eine Steigung von mindestens 40 Grad, vorzugsweise
eine Steigung von mindestens 45 Grad angesehen.
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Vorzugsweise
sind die verbleibenden Zähne auch gleichmäßig
am Umfang verteilt. Es kann auch jeder vierte oder jeder dritte
oder jeder zweite Zahn entfernt werden. Es handelt sich um reduzierten Zahnbesatz
im Unterschied zu nicht reduziertem Zahnbesatz. Die Entfernung der
Zähne erfolgt vorzugsweise bis in den Zahngrund. Denkbar
ist auch eine darüber hinausgehende Materialausarbeitung, ebenso
eine teilweise Entfernung der Zähne.
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Durch
die ganze oder teilweise Entfernung bestimmter Zähne entsteht
bei unverändertem Fortbestand der übrigen Zähne
eine Planetwalzenspindel mit mehr Förderwirkung als eine
reine Noppenspindel, wenn auch mit weniger Mischleistung als eine reine
Noppenspindel. Gegenüber einer üblichen Planetwalzenspindel
ist die Förderwirkung aber geringer und die Mischleistung
höher. Gleichwohl läßt sich z. B. die
gleiche Förderwirkung des Extruder erreichen, indem nach
der Reduzierung des Zahnbesatzes an den Planetenwalzenspindeln die
Zahl der Planetenwalzenspindeln erhöht wird. Dadurch ergibt
sich eine höhere Planetwalzenspindelzahl.
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Die
Erhöhung der Förderwirkung kann bei einer Temperaturerhöhung
und damit verbundenem Viskositätsverlust wichtig, zum Teil
sogar entscheidend werden. Das heißt, je höher
die Schmelzetemperatur wird, desto flüssiger wird die Schmelze
und desto schwieriger und wichtiger wird es, auf die Schmelze eine
Förderwirkung auszuüben.
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Ähnliche
Situationen können sich bei der Trocknung von PET-Partikeln
und vergleichbaren Stoffen ergeben. PET-Partikel zeigen auch temperaturabhängig
schon unterschiedliche Reibungswerte. Das gilt besonders für
den Grenzbereich, in dem die Partikel außen anschmelzen
und innen noch fest sind. Eine zu geringe Förderwirkung
kann zu lange Verweilzeiten des PET und eine zu große Sprödigkeit des
PET zur Folgen haben.
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Die
Entfernung der Zähne kann an vorhandenen Planetwalzenspindeln
nachträglich erfolgen. Soweit eine Vorratshaltung an Planetwalzenspindeln stattfindet
und soweit eine Vergütung oder Härten oder sonstiges
Behandeln zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit
der Zahnflächen vorgesehen ist, werden die Planetwalzenspindeln
vorzugsweise ohne die Oberflächenbehandlung bevorratet,
damit im nachhinein eine einfache Bearbeitung der Planetwalzenspindeln,
z. B. durch Fräsen, möglich ist. Die Behandlung
der der Zahnflächen erfolgt nach der Bearbeitung.
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Überraschenderweise
beeinträchtigt das erfindungsgemäße Entfernen
von Zähnen die Laufruhe der Planetwalzenspindeln nicht,
weil die Zähne wie Schrauben/Gewindegänge an der
Oberfläche der Planetwalzenspindeln verlaufen. Bei ausreichender Länge
der Spindeln und entsprechender Steigung umschlingen die schraubenförmig
bzw. gewindegangförmig verlaufenden Zähne die
Spindeln so häufig, daß die Planetwalzenspindeln
zwischen der Zentralspindel und dem umgebenden Gehäuse
sicher geführt und fixiert sind. Bei einer Planetwalzenspindel,
bei der jeder zweite Zahn entfernt worden ist, ist nach dem älterem
Vorschlag nach der
EP6014516 - a) bei einem Planetwalzenspindeldurchmesser kleiner
160 mm
eine bearbeitete Spindellänge von mindestens 200
mm, bevorzugt von mindestens 300 m und weiter bevorzugt eine Spindellänge
von mindestens 400 mm und höchst bevorzugt eine Spindellänge
bis 800 mm vorgesehen. Bei weniger entfernten Zähnen kann
die Spindellänge kürzer sein, bei mehr entfernten
Zähnen soll die Spindellänge länger sein.
- b) bei einem Planetwalzenspindeldurchmesser von 160 mm und mehr
eine
bearbeitete Spindellänge von mindestens 400 mm, bevorzugt
von mindestens 800 m und weiter bevorzugt eine Spindellänge
von mindestens 1200 mm und höchst bevorzugt eine Spindellänge
bis 2500 mm vorgesehen. Bei weniger entfernten Zähnen kann
die Spindellänge kürzer sein, bei mehr entfernten
Zähnen soll die Spindellänge länger sein.
-
Die
Bearbeitung der Planetwalzenspindeln kann auf alle bekannten Zahnmodule
Anwendung finden, insbesondere auf die gebräuchlichen Module 1,5
bis 12 oder darüber hinaus bis 20. Die Zahnmodule sind
von den oben erwähnten Planetwalzenteilen/Modulen zu unterscheiden.
Die Zahnmodule kennzeichnen die Größe der Zähne.
Die Plaentwalzenabschnitte/Extruderteile/Module werden mit den anderen
Modulen zu dem jeweils gewünschten Extruder zusammengesetzt.
Die Modulbauweise ist mit einem Baukastensystem vergleichbar und
in der Regel besonders wirtschaftlich.
-
Die
verschiedenen Planetenteile (Zentralspindel/Planetenspindeln/Innenverzahnung)
eines Abschnittes/Moduls haben regelmäßig den
gleichen Zahnmodul.
-
Wahlweise
werden die Zähne nicht nachträglich entfernt,
sondern findet eine Fertigung statt, bei der die Planetwalzenspindeln
sofort in die Form gebracht werden, wie sie nach der oben beschriebenen Zahnentfernung
entsteht.
-
Dazu
ist zunächst darauf einzugehen, wie die Zähne
bei herkömmlicher Verzahnung entstehen. Verbreitet ist
die Herstellung durch Fräsen und Schleifen. Dazu wird die
Kontur der Verzahnung festgelegt und der Fräser entlang
der Kontur bewegt. Der Fräser arbeitet dabei verhältnismäßig
grob. Deshalb ist anschließend eine Feinbearbeitung üblich,
z. B. durch Schleifen bei außen verzahnten Teilen oder durch
Honen oder Erodieren bei innen verzahnten Teilen üblich.
Es sind auch umformende Herstellungsverfahren für Getriebeteile
bekannt, das sind Gießen und Sintern. Zu den Umformenden
Herstellungsverfahren zählt Schmieden, Pressen, Ziehen, Walzen,
Stanzen).
-
Das
Fräsen gehört zur spanenden Herstellung. Andere
spanende Verfahren sind zum Beispiel Hobeln, Stoßen, Räumen,
Schaben, Schleifen, Honen.
