DE102017005998A1 - Chemical process control for flowable feedstock in a planetary roller extruder - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Planetwalzenextruders/Planetwalzenextruderabschnitts/Moduls zur Durchführung chemischer Prozesse.The invention relates to the use of a planetary roller extruder / planetary roller extruder section / module for carrying out chemical processes.
Description
Chemische Reaktionen kommen vor zwischen
- -chemischen Verbindungen
- -chemischen Elementen
- -chemischen Verbindungen und Elementen
- chemical compounds
- chemical elements
- chemical compounds and elements
Bei den chemischen Reaktionen kann Energie aufgenommen werden oder Energie frei gesetzt werden. Bei den chemischen Reaktionen kommt es darauf an, alle für die Reaktion bestimmten Verbindungen und Elemente in die Reaktion zu führen. Dabei ist zumeist von Vorteil, wenn der Reaktionsraum unter Druck steht und eine der Reaktion förderliche Temperatur eingehalten wird.In the chemical reactions, energy can be absorbed or energy released. In the case of chemical reactions, it is important to bring all the compounds and elements intended for the reaction into the reaction. It is usually advantageous if the reaction space is under pressure and a reaction-promoting temperature is maintained.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, einen für die Reaktion günstigen Reaktionsraum zu schaffen. Dabei hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt einen Planetwalzenextruder als Reaktionsraum einzusetzen. Nach der Erfindung wird das mit Planetwalzenextrudern oder Planetwalzenextruderabschnitten oder Planetwalzenextrudermodulen mit folgenden Eigenschaften erreicht:
- -eine Widerstandsfähigkeit gegen die Reaktionspartner
- -eine ausreichende Verweilzeit der Reaktionspartner im Extruder
- -eine genaue Temperierung der Reaktionspartner im Extruder
- -eine schonende Behandlung der entstehenden Verbindungen.
- a resistance to the reactants
- -A sufficient residence time of the reactants in the extruder
- -a precise temperature control of the reactants in the extruder
- a gentle treatment of the resulting compounds.
Bei den Extrudern werden folgende Hauptgruppen unterschieden:
Einschneckenextruder, Doppelschneckenextruder, Planetwalzenextruder.The extruders are divided into the following main groups:
Single-screw extruder, twin-screw extruder, planetary roller extruder.
Einschneckenextruder bestehen aus einer umlaufenden Schnecke und einem umgebenden Gehäuse. Mit Einschnecken läßt sich ein hoher Druckaufbau und eine große Förderwirkung erzielen. Jedoch ist die Homogenisierung und Dispergierung im Einschneckenextruder schwach. Gleichwohl sind Einschneckenextruder immer noch die meistbenutzten Extruder.Single-screw extruders consist of a rotating screw and a surrounding housing. With single screw can achieve a high pressure build-up and a large conveying effect. However, homogenization and dispersion in the single-screw extruder is weak. However, single screw extruders are still the most widely used extruders.
Doppelschneckenextruder bestehen aus zwei parallel zueinander und miteinander kämmenden Schnecken und einem umgebenden Gehäuse. Mit Doppelschnecken läßt sich gleichfalls ein hoher Druckaufbau und eine hohe Förderwirkung erzielen. Die Mischwirkung des Doppelschneckenextruders ist um vieles größer als bei einem Einschneckenextruder, Jedoch erfahren Polymere aufgrund der mechanischen Belastung im Doppelschneckenextruder eine mehr oder weniger große mechanische Belastung.Twin-screw extruders consist of two parallel and intermeshing screws and a surrounding housing. With twin screws can also achieve a high pressure build-up and a high conveying effect. The mixing effect of the twin-screw extruder is much greater than with a single-screw extruder. However, due to the mechanical stress in the twin-screw extruder, polymers experience a greater or lesser mechanical load.
Planetschneckenextruder bestehen aus mehr Teilen, nämlich einer umlaufenden Zentralspindel, einem die Zentralspindel im Abstand umgebenden Gehäuse mit einer Innenverzahnung und Planetspindeln, welche in dem Hohlraum zwischen Zentralspindel und innen verzahntem Gehäuse wie Planeten um die Zentralspindel umlaufen. Die übliche Verzahnung von Planetwalzenextrudern ist die Evolventenverzahnung. Soweit im weiteren Abmessungen von Verzahnungen angesprochen sind, so beziehen sich die Angaben auf eine Evolventenverzahnung.Planetary screw extruders consist of more parts, namely a rotating central spindle, a surrounding the central spindle at a distance housing with an internal toothing and planetary spindles, which revolve around the central spindle in the cavity between the central spindle and internally toothed housing like planets. The usual teeth of Planetwalzenextrudern is the involute. As far as in further dimensions of gears are addressed, the information refers to an involute.
Soweit im Folgenden von einer Innenverzahnung des Gehäuses gesprochen wird, so schließt das auch ein mehrteiliges Gehäuse mit einer im Gehäuse sitzenden Buchse ein, welches die Innenverzahnung des Gehäuses bildet.As far as is spoken below of an internal toothing of the housing, so also includes a multi-part housing with a seated in the housing socket, which forms the internal toothing of the housing.
Im Planetwalzenextruder kämmen die Planetspindeln sowohl mit der Zentralspindel als auch mit dem innen verzahnten Gehäuse. Zugleich gleiten die Planetspindeln mit dem in Förderrichtung weisenden Ende an einem Anlaufring. Die Planetwalzenextruder besitzen im Vergleich zu allen anderen Extruderbauarten eine extrem gute Mischwirkung, jedoch eine geringere Förderwirkung.In the planetary roller extruder, the planetary spindles mesh with both the central spindle and the internally toothed housing. At the same time, the planetary spindles slide with the end pointing in the conveying direction against a stop ring. The planetary roller extruders have in comparison to all other extruder types an extremely good mixing effect, but a lower conveying effect.
Planetwalzenextruder sind insbesondere in folgenden Druckschriften beschrieben:
Von Planetwalzenextruderabschnitten/Modulen wird dann gesprochen, wenn ein Extruder sich aus mehreren Abschnitten/Modulen zusammensetzt. Die Bezeichnung Abschnitt impliziert eine Länge, welche der betreffenden Bearbeitungsstrecke im Extruder angepaßt ist. Die Bezeichnung Modul weist dagegen auf einheitliche Längen hin. Zumeist erfolgen in den Abschnitten/Modulen unterschiedliche Verarbeitungsschritte. Seit Jahren hat es sich als günstig erwiesen, Planetwalzenextruderabschnitte/Module mit Abschnitten/Module anderer Bauart zu kombinieren. Insbesondere werden Planetwalzenextruderabschnitte/Module mit einem als Einschneckenextruderabschnitt/Modul ausgebildeten Füllteil kombiniert. Über das Füllteil werden die Einsatzmaterialien für die Extrusion aus einem Fülltrichter abgenommen und in die nachgeordneten Planetwalzenextruderabschnitte/Module gedrückt um dort bearbeitet zu werden.Planetary roller extruder sections / modules are used when an extruder is composed of several sections / modules. The term section implies a length which is adapted to the respective processing line in the extruder. The term module, on the other hand, indicates uniform lengths. In most cases, different processing steps take place in the sections / modules. For years it has been found convenient to combine planetary roller extruder sections / modules with sections / modules of other types. In particular, planetary roller extruder sections / modules are combined with a filling section designed as a single-screw extruder section / module. About the filling part, the feed materials for the extrusion from a hopper are removed and pressed in the downstream planetary roller extruder sections / modules to be processed there.
Soweit flüssige Stoffe in die Planetwalzenextruderabschnitte/Module eingetragen werden sollen, hat es sich bewährt, diese Flüssigkeiten über Injektionsringe in die Anlage einzuspritzen, die zwischen jeweils zwei Planetwalzenextruderabschnitten/Modulen angeordnet sind. Es ist auch bekannt, flüssige Einsatzstoffe über einen Seitenarmextruder oder eine Pumpe unmittelbar in einen Planetwalzenextruderabschnitt/Modul einzutragen.As far as liquid substances are to be entered into the planetary roller extruder sections / modules, it has been proven to inject these liquids via injection rings in the system, which are arranged between each two planetary roller extruder sections / modules. It is also known to introduce liquid feeds via a side arm extruder or a pump directly into a planetary roller extruder section / module.
Wegen der Einzelheiten und Variationen bekannter Planetwalzenextruder bzw. Abschnitten/Modulen wird Bezug genommen auf folgende Druckschriften:
Bei den üblichen Extrudern können zum Beispiel vorkommen: Füllzone, Aufschmelzzone, Mischzone/Dispergierzone/Homogenisierungszone und Austragzone. Zeitgemäße Planetwalzenextruder besitzen auch Einrichtungen zum Kühlen/Beheizen.In the case of the customary extruders, the following may occur, for example: filling zone, melting zone, mixing zone / dispersing zone / homogenizing zone and discharge zone. Contemporary planetary roller extruders also have cooling / heating facilities.
