DE102021124034A1 - Extruder screw for a multi-screw extruder and multi-screw extruder - Google Patents
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Abstract
Extruderschnecke (100) für einen Mehrschneckenextruder, wenigstens umfassend:
- einen Einzugs- und Meteringabschnitt (30),
- eine im Durchmesser gegenüber dem Einzugs- und Meteringabschnitt (30) vergrößerten Rotorkörperabschnitt (50), der eine Mehrzahl von Satellitenschnecken (20) aufweist, welche zumindest über einen Teil Ihrer Länge offen liegend am Außenumfang des Rotorkörperabschnitts (50) angeordnet sind; wobei zwischen dem Einzugs- und Meteringabschnitt (30) und dem Rotorkörperabschnitt (50) ein Konus (11) und eine sich daran anschließende Antriebszone ausgebildet sind, in welcher die Satellitenschnecken (20) jeweils über ein Ritzel (21) in eine Innenverzahnung in oder an der Innenwandung eines Extrudergehäuses des Mehrschneckenextruders eingreifen;
wobei die Antriebszone an einem Stützlagerelement ausgebildet ist, welches für jede Satellitenschnecke (20) je eine Nut (15) zur Aufnahme des Ritzels (21) aufweist und die Satellitenschnecken (20) jeweils in wenigstens einem neben dem Ritzel (21) angeordneten Gleitlager im Stützlagerelement gelagert ist.
Extruder screw (100) for a multi-screw extruder, at least comprising:
- a collection and metering section (30),
- A rotor body section (50) which is enlarged in diameter compared to the intake and metering section (30) and has a plurality of satellite screws (20) which are arranged openly at least over part of their length on the outer circumference of the rotor body section (50); A cone (11) and an adjoining drive zone are formed between the intake and metering section (30) and the rotor body section (50), in which the satellite worms (20) each have a pinion (21) in an internal toothing in or on engage the inner wall of an extruder barrel of the multi-screw extruder;
the drive zone being formed on a support bearing element which has a groove (15) for each satellite worm (20) for receiving the pinion (21) and the satellite worms (20) each in at least one plain bearing arranged next to the pinion (21) in the support bearing element is stored.
Description
Die Erfindung betrifft eine Extruderschnecke für einen Mehrschneckenextruder mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie einen Mehrschneckenextruder mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 9.The invention relates to an extruder screw for a multi-screw extruder having the features of the preamble of claim 1 and to a multi-screw extruder having the features of the preamble of claim 9.
Für die Aufbereitung von Kunststoffschmelze, insbesondere Polyester, hat sich ein Multirotationssystem (MRS) bewährt, das in
Das bekannte Antriebskonzept sieht eine Antriebszone für die Satellitenschnecken vor, die innerhalb des für die Entgasung vorgesehenen Behandlungsraums liegt. Die Anordnung der Antriebszone direkt am stromaufwärts gelegenen Ende der Multirotationseinheit ist in den meisten Anwendungsfällen notwendig und kann nicht an das stromabwärts gelegene Ende verlagert werden, damit die Länge desjenigen Abschnitts der Extruderschnecke, die durch das Antriebsdrehmoment belastet wird, kurzgehalten wird.The known drive concept provides a drive zone for the satellite screws, which is located within the treatment space provided for the degassing. Locating the drive zone directly at the upstream end of the multi-rotation unit is necessary in most applications and cannot be moved to the downstream end in order to keep the length of that section of the extruder screw that is loaded by the drive torque short.
Die aus der Meteringzone über den Konus überführte Schmelze wird durch die Antriebszone der Satellitenschnecken hindurchgeführt. In einigen Anwendungsfällen kann der über die dort auftretende Scherung erfolgende Energieeintrag vorteilhaft sein, weil er die Homogenisierung der Kunststoffschmelze begünstigt. Andererseits kann die Scherung des Polymers in der Antriebszone nachteilig für die Produkteigenschaften sein.The melt transferred from the metering zone via the cone is guided through the drive zone of the satellite screws. In some applications, the energy input that takes place via the shearing that occurs there can be advantageous because it promotes the homogenization of the plastic melt. On the other hand, the shearing of the polymer in the drive zone can be detrimental to the product properties.
