DE102022127357A1 - ROLL CYLINDER, INTERMEDIATE RING, PLANETARY ROLL EXTRUDER AND PROCESS - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf Walzenzylinder (1) für einen aus Modulen (M) aufgebauten Planetwalzenextruder (50) mit einer speziellen günstigen Länge (LW), auf Übergangselemente (20, 30) zwischen den Walzenzylindern (1) in Form von verzahnten zylinderförmigen Zwischenringe (20) oder nicht verzahnte zylinderförmige Anlauf- oder Dispergierringe (30) ebenfalls mit einer speziellen günstigen Länge (LÜ, LAD), auf einen aus Modulen (M) aufgebauten Planetwalzenextruder (50) umfassend diese Komponenten (1, 20, 30), sowie auf ein Verfahren (100) zur Montage eines solchen Planetwalzenextruder (50). The invention relates to roller cylinders (1) for a planetary roller extruder (50) constructed from modules (M) with a special favorable length (LW), to transition elements (20, 30) between the roller cylinders (1) in the form of toothed cylindrical intermediate rings (20) or non-toothed cylindrical starting or dispersing rings (30) also with a special favorable length (LÜ, LAD), to a planetary roller extruder (50) constructed from modules (M) comprising these components (1, 20, 30), and to a method (100) for assembling such a planetary roller extruder (50).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft u.a. einen Walzenzylinder für einen aus Modulen aufgebauten Planetwalzenextruder mit einer speziellen günstigen Länge, auf Übergangselemente zwischen den Walzenzylindern in Form von verzahnten zylinderförmigen Zwischenringe oder nicht verzahnte zylinderförmige Anlauf- oder Dispergierringe ebenfalls mit einer speziellen günstigen Länge, auf einen aus Modulen aufgebauten Planetwalzenextruder umfassend diese Komponenten, sowie auf ein Verfahren zur Montage eines solchen Planetwalzenextruders.The present invention relates, inter alia, to a roller cylinder for a planetary roller extruder constructed from modules with a special favorable length, to transition elements between the roller cylinders in the form of toothed cylindrical intermediate rings or non-toothed cylindrical starting or dispersing rings, also with a special favorable length, to a planetary roller extruder constructed from modules comprising these components, and to a method for assembling such a planetary roller extruder.
Bei den Extrudern kommen in der Hauptsache Einschneckenextruder, Doppelschneckenextruder und Planetwalzenextruder als Bauarten vor. Hierbei erlaubt der Planetwalzenextruder eine besonders gute thermische Prozesskontrolle, mit dem neue Anwendungsfelder in der Kunststoffindustrie und anderen Industriezweigen erschlossen wurden. Das mechanische Prinzip des Planetwalzenextruders entspricht einem um 45° schrägverzahnten Planetengetriebes mit einem feststehenden Walzenzylinder und schwimmend gelagerten Planetspindeln, die über eine Zentralspindel angetrieben werden, sodass diese durch Drehung der Zentralspindel eine Abwälz- und Umlaufbewegung in Rotationsrichtung der Zentralspindel vollziehen. Die Planetspindeln sind außen verzahnt und greifen sowohl in die Zähne der Zentralspindel als auch in die Zähne des Walzenzylinders. Dabei stehen die Planetspindeln aufgrund der Schrägverzahnung in Längsrichtung unter einem Druck. Der Druck ist zum Austrag-Ende des Extruders hin gerichtet. Dieser Druck wird durch Anlaufringe am Extruder-Ende aufgefangen. Die Planetspindeln gleiten bei ihrem Umlauf um die Zentralspindel an dem Anlaufring entlang.The main types of extruders are single-screw extruders, twin-screw extruders and planetary roller extruders. The planetary roller extruder allows particularly good thermal process control, which has opened up new fields of application in the plastics industry and other industries. The mechanical principle of the planetary roller extruder corresponds to a 45° helical planetary gear with a fixed roller cylinder and floating planetary spindles that are driven by a central spindle so that they perform a rolling and orbiting movement in the direction of rotation of the central spindle when the central spindle rotates. The planetary spindles are toothed on the outside and engage both the teeth of the central spindle and the teeth of the roller cylinder. The planetary spindles are under pressure in the longitudinal direction due to the helical gearing. The pressure is directed towards the discharge end of the extruder. This pressure is absorbed by thrust rings at the end of the extruder. The planetary spindles slide along the thrust ring as they rotate around the central spindle.