Planetwalzenextruder zeigen eine bessere Kühlung/Beheizung als Einschneckenextruder und Doppelschneckenextruder. Das resultiert daraus, daß das Einsatzmaterial im Planetwalzenextruder sehr viel häufiger als in anderen Extruderbauarten mit der Kühlfläche/Heizfläche in Berührung gebracht wird, anschließend von den Kühlflächen/Heizflächen wieder abgeschoben, vermischt und wieder mit den Kühlflächen/Heizflächen in Berührung gebracht wird.Planetary roller extruders show better cooling / heating than single-screw extruders and twin-screw extruders. This results from the fact that the feed material in the planetary roller extruder is much more frequently brought into contact with the cooling surface / heating surface than in other extruder types, then again pushed off from the cooling surfaces / heating surfaces, mixed and brought back into contact with the cooling surfaces / heating surfaces.
Von allen Extrudern ist bekannt, daß sie eine mechanische Belastung der Molekülstrukturen des Einsatzmateriales verursachen. Von Planetwalzenextrudern ist sogar bekannt, daß mit ihrer Hilfe Altgummi recycelt werden kann. Altgummi besteht zu einem wesentlichen Teil aus nicht thermoplastischen, miteinander vernetzten Elastomeren. Mit dem Planetwalzenextruder wird die Gefügestruktur des Altgummis aufgebrochen. Das wird zu einem erheblichen Teil der mechanischen Wirkung des Planetwalzenextruders zugeschrieben. Das Altgummi wird zwischen den Zähnen des Planetwalzenextruders/Abschnitts/Moduls ausgewalzt. Für die Anwendung des Planetwalzenextruders/Abschnitts/Moduls als Reaktionskammer bzw. Reaktionsbehälter ist diese Wirkung des Planetwalzenextruders/Abschnitts/Moduls auf die Molekularstruktur kontraproduktiv. Gleichwohl hält die Erfindung an der Anwendung des Planetwalzenextruders/Abschnitts/Moduls auf chemische Reaktionsvorgänge fest. Nach der Erfindung wird die mechanische Belastung der Gefügestruktur wesentlich reduziert, indem das Bewegungsspiel zwischen den Zähnen des Planetwalzenextruders/Abschnitts/Moduls erheblich vergrößert wird, nämlich in Abhängigkeit von der Baugröße (entsprechend dem Teilkreisdurchmesser der Innenverzahnung) und dem verwendeten Zahnmodul.
Die Vergrößerung des Bewegungsspiels in der Verzahnung verkürzt das Maß, mit dem die verzahnten Teile des Planetwalzenextruders/Abschnitts/Moduls ineinandergreifen. Die Verkürzung dieses Maßes hat nicht nahe gelegen, weil die Planetenspindeln in Umfangsrichtung der Zentralspindel nur durch die Verzahnung in der Umlaufbahn gehalten werden. Schon bei geringem Bewegungsspiel kommt es vor, daß die Planetspindeln überspringen, d.h. unter Last aus den Zähnen der Zentralspindeln und/oder aus den Zähnen der Innenverzahnung der Buchse herausspringen. Die Erfindung hat erkannt, daß die Belastung der Planetspindeln in chemischen Prozessen sehr viel geringer als bei üblichem Gebrauch von Planetwalzenextrudern/Abschnitten/Modulen ist und dies ein größeres Spiel erlaubt. Auch bei der erfindungsgemäßen Vergrößerung des Spieles ist noch ein erheblicher Eingriff der verzahnten Teile gegeben. Das ergibt sich durch Vergleich der Zahnhöhe mit dem nach der Erfindung vorgesehenen maximalen Spiel. Die Zahnhöhe ist in mm das 2fache des Zahnmoduls.The increase in the play of movement in the toothing shortens the extent to which the toothed parts of the planetary roller extruder / section / module interlock. The shortening of this measure has not come close, because the planetary spindles are held in the circumferential direction of the central spindle only by the teeth in the orbit. Even with little play, it happens that the planetary spindles skip, i. under load out of the teeth of the central spindles and / or out of the teeth of the internal teeth of the jack. The invention has recognized that the loading of the planetary spindles in chemical processes is much less than with conventional use of planetary roller extruders / sections / modules and this allows a greater clearance. Even with the enlargement of the game according to the invention is still given a significant engagement of the toothed parts. This results from comparing the tooth height with the maximum clearance provided by the invention. The tooth height is 2 times the tooth module in mm.
Das Spiel zwischen den in Eingriff stehenden Planetwalzenextruderteilen kann auch noch größer werden, als vorstehend angegeben.The clearance between the engaged planetary roller extruder parts may also become greater than stated above.
Vorzugsweise werden zur Erhöhung des Spieles die Abmessungen der Planetspindeln reduziert. Zugleich werden die Enden der Planetspindeln von der Reduzierung der Abmessungen ausgenommen. Dadurch bleibt der Eingriff der Planetspindel an den Enden unverändert. Die Enden der Planetspindeln bilden infolgedessen eine Führung/Sicherung für die Planetspindeln bei deren Umlauf zwischen der Zentralspindel und der Gehäuseinnenverzahnung.Preferably, the dimensions of the planetary spindles are reduced to increase the game. At the same time the ends of the planetary spindles are excluded from the reduction of the dimensions. As a result, the engagement of the planetary spindle at the ends remains unchanged. As a result, the ends of the planetary spindles form a guide / securing device for the planetary spindles in their rotation between the central spindle and the inner housing teeth.
Für die Anwendung der Planetwalzenextruder/Abschnitte/Module auf chemische Reaktionen ist deren Temperierung von Vorteil.For the application of the planetary roller extruder / sections / modules to chemical reactions, their temperature control is advantageous.
An zeitgemäßen Extrudern ist zumeist jeder Zone ein Extruderabschnitt/Modul zugeordnet. Jedes Gehäuse ist an jedem Ende mit einem Flansch versehen, so daß jedes Gehäuse an einem Flansch mit seinem benachbarten Gehäuse verbunden werden kann. Die aneinander befestigten Gehäuse umschließen üblicherweise Schnecken bzw. Zentralspindeln, welche sich durch alle Module erstrecken. Der aus Abschnitten/Modulen zusammen gesetzten Einschneckenextruder besitzt eine einzige Schnecke, welche sich durch alle Abschnitte/Module erstreckt. Die Planetwalzenextruder besitzen eine Zentralspindel, welche sich durch alle Module erstreckt. Zu dem Planetwalzenextruderabschnitt/Modul gehören mindestens noch die um die Zentralspindel umlaufenden Planetspindeln und die Innenverzahnung des Gehäuses. Die Planetspindeln gleiten mit dem Ende, welches dem Extruderauszutrag zugewandt ist (in Extrusionstrichtung hintere Ende), an einem Anlaufring, der im Gehäuse gehalten ist. In der Regel beschränkt sich die Länge der Planetspindeln auf den jeweiligen Abschnitt/Modul.In modern extruders usually an extruder section / module is assigned to each zone. Each housing is flanged at each end so that each housing may be connected at a flange to its adjacent housing. The attached housings usually surround screws or central spindles which extend through all the modules. The single screw extruder composed of sections / modules has a single screw which extends through all the sections / modules. The planetary roller extruders have a central spindle which extends through all the modules. The planetary roller extruder section / module at least still includes the planetary spindles revolving around the central spindle and the internal toothing of the housing. The planetary spindles slide with the end facing the extruder discharge (rear end in extrusion direction) on a stop ring held in the housing. As a rule, the length of the planetary spindles is limited to the respective section / module.
Nach der Erfindung besitzt ein Modul/Abschnitt in Planetwalzenextruderbauweise ein Gehäuse, das in seinen Abmessungen den Gehäusen anderer Module /Abschnitte angepaßt ist, die zu der Extrusionsanlage gehören. Die anderen Module/Abschnitte können eine Einschneckenbauweise oder auch eine Planetwalzenextruderbauweise besitzen. Bei diesen Bauweisen können alle Module/Abschnitte an den Gehäusen fluchtend miteinander verbunden werden und durch eine gemeinsame Schnecke/Zentralspindel durchdrungen werden. Wahlweise kann der Planetwalzenextrudermodul/Abschnitt auch Bestandteil einer Tandemanlage sein. Desgleichen kann der Planetwalzenextrudermodul/Abschnitt auch Bestandteil einer Kaskadenanlage sein. Die Kombination mit anderen Modulen/Abschnitten in Doppelschneckenextruderbauweise erfolgt vorzugsweise in einer Tandemanlage.According to the invention, a module / section in planetary roller extruder construction has a housing which is adapted in its dimensions to the housings of other modules / sections belonging to the extrusion plant. The other modules / sections may have a single-screw design or even a planetary roller extruder design. In these designs, all modules / sections can be connected to the housings aligned with each other and penetrated by a common screw / central spindle. Optionally, the planetary roller extruder module / section may also be part of a tandem system. Likewise, the planetary roller extruder module / section may also be part of a cascade system. The combination with other modules / sections in twin-screw extruder design is preferably carried out in a tandem system.
Für die Widerstandsfähigkeit gegen aggressive Reaktionspartner stehen angepaßte Werkstoffe zur Verfügung. Zum Beispiel kann die Säurebeständigkeit mit Stahl wie auch mit Extruderteilen aus Kunststoff dargestellt werden. Es können auch säurebeständige Teile aus Stahl mit säurebeständigen Teilen aus Kunststoff kombiniert werden. Die Säurebeständigkeit der verschiedenen Materialien kann in Abhängigkeit von der Art der Säure und deren Konzentration unterschiedlich sein.Suitable materials are available for resistance to aggressive reactants. For example, the acid resistance can be represented by steel as well as extruded plastic parts. It can also acid-resistant parts made of steel with acid-resistant parts Plastic combined. The acid resistance of the various materials may vary depending on the type of acid and its concentration.