-
Allen
Herstellungsverfahren für Verzahnungen ist gemeinsam, daß sie
der festgelegten Kontur der Verzahnung folgen. Bei normaler Verzahnung wechselt
ein Zahn mit einer Zahnlücke. Der Abstand zwischen zwei
benachbarten Zähnen eines Teiles ist gleich Bei der Festlegung
der Kontur kommt es auf die Verzahnung an. Die Verzahnung folgt
den allgemeinen Erkenntnissen der Getriebetechnik.
-
Man
unterscheidet verschiedene Grundformen von Verzahnungen: Evolventenverzahnung,
Zykloidenverzahnung und Treibstockverzahnung. Darüber hinaus
gibt es diverse Sonderformen.
-
Bei
Planetwalzenextrudern hat sich die Evolventenverzahnung durchgesetzt.
Die Evolventenverzahnung mit vollem Zahnbesatz wird im folgenden als
Normalverzahnung bezeichnet.
-
Bei
der Evolventenverzahnungi werden die Flanken der Zähne
des Zahnrades von Evolventen gebildet. Vorstellen kann man sich
die Evolventen, wenn man sich den Zahnradgrundkreis als massiven Zylinder
vorstellt, um den ein Faden gewickelt ist. Wird dieser Faden nun
abgewickelt, so beschreibt der straff gespannte Endpunkt des Fadens
die Figur eine Evolvente. Alle Punkte auf dem Faden, welche den
ganzzahlig vielfachen Abstand vom Endpunkt aufweisen, bewegen sich
somit auf der Evolvente eines anderen Zahnes. Die Evolventenverzahnungen haben
folgende Vorteile:
Die Flanken zweier im Eingriff befindlicher
Zahnräder berühren sich immer, und in diesen Berührungspunkten
haben sie stets die annähernd gleiche Geschwindigkeit.
Somit ist gewährleistet, daß die Übertragung der
Drehbewegung reibungsarm erfolgt.
-
Gleichzeitig
erlaubt die Evolventenverzahnung die gleichmäßige Übertragung
von Drehmomenten durch eine konstante Übersetzung.
-
Sie
ist unempflindlich gegen das Verschieben der Achsen der Zahnräder
(Achsabstandsunabhängigkeit).
-
Sie
ist einfach in der Fertigung durch standardisierte geradlinige Werkzeuge.
-
Bei
gleicher Geometrie des Werkzeuges sind Zahnräder mit unterschiedlicher
Zähnezahl und unterschiedlicher Profilverschiebung frei
miteinander kombinierbar.
-
Bei
Planetwalzengetrieben ist man wie bei anderen Getrieben bemüht,
mit möglichst geringem Spiel zwischen den Getriebeteilen
zu arbeiten. Das Spiel kann bei der Festlegung der Kontur berücksichtigt
werden. Bei Planetwalzenextrudern ist üblicherweise ein
größeres Spiel vorgesehen. Auch dieses Spiel kann
bei der Festlegung der Zahnkontur berücksichtigt werden.
-
Bei üblicher
Verzahnung folgt ein Zahn einer Zahnlücke und einer Zahnlücke
ein Zahn, wobei die Zähne und die Zahnlücken gleich
sind. Da die Zähne in die Zahnlücken greifen und
die miteinander kämmenden/ineinander greifenden Getriebeteile
die gleiche Verzahnung haben sollen, beinhalten die Zahnlücken
eine spiegelverkehrte Abbildung der Zähne.
-
Bei
der erfindungsgemäßen Gestaltung der Verzahnung
sind die Zahnlücken aber anders als bei üblicher
Verzahnung. Bei der oben beschriebenen Herstellung der erfindungsgemäßen
Verzahnung werden dazu an vorhandenen Getriebeteilen einzelne oder
mehrere Zähne entfernt. Alternativ werden schon bei der
Festlegung der Zahnkontur einzelne oder mehrere Zähne entfernt.
Die Herstellung folgt dann in der oben beschriebenen Weise der festgelegten
erfindungsgemäßen Zahnkontur. Das heißt, im
Falle der Anwendung eines Fräsers, folgt der Fräser
der vorher festgelegten neuen Kontur mit größeren
Zahnlücken. Entsprechendes gilt für andere Werkzeuge
zur Herstellung der vorher festgelegten neuen Kontur.
-
Günstig
ist es, wenn die Zahl der Zähne von Gehäuseinnenverzahnung
(Buchsenverzahnung), Planetspindeln und Zentralspindel so gewählt
ist, daß der Selbstreinigungseffekt der Planetwalzenteile gewahrt
bleibt. Das ist zum Beispiel dann der Fall, wenn die Zähnezahl
an der Zentralspindel und an der Gehäuseinnenverzahnung
(Buchsenverzahnung) gerade ist und die Zähnezahl an den
Planetspindeln ungerade ist. Dann wird die Schmelze in jedem Zwischenraum
zwischen zwei Zähnen durch die in den Zwischenraum eindringenden
Zähne anderer Teile des Planetwalzenextruders in Bewegung
gebracht.
-
Die
gleichen Verhältnisse ergeben sich bei ungeraden Zähnezahlen
an Zentralspindel und Gehäuseinnenverzahnung und gerade
Zähnezahl an den Planetwalzenspindeln.
-
Das
gleiche Ergebnis kann durch unregelmäßiges Entfernen
des Zahnbesatzes erreicht werden, zum Beispiel dadurch, daß nicht
regelmäßig jeder zweite Zahn, sondern einmal oder
mehrmals ein anderer Zahn, zum Beispiel der dritte Zahn entfernt wird
oder zum Beispiel zwei ursprünglich neben einander stehende
Zähne unberührt bleiben. Das heißt, die
Bearbeitung erfolgt in unterschiedlichen Abständen. Dabei
kann ausreichend sein, daß ein Abstand anders als die anderen
Abstände ist. Es können auch mehrer Abstände
anders sein. Das gleiche Ergebnis kann auch dadurch erreicht werden,
daß erfindungsgemäß bearbeitete Planetwalzenspindeln
mit unbearbeiteten Planetwalzenspindeln kombiniert werden oder das unterschiedlich
erfindungsgemäß bearbeitete Planetwalzenspindeln
miteinander kombiniert werden.
-
Es
besteht die Erwartung, daß sich Planetwalzenspindeln durchsetzen,
die auf ihrer Länge ganz oder teilweise erfindungsgemäß verzahnt
sind und/oder mit einem in Förderrichtung des Extruders vorgeordneten
und/oder nachgeordneten Planetwalzenextruderabschnitt/Modul kombiniert,
dessen Planetwalzenspindeln ganz oder teilweise anders verzahnt
sind.
-
In
der Anwendung auf PET und dergleichen Stoffe kann es gleichwohl
vorteilhaft sein, Planetwalzenspindeln zu verwenden, die in dem
oben beschriebenen Bereich die erfindungsgemäße
Bearbeitung aufweisen und in dem übrigen Bereich normal verzahnt
sind oder als Noppenspindeln ausgebildet sind oder eine andere Verzahnung
aufweisen.
-
Diese
kann dadurch erfolgen, daß die Bearbeitungswerkzeuge am Übergang
von dem einen Bereich in den anderen Bereich auslaufen. In der Kombination
mit Noppenbildung heißt das, die gegenläufige
Verzahnung, welche in der oben beschriebenen Form die Noppenspindeln,
läuft an dem erwähnten Übergang aus.
