DE102010026535B4

DE102010026535B4 - Planetwalzenextrudermodul mit segmentiertem Gehäuse

Info

Publication number: DE102010026535B4
Application number: DE102010026535.7A
Authority: DE
Inventors: Harald Rust
Original assignee: Entex Rust and Mitschke GmbH
Current assignee: Entex Rust and Mitschke GmbH
Priority date: 2010-07-07
Filing date: 2010-07-07
Publication date: 2022-06-15
Anticipated expiration: 2030-07-08
Also published as: DE202010017571U1; DE102010026535A1

Abstract

Planetwalzenextrudermodul mit einer angetriebenen Zentralspindel, Planetwalzenspindeln und einem umgebenden ortsfesten Gehäuse zur Behandlung eines Einsatzgutes,wobei die Zentralspindel außen verzahnt ist, die Planetwalzenspindeln außen verzahnt sind und das Gehäuse eine Innenverzahnung besitzt,wobei die Verzahnung der Planetwalzenspindeln und die Verzahnung der Zentralspindel miteinander kämmen undwobei die Verzahnung der Planetwalzenspindeln und die Innenverzahnung des Gehäuses miteinander kämmen,so daß die Planetspindeln in dem Gehäuse um die sich drehende Zentralspindel umlaufen und das Einsatzgut zwischen den Zähnen bearbeitet und in Längsrichtung durch den Extruder gefördert wird,wobei die Planetwalzenspindeln an dem in Förderrichtung des Einsatzgutes im Extruder hinteren Ende an einem Anlaufring gleiten,wobei das Gehäuse an beiden Enden mit Flanschen (5,6) versehen ist, um mit anderen Extrudermodulen oder mit dem Extrusionswerkzeug (7) oder mit dem Extruderantrieb verbunden zu werden,wobei das Gehäuse temperiert ist,wobei das Temperierungsmittel durch das Gehäuse geleitet wird und in einem Heizkreis oder in einem Kühlkreis geführt wird,insbesondere mit einem Gehäuse, das als Doppelmanntel ausgebildet ist, dessen Hohlraum zwischen Innenmantel (16) und Außenmantel (15) von dem Temperierungsmittel durchströmt wird, wobei der Innenmantel (16) die Innenverzahnung des Gehäuses bildet dadurch gekennzeichnet,daß das Gehäuse zwischen den Flanschen (5,6) in axialer Richtung aus Stücken zusammen gesetzt ist und mit Zugankern (17, 20) lösbar zusammengehalten ist.

Description

Die Erfindung betrifft Planetwalzenextrudermodule, insbesondere für Überlängen.
Die Planetwalzenextrudermodule (auch Planetwalzenextruderabschnitte genannt) besitzen eine angetriebene Zentralspindel, darum umlaufende Planetwalzenspindeln und ein innen verzahntes, ortsfestes rohrförmiges Gehäuse. Das Gehäuse ist an beiden Enden mit Flanschen versehen.
An den Flanschen werden die Planetwalzenextrudermodule miteinander oder mit anderen Modulen oder mit dem Extrusionswerkzeug oder mit dem Extruderantrieb verbunden.
Die Zentralspindel und die Planetwalzenspindeln besitzen eine Außenverzahnung, das Gehäuse besitzt eine Innenverzahnung. Die Planetspindeln kämmen mit der Zentralspindel und mit der Innenverzahnung des Gehäuses. Üblicherweise findet dabei eine Evolventenverzahnung Anwendung.
Planetwalzenextruder kommen in vielen Anwendungsbereichen vor. Der häufigste Anwendungsbereich sind Kunststoffe. Das Einsatzgut wird zwischen den Zähnen der Zentralspindel, Planetwalzenspindeln und des Gehäuses bearbeitet und zum Austragsende des Extruders gefördert.
Bei verschiedenem Einsatzgut ist die Einhaltung einer bestimmten Bearbeitungstemperatur von Vorteil oder sogar notwendig. Das wird durch eine Temperierung des Gehäuses erreicht. Zum Teil hilft auch eine Temperierung der Zentralspindel. Für die Temperierung ist das Gehäuse üblicherweise mit einem Doppelmantel versehen, der von einem Temperierungsmittel durchströmt wird. Zu dem Doppelmantel gehört bei zeitgemäßen Extrudern eine Hülse/Buchse, die innen und außen verzahnt ist. Die Außenverzahnung bildet Kanäle zur Führung des Temperierungsmittels. Als Temperierungsmittel sind Wasser und Öl meistgebräuchlich. Das Temperierungsmittel führt bei Bedarf Wärme aus dem Extruder ab bzw. dem Extruder bei Bedarf Wärme zu. Das Temperierungsmittel wird in einem Heiz/Kühlkreis geführt, um im einen Fall die mit dem Temperierungsmittel aus dem Extruder ausgetragene Wärme zu entsorgen und um im anderen Fall dem Extruder über das Temperierungsmittel Wärme zuzuführen.
Die Innenverzahnung wirkt in der oben beschrieben Form mit den Planetwalzenspindeln zusammen.
Kunststoffe finden vielfältige Anwendung, 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.
Zur Aufarbeitung von Kunststoffen finden Extruder bevorzugte Anwendung. Mit einem Extruder lassen sich die eingesetzten Stoffe sehr vorteilhaft aufschmelzen, mischen bzw. homogenisieren und dispergieren und auf Austrittstemperatur abkühlen.
Die Austrittstemperatur ist in Abhängigkeit von dem jeweiligen Kunststoff und in Abhängigkeit von der jeweiligen Verfahrensanwendung zum Teil in sehr engen Grenzen einzuhalten.
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.
Im Extruder lassen sich auch sehr schwierige Stoffe miteinander vermischen. Zu den schwierig zu mischenden Stoffen gehören Holz und Kunststoff. Das Holz wird dabei in kleinen Partikeln in den Extruder geführt und dort mit dem Kunststoff umhüllt.