Die Antriebszone der Satellitenschnecken ist in verschiedener Hinsicht hoch belastet. Die Verzahnung, bestehend aus den jeweils an den Satellitenschnecken angebrachten Ritzeln und einem gehäuseseitigen Zahnring mit Innenverzahnung kann nur durch das heiße Polymer geschmiert werden. Daher ist es notwendig, dass das Polymer die Antriebszone durchströmt. Dadurch gelangen aber auch in der Meteringzone nicht vollständig aufgeschmolzene, harte Kunststoffpartikel in die Antriebszone. Beim Recycling von Kunststoffen können zudem Störstoffe wie Metallpartikel oder Sandkörner in der Kunststoffschmelze enthalten sein. Zudem führt der Schmelzedruck der am Außenumfang der Extruderschnecke strömenden Schmelze dazu, dass die Ritzel der schwimmend gelagerten Satellitenschnecken in die Aufnahmenuten am Satellitenträgerelement gepresst werden und die Zahnflanken dort starken Verschleiß hervorrufen und auch selber starkem verschleißt unterliegen.The propulsion zone of the satellite scrolls is highly stressed in various respects. The gearing, consisting of the pinions attached to the satellite worms and a gear ring with internal gearing on the housing side, can only be lubricated by the hot polymer. It is therefore necessary for the polymer to flow through the drive zone. As a result, hard plastic particles that are not completely melted in the metering zone also get into the drive zone. When recycling plastics, impurities such as metal particles or grains of sand can also be contained in the plastic melt. In addition, the melt pressure of the melt flowing on the outer circumference of the extruder screw means that the pinions of the floating satellite screws are pressed into the receiving grooves on the satellite carrier element and the tooth flanks there cause heavy wear and are also subject to heavy wear.
Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, eine Extruderschnecke für ein MRS-System bzw. einen damit ausgerüsteten Mehrschneckenextruder so zu verbessern, dass der Verschleiß in der Antriebszone der Satellitenschnecken reduziert wird.The object of the invention is therefore to improve an extruder screw for an MRS system or a multi-screw extruder equipped with it in such a way that the wear in the drive zone of the satellite screws is reduced.
Die Lösung nach der vorliegenden Erfindung besteht in einer Extruderschnecke mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. einen Mehrschneckenextruder mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.The solution according to the present invention consists in an extruder screw having the features of claim 1 or a multi-screw extruder having the features of claim 7.
Nach der Erfindung ist vorgesehen, die Satellitenschnecken in ihren Nuten im Satellitenschneckenträgerelement mindestens an einer Seite neben dem Ritzel über ein Gleitlager abzustützen, um dem Schmelzedruck entgegenzuwirken und um zu verhindern, dass das Ritzel mit seinen Außenflanken der Verzahnung über den Grund der Nut schabt.According to the invention, the satellite screws are supported in their grooves in the satellite screw carrier element at least on one side next to the pinion via a slide bearing in order to counteract the melt pressure and to prevent the pinion from scraping the bottom of the groove with its outer flanks of the teeth.
Dazu kann vorgesehen sein, das Ende der Satellitenschnecke als Lagerabsatz auszubilden, der in einer Lagerausnehmung am Satellitenschneckenträgerelement gelagert ist. Die Lagerausnehmung befindet sich bei dieser Ausführungsform direkt hinter dem Konus, der den Übergang zwischen Meteringzone und Entgasungszone darstellt.For this purpose, provision can be made for the end of the satellite worm to be in the form of a bearing shoulder which is mounted in a bearing recess on the satellite worm carrier element. In this embodiment, the bearing recess is located directly behind the cone, which represents the transition between the metering zone and the degassing zone.