Der Aufbau eines Planetwalzenextruders als multimodulares System ermöglicht, dass auf dem entsprechenden Maschinentyp Prozesse mit zunehmender Komplexität realisiert werden können, sodass inzwischen ein umfangreicher, baugrößenübergreifender Systembaukasten für modulare Planetwalzenextruder mit Modulen unterschiedlichster Länge zur Verfügung steht. Inzwischen können modular aufgebaute Planetwalzenextruder zwischen zwei und bis zu mehr als acht Module umfassen, wobei bei größerer Länge des Planetwalzenextruders mehr Verfahrensschritte in direkter Abfolge abgebildet werden können. Neben Schmelz- und Mischvorgängen werden dabei immer häufiger auch Entgasungs- und Reaktivprozesse implementiert. Dadurch lassen sich Feststoff - und Flüssigzuführungen sowie Entgasungspunkte an nahezu jeder Position der Verfahrensstrecke realisieren.The design of a planetary roller extruder as a multi-modular system means that processes of increasing complexity can be implemented on the corresponding machine type, so that an extensive, cross-size system kit for modular planetary roller extruders with modules of various lengths is now available. Modular planetary roller extruders can now comprise between two and up to more than eight modules, with more process steps being able to be implemented in direct sequence if the planetary roller extruder is longer. In addition to melting and mixing processes, degassing and reactive processes are also being implemented more and more frequently. This means that solid and liquid feeds as well as degassing points can be implemented at almost any position along the process line.
Häufig ist es von Vorteil oder gar notwendig, Feststoffe nicht über den Haupteinzug des Planetwalzenextruders zuzuführen, sondern erst später im Prozess mittels seitlich an den Extruder angeschlossene Einspeisungen. Ein typischer Anwendungsfall ist beispielsweise die Compoundierung von Polymeren mit Füll- und Verstärkungsstoffen erst nach Aufschmelzen des Basispolymers in vorangegangenen Modulen. Diese seitlichen Zu- oder Abführungen werden allgemein auch als sogenannte „Features“ bezeichnet und können neben der Zufuhr von Feststoffen weiteren unterschiedlichen Zwecken dienen. Der Ort und die Anzahl der seitlich angebrachten Zu- und/oder Abführungen kann je nach gewünschtem Prozess unterschiedlich ausgestaltet sein. In den für die Anbringung solcher Zu- und/oder Abführungen vorgesehenen Modulen sind jeweilige Anschlüsse dafür vorkonfiguriert und in der modularen Bauweise jeweils an derselben Position im Walzenzylinder des jeweiligen Moduls angeordnet.It is often advantageous or even necessary not to feed solids via the main feed of the planetary roller extruder, but only later in the process using feeds connected to the side of the extruder. A typical application is, for example, the compounding of polymers with fillers and reinforcing materials only after the base polymer has been melted in previous modules. These side feeds or discharges are generally also referred to as so-called "features" and can serve other different purposes in addition to the feed of solids. The location and number of side-mounted feeds and/or discharges can be designed differently depending on the desired process. In the modules provided for the attachment of such feeds and/or discharges, the respective connections are preconfigured and, in the modular design, are arranged in the same position in the roller cylinder of the respective module.
Die Module müssen bei der Zusammenführung aufgrund der Innenverzahnung des Walzenzylinders aufeinander ausgerichtet werden, damit die Innenverzahnung parallel zur durchgehenden Zentralspindel ebenfalls eine entlang des Planetwalzenextruders zur Zentralspindel ausgerichtete gleiche Orientierung besitzt. Das kann bei unterschiedlichen oder ungünstigen Längen der Module zur Folge haben, dass die von außen angebrachten Zu- und/oder Abführungen nicht alle im gleichen Winkel an die unterschiedlichen Module des modular aufgebauten Planetwalzenextruders angebracht werden können, was einerseits den Planetwalzenextruder über seine gesamte Länge mechanisch belastet und Schwierigkeiten bei der Montage der seitlichen Zu- und Abführungen verursachen kann.When merging, the modules must be aligned with one another due to the internal gearing of the roller cylinder, so that the internal gearing parallel to the continuous central spindle also has the same orientation along the planetary roller extruder to the central spindle. If the modules are of different or unfavorable lengths, this can mean that the externally attached inlets and/or outlets cannot all be attached to the different modules of the modular planetary roller extruder at the same angle, which on the one hand places mechanical stress on the planetary roller extruder over its entire length and can cause difficulties when assembling the lateral inlets and outlets.