Um die Umhüllung zu bewirken, muß der Kunststoff stark plastifiziert werden. Das geschieht unter entsprechender Erwärmung und unter Druck. Die Wärme wird allerdings von dem Holz nur sehr schlecht weitergegeben. Darüber hinaus ist das Holz stark porenhaltig.
Die Holz-Kunststoffmischung wird auch als Holzsubstitut bezeichnet.
Als Kunststoffe kommen alle extrudierbaren Kunststoffe in Betracht, insbesondere Polyolefine
Der Kunststoff wird herkömmlich als Granulat mit Zuschlägen in den Extruder aufgegeben. Wahlweise beinhalten die Granulate bereits eine Mischung von Kunststoff und Zuschlägen.
Vorteilhafterweise können Extruder aus verschiedenen Elementen bzw. Abschnitten unterschiedlicher Bauart zusammengesetzt werden. Deshalb ist es möglich, für die Plastifizierungszone ein dort günstiges Element in der Bauart eines Einschneckenextruders einzusetzen und dieses Element in anderen Extruderzonen mit anderen Bauarten zu kombinieren, die dort Vorteile haben. So kann in der Einfüllzone ein Einschneckenextruderabschnitt verwendet werden, mit dem sich ein Druckaufbau vorteilhaft darstellen läßt. Für das Mischen und Homogenisieren sind andere Abschnitte besser.
Unter Druck und Temperatur schmilzt der Kunststoff auf. Im weiteren Gang der Einsatzmischung durch den Extruder wird die Mischung homogenisiert. Für die Homogenisierungszone und Dispergierungszone ist es von Vorteil, dort Extruderelemente einzusetzen, die eine große Mischleistung besitzen. Das sind z.B. Elemente mit der Bauart eines Planetwalzenextruders. Dieses Element besitzt zugleich eine hohe Kühlwirkung, mit der sich die Verarbeitungstemperatur sehr genau kontrollieren läßt.
Wenn bei der Extrusion keine Feuchte und keine anderen gasförmigen Bestandteile gewünscht sind, können diese durch Entgasung entfernt werden. Die Entgasung kann unmittelbar nach der Verdampfung stattfinden. Das ist regelmäßig in der Plastifizierungszone der Fall. Dort findet die notwendige Erwärmung statt.
Diese Erwärmung entsteht aus der Verformungsarbeit beim Plastifizieren und gegebenenfalls durch Zuführung von Wärme. Die Zuführung von Wärme kann z.B. über eine Temperierung im Extrudergehäuse erfolgen.
Die Entgasung findet, soweit sie gewünscht ist, spätestens unmittelbar vor der Extrusionsdüse statt.
Die Entgasung setzt voraus, daß der Schmelzdruck reduziert wird.
Bekannt ist auch die Entgasung unter Verwendung von zwei einander nachgeschalteten Extrudern in Tandemanordnung an der Materialübergabe vom ersten Exftruder in den zweiten Extruder.
Die Entgasung kann auch in einem Extruder erfolgen. Die notwendige Druckreduzierung der Schmelze kann mit verschiedenen Maßnahmen erfolgen, z.B. durch Änderung der Ganghöhe der Schnecke im Extruder.
Zur Entgasung kann die Schmelze auch aus dem Extruder abgezogen und über eine Entgasungsvorrichtung geführt und wieder in den Extruder zurückgeführt werden.
Dabei kann die Drucksteuerung durch Zwischenschaltung einer Schmelzepumpe wesentlich erleichtert werden. Das gilt auch für den Druck unmittelbar vor der Extrusionsdüse (Werkzeug). Hier kann der Druck zusätzlich noch durch die Schmelzepumpe vergleichmäßigt werden und so die Qualität des Extrudats verbessert werden.
In dem Extruder erfährt jedes Einsatzmaterial eine Behandlung, die je nach Bedarf länger oder kürzer dauert. Die zeitliche Länge der Behandlung bildet sich auch in der Länge des Extruders ab. Längere Planetwalzenextruder sind deshalb aus einzelnen Abschnitten zusammengesetzt. Üblicherweise sind alle Planetwalzenextruder-Abschnitte(Module) mit einem Gehäuse und umlaufenden Planeten/Planetspindeln und mit einem Anlaufring versehen, der die Planetspindeln/Planetwalzenspindeln in axialer Richtung zwischen den Zähnen der Zentralspindel und der Gehäuseverzahnung hält.
Die meisten Hersteller sind um einen modulartigen Aufbau der
Planetwalzenextruderabschnitte bemüht. Durch die Modulbauweise entsteht eine erhebliche Rationalisierung. Es ist eine Vorratshaltung möglich, weil die Module immer wieder Anwendung finden, indem sie mit anderen Modulen zu einer gewünschten Extruderlänge zusammengebaut werden. Das hat zu der typischen Bauweise geführt, bei der die Gehäuse an jedem Ende mit einem Flansch versehen sind. Ein Modul wird dabei mit seinem Flansch am benachbarten Modul befestigt. Diese Befestigungsmöglichkeit der Module an den an jedem Modulende vorgesehenen Flansch kennzeichnet die zeitgemäßen Module.
Solche Module sind aus der DE 195 18 255 A1 bekannt. Dort ist ein Extruder dargestellt, der aus zwei Abschnitten zusammen gesetzt ist. Jedem Abschnitt ist ein eigenes, rohrförmiges und durchgehendes Gehäuse zugeordnet. In der Gehäusebohrung sitzt eine Buchse, die innen die Verzahnung besitzt, in welche die Planetspindeln im Betriebsfall beim Umlauf um die Zentralspindel greifen. Die Gehäuse sind an den Enden mit Flanschen versehen. An den Flanschen erfolgt eine Verbindung der Gehäuse. Die Planetspindeln eines jeden Abschnittes gleiten beim Umlauf an Anlaufringen, die im Gehäuse gehalten sind. Der Anlaufring umgibt die Zentralspindel mit so viel Abstand, dass ein Spalt besteht, durch den das im Extruderabschnitt angeförderte Extrusionsgut durchströmt.