Die Arbeitsleistung wie auch die Kühl/Heizleistung des erfindungsgemäßen Extruderabschnitte/Module wird mit einem oder mehreren der folgenden Merkmale gesteigert:
- -einen Füllungsgrad von vorzugsweise größer 95%, noch weiter bevorzugt von größer 98% vom Hohlraumvolumen des Extruders
- -eine Drossel am Austritt des Extruders
- -ein Materialeintrag unter Druck, der größer als der Förderdruck der Planetwalzenextruderteile ist
- -eine Pumpe für den Materialeintrag, gegebenenfalls mit vorgeordneter Einschneckenteil zum Materialeintrag,
- -Seitenarmextruder am Eintritt des Extruders
- -minimierter Eintrag mechanischer Energie in die Extruderfüllung während des Durchlaufes durch den Planetwalzenextruder oder Planetwalzenextruderabschnitt oder Planetwalzenextrudermodul
- -Abstand zwischen den Planetspindeln größer als deren Außendurchmesser
- -großes Bewegungsspiel in der Verzahnung
- -reduzierte Drehzahl der Zentralspindel
- -reduzierte Verzahnung durch Noppenverzahnung oder Transportspindelverzahnung oder durch Igelverzahnung an den Planetspindeln oder durch Planetspindeln, die teilweise mit unterschiedlicher reduzierter Verzahnung versehen ist, oder durch Planetspindeln mit einer Kombinationsverzahnung. Die Kombinationsverzahnung entsteht durch Kombination einer Transportspindelverzahnung mit einer Noppenverzahnung. Diese Kombinationsverzahnung entsteht nach der Erfindung dadurch, daß in Transportspindeln eine gegenläufige Verzahnung eingeschnitten wird
- -längere Bearbeitungsstrecke/Reaktionsstrecke
- a degree of filling of preferably greater than 95%, more preferably greater than 98% of the cavity volume of the extruder
- - a throttle at the outlet of the extruder
- a material input under pressure which is greater than the delivery pressure of the planetary roller extruder parts
- -a pump for material entry, optionally with upstream single-screw part for material entry,
- Side arm extruder at the inlet of the extruder
- -Minimized entry of mechanical energy in the extruder filling during the run through the planetary roller extruder or planetary roller extruder section or planetary roller extruder module
- Distance between the planetary spindles greater than their outer diameter
- -large movement in the teeth
- Reduced speed of the central spindle
- - Reduced toothing by knob or gear teeth or by hedgehog teeth on the planetary spindles or by planetary spindles, which is partially provided with different reduced teeth, or by planetary spindles with a combination toothing. The combination toothing is created by combining a transport spindle toothing with a knob toothing. This combination toothing is formed according to the invention, characterized in that an opposite toothing is cut in transport spindles
- longer processing distance / reaction distance
Üblicherweise werden Planetwalzenextruder mit einem Füllungsgrad kleiner 90%, vorzugsweise kleiner als 80% von ihrem Hohlraumvolumen im betriebsfertigen Zustand mit allen Planetspindeln und sonstigen Teilen gefahren.Usually, planetary roller extruders with a filling level of less than 90%, preferably less than 80%, are driven by their cavity volume in the operational state with all planetary spindles and other parts.
Vorzugsweise wird der für die erfindungsgemäße Prozeßführung vorgesehene Modul/Abschnitt mit 100%iger Füllung/Füllungsgrad des Hohlraumvolumens gefahren. Wo das nicht gelingt, ist eine Füllung/Füllungsgrad von größer 98% vorgesehen; wo auch das nicht gelingt, mit einer Füllung/Füllungsgrad größer 95%. Wo auch das nicht gelingt, wird mit noch geringerem Füllungsgrad gefahren.Preferably, the module / section provided for the process control according to the invention is run with 100% filling / filling level of the void volume. Where this does not succeed, a filling / filling level of greater than 98% is provided; where this does not succeed, with a filling / filling level greater than 95%. Where that does not succeed, it is driven with even less degree of filling.
Die erfindungsgemäße Füllung/Füllungsgrad wird mit einer Drosselung des Materialaustritts erreicht. Im einfachsten Fall reicht ein entsprechend klein gewählter Austrittsquerschnitt schon aus, um die gewünschte Drosselung zu erreichen. Nach der Erfindung erfolgt die Drosselung möglichst nur am Extruderaustritt. Das dient der Vermeidung übermäßiger mechanischer Belastung der entstandenen Verbindungen. Dagegen kommt die Verwendung von Ringen mit Drosselwirkung zwischen dem Extrudereintritt und dem Extruderaustritt regelmäßig an üblichen modulweise/abschnittsweise aufgebauten Planetwalzenextrudern vor.The filling / degree of filling according to the invention is achieved with a throttling of the material outlet. In the simplest case, an appropriately small outlet cross section is sufficient to achieve the desired throttling. According to the invention, the throttling is possible only at the extruder outlet. This serves to avoid excessive mechanical stress on the resulting compounds. In contrast, the use of rings with throttling effect between the extruder inlet and the extruder outlet occurs regularly on conventional modular / sectional planetary roller extruders.
Der Austrittsquerschnitt läßt sich zwar auch ändern, zum Beispiel durch auswechselbare Ringe mit unterschiedlichen Öffnungsquerschnitten. Das ist regelmäßig mit einer Umbaumaßnahme verbunden. Eine einstellbare Drossel kann auch durch ein Drosselventil an der Austrittsöffnung erreicht werden. Das Drosselventil kann beim Anfahren der Anlage solange ganz oder weitgehend geschlossen gehalten werden, bis sich ein gewünschter Füllungsgrad in dem Modul/Abschnitt (in Planetwalzenextruderbauart) gebildet hat. Dann ist es einfacher, kurzfristig zu einem stabilen Betrieb mit gewünschter Füllung/Füllungsgrad des Moduls/Abschnitts zu kommen.Although the outlet cross-section can also be changed, for example by interchangeable rings with different opening cross-sections. This is regularly associated with a conversion. An adjustable throttle can also be achieved by a throttle valve at the outlet opening. The throttle valve can be kept as long as fully or largely closed when starting the system until a desired degree of filling in the module / section has formed (in planetary roller type). Then it is easier to come to a stable operation in the short term with the desired filling / filling level of the module / section.
Die gleiche Wirkung wie mit einem Drosselventil läßt sich mit einer drehzahlsteuerbaren Pumpe zwischen dem Modul/Abschnitt und der Austrittsöffnung erreichen.The same effect as with a throttle valve can be achieved with a speed controllable pump between the module / section and the outlet opening.
Eintrittsseitig kann die gewünschte Füllung/Füllungsgrad durch einen als Einschnecke ausgebildeten Modul/Abschnitt erreicht werden. Die Einschnecke kann verhältnismäßig kurz sein, zum Beispiel kann schon eine Länge von 1 bis 2 D ausreichen, wobei D der Schneckenaußendurchmesser ist. Die Einschnecke kann darüber hinaus in der oben erläuterten Form mit der Zentraspindel verbunden sein bzw. Bestandteil der Zentralspindel sein, die sich dann als Einschnecke durch den Extruderteil erstreckt, der dem Modul/Abschnitt vorgeschaltet ist.On the inlet side, the desired filling / degree of filling can be achieved by a single-screw module / section. The single screw can be relatively short, for example, even a length of 1 to 2 D is sufficient, where D is the outer diameter of the screw. The single screw can Moreover, be in the above-mentioned form with the center spindle or be part of the central spindle, which then extends as a single screw through the extruder part, which is upstream of the module / section.
Eintrittsseitig kann das Einsatzmaterial auch durch einen Seitenarmextruder in den Extrudermodul/Abschnitt eingespeist werden. Der Seitenarmextruder hat dabei vorzugsweise die Form eines Doppelschneckenextruders. Dabei kann der Materialeintrag quer zur Gehäusemittelachse und durch das Gehäuse des Kühl/Heizmoduls oder Kühl/Heizabschnitts erfolgen. Der Seitenarmextruder besitzt dann einen eigenen Antrieb. Vorzugsweise ist der Antrieb regelbar, so daß die Materialzuführung nach Bedarf gesteigert oder reduziert werden kann.On the inlet side, the feed can also be fed through a side arm extruder into the extruder module / section. The side-arm extruder preferably has the shape of a twin-screw extruder. In this case, the material entry can take place transversely to the housing center axis and through the housing of the cooling / heating module or cooling / heating section. The side arm extruder then has its own drive. Preferably, the drive is adjustable, so that the material supply can be increased or reduced as needed.
Seitenarmextruder sind zum Beispiel in folgenden Druckschriften beschrieben:
Anstelle des Seitenarmextruders können auch Pumpen für den Materialeintrag in den Planetwalzenextrudermodul/Abschnitt verwendet werden.Instead of the side arm extruder, pumps can also be used for the material feed into the planetary roller extruder module / section.