Daher wäre es wünschenswert, eine Lösung zur Vermeidung von zusätzlichen mechanischen Belastungen bei modularen Planetwalzenextrudern zur Verfügung zu haben, die gleichermaßen die Montage der seitlichen Zu- und Abführungen erleichtert.It would therefore be desirable to have a solution to avoid additional mechanical stress on modular planetary roller extruders, which also facilitates the assembly of the side feed and discharge lines.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dem Stand der Technik eine Verbesserung oder eine Alternative zur Verfügung zu stellen.It is an object of the present invention to provide an improvement or an alternative to the prior art.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Walzenzylinder für einen aus Modulen aufgebauten Planetwalzenextruder mit einer Innenseite und einer Außenseite sowie mit einer von einem ersten Ende des Walzenzylinders zum gegenüber liegenden zweiten Ende auf der Innenseite des Walzenzylinders durchgehenden spiralförmigen Innenverzahnung aus einer Vielzahl an parallel auf der Innenseite verlaufenden Zahnspiralen gleichen Abstands zueinander, wobei der Walzenzylinder eine Länge parallel zu seiner Zylinderachse besitzt, die darauf angepasst ist, dass jeder Zahn der Innenverzahnung am ersten Ende des Walzenzylinders in Projektion entlang der Zylinderachse in Deckung mit einem Zahn am zweiten Ende des Walzenzylinders steht.This object is achieved by a roller cylinder for a planetary roller extruder constructed from modules with an inner side and an outer side and with a spiral-shaped internal toothing running from a first end of the roller cylinder to the opposite second end on the inner side of the roller cylinder, consisting of a plurality of tooth spirals running parallel on the inner side and equally spaced from one another, wherein the roller cylinder has a length parallel to its cylinder axis, which is adapted so that each tooth of the internal toothing at the first end of the roller cylinder is in projection along the cylinder axis is in alignment with a tooth at the second end of the roller cylinder.
Der feststehende Walzenzylinder bildet die äußere Komponente eines Planetwalzenextruders, dessen mechanisches Prinzip darin besteht, dass auf der Innenverzahnung des Walzenzylinders schwimmend gelagerte Planetspindeln umlaufen, die wiederum schwimmend auf einer durch den Walzenzylinder entlang seiner Zylinderachse zentral durchlaufenden Zentralspindel gelagert und von der Drehung der Zentralspindel angetrieben werden, sodass diese eine Abwälz- und Umlaufbewegung in Rotationsrichtung der Zentralspindel über die Innenseite des Walzenzylinders vollziehen. Die Planetspindeln sind außen verzahnt und greifen für ihren Umlauf sowohl in die Zähne der Zentralspindel, die ebenfalls durchgehend außenverzahn ist, als auch in die Zähne des Walzenzylinders ein. Der Zusammenbau aus Walzenzylinder, Zentralspindel und Planetspindeln wird als Modul bezeichnet, wobei die Zentralspindel durch die Module als gemeinsame Zentralspindel hindurchgeht, während die Walzenzylinder und in den meisten Fällen auch die Planetspindeln auf das jeweilige Modul beschränkt sind. In manchen Ausführungsformen können sich die Planetspindeln allerdings auch über zwei oder mehr Module erstrecken, die in diesem Fall in Ihrer Länge durch die Walzenzylinder alleine definiert werden.The fixed roller cylinder forms the outer component of a planetary roller extruder, the mechanical principle of which is that planetary spindles floating on the internal teeth of the roller cylinder rotate, which in turn are floating on a central spindle that runs through the roller cylinder along its cylinder axis and are driven by the rotation of the central spindle, so that they perform a rolling and orbiting movement in the direction of rotation of the central spindle over the inside of the roller cylinder. The planetary spindles are externally toothed and engage in their rotation both in the teeth of the central spindle, which also has continuous external teeth, and in the teeth of the roller cylinder. The assembly of roller cylinder, central spindle and planetary spindles is called a module, with the central spindle passing through the modules as a common central spindle, while the roller cylinders and in most cases also the planetary spindles are restricted to the respective module. In some embodiments, however, the planetary spindles can also extend over two or more modules, the length of which in this case is defined by the roller cylinders alone.