Die DE 100 48 028 A1 beschreibt einen gleichartigen Extruder mit dem Unterschied, dass der Anlaufring nicht im Gehäuse gehalten ist, sondern auf der Zentralspindel gehalten ist. Der notwendige Spalt für das Extrusionsgut entsteht durch Abstand zu der umgebenden Buchse.
Die Planetwalzenextrudermodule können mit Modulen anderer Bauart kombiniert werden. Module anderer Bauart können zum Beispiel Einschneckenextruderabschnitte sein. Solche Module besitzen eine einzige Schnecke, die in dem Gehäuse des Moduls umläuft. Während die Planetwalzenextrudermodule ein innen verzahntes Gehäuse besitzen, sind die Module mit Einschneckenextruderbauart üblicherweise ohne Innenverzahnung.
Zur Verbindung mit anderen Modulen sind solche Module mit gleichen Flanschen wie die Planetwalzenextrudermodule ausgerüstet.
Beim Aneinandersetzen der Module zu einer gewünschten Extruderlänge entsteht dann eine mehr oder weniger passende Extruderlänge. Dabei kann es durchaus zu Extruderlängen von 10D und zu größeren Längen kommen.
Zumeist kommen Module mit einer Länge von 3,5 bis 6D vor.
Die Angabe D bezieht sich dabei auf den Teilkreisdurchmesser der Innenverzahnung des Gehäuses.
Die Modulbauweise hat sich bewährt. Gleichwohl hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, die Herstellung der Module noch wirtschaftlicher zu gestalten.
Nach der Erfindung wird das dadurch erreicht, daß die Gehäuse der Module zwischen den Flanschen gestückelt sind. Die Vorteile der Gehäusestückelung sind bei den längeren Modulen am Größten. Vorzugsweise ist die Länge der Gehäusestücke 1 bis 2D, noch weiter bevorzugt bei 1,4 bis 1,6D.
Die gewünschten Modulgehäuse lassen sich dann aus kleineren Einheiten zusammensetzen. Es wird eine Vorratshaltung aus kleineren Gehäusestücken lohnend. Das verringert die Lieferzeit bzw. die Lieferbereitschaft. Außerdem ist Stückelung wirtschaftlicher, weil größere Stückzahlen von Gehäusestücken zusammen hergestellt werden können. Das macht den Einsatz von sogenannten Automaten für diese Einheiten lohnend. Ferner erlauben die erfindungsgemäßen Modulgehäuse eine Teilauswechselung im Falle einer Änderung oder im Falle eines Schadens. Das heißt, dann muß nicht das gesamte Gehäuse ausgewechselt werden. Die Auswechselung kann viel schneller und mit geringeren Kosten erfolgen.
Wahlweise kann mit den Gehäusestücken auch Einfluß auf den Extrusionsvorgang genommen werden, indem jedem Gehäusestück ein separater Kühl- oder Heizkreis gegeben wird. Dadurch kann die Temperatur über der Modullänge sehr viel genauer optimiert werden als bei herkömmlichen Gehäusen. Für die Bearbeitung besonders schwierigen Einsatzgutes kann das endscheidenden Einfluß auf die Qualität des Extrudates haben. Die Möglichkeit der weiteren Optimierung der Temperierung im Extrudermodul bei erfindungsgemäßer Stückelung schließt eine herkömmliche Temperierung mit einem einzigen Heiz-/Kühlreis für den gesamten Modul nicht aus.
Die Gehäuse-Stückelung ist gleichbedeutend mit einer quer zur Gehäuselängsachse verlaufenden Trennlinie(Stückelungslinie) zwischen den Gehäuse-Stücken bzw. an den Stoßstellen der Gehäusestücke. Trotz der Trennlinie zwischen den Gehäusestücken entsteht eine ausreichende Gehäusefestigkeit an den Modulen, wenn die Gehäusestücke miteinander verbunden werden. Nach der Erfindung sind Zuganker für die Verbindung der Gehäusestücke vorgesehen. Die Zuganker durchdringen die Außenmäntel der Gehäusestücke und ziehen die Gehäusestücke zusammen. Dabei sind Zentrierungsmittel von Vorteil, um sicherzustellen, daß alle Gehäusebohrungen in den Gehäusestücken miteinander fluchten.
Die Zentrierungsmittel können Stifte oder Vorsprünge sein, welche in Vertiefungen der korrepondierenden Gehäusestücke greifen. Die Zuganker können auch selbst die Zentrierungsmittel bilden.
Wahlweise gibt es bei der erfindungsgemäßen Stückelung Endstücke mit Flanschen für die verschiedenen Module. Zwischen den Flanschen sind gleiche oder verschiedene Gehäusestücke vorgesehen. Bei gleicher Ausbildung ergibt das immer noch eine wesentliche Redzuierung des Aufwandes für die Herstellung und die Vorratshaltung. Die Herstellung und Vorratshaltung kann noch wirtschaftlicher gestaltet werden, indem alle Gehäusestücke einschließlich der Endstücke gleich ausgebildet werden und die Flansche als separate Bauteile den Gehäusestücken angepaßt sind. Das heißt, in einem Fall sind die Flansche fest mit dem Außenmantel des zugehörigen Gehäuse-Endstückes verbunden oder mit dem Außenmantel einstückig. Im anderen Fall sind die separaten Flansche lösbar mit dem Außenmantel des zugehörigen Gehäuse-Endstückes verbunden.
Die separaten Flansche bilden dann Kopfstücke an den Enden der Modulgehäuse. Wahlweise berühren die separaten Flansche die Gehäusestücke unmittelbar oder mittelbar über Zwischenstücke. Das heißt, entweder bilden die separaten Flansche Zugplatten, zwischen denen die Gehäusestücke durch die Anker gehalten/eingespannt werden. Oder die Zwischenstücke bilden die Zugplatten, zwischen denen die Gehäusestücke mittels der Anker gehalten werden. In der letztgenannten Alternative werden die separaten Flansche an den Zwischenstücken befestigt, vorzugsweise durch Schrauben.