Bei einem erfindungsgemäßen Modul/Abschnitt ist es von Vorteil, möglichst wenig mechanische Energie während des Durchlaufes durch den Extruder in dasEinsatzmaterial einzutragen. Der Energieaufwand für die Bewegung der Zentralspindel und der umlaufenden Spindeln ist von der Viskosität/Zähigkeit des Einsatzmaterials abhängig. Für die Bewegung ist bei sehr zähem Material ein höherer Aufwand als bei wenig zähem Material erforderlich. Bei wenig zähem Material kann der Abstand mindestens 1D und höchstens 2D betragen. Bei zähem Material kann der Abstand auch größer als 2D sein. D ist dabei der Außendurchmesser der Planetspindeln. Nach einer Reduzierung der Planetspindelzahl sollen die verbleibenden Planetspindeln gleichmäßig am Umfang der Zentralspindel verteilt sein. Nach Reduzierung der Planetspindelzahl sollen mindestens drei Planetspindeln verbleiben.In a module / section according to the invention it is advantageous to introduce as little mechanical energy as possible during the passage through the extruder into the feedstock. The energy expenditure for the movement of the central spindle and the rotating spindles depends on the viscosity / toughness of the feedstock. For the movement with a very tough material, a higher cost than with less tough material is required. If the material is less tough, the distance may be at least 1D and at most 2D. For tough material, the distance may be greater than 2D. D is the outer diameter of the planetary spindles. After a reduction in the number of planetary spindles, the remaining planetary spindles should be distributed uniformly around the circumference of the central spindle. After reducing the number of planetary spindles, at least three planetary spindles should remain.
Die eingetragene Energie müßte durch die Kühlung wieder aus dem Einsatzmaterial abgeführt werden.The enlisted energy would have to be dissipated by the cooling again from the feedstock.
Einsatzmaterial mit geringer Zähigkeit ist zum Beispiel eine Suspension mit Wasser mit einem Feststoffgehalt von weniger als 30Gew%. Zäheres Material hat - bezogen auf die Suspension mit Wasser - zumeist einen höheren Feststoffgehalt.For example, low toughness feedstock is a suspension with water having a solids content of less than 30 wt%. Tougher material has - based on the suspension with water - usually a higher solids content.
Durch den größeren Abstand der Planetspindeln ergibt sich eine stark reduzierte Planetspindelzahl.The larger distance of the planetary spindles results in a much reduced planetary spindle number.
Vorzugsweise sind die Planetspindeln gleichmäßig am Umfang der Zentralspindel verteilt angeordnet. Das geschieht bei der Montage jedes Planetwalzenmoduls/Planetwalzenextruderabschnitts. Dabei wird zunächst das zugehörige Gehäuse über die Zentralspindel geschoben und am Gehäuse des Extruderantriebes oder an einem anderen Gehäuse eines vorher montierten Extrudermoduls/Extruderabschnitts befestigt. Zur Befestigung des Gehäuses sind das Gehäuse des Extruderantriebes und die Gehäuse der Extrudermodule/Extruderabschnitte vorzugsweise mit Kragen versehen, die miteinander verschraubt werden können. Nach der Befestigung des Gehäuses werden die Planetspindeln in dem Hohlraum zwischen Gehäuse/Gehäusebuchse und Zentralspindel positioniert. Das geschieht von Hand. Mit einiger Übung erreichen die Monteure eine weitgehend gleichmäßige Verteilung ohne Hilfsmittel. Bei geringer Übung wird eine Schablone als Positionierungshilfe empfohlen. Die Schablone kann eine Scheibe mit einfachen, beabstandeten Bohrungen sein. Von Vorteil sind dabei Bohrungen, deren Durchmesser zum Beispiel bis 10mm größer als der Durchmesser der Planetspindeln ist.Preferably, the planetary spindles are arranged distributed uniformly on the circumference of the central spindle. This happens during assembly of each planetary roller module / planetary roller extruder section. In this case, the associated housing is first pushed over the central spindle and attached to the housing of the extruder drive or to another housing of a previously mounted extruder module / extruder section. For attachment of the housing, the housing of the extruder drive and the housing of the extruder modules / extruder sections are preferably provided with collars, which can be screwed together. After attaching the housing, the planetary spindles are positioned in the cavity between the housing / housing bushing and the central spindle. This happens by hand. With a little practice, fitters achieve a largely uniform distribution without any aids. If less practice is used, a template is recommended as a positioning aid. The template may be a disk with simple, spaced holes. Of advantage are holes whose diameter is for example up to 10mm larger than the diameter of the planetary spindles.
Die Planetspindelzahl kann bis auf drei gleichmäßig am Umfang der Zentralspindel verteilte Planetspindeln reduziert werden.The number of planetary spindles can be reduced to three evenly distributed on the circumference of the central spindle planetary spindles.
Die Erfindung berücksichtigt jedoch auch, daß mit der reduzierten Planetspindelzahl ein reduzierter Materialaustausch an den Kühl/Heizflächen des Planetwalzenextruderabschnitt/Moduls einhergeht. Vorzugsweise wird der Abstand zwischen den Planetspindeln deshalb nicht so groß gewählt, daß der Nachteil aus der geringer werdenden Berührung mit den Kühlflächen den Vorteil des geringeren Energieeintrages überwiegt.However, the invention also takes into account that with the reduced planetary spindle number, a reduced material exchange at the cooling / heating surfaces of the planetary roller extruder section / module is accompanied. Preferably, the distance between the planetary spindles is therefore not chosen so large that the disadvantage of the decreasing contact with the cooling surfaces outweighs the advantage of lower energy input.
Wenn das Einsatzmaterial nicht vollständig ausreagiert ist, so wird nach der Erfindung die Reaktionszeit im Planetwalzenextruder oder Planetwalzenextruderabschnitt oder Planetwalzenextrudermodul verlängert. If the feed is not fully reacted, so the reaction time is extended in the planetary roller extruder or planetary roller extruder section or planetary roller extruder module according to the invention.
Die Verlängerung der Reaktionszeit kann durch Verlängerung des Extruders erfolgen. Bei modular aufgebautem Extruder kann die Verlängerung auch durch Anbau eines weiteren Moduls erfolgen. Vorzugsweise wird dabei an das vorhandene Gehäuse eines Moduls ein weiteres Gehäuse so angebaut, daß sich überlange Planetspindeln durch beide Gehäuse oder noch mehr Gehäuse erstrecken können. Dabei können die Buchsen der Module mit Ihrer Verzahnung so ausgerichtet werden, daß eine überlange Planetspindel gleichzeitig mit der Innenverzahnung der einen Buchse und mit der Innenverzahnung der anderen Buchse kämmen kann. Nach der Erfindung wird dann vorzugsweise genutzt, daß die Innenverzahnung der Buchsen eine ganze Zähnezahl besitzt (an der Innenfläche der Buchse sind umlaufend ganze Zähne nebeneinander angeordnet, die parallel zueinander von einem Buchsenende zum anderen Buchsenende verlaufen). Um einen einwandfreien Eingriff der Planetspindel in die Innenverzahnung benachbarter Buchsen zu bewirken, werden die Buchsen auf einen bestimmten Abstand gebracht, bei dem die Planetspindeln gleichzeitig in die Verzahnung beider Buchsen greifen. Ausgehend von einer immer gleicher Position der Buchsen in den Modulgehäusen kann der Abstand aus der Steigung der Zähne und deren Abmessungen berechnet werden kann. Der Abstand läßt sich auch empirisch ermitteln, indem zum Beispiel
- -zunächst die Zentralspindel am Extruderantrieb montiert wird,
- -dann von den für die chemische Reaktion bestimmten Planetwalzenextrudermodulen das in Extrusionsrichtung erste Gehäuse montiert wird,
- -dann das in Extrusionsrichtung nächste (zweite) Gehäuse über die Zentralspindel geschoben wird,
- -dann zwischen die Zentralspindel und das zweite Gehäuse eine Planetspindel (besser mehrere, um die Zentralspindel gleichmäßig verteilte Planetspindeln) geschoben wird, bis die Planetspindel an die Buchse des zweiten Gehäuses stößt
- -dann der Abstand der Gehäuse unter Drehung der Planetspindel verändert wird, bis die Planetspindel mit einem Zahn in die Verzahnung der Buchse des ersten Gehäuses greift. Der sich dabei ergebende Abstand der Buchsen kann für die Fertigung eines Zwischenstückes genutzt werden, mit dem der Zwischenraum zwischen beiden beabstandeten Buchsen in axialer Richtung ganz und in radialer Richtung mindestens teilweise geschlossen wird. Der Abstand zwischen den Buchsen bestimmt die axiale Länge eines Zwischenstückes zwischen beiden Gehäusen. Das Zwischenstück kann verzahnungsfrei die umlaufenden Planetspindeln umgeben. Das Zwischenstück kann aber wie die Buchsen innen verzahnt sein und die Lücke zwischen beiden Buchsen so überbrücken, daß eine Verzahnungslänge wie bei einer einteiligen Buchse entsteht, auf der die beiden oben beschriebenen Gehäuse aufgeschrumpft sind
- -dann werden die benachbarten Gehäuse an den Flanschen miteinander verspannt, so daß das Zwischenstück zwischen den benachbarten Gehäuseenden eingespannt wird.