Um Toleranzen ausgleichen zu können, die gerade auch infolge der Erwärmung bzw. Abkühlung der Extruderschnecke im Betrieb auftreten kann vorgesehen sein, die Lagerabsätze nicht direkt in die jeweilige Lagerausnehmung einzusetzen, sondern in einem zusätzlich dort eingesetzten Lagereinsatzelement zu lagern.In order to be able to compensate for tolerances that can occur as a result of the heating or cooling of the extruder screw during operation, the bearing shoulders are not to be used directly in the respective bearing recess, but rather to be stored in a bearing insert element additionally used there.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die Satellitenschnecke beidseitig neben dem Ritzel in Gleitlagern abgestützt. Neben dem endseitigen Lager ist ein weiterer Lagerabsatz zwischen dem Bereich der Schnecke, der einen Schneckensteg besitzt, und dem Bereich zur Aufnahme des Ritzels ausgebildet.According to a preferred embodiment, the satellite worm is supported on both sides next to the pinion in plain bearings. In addition to the bearing at the end, another bearing shoulder is formed between the area of the worm, which has a worm web, and the area for receiving the pinion.
Besonders bevorzugt werden die Lagerbohrungen des endseitigen Lagers wie auch des ggf. vorhandenen zweiten Lagers auf der anderen axialen Seite des Ritzels jeweils in einem separaten Lagereinsatzelement ausgebildet, welches in die Nut am Satellitenschneckenträgerelement eingesetzt ist. Bei dem Lagereinsatzelement entspricht die Außenkontur in großen Teilen der Innenkontur der Aufnahmenut. Da diese bevorzugt tief eingeschnitten ist, ist das Lagereinsatzelement ohne zusätzliche Sicherungselemente in der quer zur Mittelachse ausgerichteten Querschnittsebene formschlüssig in der Nut gehalten und kann mit der Satellitenschnecke zusammen in das Satellitenschneckenträgerelement eingesetzt werden. Eine tief eingeschnittene Nut liegt vor, wenn der Querschnitt der Nut einen Bogen von mehr als 180° abdeckt.Particularly preferably, the bearing bores of the end bearing and of the second bearing that may be present on the other axial side of the pinion are each formed in a separate bearing insert element, which is inserted into the groove on the satellite worm carrier element. In the case of the bearing insert element, the outer contour largely corresponds to the inner contour the receiving groove. Since this is preferably deeply incised, the bearing insert element is held in the groove in a form-fitting manner without additional securing elements in the cross-sectional plane aligned transversely to the central axis and can be inserted together with the satellite worm into the satellite worm carrier element. A deep cut groove is when the cross-section of the groove covers an arc greater than 180°.
Weiterhin vorzugsweise ist auch das endseitige Lager der Satellitenschnecke durch ein solches Lagereinsatzelement gebildet, das in die Nut eingesetzt wird. Damit sind beide Lagereinsatzelemente bei Verschleiß leicht austauschbar. Für sie kann ein metallischer Werkstoff gewählt werden, der durch HeißIsostatisches Pressen (HIP) nachverdichtet ist, um die Verschleißfestigkeit zu erhöhen. Das Satellitenschneckenträgerelement kann so unabhängig von den Anforderungen an die Festigkeit der Lagerstellen aus anderen geeigneten Werkstoffen gebildet werden.Furthermore, the bearing at the end of the satellite worm is preferably also formed by such a bearing insert element, which is inserted into the groove. This means that both bearing insert elements can be easily replaced when they are worn. A metallic material can be chosen for them, which is post-compacted by Hot Isostatic Pressing (HIP) in order to increase wear resistance. The satellite worm carrier element can thus be formed from other suitable materials, independently of the requirements for the strength of the bearing points.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsformwird ein wesentlicher Anteil des Schmelzestroms in der Antriebszone nicht über die Ritzel geführt, sondern in Kanälen innerhalb des Stützlagers an den Ritzeln vorbei. Daraus ergibt sich als Vorteil, dass die Schmelze nicht durch Scherung erwärmt wird. Es ist z.B. bei der Verarbeitung von PET vorteilhaft, wenn die Schmelze nicht vollständig durchplastifiziert ist und damit relativ kühl ist, so dass ein übermäßigen Abbau der Schmelze schon im Eintragsbereich zu vermeiden. Für die Extruderschnecke selbst ergibt sich als weiterer Vorteil, dass die Gefahr ihrer Beschädigung bei Kontaminationen der Schmelze reduziert wird.According to an advantageous embodiment, a substantial proportion of the melt flow in the drive zone is not guided over the pinions but in channels within the support bearing past the pinions. The advantage of this is that the melt is not heated by shearing. When processing PET, for example, it is advantageous if the melt is not completely plasticized and is therefore relatively cool, so that excessive degradation of the melt in the entry area can be avoided. A further advantage for the extruder screw itself is that the risk of damage to it if the melt is contaminated is reduced.