Die Zuganker werden vorzugsweise bei Raumtemperatur gespannt.
Durch die Erwärmung des Extruders und die damit verbundene Ausdehnung der Gehäusestücke erfahren die Zuganker eine darüber hinausgehende Spannung. Die Spannung ist so groß gewählt, daß die im Extruder vorkommenden Belastungen des Gehäuse nicht zu einer Verschiebung der Gehäusestücke in Umfangsrichtung und auch nicht zu einer Spaltbildung zwischen den Gehäusestücken führen.
Wahlweise kann die notwendige Vorspannung des Gehäuses nach Erwärmung des Gehäuses auf Betriebstemperatur durch Anlegen einer maximal vorkommenden Gehäusebelastung geprüft werden. Bei Abkühlung des Extruders ergibt läßt sich dann die an den Ankern verbleibende Vorspannung mit einem Drehmomentenschlüssel abnehmen/ablesen. Die abgelesenen Spannungswerte können dann bei weiteren Modulen bei Raumtemperatur mit dem Drehmomentenschlüssel eingestellt werden, ohne daß es noch auf eine Erprobung bei Betriebstemperatur ankommt.
Die Zuganker bestehen Vorzugsweise aus einem Sonderstahl mit einer Festigkeit größer/gleich der Festigkeit von Stahl mit der Normbezeichnung St 52.
Außerdem sind die Zuganker vorzugsweise am einen Ende mit einem Senkkopf und am anderen Ende mit einem Gewindekopf versehen. Der Gewindekopf besitzt vorzugsweise einen größeren Durchmesser als der Zuganker zwischen beiden Köpfen. Mit dem größeren Gewindedurchmesser wird die Kerbwirkung des Gewindes ausgeglichen. Ausgleich heißt dabei, daß die Kerbwirkung von der höheren Festigkeit des größeren Gewindedurchmesser ausgeglichen wird.
Wahlweise beschränkt sich die Gehäusestückelung auf den äußeren Gehäusemantel.
Dann wird der gestückelte Gehäusemantel mit einer einstückigen Buchse/Hülse kombiniert, die sich wie herkömmliche Buchsen/Hülsen durch das Gehäuse erstreckt.
Vorzugsweise besteht die Buchse/Hülse aus mindestens zwei Stücken.
Noch weiter bevorzugt besteht die Buchse/Hülse aus Stücken, welche den Gehäusestück-Längen angepaßt sind. Ziel ist dann vorzugsweise, das Gehäusestück bei Bedarf mitsamt dem zugehörigen Buchsenstück/Hülsenstück auszuwechseln.
In der Situation eines Gehäusestückes mit zugehörigem Buchsestück/Hülsenstück kann das Buchsenstück/Hülsestück ganz oder teilweise das Zentrierungsmittel bilden. Dabei kann das Buchsenstück/Hülsenstück gegenüber dem Gehäusestück vorragen oder zurückliegen. Dadurch entstehen kombinierte Gehäusestücke/Buchsenstücke/Hülsenstücke, bei denen stirnflächig eine Nut oder eine kragenförmige Feder entsteht. Günstig ist, wenn die kombinierten Gehäusestück/Buchsenstück/Hülsenstück an einem Ende eine Nut bilden und am anderen Ende eine kragenförmige Feder entsteht, so daß die Feder des einen kombinierten Gehäusestückes in die Nut des korrespondierenden kombinierten Gehäusestückes greifen kann. Die Gehäusestücke zentrieren sich dann aneinander.
Wie oben erläutert, finden sich noch andere Nuten am Extruder. Es handelt sich um die Nuten, welche außenseitig an den Buchsen/Hülsen vorgesehen sind, um mit dem umgebenden Gehäuse Kanäle zu bilden, durch die ein Temperierungsmittel strömt.
Dabei stören diese anderen Nuten nicht, welche außenseitig auf der Buchse/Hülse vorgesehen sind. Vorzugsweise verlaufen die Kanäle gewindeartig an der Außenseite der Buchse/Hülse, während die korrespondierende Gehäusebohrung glatt ausgebildet ist. Dadurch finden die Gehäusestücke an der Buchse/Hülse ausreichende Stützfläche für eine gewünschte Zentrierungswirkung. Das gilt sowohl für Buchsen/Hülsen, die aus einem Stück bestehen, als auch für Buchsen/Hülsen, die aus mehreren Stücken zusammengesetzt sind.
Für die oben erläuterte weitere Optimierung der Temperaturführung ist vorzugsweise für jedes Gehäusestück ein angepaßtes Buchsenstück/Hülsenstück vorgesehen, dessen Kanäle/Nuten in axialer Richtung in ausreichendem Abstand vor jedem Ende des Gehäusestückes und vor jedem Ende des zugehörigen Buchsenstückes/Hülsenstückes endet. Dadurch verbleibt an jedem Buchsenstückende/Hülsenstückende ein Rand, der von dem zugehörigen Ende des umgebenden Gehäusestückes dichtend umschlossen werden kann.
Üblicherweise ist der Sitz des Gehäusestückes auf dem zugehörigen
Buchsenstück/Hülsenstück ein Preßsitz. Der Preßsitz wird erreicht, indem das Buchsenstück/Hülsenstück am Außenmantel mit Übermaß gegenüber der Innenbohrung des zugehörigen Gehäusestückes gefertigt wird. Das Übermaß ist zugleich so gering gehalten, daß sich das Gehäusestück nach eine Erwärmung und entsprechender Ausdehnung mehr oder weniger leicht über sein auf Raumtemperatur oder noch darunter befindliches Buchsenstück/Hülsenstück schieben läßt. Nach der Abkühlung umschließt das Gehäusestück sein Buchsenstück/Hülsenstück fest. Eine anschließende erneute Erwärmung des Gehäusestückes führt nicht zu einem Lösen des Preßsitzes, weil das zugehörige Buchsenstück/Hülsenstück sich dann miterwärmt und mitausdehnt.