- -first, the central spindle is mounted on the extruder drive,
- -then of the intended for the chemical reaction planetary roller extruder modules in the extrusion direction first housing is mounted,
- -then in the extrusion direction next (second) housing is pushed over the central spindle,
- -then between the central spindle and the second housing a planetary spindle (more preferably, to the central spindle evenly distributed planetary spindles) is pushed until the planetary spindle abuts the socket of the second housing
- -then the distance of the housing is changed by rotation of the planetary spindle until the planetary spindle engages with a tooth in the toothing of the socket of the first housing. The resulting distance between the bushes can be used for the production of an intermediate piece, with the gap between the two spaced bushings in the axial direction is completely closed and at least partially in the radial direction. The distance between the bushes determines the axial length of an intermediate piece between the two housings. The intermediate piece can surround the rotating planetary spindles without teeth. However, the intermediate piece can be toothed like the bushings and bridge the gap between the two bushings so that a toothing length as in a one-piece socket is formed, on which the two housings described above are shrunk
- -then the adjacent housing on the flanges are clamped together, so that the intermediate piece is clamped between the adjacent housing ends.
Ein für eine Baugröße ermitteltes Zwischenstück kann in der Ausführung auch für gleiche andere Planetwalzenextrudermodule genutzt werden.A determined for a size adapter can be used in the design for the same other planetary roller extruder modules.
Nach der Erfindung kann auch zweckmäßig sein,
- -zwei Modulgehäuse auf einer überlangen Buchse aufzuschrumpfen.
- - Shrink two module housings on an overlong socket.
Wahlweise kann auch ein Extruderabschnitt, der einer früher gewünschten Bearbeitungsstrecke angepaßt war, zur Verlängerung mit einem Modul kombiniert werden. Dann wird der zu verlängernde Extruderabschnitt wie ein Extrudermodul behandelt.Optionally, an extruder section, which was adapted to a previously desired processing line, can be combined for extension with a module. Then the extruder section to be extended is treated like an extruder module.
Der in oben beschriebener Weise verlängerte Extruderabschnitt/Modul bedarf auch einer verlängerten Zentralspindel. Die verlängerte Zentralspindel kann eine Sonderanfertigung beinhalten. Es ist auch möglich, die bisherige Zentralspindel zu verlängern, wenn die Zentralspindel ihrerseits aus Abschnitten zusammen gesetzt ist. Die Abschnitte sind dann vorzugsweise aus Hülsen zusammen gesetzt, die mit einem Zuganker gegeneinander verspannt werden. Dabei muß das Drehmoment nicht allein durch den Reibungsschluß zwischen den Hülsen übertragen werden. Die Hülsen können zusätzlich einen Formschluß besitzen, indem sie an einem Ende mit einem Gewindezapfen und am andern Ende mit einem Gewindeloch versehen sind, so daß die einen Hülsen mit dem Zapfen in das Gewindeloch der anderen Hülse geschraubt werden können.The extended in the manner described above extruder section / module also requires an extended central spindle. The extended central spindle can be custom-made. It is also possible to extend the previous central spindle, when the central spindle is in turn made up of sections together. The sections are then preferably composed of sleeves, which are braced against each other with a tie rod. The torque must not be transmitted solely by the frictional engagement between the sleeves. The sleeves can also have a form-fitting by being attached to a End are provided with a threaded pin and at the other end with a threaded hole, so that the one sleeve with the pin can be screwed into the threaded hole of the other sleeve.
Zusätzlich und/oder alternativ zu der Verlängerung des Extruders kann das Einsatzmaterial in dem Extruder/Abschnitt/Modul entsprechend lang umgewälzt werden und dabei nur ein entsprechend kleiner Teil noch nicht reagierten Einsatzmaterials zugeführt und ein gleicher Teil ausreagierter Verbindungen abgeführt werden.In addition and / or as an alternative to the extension of the extruder, the feedstock in the extruder / section / module can be circulated for a correspondingly long time, and only a correspondingly small portion of unreacted feedstock is fed and an equal portion of fully reacted compounds removed.
Die Umwälzung kann bei entsprechend hohem Hohlraumvolumen durch die Zentralspindel und die umlaufenden Planetspindeln bewirkt werden, indem der Materialeintrag und der Materialaustrag geregelt werden. Der Austrag kann mit einem Ventil gut geregelt werden. Die Umwälzung kann bei üblichem Füllungsgrad des Planetwalzenextruders/Abschnitts/Moduls erfolgen. Vorzugsweise wird jedoch mit einem möglichst höhen Füllungsgrad gearbeitet. Je größer der Füllungsgrad ist, desto größer wird die Menge an Einsatzmaterial im Extruder.The circulation can be effected at a correspondingly high void volume through the central spindle and the rotating planetary spindles by the material input and the material discharge are regulated. The discharge can be well controlled with a valve. The circulation can take place at the usual degree of filling of the planetary roller extruder / section / module. Preferably, however, worked with the highest possible degree of filling. The greater the degree of filling, the greater the amount of feedstock in the extruder.
Für den Eintrag ist eine Pumpe, insbesondere eine regelbare Pumpe von Vorteil. Dabei kann die Pumpe noch mit einem Extruder, vorzugsweise einem Einschneckenextruder mit dem Einsatzmaterial gefüttert werden. Zur Verringerung der Förderwirkung des Planetwalzenextruders/Abschnitts/Moduls können auch Planetspindeln in dem erfindungsgemäßen Extrudermodul/Abschnitt Verwendung finden, die ganz oder teilweise als Noppenspindeln oder als Transportspindeln oder als Igelspindeln ausgebildet sind oder auch als Kombispindeln ausgebildet sind. Mit solchen Spindeln wird weniger mechanische Energie in das Einsatzmaterial und die entstehende Verbindung eingetragen.For the entry of a pump, in particular a controllable pump is advantageous. In this case, the pump can be fed with an extruder, preferably a single-screw extruder with the feedstock. In order to reduce the conveying effect of the planetary roller extruder / section / module, planetary spindles can also be used in the extruder module / section according to the invention, which are wholly or partly in the form of nodal spindles or transport spindles or hedgehog spindles or else are designed as combination spindles. With such spindles less mechanical energy is introduced into the feedstock and the resulting compound.
Bei der Ausbildung als Noppenspindeln unterscheiden sich die Planetspindeln von Planetspindeln in Normalverzahnung dadurch, daß nach Schneiden der üblichen Normalverzahnung zusätzlich gegenläufige Zähne in die Planetspindeln geschnitten werden, welche die vorher geschnittenen Zähne kreuzen. Dadurch bleiben Noppen als Zahnbesatz übrig. Die Noppenverzahnung ist beschrieben in der
Die Transportspindeln unterscheiden sich von Planetspindeln in Normalverzahnung dadurch, daß nach Schneiden der üblichen Normalverzahnung einzelne Zähne ganz oder teilweise aus den Planetspindeln herausgearbeitet werden. Dabei kann die Zähnezahl einer Planetspindel bis auf drei Zähne und sogar bis auf einen Zahn reduziert werden. Solange mehrere Zähne von dem Zahnbesatz einer Noppenspindel verbleiben, sind die Zähne vorzugsweise gleichmäßig am Umfang der Noppenspindel verteilt. Überraschenderweise kann jedoch eine Noppenspindel mit einem einzigen Zahn verwendet werden, weil der einzige Zahn aufgrund der Schrägverzahnung sich wie ein Gewindegang um die Planetspindel herumwindet. Die Transportspindeln sind in der Patentanmeldungen
Zu dem erfindungsgemäß geringen Energieeintrag im Extruder/Modul/Abschnitt kann auch eine reduzierte Drehzahl der Zentralspindel beitragen. Für die reduzierte Drehzahl wird weniger Motorleistung benötigt. Das heißt, es wird weniger Energie in das Einsatzmaterial und die entstehenden Verbindungen eingetragen, die anschließend durch Kühlung wieder entfernt werden muß, sofern die Energie nicht mit der chemischen Reaktion verbraucht werden kann. Die übliche Drehzahl der Zentralspindel beträgt je nach Baugröße des Planetwalzenextruders
Erfindungsgemäß wird die Motordrehzahl um mindestens 10%, vorzugsweise um mindestens 20%, noch weiter bevorzugt um mindestens 30% und höchst bevorzugt um mindestens 40% reduziert. According to the invention, the engine speed is reduced by at least 10%, preferably by at least 20%, even more preferably by at least 30%, and most preferably by at least 40%.
Bei allen erfindungsgemäßen Maßnahmen zur Reduzierung des Energieeintrages kann die Verwendung einer Pumpe oder eines Seitenarmextruders, aber auch eine vorgeschalteten Einschnecke von Vorteil sein. Mit der Pumpe, dem Seitenarmextruder und der vorgeschalteten Einschnecke kann in dem Kühlmodul/Abschnitt ein Druck erzeugt werden, der
- -der auch zusammen mit einer geringen Förderwirkung der Planetwalzenextruderteile in dem Modul noch einen ausreichenden Transport von Einsatzmaterial und entstehenden Verbindungen in dem Extruder/Modul/Abschnitt sicher stellt
- -der auch ohne nennenswerte Förderwirkung der Planetwalzenextruderteile noch einen ausreichenden Transport des Einsatzmaterials und der entstehenden Verbindungen in dem Extruder/Modul/Abschnitt sicher stellt
- -der mit einer Förderrichtung, die gegen die Förderwirkung der Planetwalzenextruderteile gerichtet ist (entgegen gerichtete Förderwirkung), deren Förderwirkung überwindet und einen ausreichenden Transport des Einsatzmaterials und der entstehenden Verbindungen durch den Extruder/Modul/Abschnitt sicher stellt.