-
Desgleichen
läuft die erfindungsgemäße Bearbeitung
beim Übergang von einem Bereich in den anderen aus.
-
Wahlweise
sind auch mehrteilige Planetwalzenspindeln vorgesehen, nämlich
mit einem separat und erfindungsgemäß bearbeiteten
Teil und mit einem separat hergestellten Restteil. Der Restteil
kann ein Noppenverzahnungsteil oder ein normal verzahntes Teil oder
ein anderes Teil sein. Beide Teile sind zugleich mit einer mittigen
Bohrung für einen Anker versehen, mit dem die beiden Teile
miteinander verspannt werden. Auf dem Wege entstehen mehrteilige Planetwalzenspindeln,
die über ihrer Länge einen Verzahnungswechsel
aufweisen, daß heißt von einer erfindungsgemäßen
Verzahnung zu einer anderen Verzahnung wechseln.
-
Die
Mehrteiligkeit kann bei der Herstellung der Verzahnung Vorteile
haben, indem die Teile mit unterschiedlicher Verzahnung separat
hergestellt werden. Dann müssen die Werkzeuge dem Zahnwechsel
nicht folgen. Im Zusammenhang mit einem gewünschten schlagartigen
Wechsel der Verzahnung bietet sich eine solche Vorgehensweise an.
-
Auf
der anderen Seite kann verfahrenstechnisch auch ein langsamer Wechsel
von einer Verzahnung zur anderen von Vorteil sein. Ein langsamer Übergang
von einer erfindungsgemäßen Verzahnung zu einer
Normalverzahnung entsteht in der Anwendung eines Fräsers
zum Beispiel dadurch, daß der für die nachträgliche
Zahnentfernung eingesetzte Fräser langsam aus dem Material
der Planetwalzenspindel herausgefahren wird.
-
Es
kann auch ein Wechsel von einer Verzahnung, zum Beispiel von einer
Normalverzahnung, zu einer erfindungsgemäßen Verzahnung
vorkommen. Dann gilt entsprechendes wie zu dem vorstehend erläuterten
Wechsel mit der Maßgabe, daß für einen langsamen
Wechsel der Fräser langsam in das Material der Planetwalzenspindel
hineingefahren wird.
-
Die
mehrteiligen Planetwalzenspindeln können auch einen mehrfachen
Verzahnungswechsel besitzen.
-
Es
kommen auch einteilige Planetwalzenspindeln in Betracht, die über
Ihrer Länge in der Verzahnung einen oder mehrere Verzahnungswechsel zeigen.
-
Für
jeden Wechsel der Verzahnung gelten die Ausführungen zur
nachträglichen Entfernung von Zähnen und der vorhergehenden
Festlegung der Zahnkontur entsprechend.
-
Vorteilhafterweise
können Planetenspindeln mit erfindungsgemäßem
Zahnbesatz auch mit anderen Planetenspindeln kombiniert werden.
Dabei kann die Zahl der erfindungsgemäßen Planetenspindeln größer
oder kleiner als die Zahl der anderen Planetenspindeln sein. Zu
den anderen Planetenspindeln können sowohl Planetenspindeln
mit vollem herkömmlichem Zahnbesatz als auch die oben beschriebenen
Noppenspindeln als auch andere Spindeln gehören.
-
In
der Anwendung auf PET lassen sich die Einsatzpartikel mit dem erfindungsgemäßen
Planetwalzenextruder kontrolliert und sicher durch eine Trocknungszone
fördern. Durch die erfindungsgemäße Verzahnung
entsteht in dem Extruder ein größeres Kammervolumen
als bei Normalverzahnung, so daß mehr Gelegenheit zur Trockung
bzw. zur Entgasung besteht. Außerdem verringert sich durch
die erfindungsgemäße Verzahnnung die Knetarbeit,
so daß weniger Energie in das Behandlungsgut getragen wird
und sofort ein Temperaturabfall gegenüber einer Trocknung
in einem normal verzahnten Extruder entsteht.
-
Anstelle
von PET lassen sich auch diverse andere Stoffe, insbesondere thermoplastische Kunststoffe
mit dem erfindungsgemäßen Extruder bearbeiten.
Praktisch kann es sich um jede Art von extrudergängigen
Stoffen handeln. Dabei entfalten die erfindungsgemäßen
Spindeln überall dort Vorteile, wo es auf eine Mischung,
auf Änderungen in der Viskosität, auf Änderungen
in der Durchsatzgeschwindigkeit, auf eine Reaktion oder nur eine
Zustandsänderung, auf die Temperaturführung, auf
die mechanische Belastung des Einsatzgutes und des Extruders ankommt.
-
Andere
können zum Beispiel Lebensmittel sein.
-
Andere
Stoffe können auch die chemische und zugleich reaktive
Schmelzen bzw. Flüssigkeiten sein.
-
Andere
Stoffe können auch Mischungen mit Verstärkungsfasern
oder anderen Feststoffanteilen sein.
-
Insbesondere
läßt sich der erfindungsgemäße
Extruder vorteilhaft in diversen Entgasungsvorgängen anwenden.
Dazu wird zum Beispiel auf folgende Entgasungsvorgänge
verwiesen:
DE
10 2004 061 185 A1 ,
DE 10 2004 060 966 A1 ,
DE 10 2004 053 929 A1 ,
DE 10 2004 00 50
058 A1 ,
DE 10
2004 004 237 A1 ,
DE69908565T2 ,
DE69827497T2 ,
DE69807708T2 ,
DE69725985T2 ,
DE69715781T2 ,
DE69715082T2 ,
DE69711597T2 ,
DE69710878T2 ,
DE69709015T2 ,
DE69707763T2 ,
DE69630762T2 ,
DE69628188T2 ,
DE69622375T2 ,
DE69428309T2 ,
DE69427539T2 ,
DE69419146T2 ,
DE69312852T2 ,
DE69312246T2 ,
DE69306874T2 ,
DE69207369T2 ,
DE68928567T2 ,
DE68915788T3 ,
DE60206271T2 ,
DE60012108T2 ,
DE19956483A1 ,
DE19954313A1 ,
DE10257377A1 ,
DE10356821A1 ,
DE10354546A1 ,
DE10354379A1 ,
DE10352444A1 ,
DE10352440A1 ,
DE10352439A1 ,
DE10352432A1 ,
DE10352431A1 ,
DE10352430A1 ,
DE10351463A1 ,
DE10349144A1 ,
DE10345043A1 ,
DE10343964A1 ,
DE10342822A1 ,
DE10340977B4 ,
DE10340976B4 ,
DE10333927A1 .
-
Insbesondere
läßt sich der erfindungsgemäße
Extruder vorteilhaft als Verdampfer einsetzen, wenn sich durch teilweises
Eindampfen eine wesentliche Änderung der Viskosität
zeigt. Dann können mit größer werdender
Zähigkeit des Behandlungsgutes Planetspindeln mit weniger
Zähnen oder Planetspindeln einsetzen, deren Zähnezahl über
der Länge der Planetspindeln der Veränderung der
Viskiosität angepasst ist. Die Verwendung von anderen Planetspindeln
in einem in Förderrichtung nachgeordneten Planetwalzenextruderabschnitt
läßt sich durch Auswechselung der Planetspindeln
bewirken.