Der Preßsitz ist im übrigen so gewählt, daß das Buchstück/Hülsenstücke sich im Falle einer gewünschten Auswechselung wieder aus dem zugehörigen Gehäusestück ohne dessen Beschädigung herauspressen läßt. Vorzugsweise erfolgt das Herauspressen mit einer hydraulischen Presse, deren Druck sich leicht einstellen läßt.
Die Erfindung hat erkannt, daß der Verschleiß in einem üblichen Planetwalzenextrudermodul schwerpunktmäßig auf dem ersten Moduldrittel eintritt. Mit erstem Moduldrittel ist das Extruder-Drittel bezeichnet, welches von dem Einsatzgut bei seinem Weg durch den Extruder zuerst berührt wird. Es ist deshalb von Vorteil, wenn die Länge des zum ersten Moduldrittels gehörigen Gehäusestückes in etwa gleich der Länge der größten Verschleißstrecke ist. Etwa heißt dabei plus/minus 20% von der Drittellänge des Moduls, vorzugsweise plus/minus 10%von der Drittellänge des Moduls, noch weiter bevorzugt plus/minus 5% von der Drittellänge des Moduls.
Wie eingangs erläutert, kämmen Planetspindeln mit der Innenverzahnung des Gehäuses.
Bei erfindungsgemäßer Stückelung der die Innenverzahnung bildenden Buchsen/Hülsen kämmen die Planetspindeln mit den Buchsenstücken/Gehäusestücken. Dabei werden die Planetspindeln durch Anlaufring in axialer Richtung in ihrer Umlaufbahn um die Zentralspindel gehalten. Das heißt, die Anlaufringe nehmen den axialen Druck der Planetspindeln auf. Die Planetspindeln gleiten dabei an den Anlaufringen.
Vorzugsweise befindet sich ein Anlaufring an dem hinteren Modulende. Das hintere Modulende ist das Modulende, durch das die in einem Modul bearbeitete Schmelze aus dem Modul wieder austritt.
Wahlweise kommen auch überlange Planetspindeln zum Einsatz. Überlange Planetspindeln sind Spindeln, die sich über mehr als einen Planetwalzenextrudermodul erstrecken. Bei überlangen Planetspindeln ergibt sich eine reduzierte Zahl von Anlaufringen. Zugleich ist es von Vorteil zwischen den Planetwalzenextrudermodulen, in denen die überlangen Planetspindeln angeordnet sind, Zwischenring anzuordnet, welche mit einer gleichen Innenverzahnung wie die Gehäusestücke versehen sind, so daß die Innenverzahnung sich auch zwischen den Planetwalzenextrudermodulen in den Zwischenringen fortsetzt. Um dabei auch gleiche Temperaturbedingungen wie an den Innenverzahnungen der Planetwalzenextrudermodulen zu erzeugen, ist es von Vorteil, auch die Zwischenringe zu temperieren. Das kann mit einem eigenen Heiz-/Kühlkreis oder mit dem Heiz-/Kühlkreis eines angrenzenden Planetwalzenextrudermoduls erfolgen.
Wahlweise kommen auch Planetspindeln in Betracht, die aus Stücken zusammengesetzt sind. Dabei kann es sich um Stücke handeln, die miteinander verbunden sind, zum Beispiel durch einen Anker. Die Anker können der gestückelten Planetspindel das gleiche Verhalten wie einer ungestückelten Planetspindel geben. Die Anker können auch erlauben, sich gegeneinander zu verdrehen wie das bei lose hintereinander angeordneten Planetspindelstücken möglich ist. Die Planetspindelstücke werden dabei im wesentlichen durch die Zähne der Gehäuseinnenverzahnung und der Zentralspindelaußenverzahnung gehalten.
Oder es kann sich um Stücke handeln, die lose hintereinander angeordnet sind und allein durch die Zähne der Gehäuseinnenverzahnung und der Zentralspindelaußenverzahnung gehalten sind. Wegen weiterer Einzelheiten der gestückelten Planetspindeln wird Bezug genommen auf die DE 10 2009 009 775 A1 .
Im Falle der Stückelung der Planetenspindeln ergeben sich bei teilweisem Auswechseln der Gehäusestücke bzw. Buchsenstücke/Hülsenstücke Vorteile, wenn damit auch ein Auswechseln der Planetspindeln zweckmäßig ist und es dann ausreicht, die korrespondierenden Planetspindelstücke auszuwechseln. Dazu besitzt ein Planetspindelstück vorzugsweise etwa die gleiche Länge wie das korrespondierende Buchsenstück/Hülsenstück des Gehäuses. Etwa heißt dabei plus/minus 20% von der korrespondierenden Buchsenstücklänge/Hülsenstücklänge, vorzugsweise plus/minus 10% von der korrespondierenden Buchsenstücklänge/Hiilsenstücklänge, noch weiter bevorzugt plus/minus 5% von der korrespondierenden Buchsenstücklänge/Hülsenstücklänge.
Nach der Erfindung ist es von Vorteil, wenn eine Auswechselung von Gehäusestücken bzw. Buchsenstücken/Hülsenstücken auch eine Auswechselung korrespondierender Teile an der Zentralspindel zur Folge hat.
Üblicherweise haben alle Module eines oben beschriebenen Extruders eine gemeinsame Zentralspindel. Üblich ist zugleich die Kombination mit der Einschnecke eines Moduls mit Einschneckenbauart. Das heißt, bei einer Kombination von Planetwalzenextrudermodulen mit einem Einschneckenextrudermodul kann die Zentralspindel sich bis in den Einschneckenextrudermodul erstrecken und dort die Schnecke bilden.