- which also ensures, together with a low conveying effect of the planetary roller extruder parts in the module, still sufficient transport of feed material and resulting connections in the extruder / module / section
- -or even without significant conveying effect of planetary roller extruder parts still ensures adequate transport of the feedstock and the resulting compounds in the extruder / module / section
- that with a conveying direction which is directed against the conveying action of the planetary roller extruder parts (counter-directed conveying action), overcomes their conveying effect and ensures sufficient transport of the feedstock and the resulting compounds through the extruder / module / section.
Eine entgegen gerichtete Förderwirkung der Planetwalzenextruderteile bewirkt eine stärkere Mischung des Einsatzmaterials. Die entgegen gerichtete Förderwirkung der Planetwalzenextruderteile kann bei einem Eintrag des Einsatzmaterials am antriebsseitigen Ende des Extruders erreicht werden, wenn die Förderrichtung des Extruders umgekehrt wird. Im einfachsten Fall kann dazu eine Umkehrung der Drehrichtung ausreichen. Zugleich wird entweder der Pumpendruck so groß gehalten, daß die Planetspindeln an den bisherigen Gleitringen anliegen, oder die Gleitringe werden bei niedrigerem Pumpendruck am gegenüber liegenden Ende der Planetspindeln im Extruder angeordnet, so daß die Planetspindeln unter dem Druck der Zentralspindeln wieder an den Gleitringen anliegen. Im Falle der Verwendung eines Seitenarmextruders anstelle einer Pumpe gilt entsprechendes.An opposing conveying effect of the planetary roller extruder parts causes a stronger mixture of the feedstock. The counteracting conveying action of the planetary roller extruder parts can be achieved with an entry of the feedstock at the drive end of the extruder, when the conveying direction of the extruder is reversed. In the simplest case, a reversal of the direction of rotation may be sufficient. At the same time either the pump pressure is kept so large that the planetary spindles abut the previous slip rings, or the slip rings are arranged at lower pump pressure at the opposite end of the planetary spindles in the extruder, so that the planetary spindles rest under the pressure of the central spindles back to the slip rings. In case of using a side arm extruder instead of a pump, the corresponding applies.
Vorzugsweise wird bei entgegen gerichteter Förderwirkung die bisherige Förderrichtung des Planetwalzenextruders beibehalten, so daß der Planetwalzenextruder weiter in Richtung seines Austragendes fördert. Die Pumpe wird jedoch nicht mehr antriebsseitig sondern am gegenüberliegenden Extruderende angeordnet, vorzugsweise vor dem Ende, das bei üblichen Extrudern das Austragende ist. Durch dieses Ende wird das Einsatzmaterial eingetragen. Zum Austragen der entstehenden Verbindungen ist dann antriebsseitig eine Öffnung im Planetwalzenextrudergehäuse vorgesehen. Bei entsprechend hohen Pumpendruckes können die Planetspindeln dann mit dem antriebsseitigen Planetspindelende an den antriebsseitig angeordneten Gleitringen gleiten. Bei geringerem Pumpendruck können die Planetspindeln mit dem gegenüberliegenden Ende wie bisher an den Gleitringen gleiten. Bei Verwendung eines Seitenarmextruders anstelle einer Pumpe wird das bisherige Austragende des Extruders mit einem Deckel verschlossen. Im Übrigen ergeben sich die gleichen Verhältnisse wie bei Verwendung einer Pumpe.Preferably, in the opposite direction conveying effect, the previous conveying direction of the planetary roller extruder is maintained, so that the planetary roller extruder promotes further in the direction of its discharge end. However, the pump is no longer arranged on the drive side but at the opposite end of the extruder, preferably before the end, which is the discharge end in conventional extruders. Through this end, the feed is entered. For discharging the resulting compounds an opening in the planetary roller extruder housing is then provided on the drive side. At a correspondingly high pump pressure, the planetary spindles can then slide with the drive-side planetary spindle end against the drive-side arranged sliding rings. At lower pump pressure, the planetary spindles with the opposite end as before can slide on the slip rings. When using a Seitenarmextruders instead of a pump, the previous discharge end of the extruder is closed with a lid. Incidentally, the same conditions arise as when using a pump.
Auf die Strömungsverhältnisse im Extruder können verschiedene Faktoren Einfluß nehmen. Dazu gehören insbesondere
- -Ausbildung der Planetspindeln
- -Abstand der Planetspindeln. Je größer der Abstand ist, desto stärker wird der Einfluß der Pumpe. Vorzugsweise in ein Abstand von mindestens 1D, noch weiter bevorzugt von höchstens 2D bei Einsatzmaterial mit geringer Zähigkeit vorgesehen. Bei zähem Einsatzmaterial kann der Abstand auch größer als 2D sein. Dabei ist D der Außendurchmesser der Planetspindeln.
- - Druckverhältnisse
- -Drehzahlen der Zentralspindel
- -Größe der Feststoffpartikel im Einsatzmaterial
- -Education of the planetary spindles
- Distance of the planetary spindles. The greater the distance, the stronger the influence of the pump becomes. Preferably provided at a distance of at least 1D, even more preferably of at most 2D for feedstock with low toughness. With tough feed, the distance can be greater than 2D. Where D is the outer diameter of the planetary spindles.
- - pressure conditions
- -Turning speeds of the central spindle
- Size of the solid particles in the feed
Die verwendeten Pumpen und Seitenarmextruder sind vorzugsweise in der Drehzahl regelbar. Das erlaubt eine Regelung der Zuführung von Einsatzmaterial. Vorzugsweise ist am Austrag des Extruders ein regelbares Ventil, wahlweise auch eine Pumpe vorgesehen. Insbesondere mit der Pumpe am Extruderaustrag läßt sich der Füllungsgrad des Extruders regeln. In die Regelung sind auch drehzahlregelbarer Antrieb für den Planetwalzenextruder und eine Messung der Temperatur eingeschlossen. Vorzugsweise findet an verschiedenen Stellen des Extruders eine Temperaturmessung statt. Durch Reduzierung der Drehzahl kann der Energieeintrag in das Einsatzmaterial und die entstehenden Verbindungen reduziert werden. Das heißt, es wird weniger Energie in das Einsatzmaterial eingetragen, die anschließend durch Kühlung wieder entfernt werden muß. Die übliche Drehzahl der Zentralspindel beträgt je nach Baugröße des Planetwalzenextruders
Erfindungsgemäß wird die Motordrehzahl um mindestens 10%, vorzugsweise um mindestens 20% reduziert.According to the invention, the engine speed is reduced by at least 10%, preferably by at least 20%.
Mit der Temperaturmessung lassen sich einige Faktoren des Kühl/Heizvorganges optimieren, zum Beispiel die Antriebsdrehzahl für den Planetwalzenextruder/Abschnitt/Modul, die Zuführung von Einsatzmaterial, der Austrag gequollener Verbindungen, die Temperatur des Temperierungsmittels.With the temperature measurement, some factors of the cooling / heating process can be optimized, for example the drive speed for the planetary roller extruder / section / module, the supply of feed material, the discharge of swollen compounds, the temperature of the tempering agent.
Der erfindungsgemäße Extruder/Modul/Abschnitt bietet eine besonders vorteilhafte Temperierung(Kühlung für die Entsorgung von Wärme/Energie, Beheizung für eine notwendige Wärmezuführung/Energiezuführung), wenn das Temperierungsmittel zwischen der Buchse und dem umgebenden Gehäuse in Kanälen geführt ist, welche wie Gewindegänge an der Buchsen-Oberfläche verlaufen und das Temperierungsmittel zugleich in axialer Richtung der Buchse führenThe extruder / module / section according to the invention offers a particularly advantageous temperature control (cooling for the disposal of heat / energy, heating for a necessary heat supply / energy supply) when the tempering between the bushing and the surrounding housing is guided in channels which like threads on run the socket surface and at the same time lead the tempering in the axial direction of the socket
Nach der Erfindung finden dabei vorzugsweise Buchsen Anwendung, die im Tiefsten zwischen den Zähnen ihrer Innenverzahnung und dem Temperierungsmittel in Abhängigkeit von der Baugröße des Extruders folgende Materialdicke in Millimeter (mm) aufweist:
Als Baugröße wird der Teilkreisdurchmesser der Innenverzahnung im Gehäuse/Buchse angesehen. Die vorstehenden Maße sollen sowohl dann Anwendung finden,
- -wenn die Kanäle in die Innenwand des Gehäuses eingearbeitet sind,
- -als auch dann, wenn die Kanäle in die Außenfläche der Buchse eingearbeitet sind. Dann kommt es auf den geringsten Abstand zwischen dem Tiefsten zwischen den Zähnen und dem Tiefsten der Kanäle an.
- if the channels are incorporated in the inner wall of the housing,
- -also, even if the channels are incorporated in the outer surface of the socket. Then it depends on the smallest distance between the deepest between the teeth and the deepest of the channels.