-
Die
Veränderung der Zähnezahl an einer Planetenspindel
erfolgt durch unterschiedliche Herausarbeitung/Entfernen der Zähne.
Das geschieht zum Beispiel, indem der Fräsvorgang zum Entfernen von
Zähnen an entsprechender Stelle abgebrochen wird.
-
Solche
Vorgänge für eine geeignete Anwendung der Erfindung
sind zum Beispiel beschrieben in der
DE 20 2006 019 922 U1 ,
DE 10 2005 018 702
A1 ,
DE 10
2004 057 349 A1 ,
DE 10 2004 03 066 A1 ,
DE69935506T2 ,
DE69807816T2 ,
DE69702535T2 ,
DE696709T2 ,
DE69602176T2 ,
DE69528460T2 ,
DE69529584T2 ,
DE695284640T2 ,
DE69522852T2 ,
DE69421586T2 ,
DE68928567T2 ,
DE68913303T2 ,
DE60308224T2 ,
DE60124829T2 ,
DE60101735T2 ,
DE19780093B4 ,
DE19623528A1 ,
DE19516563A1 ,
DE10323527A1 ,
DE10261289A1 ,
DE 11 2005 000 773
T5 ,
DE
11 2004 000 332 T5 ,
DE 10 2007 007 793 A1 ,
DE 10 2005 042 393 A1 ,
DE 10 2005 018 701
A1 ,
DE
10 2004 057 349 A1 ,
DE 10 2004 057 348 A1 ,
DE 10 2004 053 836 A1 ,
DE 10 2004 032 125
A1 ,
DE
10 2004 030 664 A1 ,
DE 10 2004 030 071 A1 ,
DE 10 2004 027 070 A1 -
Beim
Entgasen und Verdampfen ist in der Regel mit einer Änderung
der Viskosität in Richtung einer größeren
Zähigkeit zu rechnen.
-
Es
gibt aber auch andere Vorgänge, bei denen in Förderrichtung
des Extruders mit einer Änderung der Viskosität
in Richtung einer Verringerung der Zähigkeit zu rechnen
ist. Das ist zum Beispiel bei der Aufbereitung von Wachsen der Fall.
Dann ist es von Vorteil, die erfindungsgemäßen
mit verringerter Zähnzahl versehenen Planetenspindeln bzw.
Planetspindelbereiche in Förderrichtung vor den Planetspindeln
bzw. Planetspindelbereichen mit herkömmlicher Verzahnung
bzw. mit höherer Zähnezahl zu verwenden.
-
Beim
Mischen von Medien kann die Viskosität/Zähigkeit
im Extruder je nach Beschaffenheit der Mischungkomponenten mit fortschreitender
Einwirkung des Extruders zunehmen oder abnehmen. Dann ist es je
nach Erhöhung der Zähigkeit von Vorteil in Förderrichtung
erfindungsgemäße Planetspindeln mit abnehmender/geringerer
Zähnezahl einzusetzen. Je nach Verringerung der Zähigkeit
ist es von Vorteil, die Planetspindeln mit abnehmender/geringer Zähnezahl
in Förderrichtung vor einem Bereich höherer Zähnezahl
einzusetzen. Solche Vorgänge, für welche die Anwendung
der erfindungsgemäßen Extruder von Vorteil ist,
sind zum Beispiel beschrieben in:
DE 10 2005 042 541 A1 ,
DE6990281T2 ,
DE6983612T2 ,
DE69734332T2 ,
DE69728466T2 ,
DE696105T2 ,
DE69317423T2 ,
DE6902652T2 ,
DE6902659T2 ,
DE68918224T2 ,
DE60305509T2 ,
DE60101646T2 ,
DE60024975T2 ,
DE60018373T2 .
-
Mischvorgänge
finden sich insbesondere im Bereich der Lebensmittelindustrie. Zum
Beispiel sind solche Lebensmittelvorgänge, auf welche die
Anwendung der erfindungsgemäßen Extruder von Vorteil
ist, zum Beispiel beschrieben in:
DE 10 2006 019 562 A1 ,
DE 10 2006 011 269
A1 ,
DE 10
2005 060 945 A1 ,
DE699314300T2 ,
DE69931188T2 ,
DE69931169T2 ,
DE69930013T2 ,
DE69928698T2 ,
DE69928572T2 ,
DE69928447T2 ,
DE69928388T2 ,
DE69926917T2 ,
DE69926395T2 ,
DE69925658T2 -
Extreme
Mischvorgänge können sich beim Einmischen von
Feststoffen ergeben. Wenn zum Beispiel Nüsse in eine Schokoladenmasse
gemischt werden sollen, so würden die Nüsse zermahlen, wenn
sie im Extruder keinen Durchtrittsraum finden. Dieser Durchtrittsraum
wird mit den erfindungsgemäß zahnreduzierten Planeten
geschaffen. In den durch erfindungsgemäßes Entfernen
der Zähne entstehenden Zwischenräumen können
die Nüsse und dergleichen Feststoffe ohne weiteres als
ganz Stücke weitertransportiert werden.
-
Extreme
Situationen können sich ergeben, wenn in das Behandlungsgut
Fasern eingemischt werden. Dann ergibt sich zwangsläufig
eine zähflüssigere Mischung, für die
eine schonende Behandlung von Vorteil ist, wie sie mit den erfindungsgemäß zahnreduzierten
Planetspindeln erfolgt, wenn solche Planetspindeln der Zumischungsstelle
in Förderrichtung des Extruders nachgeordnet sind. Solche
Vorgänge, für welche die Anwendung der erfindungsgemäßen
Extruder von Vorteil ist, sind zum Beispiel beschrieben in:
DE 10 2004 017 350
A1 ,
DE69916836T2 ,
DE69808248T2 ,
DE69712420T2 ,
DE69305001T2 ,
DE19934693C2 ,
DE10355073A1 ,
DE10214654A1 -
Vorteilhafterweise
bewirken die erfindungsgemäß zahnreduzierten Planetspindeln
noch eine schonende Behandlung der Fasern, so daß eingemischte
Glasfasern viel weniger brechen als bei einer herkömmlichen
Einmischung in einem Extruder. Je länger die Fasern bleiben,
desto besser ist die von den Glasfasern ausgehende Verstärkungswirkung.
-
Ähnliche
Situationen wie beim Mischen können sich bei einer chemischen
Reaktion im Extruder ergeben. Die sich bildenden Reaktionsprodukte
können eine höhere oder geringere Viskosität/Zähigkeit besitzen.