In einer solchen Kombination hat der Einschneckenextruder zumeist die Funktion eines Füllteiles, indem das Einsatzgut zu einem wesentlichen Teil in den
Einschneckenextrudermodul aufgegeben wird und dort eine Verdichtung und Aufschmelzung erfährt.
Es ist bekannt, eine Zentralspindel aus Hülsen zusammenzusetzen und die Hülsen mit einem Anker miteinander zur Zentralspindel zu verbinden. Die Hülsen werden dabei gegeneinander verspannt. Die Hülsen sind dann außen mit der notwendigen Verzahnung versehen, um mit den Planetspindeln kämmen zu können. Die hohle Ausbildung der Zentralspindel erlaubt darüber hinaus eine Temperierung der Zentralspindel, indem Temperierungsmittel durch die Zentralspindel geleitet wird, um dort nach Bedarf Wärme abzuführen oder zuzuführen.
Vorzugsweise sind auch bei erfindungsgemäßer Gehäuseausbildung Zentralspindeln mit Hülsen vorgesehen. Es ist dabei günstig, die Hülsen so zu bemessen und so anzuordnen, daß jede Hülse mit einem bestimmten Gehäusestück bzw mit einem bestimmten Buchsenstück/Hülsenstück am Gehäuse korrespondiert. Dabei ist es günstig, wenn die Länge eines Hülsenstückes der Zentralspindel in etwa gleich der Länge eines korrespondierenden Gehäusestückes bzw. Buchsenstückes/Hülsenstückes am Gehäuse ist. In etwa heißt plus/minus 20% von der korrespondierenden Buchsenstücklänge/Hülsenstücklange am Gehäuse, vorzugsweise plus/minus 10% von der korrespondierenden Buchsenstückläng/Hülsenstücklänge am Gehäuse, noch weiter bevorzugt 5% von der korrespondierenden Buchsenstücklänge/Hülsenstücklänge am Gehäuse.
Die Hülsen können aus Stangenmaterial bzw. aus Rohrmaterial hergestellt werden, so daß die jeweils notwendige Länge einer Hülse durch Ablängen von einer Vorratsstange/Vorratsrohr erreicht werden kann. Dies schließt auch einen Stangenvorrat ein, der mit einer innen verzahnten oder innen genuteten Bohrung versehen ist. Die Hülsenstücke der Zentralspindel können unmittelbar oder mittelbar über ein Zwischenstück auf dem Anker sitzen. Der Anker zieht die Hülsen zwar zusammen. Das Drehmoment wird jedoch durch eine Vielzahl herkömmlicher, gleichmäßig am Umfang verteilter Keile/Federn von dem Anker auf die Hülsen übertragen. Vorzugsweise sind neuartige Keile/Federn aus Rundmaterial vorgesehen. Die Ausnehmungen für das Rundmaterial sind in Anpassung an das Rundmaterial rund, so daß hohe Kerbspannungen wie bei herkömmlich eckigen Keilen und Federn vermieden werden.
Vorzugsweise ist die Zahl der Keile und Federn aus Rundmaterial 2 bis 6, noch weiter bevorzugt 3 bis 5.
Vorzugsweise ist ein rohrförmiger Anker(Rohranker) vorgesehen, der die Zuführung eines Temperierungsmittels durch den Innenraum erlaubt. Zusätzlich ist dann in dem Innenraum des Rohrankers ein Ablaufrohr vorgesehen, durch das das Temperierungsmittel nach Aufnahme von Wärme oder nach Abgabe von Wärme abgeleitet wird, um im Kühl-/Heizkreislauf wieder aufbereitet wird. Dabei wird in der Kühlfunktion die Wärme aus dem Kühlkreislauf abgezogen und in der Heizfunktion Wärme in den Heizkreislauf eingetragen.
Das Ablaufrohr ist dabei vorzugsweise mittig angeordnet.
Wahlweise werden die Hülsen aus Vollmaterial hergestellt oder aus nahtlosen Ausgangsrohren hergestellt. Dabei kann die Außenverzahnung auf den Hülsen in herkömmlicher Weise hergestellt werden. Die innenseitige Bohrung kann in herkömmlicher Weise vorgebohrt werden. Die Nuten können in herkömmlicher Weise vorgefräst oder mit sogenannten Ziehwerkzeugen gezogen werden. Für die abschließende Bearbeitung erfolgt vorzugsweise durch Funkenerosion. Gegebenenfalls kann die vorausgehende grobe herkömmliche Bearbeitung entfallen und sofort mit einer Funkenerosion gearbeitet werden.
Bei der Funkenerosion wird vorzugsweise eine Elektrode in die Bohrung eingebracht, die zumindest teilweise der gewünschten Verzahnung nachgebildet ist. Zugleich wird an das Werkstück und an die Elektrode eine Spannung gelegt und durch eine umgebendes Flüssigkeitsbad ein Stromfluß ermöglicht. Die Spannung ist so angelegt, daß der Strom vom Werkstück zur Elektrode fließt. Von dem Strom wird die Oberfläche des Werkstückes abgetragen. Der Abtrag erfolgt durch die Erosion kleinster Partikel. In Abhängigkeit von der Spannung und anderen Betriebsbedingungen ist die Erosion so stark, daß in angemessener Zeit eine gewünschte Bearbeitung der Werkstückoberfläche stattfindet. Der Abstand der Werkstückoberfläche von der Elektrodenoberfläche bestimmt das Maß des Abtrages. Die Elektrode wird dabei auf einer Bahn bewegt, die dem Verlauf der Zähne (Gänge) der Innenverzahnung entspricht. Wegen der Einzelheiten der Funkenerosion wird auf die DE 44 36 803 C2 Bezug genommen.