Vorzugsweise sind die Buchsen außen mit Nuten versehen. Die Buchsen können ebenso wie die Innenverzahnung durch Funkenerosion mit den kanalbildenden Nuten versehen werden. Wenn die Nuten jedoch vor der Innenverzahnung hergestellt werden, lassen sich die Nuten auch auf einer Drehbank oder Fräsbank einarbeiten. In den kanalbildenden Nuten fließt das Temperierungsmittel von einem Buchsenende zum anderen Buchsenende. Die Nuten verlaufen mit einer Steigung zur Buchsenmittelachse wie die Innenverzahnung. Die Steigung der Nuten kann die gleiche wie die der Innenverzahnung sein. Die Steigung kann jedoch auch größer oder kleiner sein. Im Falle der in die Buchsenaußenfläche eingearbeiteten Kanäle bezieht sich die vorstehenden Dickenangaben auf die geringste Materialdicke, die sich zwischen dem Tiefsten der außen an den Buchsen vorgesehenen Nuten/Kanäle und dem Tiefsten zwischen zwei Zähnen der Innenverzahnung der Buchsen findet.Preferably, the sockets are externally provided with grooves. The bushings, like the internal toothing, can be provided with the channel-forming grooves by spark erosion. However, if the grooves are made before the internal teeth, the grooves can also be incorporated on a lathe or milling bench. In the channel-forming grooves, the tempering agent flows from one end of the sleeve to the other end of the sleeve. The grooves extend with a slope to the bushing center axis as the internal teeth. The pitch of the grooves may be the same as that of the internal teeth. However, the slope can also be larger or smaller. In the case of the channels machined into the bushing outer surface, the above thickness specifications refer to the least thickness of material found between the depth of the grooves on the outside of the bushings and the depth between two teeth of the internal teeth of the bushes.
Mit den außen genuteten Buchsen korrespondieren Gehäuse mit einer glatten Innenbohrung zur Aufnahme der Buchsen. Nach der Montage der Buchsen im Gehäuse sind die Nuten außen geschlossen, so dass geschlossene Kanäle entstanden sind. Die Montage erfolgt vorzugsweise durch Aufschrumpfen der Gehäuse auf den Buchsen.With the externally grooved bushings housing correspond with a smooth inner bore for receiving the sockets. After mounting the bushes in the housing, the grooves are closed on the outside, so that closed channels have arisen. The assembly is preferably carried out by shrinking the housing on the jacks.
Die erfindungsgemäß dünnen Buchsen haben für die Temperierung eine große Bedeutung. Sie verkürzen den Wärmefluß, so daß sich die Temperatur schneller und damit genauer regeln läßt. Für die Temperierung ist außerdem günstig, wenn eine Vielzahl von Kanälen sich an der Außenfläche der Buchsen entlang windet. Dadurch können die Buchsen gleichmäßig temperiert werden. Je größere die dabei zu transportierende Wärmemenge ist, desto größer wird der Temperaturunterschied zwischen dem Temperierungsmittel und dem Extrusionsgut im Extruder gewählt. Ferner kann mit der Fließgeschwindigkeit des Temperierungsmittels Einfluß auf die Temperierung genommen werden.The thin bushings according to the invention are of great importance for the temperature control. They shorten the heat flow, so that the temperature can be regulated faster and thus more accurately. For the tempering is also beneficial if a plurality of channels winds along the outer surface of the sockets along. This allows the jacks to be evenly tempered. The larger the amount of heat to be transported, the greater the difference in temperature between the tempering agent and the extruded material in the extruder is selected. Furthermore, it is possible to influence the temperature control with the flow rate of the tempering agent.
Vorzugsweise wird die Temperierung zwischen den Buchsen und dem umgebenden Gehäuse mit einer Temperierung der Zentralspindel ergänzt. Dazu besitzt die Zentralspindel vorzugsweise zwei konzentrisch ineinander angeordnete Rohre, zwischen denen ein Ringraum besteht. Das äußere Rohr ist außen mit einer Verzahnung versehen oder trägt eine oder mehrere außen verzahnte Hülsen, welche zusammen die Verzahnung der Zentralspindel bilden. Das innere Rohr wird von einem Anker durchdrungen, mit dem die Zentralspindel an dem Abtriebszapfen des Antriebes verspannt ist. Die Temperierung der Zentralspindel wird vorzugsweise mit dem gleichen Temperierungsmittel wie die Temperierung zwischen der Buchse und dem umgebenden Gehäuse bewirkt. Das Temperierungsmittel kann durch das innere Rohr zur Zentralspindelspitze und durch den Zwischenraum zwischen äußerem Rohr und innerem Rohr wieder zurückströmen. Oder das Temperierungsmittel kann durch den Zwischenraum zwischen äußerem Rohr und innerem Rohr zur Zentralspindelspitze strömen und von dort durch das innere Rohr wieder zurückströmen.Preferably, the temperature between the sockets and the surrounding housing is supplemented with a temperature control of the central spindle. For this purpose, the central spindle preferably has two concentrically arranged tubes, between which an annular space. The outer tube is externally provided with a toothing or carries one or more externally toothed sleeves, which together form the toothing of the central spindle. The inner tube is penetrated by an armature, with which the central spindle is clamped to the output pin of the drive. The temperature of the central spindle is preferably effected with the same temperature control means as the temperature control between the sleeve and the surrounding housing. The tempering agent can flow back through the inner tube to the central spindle tip and through the space between the outer tube and inner tube. Or the Temperierungsmittel can flow through the gap between the outer tube and inner tube to the central spindle tip and flow back from there through the inner tube.
Im Übrigen ist von Vorteil, bei Verwendung einer Schnecke zum Füttern einer Pumpe auch die Schnecke zu Temperieren. Dazu kann die Schnecke in gleicher Weise wie die Zentralspindel ein äußeres und ein inneres Rohr besitzen, von Temperierungsmittel durchströmt und mit einem Antrieb versehen sein.Incidentally, it is advantageous when using a screw for feeding a pump and the screw to temper. For this purpose, the screw in the same way as the central spindle have an outer and an inner tube, flows through tempering and be provided with a drive.
Als Temperierungsmittel wird vorzugsweise Wasser verwendet, soweit möglich. Bei höheren Reaktionstemperaturen erfolgt die Temperierung mit Öl.The tempering agent used is preferably water, as far as possible. At higher reaction temperatures, the temperature is controlled with oil.
Nach der Erfindung kann jeder gewünschte Temperaturverlauf über der Länge der Temperierungsstrecke eingehalten werden, indem über die Länge der Temperierungsstrecke mehrere Temperierungskreise (Kühlkreise/Heizkreise) in Extrusionsrichtung des Planetwalzenextruders hintereinander angeordnet sind. According to the invention, any desired temperature profile can be maintained over the length of the Temperierungsstrecke by several Temperierungskreise (cooling circuits / heating circuits) are arranged in the extrusion direction of the planetary roller extruder over the length of the Temperierungsstrecke.
Dazu können die von einem Ende des Extruders/Moduls/Abschnitts bis zum anderen Ende des Extruders/Moduls/Abschnitts führenden Kanäle in einzelne Kanalabschnitte unterteilt sein und ist jedem Kanalabschnitt ein eigenes Kühl/Heizgerät zugeordnet, so daß die verschiedenen Kanalabschnitte unterschiedlich mit Temperierungsmittel beaufschlagt werden können. Das heißt, es kann in jedem der Abschnitte/Module mit einer anderen gewünschten Temperatur gearbeitet werden.For this purpose, the leading from one end of the extruder / module / section to the other end of the extruder / module / section channels can be divided into individual channel sections and each channel section is assigned its own cooling / heating device, so that the different channel sections are applied differently with tempering can. That is, it can be worked in each of the sections / modules with a different desired temperature.
Die Herstellung eines erfindungsgemäßen Extruders/Moduls/Abschnitts mit größerer Länge ist nach der Erfindung möglich, weil die zugehörige Innenverzahnung mit der Funkenerosionstechnik hergestellt werden kann. Die Funkenerosionstechnik zur Herstellung der Innenverzahnungen für überlange Planetwalzenextrudermodule ist beschrieben in der
Mit der Herstellung überlanger Extruder/Module/Abschnitte entfallen die bei üblicher Modullänge in Planetwalzenextruderbauweise vorgesehenen Anlaufringe. Damit entfällt auch die von den Anlaufringen ausgehende mechanische Belastung des Einsatzmaterials und der entstehenden Verbindungen.The manufacture of extra long extruders / modules / sections eliminates the starting rings required for the usual module length in planetary roller extruder design. This eliminates the outgoing of the stop rings mechanical load of the feedstock and the resulting compounds.
Wo es nicht auf die Vermeidung der mechanischen Belastung durch die Anlaufringe ankommt, lassen sich - wie oben beschrieben - aus kurzen Planetwalzenextrudermodulen/Abschnitten durch Aneinandersetzen mehrerer Module/Abschnitte längere Bearbeitungsstrecken herstellen.Where it does not depend on the avoidance of the mechanical loading by the contact rings, can be - as described above - produce short machining sections from short planetary roller extruder modules / sections by juxtaposing several modules / sections.
Es lassen sich aber auch die Vorteile der überlangen Module/Abschnitte mit den Vorteilen der kurzen Module/Abschnitte kombinieren, wenn die Buchsen der Module/Abschnitte mit Ihrer Verzahnung so ausgerichtet werden, daß eine überlange Planetspindel gleichzeitig mit der Innenverzahnung der einen Buchse und mit der Innenverzahnung der anderen Buchse kämmen kann.But it can also combine the advantages of overlong modules / sections with the advantages of the short modules / sections, if the jacks of modules / sections are aligned with your teeth so that an oversized planetary spindle simultaneously with the internal teeth of a socket and the Internal toothing of the other socket can comb.