Für die Wirksamkeit der Umströmungskanäle ist wichtig, dass diese groß genug gewählt werden, damit ein Hauptanteil des Volumenstroms mit der Extruderschnecke geförderten und behandelten Polymers nicht durch die Antriebszone geleitet wird. Ein ausreichender Querschnitt ist auch wichtig, um zu verhindern, dass nicht vollständig plastifiziertes Material der Eintragsschnecke die Kanäle verstopft und zu hohem Druckabfall führt. Beides bewirkt einen hohen Kopfdruck am Ende des Eintrags und damit einen deutlich höheren Energieeintrag und vermeidet so eine Schädigung der Schmelze.For the effectiveness of the flow channels, it is important that they are large enough so that a major part of the volume flow of the polymer conveyed and treated with the extruder screw is not passed through the drive zone. Sufficient cross-section is also important to prevent incompletely plasticized feed screw material from clogging the channels and leading to high pressure drops. Both cause a high head pressure at the end of the feed and thus a significantly higher energy input and thus avoid damage to the melt.
Konkret sollten die Kanäle in jeder Dimension mindestens 5 mm freien Querschnitt bieten, vorzugsweise 8 mm bis 10 mm.In concrete terms, the channels should offer at least 5 mm of free cross-section in each dimension, preferably 8 mm to 10 mm.
Möglich ist auch, dass die Umströmungskanäle außen um die Verzahnung geführt werden, also in die Wandung des Extrudergehäuses und/oder in den Statorring eingebracht werden.It is also possible for the flow channels to be routed around the toothing on the outside, that is to say to be introduced into the wall of the extruder housing and/or into the stator ring.
Der Ringspalt zwischen der Außenseite des Stützlagerelements und der Innenseite der Extruderbohrung im Gehäuse sollte eine radiale Weite von vorzugsweise 1 mm bis 3 mm und maximal 5 mm besitzen. Bei einem Durchmesser von 130 mm beispielsweise wird der Ringspalt mit 1,6 mm bis 2,0 mm bemessen.The annular gap between the outside of the support bearing element and the inside of the extruder bore in the housing should have a radial width of preferably 1 mm to 3 mm and a maximum of 5 mm. With a diameter of 130 mm, for example, the annular gap is measured at 1.6 mm to 2.0 mm.