Weitere Vorteile können sich einstellen, wenn die gemeinsame Zentralspindel für die Planetwalzenextrudermodule und für das Füllteil, welches als Einschneckenextrudermodul ausgebildet ist, eine Schnecke besitzt, die mit dem Rohranker verbunden wird. Als Verbindung ist wahlweise eine Vielkeilwelle an dem Rohranker vorgesehen, die in eine angepaßte, entsprechend genutete Bohrung der Schnecke geschoben wird.
In einer anderen Variante ist eine ungenutete, aber mit Innengewinde versehene Aufnahmebohrung für den Rohranker in der Einschnecke vorgesehen. Das einschneckenseitige Ende des Rohrankers trägt ein passendes Außengewinde für das Innengewinde in der Schnecke. Dadurch kann die Verbindung zwischen Einschnecke und Zentralspindel durch eine Verschraubung erfolgen. Wegen der Einzelheiten solcher Verschraubung wird auf die DE 10 2007 050 466 A1 und DE 10 2007 041 486 A1 Bezug genommen.
In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

1 zeigt eine Extrusionsanlage mit einem Planetwalzenextrudermodul 4 und einem Einschneckenmodul 2 als Füllteil. Das Füllteil besitzt eine Einfüllöffnung. Im Betrieb wird Kunststoffgranulat mit Zuschlägen in das Füllteil eintragen, dort plastifiziert und an den Planetwalzenextrudermodul 4 weitergegeben. Der Planetwalzenextrudermodul besitzt zwei Flansche 5 und 6, und zwar an jedem Ende einen Flansch. Mit dem Flansch 5 wird die Verbindung zum Füllteil und Einschneckenmodul 2 hergestellt. Am Flansch 6 ist das Düsenwerkzeug 7 befestigt.
Der Planetwalzenextrudermodul besteht aus drei Gehäusestücken S1, S2 und S3. 2 zeigt das Gehäusestück S2 in einer Einzelansicht und einem Schnitt. Das Gehäuseteil S2 besitzt einen Doppelmantel. Der Außenmantel ist mit 15 bezeichnet. Der Innenmantel 16 bildet für den Bereich des Gehäusestücke S2 die Innenverzahnung in dem Planetwalzenextrudermodul 4. Die Innenverzahnung kämmt in nicht dargestellter Weise mit Planetspindeln, welche ihrerseits mit einer Zentralspindel kämmen.

Außenseitig ist der Innenmantel 16 mit Nuten versehen, welche in der dargestellten Stellung im Außenmantel oben von dem Außenmantel verschlossen werden und Kanäle für die Durchleitung von Wasser als Temperierungsmittel bilden. Zu der Temperierung des Gehäusestückes S2 wie auch zur Temperierung der anderen Gehäusestücke gehört noch ein nicht dargestellter Heiz-/Kühlkreis mit Leitungen, Pumpen und Wärmetauscher (Kühler und Heizeinrichtung), in dem das Wasser in Umlauf gehalten wird und mit dem Wasser nach Bedarf Wärme aus dem betreffenden Gehäusestück ausgetragen werden kann oder Wärme in das betreffende Gehäusestück eingetragen. werden kann. Dabei kann das Wasser unter erheblichem Druck gehalten werden, so daß auch bei Temperaturen von weit mehr als 100 Grad Celsius im Gehäusestück Wärme abgeführt oder Wärme zugeführt werden kann, ohne daß es zu wesentlichen Störungen durch Dampfbildung kommt.
In 2 besitzen der Außenmantel 15 und der Innenmantel 16 gleiche Länge, jedoch sind beide Mäntel in axialer Richtung zueinander versetzt angeordnet, so daß der Innenmantel 16 an einem Ende vorragt und am anderen Ende zurücksteht. Die korrespondierenden Enden der Gehäusestücke S1 und S3 sind dem angepaßt. Infolgedessen greifen die verschiedenen Gehäusestücke S1, S2 und S3 an ihren Stoßstellen zentrierend ineinander.
Im übrigen sind die Gehäusestücke S1, S2 und S3 durch Zuganker 17 miteinander verspannt.
3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel mit einem Gehäuse für einen Planetwalzenextrudermodul, welches sich von dem Gehäuse nach 1 dadurch unterscheidet, daß anstelle des Flansches 6 eine Zugplatte 20 vorgesehen ist. Die Zugplatte 20 dient der Verspannung der Gehäusestücke. Die Zuganker wirken dabei mit Schraubenmuttern 21 zusammen. Außerdem ist die Zugplatte 20 mit Gewindebohrungen versehen, welche den Anschluß eines Düsenwerkzeuges oder eines Flansches erlauben.
4 zeigt eine Zentralspindel für die Extrusionsanlage nach 1. Dabei besteht die Zentralspindel aus drei außen verzahnten Hülsen 31, 32 und 33, die mit einem Zuganker verspannt sind. Außerdem sind die Hülsen 31, 32, 33 durch Nut und Feder mit dem Zuganker verbunden. Mit Nut und Feder wird das Drehmoment des Ankers auf die Hülsen übertragen. Die Hülsen wirken dann auf die Planetspindeln.
Die Zentralspindel ist temperiert. 1 zeigt einen Teil 8 der Temperierung. 4 zeigt außerdem, daß die Zentralspindel sich in einer Einzugschnecke 25 eines als Füllteil dienenden Einschneckenextrudermoduls fortsetzt.
5 zeigt den zur Zentralspindel gehörenden Anker im Ausschnitt 26 und mit vier gleichmäßig am Umfang verteilten Federn 27. Außerdem zeigt 5 einen Zapfen 28 an der Zentralspindel. Der Zapfen 28 greift in eine entsprechende Öffnung des Einzugschnecke 25.