Solche Vorgänge, für welche die Anwendung der
erfindungsgemäßen Extruder von Vorteil ist, sind
zum Beispiel beschrieben in:
DE 10 2007 011 838 A1 ,
10 2000 209 84 A1 ,
DE 10 2006 015 709
A1 ,
DE
10 2005 05 44 653 A1 ,
DE69931666T2 ,
DE69931188T2 ,
DE69930520T2 ,
DE69930268T2 ,
DE699013T2 ,
DE69924122T2 ,
DE69923307T2 ,
DE69922945T2 ,
DE6992357T2 ,
DE6990261 T2 ,
DE69902698T2 ,
DE69901827T2 ,
DE698323342T2 ,
DE69829863T2 ,
DE69801179T2 -
Auch
bei den chemischen Reaktionen kann die oben beschriebene schonende
Wirkung des Behandlungsgutes von Vorteil sein. Das gilt besonders für
die Polymerisationen. Dabei findet ein Kettenaufbau statt, der bei
starker mechanischer Inanspruchnahme zumindest behindert, wenn nicht
sogar verhindert wird.
-
Das
mit den erfindungsgemäß zahnreduzierten Planetspindeln
behandelte Material ist geschäumt oder ungeschäumt.
Bei der Schaumherstellung kommt es auf eine gute Mischung und eine
gute Dispergierung und Homogenisierung des Treibmittels in der Schmelze
an. Nach Beginn einer die Schaumqualität bestimmenden Zellbildung
kann es von Vorteil sein, die beginnende Zellbildung nicht sofort
wieder zu zerschlagen, sondern in einen schonenden Transport der
Schmelze unter gleichzeitiger kontrollierter Temperaturführung überzugehen.
-
Ferner
kann die Anwendung erfindungsgemäß zahnreduzierter
Planetspindeln auch aus Gründen geringeren Energieeintrages
und/oder aus Gründen schnelleren Schmelzetransportes von
Vorteil sein. Nach ausreichender Durchmischung, Dispergierung und
Homogenisierung des Treibmittels in der Schmelze sind ein unnötiger
Energieeintrag und die damit verbundene Erwärmung von Nachteil,
weil die Schmelzekühlung naturbedingte Grenzen hat. Bei übermäßiger
Kühlung zum Abtransport unnötiger Wärme
besteht die Gefahr, daß die Schmelze an dem Extrudergehäuse
bzw. an der üblicherweise vorhandenen, innen verzahnten
Gehäusebuchse einfriert und zu gravierenden Betriebsstörungen
bis zur Beschädigung des Extruders führt.
-
So
läßt sich die Anzahl der für die Friktionswärme
maßgeblichen Zähne an den Planetspindeln ohne
weiteres um mindestens 30% reduzieren oder um mindestens 50% oder
sogar um mindestens 70% reduzieren. Mit bekannten Planetwalzenextrudern läßt
sich die Anzahl der Planetspindeln in einem Planetwalzenextruderabschnitt
in Grenzen verringern. Voraussetzung wäre jedoch, daß dies
in einem in Förderrichtung nachgeordneten Abschnitt erfolgt. Dies
bedingt, daß die Schmelze zunächst den Übergang
von einem Abschnitt in den anderen und einen Anlaufring passiert,
der zugleich eine Stauwirkung auf den Schmelzestrom ausübt.
Abgesehen davon gehen die Möglichkeiten der erfindungsgemäß zahnreduzierten
Planetspindeln wesentlich weiter als die Möglichkeiten
der Verringerung der Planetspindelzahl. Wenn die Möglichkeit
der Verringerung der Planetspindelzahl weitgehend ausgeschöpft
ist, kann die Friktion in der Schmelze durch Zahnreduzierung noch
wesentlich weiter verringert werden.
-
Die
Planetwalzenspindeln bilden nur einen Teil des Planetwalzenextruders.
Andere Planetwalzenteile sind die Zentralspindel und die Innenverzahnung
des Gehäuses bzw. der ggfs. im Gehäuse sitzenden
Buchse.
-
Die
Zentralspindel kann auch mit der erfindungsgemäßen
Verzahnung versehen sein. Das gleiche gilt für die Innenverzahnung
des Gehäuses bzw. der Buchse. Insoweit gelten obige Ausführungen auch
für die Zentralspindel und die Innenverzahnung. Dabei gehören
mehrteilige Zentralspindeln bereits zum bekannten Stand der Technik,
so daß die erfindungsgemäße Bearbeitung
der Zentralspindel leichter ist. Gleichwohl ist es in der Regel
aus verfahrenstechnischen Gründen vorteilhafter, die Planetspindeln
mit der erfindungsgemäßen Verzahnung zu versehen.
Die Planetwalzenspindeln bieten bei entsprechend großer
Besatzzahl eine größere Verzahnungsfläche
als die Zentralspindel. Dadurch hat die erfindungsgemäße
Verzahnung dort eine größere Wirkung als an der
Zentralspindel. Hinzu kommt die vorteilhafte Kombinationsmöglichkeit
der Planetwalzenspindeln. Wie oben ausgeführt, können
erfindungsgemäß verzahnte Planetwalzenspindeln
mit normal verzahnten Planetwalzenspindeln kombiniert werden. Dabei
ist es leicht, die Zahl der normal verzahnten Planetwalzenspindeln
oder die Zahl der erfindungsgemäß verzahnten Planetwalzenspindeln
im Rahmen der bestehenden Möglichkeiten zu erhöhen, um
eine genaue Anpassung an die gewünschte Materialbehandlung,
insbesondere die Trocknung und Temperaturführung von PET
zu erreichen.
-
Die
Zahl der Planetenspindeln ist naturgemäß durch
den Hohlraum zwischen der Zentralspindel und dem Gehäuse
begrenzt.
-
Auch
die Innenverzahnung des Gehäuses kann mit der erfindungsgemäßen
Verzahnung versehen werden. Wie bei der Zentralspindel ist es in
der Regel von Vorteil, die Planetwalzenspindeln mit der erfindungsgemäßen
Verzahnung zu versehen.
-
Denkbar
ist auch, alle Planetwalzenteile gemeinsam in erfindungsgemäßer
Weise zu verzahnen.
-
Wahlweise
kann die erfindungsgemäße Planetwalzenspindel
auch mit herkömmlich verzahnten Planetwalzenspindeln oder
anders verzahnten Planetwalzenspindeln kombiniert werden, solange
deren Verzahnung mit der Zentralspindel und der Innenverzahnung
des Gehäuses lauffähig ist. Lauffähig sind
die Spindeln bei gleichem Zahnmodul und gleicher Verzahnungsart,
zum Beispiel Evolventenverzahnung. Für die Evolventenverzahnung
ist je nach Anwendungsfall des Extruders ein besonderer Zahnmodul
zweckmäßig. Die Zahnmodul kann von 1 bis 25 gewählt
werden.
-
Wahlweise
können Planetwalzenspindeln mit erfindungsgemäßer
Verzahnung teilweise auch eine andere Verzahnung aufweisen. Wegen
der erhöhten Transportwirkung im Bereich erfindungsgemäßer
Verzahnung kann dieser Bereich auch als Transport-Bereich bezeichnet
werden. Dieser Bereich kann auch mit einem normal verzahnten Bereich
oder einem gegenläufig verzahnten bezeichneten Bereich
kombiniert werden. Der gegenläufig verzahnte Bereich führt
zu einer zu einer igelartigen Verzahnung und kann deshalb auch als
Igelverzahnung bezeichnet werden.