Nach der Erfindung wird dabei genutzt, daß an der Innenfläche der Buchse umlaufend ganze Zähne nebeneinander angeordnet. Die Zähne verlaufen parallel zueinander auf einer gewunden Bahn von einem Buchsenende zum anderen Buchsenende. Um einen einwandfreien Eingriff der Planetspindel in die Innenverzahnung benachbarter Buchsen zu bewirken, werden die Buchsen auf einen bestimmten Abstand gebracht, bei dem die Planetspindeln gleichzeitig in die Verzahnung beider Buchsen greifen. Ausgehend von einer immer gleicher Position der Buchsen in den Modulgehäusen kann der Abstand aus der Steigung der Zähne und deren Abmessungen berechnet werden kann. Der Abstand läßt sich auch empirisch ermitteln, indem zum Beispiel
- -zunächst die Zentralspindel am Extruderantrieb montiert wird,
- -dann von den für die Entgasung bestimmten Planetwalzenextrudermodulen das in Extrusionsrichtung erste Gehäuse montiert wird,
- -dann das in Extrusionsrichtung nächste (zweite) Gehäuse über die Zentralspindel geschoben wird,
- -dann zwischen die Zentralspindel und das zweite Gehäuse eine Planetspindel (besser mehrere, um die Zentralspindel gleichmäßig verteilte Planetspindeln) geschoben wird, bis die Planetspindel an die Buchse des zweiten Gehäuses stößt
- -dann der Abstand der Gehäuse unter Drehung der Planetspindel verändert wird, bis die Planetspindel mit einem Zahn in die Verzahnung der Buchse des ersten Gehäuses greift. Der sich dabei ergebende Abstand der Buchsen kann für die Fertigung eines Zwischenstückes genutzt werden, mit dem der Zwischenraum zwischen beiden beabstandeten Buchsen in axialer Richtung ganz und in radialer Richtung mindestens teilweise geschlossen wird. Der Abstand zwischen den Buchsen bestimmt die axiale Länge eines Zwischenstückes zwischen beiden Gehäusen. Das Zwischenstück kann verzahnungsfrei die umlaufenden Planetspindeln umgeben. Das Zwischenstück kann aber wie die Buchsen innen verzahnt sein und die Lücke zwischen beiden Buchsen so überbrücken, daß eine Verzahnungslänge wie bei einer einteiligen Buchse entsteht, auf der die beiden oben beschriebenen Gehäuse aufgeschrumpft sind
- -dann werden die benachbarten Gehäuse an den Flanschen miteinander verspannt, so daß das Zwischenstück zwischen den benachbarten Gehäuseenden eingespannt wird.
- -first, the central spindle is mounted on the extruder drive,
- -then of the designated for degassing planetary roller extruder modules in the extrusion direction first housing is mounted,
- -then in the extrusion direction next (second) housing is pushed over the central spindle,
- -then between the central spindle and the second housing a planetary spindle (more preferably, to the central spindle evenly distributed planetary spindles) is pushed until the planetary spindle abuts the socket of the second housing
- -then the distance of the housing is changed by rotation of the planetary spindle until the planetary spindle engages with a tooth in the toothing of the socket of the first housing. The resulting distance between the bushes can be used for the production of an intermediate piece, with the gap between the two spaced bushings in the axial direction is completely closed and at least partially in the radial direction. The distance between the bushes determines the axial length of an intermediate piece between the two housings. The intermediate piece can surround the rotating planetary spindles without teeth. However, the intermediate piece can be toothed like the bushings and bridge the gap between the two bushings so that a toothing length as in a one-piece socket is formed, on which the two housings described above are shrunk
- -then the adjacent housing on the flanges are clamped together, so that the intermediate piece is clamped between the adjacent housing ends.
Nach der Erfindung kann auch von Vorteil sein,
- -zwei Modulgehäuse auf einer überlangen Buchse aufzuschrumpfen. Das kann mit Zwischenstück oder ohne Zwischenstück erfolgen. Das Zwischenstück hätte dann vorzugsweise die Aufgabe, die Buchsen in der Lücke zwischen den aufgeschrumpften Gehäusen vor Biegelasten und anderen Lasten zu schützen.
- - Shrink two module housings on an overlong socket. This can be done with spacer or without adapter. The intermediate piece would then preferably have the task of protecting the bushes in the gap between the shrunk-on housings against bending loads and other loads.
Mehrere hintereinander und fluchtend angeordnete Planetwalzenextrudermodule besitzen zwar separate Gehäuse und separate, die Innenverzahnung bildende Buchsen und in der Regel separate Planetspindeln, aber immer eine gemeinsame Zentralspindel. Die gemeinsame Zentralspindel bedingt eine gemeinsame Drehbewegung aller beweglichen Teile. Mehrere, in Extrusionsrichtung hintereinander nicht fluchtend angeordnete Planetwalzenextudermodule besitzen separate Zentralspindeln. Solche Anordnung ergibt sich bei sogenannten Tandemanlagen mit Primärextruder und Sekundärextruder bzw. in Kaskadenanlagen. Dann ist der in Extrusionsrichtung weitere Extruder nicht fluchtend hinter dem vorhergehenden Extruder angeordnet. Sowohl bei den fluchten Planetwalzenextruderabschnitten/Modulen als auch bei den Abschnitten/Modulen einer Tandemanlage/Kaskadenanlage kann der erfindungsgemäße Modul/Abschnitt Anwendung finden; desgleichen in einer Einzelanordnung.Although several successive and aligned planetary roller extruder modules have separate housing and separate, the internal toothing bushings and usually separate planetary spindles, but always a common central spindle. The common central spindle causes a common rotational movement of all moving parts. Several, in the extrusion direction one behind the other not aligned arranged planetary roller modules have separate central spindles. Such arrangement results in so-called tandem systems with primary extruder and secondary extruder or in cascade systems. Then the extruder in the extrusion direction is not arranged in alignment behind the preceding extruder. Either in the aligned planetary roller extruder sections / modules as well as in the sections / modules of a tandem installation / cascade installation, the module / section according to the invention can be used; likewise in a single arrangement.
In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.In the drawing, various embodiments of the invention are shown.
In
Im Ausführungsbeispiel werden Styrol-Homopolymere in einer Suspension mit Wasser zur Polymerisation in den Hohlraum des Planetwalzenextrudermoduls zwischen der Zentralspindel
Während der Polymerisation fließt Wasser als Temperierungsmittel durch die Kanäle
In noch anderen Ausführungsbeispielen werden die verschiedenen Bestandteile der Suspension ganz getrennt oder teilweise getrennt in den Planetwalzenextrudermodul eingetragen und dort zu einer Suspension vermischt.In still other embodiments, the various constituents of the suspension are introduced completely separately or partially separated into the planetary roller extruder module and mixed there to form a suspension.
Bei der Aufgabe der Suspension entsteht mittels einer Pumpe
In anderen Ausführungsbeispielen ist zusätzlich eine Lagerung des ausstrittseitigen Zentralspindelendes in der Scheibe oder in einem anstelle der Scheibe vorgesehen Lagerring vorgesehen.In other embodiments, a bearing of the ausstrittseitigen central spindle end is additionally provided in the disc or in a bearing ring provided instead of the disc.
Das im Planetwalzenextrudermodul entstehende Polystyrol wird über Leitungen
Während des Materialdurchganges durch den Planetwalzenextrudermodul erfahren das Einsatzmaterial und das entstehende Polystyrol die gewünschte Temperierung. Dabei wird das Material wiederkehrend mit der temperierten Innenverzahnung
Zu dem in Strömungssrichtung des Einsatzmaterials ersten Temperierungskreis gehören Leitungen
In einem anderen Ausführungsbeispiel ist anstelle der weiteren Pumpe
In die Ringkonstruktion ist ein Kanal eingearbeitet, der über Öffnungen in der gehäuseseitigen Wandung mit dem Hohlraum des Kühl/Heizmoduls bzw. - abschnitt in Verbindung stehen, so daß zugeführte Suspension in den Planetwalzenextrudermodul bzw. -abschnitt gedrückt werden kann.In the ring construction, a channel is incorporated, which are connected via openings in the housing-side wall with the cavity of the cooling / heating module or - section, so that fed suspension can be pressed into the planetary roller extruder module or section.
In einem Dritten Ausführungsbeispiel ist austrittsseitig an dem Planetwalzenextrudermodul keine geschlossene Scheibe, sondern nur ein herkömmlicher Anlaufring für die Planetspindeln10 vorgesehen, der das Zentralslpindelende im Abstand umgibt, so daß ein Spalt für den Suspensionsdurchtritt in das Düsenteil
Das Ausführungsbeispiel nach
- -dessen Hohlraumvolumen
- -durch den Füllungsgrad des Extruders
- -durch die Zuführung von Suspension
- -durch den Austritt entstehendes Polystyrol.
- -there is cavity volume
- by the degree of filling of the extruder
- by the addition of suspension
- by the emergence of polystyrene.
Das entstehende Polystyrol tritt aus einer Öffnung
Durch alle Planewalzenextrudermodule erstreckt sich im Ausführungsbeispiel eine nicht dargestellte gemeinsame, temperierte Zentralspindel. Der Antrieb für die Zentralspindel und die auf der Zentralspindel umlaufenden Planetspindeln sitzt in der Ansicht wie im Ausführungbeispiel nach
Das Ausführungsbeispiel nach
Ferner sind in
Das Ausführungsbeispiel nach
Zum Druckaufbau für das Eintragen der Suspension ist eine regelbare Pumpe
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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