Dadurch wird vorgegeben, dass nur ein kleiner Volumenstrom über den Außenumfang strömt, damit das Polymer als Schmierstoff in der Antriebszone wirken kann, während sich der größere Anteil des Volumenstroms auf die Umströmungskanäle aufteilt und somit keine Scherung in der Antriebszone erfährt. Es ist außerdem vorteilhaft, wenn die Größe des Ringspalts so klein gewählt wird, da Fremdkörper im Schmelzestrom zurückgehalten werden, die eine solche Größe haben, dass sie zu einer nennenswerten mechanischen Beschädigung der Verzahnung führen kann.This ensures that only a small volume flow flows over the outer circumference, so that the polymer can act as a lubricant in the drive zone, while the larger part of the volume flow is divided between the flow channels and thus does not experience any shearing in the drive zone. It is also advantageous if the size of the annular gap is chosen to be so small, since foreign bodies are retained in the melt flow that are of such a size that they can lead to significant mechanical damage to the toothing.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Die Figuren zeigen im Einzelnen:
-
1 Teile einer Extruderschnecke in perspektivischer Ansicht: -
2 eine perspektivische Ansicht auf das Satellitenschneckenträgerelement nach einer ersten Ausführungsform; -
3A ,3B jeweils Teile der Extruderschnecke mit dem Satellitenschneckenträgerelement nach2 in perspektivischer Ansicht; und -
4 Teile eines Mehrschneckenextruders mit der Extruderschnecke in seitlicher Schnittansicht; -
5 eine perspektivische Ansicht auf ein Satellitenschneckenträgerelement nach einer zweiten Ausführungsform; -
6 eine perspektivische Ansicht auf die Rückseite des Stützlagerelements nach5 ; -
7 eine perspektivische Ansicht auf eine Anordnung mehrerer Satellitenschnecken der Extruderschnecke; und -
8 eine perspektivische Ansicht auf ein Satellitenschneckenträgerelement nach einer dritten Ausführungsform.
-
1 Perspective view of parts of an extruder screw: -
2 a perspective view of the satellite worm carrier element according to a first embodiment; -
3A ,3B parts of the extruder screw with the satellite screw carrier element2 in perspective view; and -
4 Parts of a multi-screw extruder with the extruder screw in a side sectional view; -
5 a perspective view of a satellite worm carrier element according to a second embodiment; -
6 a perspective view of the back of the support bearing element5 ; -
7 a perspective view of an arrangement of several satellite screws of the extruder screw; and -
8th a perspective view of a satellite worm carrier element according to a third embodiment.
In
Zwischen benachbarten Ritzeln 21 ist jeweils ein länglicher, axialer Abschnitt des Stützlagerelements 10 vorgesehen, in welchem ein rohrförmiger Umströmungskanal 13 ausgebildet ist. Der Umströmungskanal 13 erstreckt sich von einer Eingangsöffnung 12 am Konus 11 bis zu einer Ausgangsöffnung 14, die in axialer Erstreckung der Extruderschnecke 100 und in Fließrichtung gesehen jenseits der Ritzel 21 angeordnet ist.An elongated, axial section of the
In
Der Vorteil dieser Anordnung ergibt sich aus
Die Nuten 15 des Stützlagerelements 10 setzen sich jeweils in Nuten 52 am Rotorkörperabschnitt 50 fort. Die Satellitenschnecken 20 sind darin geführt, wobei sie mit der Außenseite offen liegen. Der Rotorkörperabschnitt 50 besitzt zwischen den Nuten 52 jeweils Teile eines eigenen Hauptschneckenstegs 51. Dadurch, dass die Ausgangsöffnungen 14 der Umströmungskanäle 13 nicht bis zum Ende des Stützlagerelements 10 reichen, gelangt die aus der Ausgangsöffnung 14 herausquellende Schmelze direkt seitlich in den Einzugsbereich des Hauptschneckenstegs 51 und der Stege 22 an den Satellitenschnecken 20.The
Die Lagerabsätze 24 der Satellitenschnecken 20 sind jeweils in einem Lagereinsatzelement 60 aufgenommen, das in die Nut 15 des Stützlagerelements 10 eingesetzt ist. Hinter der Lagerstelle 24 ist an allen Satellitenschnecken 20 jeweils ein Lagerabschnitt 25 ausgebildet, der das Ritzel 21 aufnimmt. Ganz am Ende ist ein Lagerabsatz 26 ausgebildet, der direkt in die Lagerausnehmung 16 im Stützelement 10 oder ein dort befindliches Gleitlagerelement eingreift.The bearing shoulders 24 of the
Für die jeweilige zweite Lagerstelle ist ein Lagereinsatzelement 160 mit einer Lagerausnehmung 161 in die Nut 115 eingesetzt. Unterschiedlich im Vergleich zu der ersten Ausführungsform des Stützlagerelements nach den
Links ist eine Satellitenschnecke 120 mit Schneckensteg 122 ohne Zusatzteile gezeigt. Der Schneckensteg 122 endet an einem Bund 123. Dahinter ist ein Lagerabschnitt 125 ausgebildet.A
Bei der mittleren Satellitenschnecke 120 ist ein Ritzel 121 auf den Lagerabschnitt 125 aufgesetzt. Dieses umfasst nicht nur einen verzahnten Bereich, sondern an jeder Seite davon auch jeweils einen Lagerabsatz 124, 126 mit Spiralnuten zur Verbesserung der Schmierung.A
Bei der ganz rechts in
- -
das Ritzel 121; - -
ein Lagereinsatzelement 160, indas der Lagerabsatz 124 desRitzels 121 eingeführt ist; - -
ein Gleitlagerelement 170, indas der Lagerabsatz 126 eingeführt ist; und - -
einen das Gleitlagerelement 170umgebenden Spannring 171.