-
Die
Normalverzahnung einer erfindungsgemäß verzahnten
Planetenspindel befindet sich vorzugsweise an den Enden der Planetenspindel.
Dort entwickelt die Normalverzahnung eine vorteilhafte Führungswirkung
auf die Planetenspindel zwischen der Zentralspindel und dem innen
verzahnten Gehäuse.
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Die
Länge der Normalverzahnung beträgt mindestens
1 D, vorzugsweise mindestens 1,5 D und noch weiter bevorzugt mindestens
2 D, wobei D das Maß des Teilkreisdurchmessers der Normalverzahnung
ist.
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Der
Bereich der Igelverzahnung kann in Strömungsrichtung vor
oder hinter dem Transport-Bereich vorgesehen.
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An
solchen kombinierten Spindeln ist die Länge des Transportbereiches
vorzugsweis 30 bis 70% der Gesamtlänge der Planetenspindeln.
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Wahlweise
können die erfindungsgemäß zahnreduzierten
Planetspindeln auch durchgehend igelverzahnt oder noppenverzahnt
werden. Das läßt sich zum Beispiel an igelverzahnten
oder noppenverzahnten Planetspindeln dadurch erreichen, daß die Zähne
erfindungsgemäß ausgearbeitet werden
-
Bei
gegenläufiger Verzahnung wird zum Beispiel in die rechtsgängig
verzahnten Planetspindeln zusätzlich eine linksgänge
Verzahnung eingearbeitet.
-
In
die linksgängig verzahnten Planetspindeln wird zur Erzeugung
einer erfindungsgemäßen Verzahnung zusätzlich
eine rechtsgängige Verzahnung eingearbeitet.
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Vorteilhafterweise
entsteht durch gegenläufige Verzahnung eine besondere Anordnung
der Zähne. Die Zähne erscheinen wie gleichmäßig
verteilte Noppen an den Planetspindeln. Während bei der
bekannten Igelverzahnung ringförmige, quer zur spindellängsrichtung
verlaufende Ausnehmungen entstehen, in denen von der Verzahnung
keine Kräfte auf eine durch den Extruder strömende
Schmelze ausgeübt wird bzw. nur Kräfte aus der
bisherigen Schmelzeströmung und aus nachströmender Schmelze
auftreten, ist das bei der Igelverzahnung anders. In Umfangsrichtung
liegt hinter jeder Zahnlücke eine anderer Zahn, so daß keine
vergleichbaren Ausnehmungen wie bisher entstehen.
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Dadurch
entfalten die Planetspindeln auf der ganzen gegenläufig
verzahnten Länge eine gleichmäßige Wirkung.
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Die
gegenläufige Verzahnung beeinträchtigt das Zusammenwirken
der Planetspindeln mit der Zentralspindel und der innen verzahnten
Buchse nicht, weil Planetspindelzähne durch die gegenläufige
Verzahnung lediglich Ausnehmen erfahren bzw. die stehen bleibenden
Zahnteile unverändert in die Verzahnung der Zentralspindel
und der Buchse greifen.
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Die übliche
Verzahnung hat eine Neigung bis 45 Grad. Es kommen auch Verzahnung
mit einer Steigung zwischen 20 bis 50 Grad in Betracht.
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Vorzugsweise
wird eine gegenläufige Verzahnung mit einer anderen Neigung
als die übliche Verzahnung eingearbeitet. Die Neigung kann
geringer oder größer sein. Der Unterschied zwischen
der rechtsgängigen und der linksgängigen Verzahnung beträgt
vorzugsweise bis 15 Grad, noch weiter bevorzugt bis 5 Grad.
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Vorzugsweise
beträgt der Steigungsunterschied mindestens 1 Grad.
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Die
unterschiedliche Neigung hat vorteilhafte Wirkungen. Insbesondere
wird Schmelze dadurch besser gelenkt.
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Wahlweise
wird auch die gegenläufige Verzahnung mit einer anderen
Tiefe gearbeitet. Der Unterschied zwischen der Tiefe linksgängiger
und der Tiefe rechtsgängiger Verzahnung wird vorzugsweise in
Prozenten von der ursprünglichen Verzahnung angegeben.
Bei 0% hat die gegenläufig eingeschnittene Verzahnung die
gleiche Tiefe wie die ursprüngliche Verzahnung. Bei –10%
hat die gegenläufig eingeschnittene Verzahnung eine um
10% geringere Tiefe als die ursprünglich eingeschnittene
Verzahnung. Bei –90% hat die gegenläufig eingeschnittene
Verzahnung eine um 90% geringere Tiefe als die ursprünglich
eingeschnittene Verzahnung. Entsprechendes gilt bei –80%
usw.
-
Vorzugsweise
beträgt die Tiefe der gegenläufig eingeschnittenen
Verzahnung mindestens –10%.
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Bei
+10% hat die gegenläufig eingeschnittene Verzahnung eine
um 10% größere Tiefe als die ursprünglich
eingeschnittene Verzahnung. Bei +20% hat die gegenläufig
eingeschnittene Verzahnung eine um 20% größere
Tiefe als die ursprünglich eingeschnittene Verzahnung.
Entsprechendes gilt für +30 usw.
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Die
Vergrößerung der Verzahnungstiefe findet ihre
Grenze in der notwendigen Festigkeit der stehenden bleibenden Teile
der ursprünglichen Verzahnung. Die notwendige Festigkeit
ist auch von der Belastung der Verzahnung abhängig, die
sich erst aus dem jeweiligen Anwendungsfall ergibt. Die notwendige
Festigkeit kann wahlweise mit einem oder wenigen Versuchen bestimmt
werden.
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Obiges
gilt für Verzahnungsmodule 1 bis 25.
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Vorzugsweise
findet bei der erfindungsgemäßen Verzahnung der
Planetenspindeln eine Evolventenverzahnung sowohl für die
ursprüngliche Verzahnung als auch für die gegenläufige
Verzahnung Anwendung. In Betracht kommt aber auch eine andere Verzahnungsart.
Wahlweise kann auch die Evolventenverzahnung mit einer anderen Verzahnungsart
in Betracht. Dabei kann die herkömmliche Verzahnung eine
Evolventenverzahnung und die gegenläufige andere Verzahnung
eine andere Verzahnung sein oder umgekehrt.
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Wahlweise
können auch erfindungsgemäß verzahnte
Planetenspindeln mit herkömmlich verzahnten Planetenspindeln
kombiniert werden.
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Der
oben beschriebene Feststoffeintrag und Fasereintrag findet an geeigneter
Stelle in der Behandlungsstrecke des Behandlungsgutes im Extruder
statt, z. B. durch einen Seiteneintrag.
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In
der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele des älteren
Vorschlages und der Erfindung dargestellt.
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1 zeigt
einen Extruder mit folgenden Komponenten/Abschnitten: Antrieb 1,
Einzug 2, Planetwalzenabschnitt 3, Austragschnecke 4,
Schmelzepumpe 5, Breitschlitzdüse 6.
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In
den Einzug 2 mündet eine Dosierung mit zwei hintereinander
geschalteten Schleusen. Zu beiden Schleusen gehören zwei
Behälter 8 und 9 und ein zwischengeschalteter
Schieber 10. Von dem Behälter 8 führt
eine Dosierungsleitung in den Einzug 2.