Claims

Planetwalzenextrudermodul mit einer angetriebenen Zentralspindel, Planetwalzenspindeln und einem umgebenden ortsfesten Gehäuse zur Behandlung eines Einsatzgutes, wobei die Zentralspindel außen verzahnt ist, die Planetwalzenspindeln außen verzahnt sind und das Gehäuse eine Innenverzahnung besitzt, wobei die Verzahnung der Planetwalzenspindeln und die Verzahnung der Zentralspindel miteinander kämmen und wobei die Verzahnung der Planetwalzenspindeln und die Innenverzahnung des Gehäuses miteinander kämmen, so daß die Planetspindeln in dem Gehäuse um die sich drehende Zentralspindel umlaufen und das Einsatzgut zwischen den Zähnen bearbeitet und in Längsrichtung durch den Extruder gefördert wird, wobei die Planetwalzenspindeln an dem in Förderrichtung des Einsatzgutes im Extruder hinteren Ende an einem Anlaufring gleiten, wobei das Gehäuse an beiden Enden mit Flanschen (5,6) versehen ist, um mit anderen Extrudermodulen oder mit dem Extrusionswerkzeug (7) oder mit dem Extruderantrieb verbunden zu werden, wobei das Gehäuse temperiert ist, wobei das Temperierungsmittel durch das Gehäuse geleitet wird und in einem Heizkreis oder in einem Kühlkreis geführt wird, insbesondere mit einem Gehäuse, das als Doppelmanntel ausgebildet ist, dessen Hohlraum zwischen Innenmantel (16) und Außenmantel (15) von dem Temperierungsmittel durchströmt wird, wobei der Innenmantel (16) die Innenverzahnung des Gehäuses bildet dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse zwischen den Flanschen (5,6) in axialer Richtung aus Stücken zusammen gesetzt ist und mit Zugankern (17, 20) lösbar zusammengehalten ist.
Planetwalzenextrudermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäusestücke in axialer Richtung eine Länge von 1 bis 2D besitzen, vorzugsweise eine Länge von 1,4 bis 1,6D besitzen, wobei D der Teilkreisdurchmesser der Innenverzahnung des Gehäuses ist.
Planetwalzenextrudermodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Gehäusestück mit einem eigenen Heiz-/Kühlkreis versehen ist.
Planetwalzenextruder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zu jedem Gehäusestück ein Buchsenstück oder Hülsenstück gehört, dessen Länge in axialer Richtung gleich der Länge des Gehäusestückes plus/minus 20% von der Gehäusestücklänge, vorzugsweise plus/minus 10% von der Gehäusestücklänge und noch weiter bevorzugt plus/minus 5% von der der Gehäusestücklänge ist.
Planetwalzenextrudermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch zwei Gehäuse-Endstücke mit jeweils einem Flansch (5,6), der zumindest mit dem Außenmantel (15) fest verbunden ist oder einstückig ist, für die Verbindung des Planetwalzenextrudermoduls (4) mit anderen Modulen oder mit dem Düsenwerkzeug (7) oder dem Extruderantrieb oder Gehäuse-Endstücke, an denen ein lösbarer Flansch (5,6) unmittelbar oder über ein Zwischenstück befestigt ist.
Planetwalzenextrudermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Zentrierung der Gehäusestücke, vorzugsweise mit a)einer Zentrierung der Gehäusestücke ineinander b)oder einer Zentrierung der Gehäusestücke mit Zentrierstiften c)oder einer Zentrierung der Gehäusestücke mittels der Zuganker (17,20).
Planetwalzenextrudennodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchsenstücke oder Hülsenstücke (31,32,33) mit einem lösbaren Preßsitz in den Gehäusestücken sitzen.
Planetwalzenextrudermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Kombination mit Planetspindeln a)die sich über die gesamte Länge des Moduls plus/minus 20% von der Modullänge, vorzugsweise plus/minus 10% von der Modullänge, noch weiter bevorzugt plus/minus 5% von der Modullänge erstrecken, oder b)die eine Überlänge für die Anwendung in mindestens zwei, in Strömungsrichtung der Schmelze hintereinander angeordneten Planetwalzenextrudermodulen aufweisen, oder c)gestückelt sind
Planetwalzenextrudermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine Zentralspindel, deren Außenverzahnung durch mehrere Hülsenstücke (31,32,33) gebildet wird, welche durch einen Zuganker (17/20) lösbar zusammen gehalten sind, wobei insbesondere jedem Gehäusestück ein Hülsenstück der Zentralspindel zugeordnet ist, deren Länge gleich der axialen Länge des Gehäusestückes plus/minus 20% der Länge des Gehäusestückes, vorzugsweise plus/minus 10% der Länge des Gehäusestückes, noch weiter bevorzugt plus/minus 5% der Länge des Gehäusestückes ist, insbesondere mit einer zusätzlichen Nut- und Federverbindung zwischen dem Zuganker (17,20) und den Hülsenstücken.
Planetwalzenextrudermodul nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch die Kombination von mindestens zwei, in Strömungsrichtung der Schmelze hintereinander angeordneten Planetwalzenextrudermodulen (4) und einer gemeinsamen Zentralspindel für die Planetwalzenextrudermodule(4), wobei die Außenverzahnung der gemeinsamen Zentralspindel durch mehrere Hülsenstücke (31,32,33) gebildet wird, die durch einen Zuganker (17,20) zusammengehalten sind.
Planetwalzenextudermodul nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch eine Kombination mit einem als Einschneckenextrudermodul (2) ausgebildeten Füllteil und einer Zentralspindel für einen oder mehrere Planetwalzenextrudermodule (4), wobei sich die Zentralspindel in der Schnecke (25) des Füllteils fortsetzt, vorzugsweise mit einer Zentralspindel und einer Schnecke (25), wobei a)der Zuganker (17,20) und die Einschnecke (25) einstückig sind oder b)eine Verbindung zwischen der Schnecke (25) und der Zentralspindel, vorzugsweise eine Schraubverbindung oder eine Verbindung mit einer Vielkeilwelle vorgesehen ist.
Planetwalzenextrudermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch eine Auswechselbarkeit der Hülsenstücke (31,32,33) im ersten Drittel der Planetwalzenextrudermodule (4).