- - the
pinion 121; - - A
bearing insert element 160 in which thebearing shoulder 124 of thepinion 121 is inserted; - - A
plain bearing element 170 into which thebearing shoulder 126 is inserted; and - - a
clamping ring 171 surrounding theplain bearing element 170.
BezugszeichenlisteReference List
- 200200
- Mehrschneckenextruder multi-screw extruder
- 100100
- Extruderschnecke extruder screw
- 10; 110; 21010; 110; 210
- Stützlagerelementsupport bearing element
- 11; 111; 21111; 111; 211
- Konuscone
- 12; 11212; 112
- Eingangsöffnungentrance opening
- 13; 11313; 113
- Umströmungskanalflow channel
- 14; 21414; 214
- Ausgangsöffnungexit port
- 15; 115; 21515; 115; 215
- Nutgroove
- 16; 116; 21616; 116; 216
- Lagerausnehmungbearing recess
- 17; 117; 21717; 117; 217
- Bohrungdrilling
- 118; 218118; 218
- Kanal channel
- 20; 12020; 120
- Satellitenschneckesatellite snail
- 21; 12121; 121
- Ritzelpinion
- 22; 12222; 122
- Schneckenstegsnail web
- 23; 12323; 123
- BundFederation
- 24; 12424; 124
- Lagerabsatzstock sales
- 25; 12525; 125
- Lagerabschnitt zur Aufnahme des RitzelsBearing section to accommodate the pinion
- 26; 12626; 126
- Lagerabsatz stock sales
- 3030
- Einzugs- und MeteringabschnittFeeding and metering section
- 3131
- Schneckensteg snail web
- 4040
- Extrudergehäuseextruder body
- 4141
- Extruderbohrungextruder bore
- 4242
- Übergangsgehäuseteiltransition housing part
- 4343
- Gehäuseteilhousing part
- 4444
- Statorring mit InnenverzahnungStator ring with internal teeth
- 4545
- Stauring constriction ring
- 5050
- Rotorkörperabschnittrotor body section
- 5151
- Hauptschneckenstegmain screw flight
- 5252
- Nut groove
- 70; 17070; 170
- Gleitlagerelement plain bearing element
- 60; 160; 26060; 160; 260
- Lagereinsatzelementbearing insert element
- 161; 261161; 261
- Lageraufnahmenstock shots
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- WO 2003033240 A1 [0002]WO 2003033240 A1 [0002]
Claims (7)
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---|---|---|---|---|
WO2003033240A1 (en) | 2001-10-12 | 2003-04-24 | Gneuss Kunststofftechnik Gmbh | Extruder for producing molten plastic materials |
CN201086389Y (en) | 2007-04-28 | 2008-07-16 | 覃伟明 | Complex screw multifunctional extruding machine |
DE102017111275A1 (en) | 2017-05-23 | 2018-11-29 | Gneuss Gmbh | Extruder screw for a multi-screw extruder for plastic extrusion |
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-
2021
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- 2021-11-16 CN CN202180077476.3A patent/CN116472162A/en active Pending
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R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R082 | Change of representative |
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