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Der
Behälter 9 wird in nicht dargestellter Form mit
PET-Granulat gefüllt und geschlossen. Anschließend
wird mittels der Pumpe 11 ein Unterdruck an den Behälter 9 angelegt.
Damit wird die eingeschlossene Luft weitgehend abgesaugt. Zugleich
findet eine Erwärmung zur Trocknung des PET-Granulats statt.
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Aus
dem Behälter 9 wird das erwärmte PET-Granulat
bei geöffnetem Schieber 10 in den Behälter 8 aufgegeben.
Im Behälter 8 wird das PET-Granulat weiter erwärmt
und weitere getrocknet. Anschließend wird der Schieber 10 geschlossen
und das PET-Granulat weiter vorgewärmt und in den Einzug 2 eindosiert.
Dabei besteht in der Leitung von dem Behälter 8 zum
Einzug 2 ein Unterdruck, der mittels einer Pumpe 12 erzeugt
wird.
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Das
PET-Granulat gelangt in den Einzug 2 und wird von dort
in lockerer Schüttung in Extrusionsrichtung gefördert.
Die Extrusionsrichtung weist in der Zeichnung von links nach rechts.
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In
dem Einzug 2 findet eine weitere Erwärmung statt.
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Für
die Erwärmung des PET-Granulats ist ein Heiz-Kühlkreis 15 vorgesehen.
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Durch
die Trocknung und durch den Unterdruck im Bereich der Dosierung
und des Einzuges wird die dem PET-Granulat anhaftende oberflächliche
Feuchtigkeit entfernt.
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Das
PET-Granulat gelangt im Ausführungsbeispiel mit einer Temperatur
von 130 Grad Celsius in den nächsten Extruderabschnitt,
nämlich den Planetwalzenextruderabschnitt 3. In
dem Planetwalzenextruderabschnitt 3 wird das PET-Granulat
zwischen den umlaufenden Planetwalzenspindeln, der Zentralspindel
und dem innen verzahnten Extrudergehäuse vielfach geknetet,
so daß sich immer neue Oberflächen bilden, von
denen die eingeschlossene Feuchtigkeit abdampft. Dabei wird die
Temperatur von 130 Grad Celsius im wesentlichen beigehalten. Das
bedingt eine Kühlung, weil beim Kneten die eingebrachte
Verformungsenergie in Wärme umgesetzt wird. Kühlung
erfolgt mittels eines Heiz-Kühlkreises 16.
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In
dem dargestellten Planetwalzenextruderabschnitt finden nach 3 herkömmliche
Planetwalzenspindeln 21 Anwendung. Im Ausführungsbeispiel
sind fünf Planetwalzenspindeln vorgesehen, in anderen Ausführungsbeispielen
mehr Spindeln oder weniger Spindeln.
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Diese
Planetwalzenspindeln 21 bilden mehrgängige Schnecken,
die sich mit gleichbleibender Neigung über die gesamte
Spindellänge erstrecken.
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Die
Schneckengänge sind in der Zeichnung durch schräg
zur Spindellängsachse verlaufende Striche dargestellt.
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Die
Schneckengänge verlaufen im Ausführungsbeispiel
in der Seitenansicht von rechts rechtsgängig, im Uhrzeigersinn.
Die Schnecken besitzen außenseitig eine Verzahnung. Die
korrespondierende spiegelbildliche Verzahnung findet sich an der Zentralspindel
des Planetwalzenextruderabschnittes und dem innen verzahnten umgebenden
Gehäuse, so daß die Planetwalzenspindeln 21 sowohl
mit der Gehäuseverzahnung als auch mit der Zentralspindel kämmen
können.
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4 zeigt
Planetwalzenspindeln 22 eines weiteren Ausführungsbeispiels,
welche einerseits die gleichen Schneckengänge wie die Schnecken/Spindeln
nach 3 besitzen. Andererseits besitzen die Spindeln
zugleich linksgängig verlaufende Nuten, welche die rechtsgängig
verlaufenden Schneckengänge schneiden. Die linksgäng
verlaufenden Nuten sind mit Strichen in der 4 dargestellt,
welche die aus 3 bekannten Schneckengänge
rechtwinklig kreuzen. Das ist mit kreuzenden Strichen dargestellt. Durch
die kreuzenden Nuten werden die Stege zwischen den Schneckengängen,
welche im Querschnitt die Zähne der Verzahnung bilden,
unterbrochen. Die zwischen zwei Unterbrechungen verbleibenden Zähne
bilden einen stachelartigen/noppenartigen Zahn. Die vielen nebeneinander
entstehenden Stachel/Noppen erinnern an das Stachelkleid eines Noppens.
Daraus resultiert die Bezeichnung Noppenverzahnung. Die Unterbrechungen
werden im weiteren als Zahnlücken bezeichnet.
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2 zeigt
weitere Planetenspindeln 23 mit einem Teil 25,
welcher der Verzahnung nach 3 nachgebildet
ist, und mit einem Teil 24, welcher der Verzahnung nach 4 nachgebildet
ist.
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Die
abgedampfte Feuchtigkeit wird durch die Einzugschnecke hindurch
abgezogen, weil die Schüttlage bzw. Bewegungslage des PET-Granulats in
den Schneckengängen ausreichend locker bzw. die Schneckengänge
durch das PET-Granulat auch am Ende der Einzugschnecke nur teilweise
ausgefüllt werden.
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An
der Einzugschnecke vorbei gelangt der Abdampf hauptsächlich
in die zur Pumpe 12 führende Leitung. In der Leitung
wird der Dampf im Kondensator 13 kondensiert und ausgetragen.
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Das
PET-Granulat wird im wesentlichen mit gleichbleibender Temperatur
aus dem Planetwalzenextruderabschnitt 3 in die Austragsschnecke 4 übergeben.
Die Austragsschnecke hat gegenüber herkömmlichen
Austragschnecken im Ausführungsbeispiel nicht die Aufgabe
des Druckaufbaus. Dafür ist die in Extrusionsrichtung nachgeschaltete
Schmelzepumpe 5 vorgesehen.
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Die
Austragschnecke 4 hat die Aufgabe, das PET-Granulat aufzuschmelzen.
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Dazu
wird das PET-Granulat auf 250 bis 260 Grad Celsius erhöht.
Die Erwärmung erfolgt mittels eines Heiz-Kühlkreises 17 und
aufgrund von Verformungsarbeit der Austragschnecke. Die Austragschnecke
ist dabei hinsichtlich ihres Schneckenganges und des Schneckenquerschnittes
so gestaltet, daß sich ein Druck aufbaut, der zusammen
mit der weiteren Verformungsarbeit bei der erreichten Temperatur
eine Plastifizierung des PET-Granulats bewirkt.
-
Der
gesamte Extruder ist mit einer durchlaufenden Stange/Rohr 30 durchsetzt.
Auf dem Rohr 30 sind verschiedene Aufsätze aufgesteckt
und verspannt, so daß im Einzugsbereich 2 eine
Einschnecke entsteht, im Bereich 3 eine Zentralspindel
ensteht und im Bereich 4 wiederum eine Einschnecke entsteht.
Das Rohr 30 ist temperiert. Zur Temperierung dient ein
Heiz- und Kühlkreis 31.
-
Mit
der Schmelzepumpe 5 wird der Druck der aus der Austragschnecke 4 austretenden
Schmelze so weit erhöht, daß sich die Schmelze
gleichmäßig in der Breitschlitzdüse 6 verteilt
und aus der Breitschlitzdüse als dünne Schicht 20 austritt.
Die dünne Schicht wird sofort von gekühlten Kalanderwalzen 7 aufgenommen
und stark abgekühlt und auf ein gewünschtes Dickenmaß gebracht,
so daß eine gewünschte PET-Folie entsteht.
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Zur
Kühlung der Kalanderwalzen 7 ist ein Kühlkreis 18 vorgesehen.
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5 zeigt
die Materialzuführung eines anderen Ausführungsbeispiels.
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Dabei
ist eine Zuführung 37 für PET-Granulat vorgesehen.
-
Die
Zuführung 37 führt in einen trichterförmigen
Aufgabebehälter 31.
-
Der
Aufgabebehälter 31 ist über einem Schleusenbehälter 32 angeordnet.
-
Der
Schleusenbehälter 32 ist über einem weiteren
Schleusenbehälter 33 angeordnet.
-
Von
dem Schleusenbehälter 33 führt eine Austragsschnecke 36 zu
einem Fall 37.
-
Aus
dem Fallrohr 37 gelangt das PET-Granulat in einen Extruder.
-
Zwischen
den beiden Behältern 31 und 32 ist eine
Schleuse/Schieber 34 vorgesehen, zwischen den Behältern 32 und 33 eine
Schleuse/Schieber 35.
-
Alle
Behälter 31, 32, 33 und das
Fallrohr 37 werden beheizt.
-
Alle
Behälter 31, 32, 33 und das
Fallrohr 37 werden evakuiert. Dazu sind Saugleitungen 42, 41, 40, 46 und 45 und
Pumpen 43 und 44 vorgesehen.
-
In
den Saugleitungen 42, 41, 40, 46 und 45 sind
Schieber 38, 39, 40 und 47 vorgesehen.
-
Durch
die Vorwärmung und die Evakuierung über die Saugleitungen
findet eine Vorentgasung des Material statt.
-
Der
Schleusenbetrieb wird über Schalter gesteuert, und zwar
einen Min-Schalter 48 und einen Max-Schalter 49.
Der Min-Schalter 48 gibt Kontakt zum Nachfüllen
des Behälters 33, wenn die Behälterfüllung
eine Mindestfüllung für die Materialaufgabe in den
Extruder erreicht hat. Danach wird die Schleuse/Schieber 34 geschlossen
und die Schleuse/Schieber 35 geöffnet, so daß der
Materialinhalt des Behälters 32 in den Behälter 33 ablaufen
kann. Das Volumen des Behälters 33 ist größer
als das Volumen des Behälters 32 ausgelegt, so
daß keine Überfüllung des Behälters 33 entstehen
kann.
-
Nach
der Entleerung des Behälters 32 wird die Schleuse/Schieber 35 geschlossen
und die Schleuse/Schieber 34 geöffnet, so daß PET-Granulat aus
dem Aufgabebehälter 31 in den Behälter 32 nachströmen
kann. Der Füllvorgang wird durch Schließen der
Schleuse/Schieber 34 beendet, wenn ein ausreichender Füllgrad
erreicht ist und der Max-Schalter 49 Kontakt gibt.
-
Die
Behälter 32 und 33 werden durch die Saugleitungen über
verschiedene Pumpen 43 und 44 evakuiert, wenn
die Schleuse/Schieber 34 geschlossen ist. Bei Öffnung
der Schleuse/Schieber 34 wird durch Betätigung
der Schieber 38 und 39 der Evakuierungsvorgang
unterbrochen.
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Die
Schieber 38, 39, 40 und 47 finden
zur Unterbrechung des Evakuierungsvorganges auch Anwendung, wenn über
nicht dargestellte Klappen eine Reinigung der Behälter
erfolgen soll.
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6 und 8 zeigen
für die Verwendung eines Planetwalzenextruders in der Trocknungsstation
einer PET-Aufbereitungsanlage eine erfindungsgemäße
Planetwalzenspindel 60.
-
Die
Planetwalzenspindel 60 besteht aus zwei Teilen 61 und 62.
Der Teil 61 entspricht einer herkömmlichen Planetwalzenspindel
mit vollem Zahnbesatz. Im Ausführungsbeispiel handelt es
sich um eine Planetwalzenspindel mit einem Teilkreisdurchmesser
von 34 mm, mit einem Außendurchmesser von 42 mm und einem
Durchmesser von 26 mm am Zahnfuß des Zahnbesatzes. Im Ausführungsbeispiel
hat der Teil 61 eine Länge von 200 mm. Die Gesamtlänge
der Planetwalzenspindel 60 beträgt 1000 mm.
-
Dadurch
ergibt sich für den Teil 62 eine Länge
von 800 mm. Der Teil 62 definiert den Bereich erfindungsgemäßer
Ausbildung der Planetwalzenspindel, Teil 61 definiert den
Restbereich. Im Teil 61 hat die Spindel 7 Zähne 64,
die ähnlich wie Gewindegänge, aber mit sehr großer
Steigung an der Planetwalzenspindelaußenseite verlaufen.
Dies ist in der 8 dargestellt.
-
Im
Teil 62 sind 3 Zähne 64 abgefräst
worden. Das ist vor einer Oberflächenhärtung der
Zähne 64 erfolgt. Die Verteilung der verbliebenen
Zähne ist in 7 dargestellt. Dabei liegen
noch zwei Zähne 64 nebeneinander. Zu den übrigen
Zähnen ergibt sich eine Zahnlücke.
-
Im
Ausführungsbeispiel sind von diesen Planetwalzenspindeln
sechs Stück zusammen mit weiteren sechs Planetwalzenspindeln
als Besatz in dem Planetwalzenextruder vorgesehen, der für
die PET-Trocknung vorgesehen ist. Die weiteren Planetwalzenspindeln
besitzen eine Länge von 850 mm bei gleicher Länge
des Restbereiches.
-
9 zeigt
eine Planetwalzenspindel mit einer Normalverzahnung 80 an
einem Ende, dann einen Bereich 81 mit einer Igelverzahnung
und einen Bereich 82 mit einer erfindungsgemäßen
reduzierten Verzahnung.
-
10 zeigt
eine Planetwalzenspindel mit einer Normalverzahnung 85 an
einem Ende, dann einen Bereich 86 mit einer Igelverzahnung,
dann einem Bereich 87 mit einer reduzierten Verzahnung
und wieder eine Normalverzahnung 88 am anderen Spindelende.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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- - DE 69829863 T2 [0144]
- - DE 69801179 T2 [0144]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - http://www.petnology.com/deutsch/zine/material/beitrage/schwarz_ikv/schwarz_ikv.html [0002]