Die Projektion der Zähne an dem einen Ende auf die Zähne am anderen Ende ist eine zeichnerische Projektion, da die umlaufenden Zahnspiralen für eine tatsächlich optische Projektion entlang der Innensite im Projektionsweg stehen, sodass die Zähne am anderen Ende des Walzenzylinders verdeckt werden. Nichtsdestotrotz kann eine solche Projektion im Rahmen der Konstruktion zeichnerisch durchgeführt und die für die Deckung der Zähne notwendige Länge konstruktiv bestimmt werden und der entsprechend konstruierte Walzenzylinder mit dieser besonderen Länge dann gefertigt werden. Die zur Deckung gelangten Zähne bei der Projektion müssen hierbei nicht zwangsläufig die Zähne derselben Zahnspirale sein. Als Zahnspirale wird der Verlauf einer Zahnung entlang der Innenseite des Walzenzylinders von ersten zum zweiten Ende bezeichnet, wobei die Zahnung spiralförmig über die Innenwand verläuft. Es können auch Zähne unterschiedlicher Zahnspiralen durch Wahl der geeigneten Länge des Walzenzylinders in Deckung gebracht werden, wobei dann alle Zähne des ersten Endes in Deckung mit jeweils einem Zahn einer anderen Zahnspirale am zweiten Ende stehen. Insofern gibt es bei n Zahnspiralen der Innenverzahnung auf der Innenseite n Zähne an den jeweiligen ersten und zweiten Enden und somit n möglichen Längen für den Walzenzylinder pro ganzzahligen Umlauf der Zahnspiralen, bei denen die Zähne wie voranstehend beansprucht zur Deckung gebracht werden können. Die individuelle Länge des Walzenzylinders hängt dabei von dem Abstand der Zahnspiralen zueinander und der Steigung der Zahnspiralen relativ zur Zylinderachse ab. Daher kann die Länge des Walzenzylinders für einen umfassenden Schutz des Walzenzylinders gemäß der vorliegenden Erfindung nur funktional beansprucht werden. Beispiele für konkrete Ausführungen sollen die vorliegende Erfindung in der Figurenbeschreibung nur illustrieren, ohne dabei den Schutzumfang auf diese Beispiele zu beschränken.The projection of the teeth at one end onto the teeth at the other end is a graphic projection, since the rotating tooth spirals are in the projection path for an actual optical projection along the inside, so that the teeth at the other end of the roller cylinder are covered. Nevertheless, such a projection can be carried out graphically as part of the design and the length required to cover the teeth can be determined constructively and the correspondingly designed roller cylinder can then be manufactured with this special length. The teeth that cover in the projection do not necessarily have to be the teeth of the same tooth spiral. A tooth spiral is the course of a toothing along the inside of the roller cylinder from the first to the second end, with the toothing running spirally over the inner wall. Teeth of different tooth spirals can also be made to cover by choosing the appropriate length of the roller cylinder, with all the teeth of the first end then covering one tooth of another tooth spiral at the second end. In this respect, with n spiral teeth of the internal toothing on the inside, there are n teeth at the respective first and second ends and thus n possible lengths for the roller cylinder per integer revolution of the spiral teeth, in which the teeth can be made to coincide as claimed above. The individual length of the roller cylinder depends on the distance between the spiral teeth and the pitch of the spiral teeth relative to the cylinder axis. Therefore, the length of the roller cylinder can only be claimed functionally for comprehensive protection of the roller cylinder according to the present invention. Examples of specific embodiments are only intended to illustrate the present invention in the description of the figures, without restricting the scope of protection to these examples.
Der Zahn des ersten und zweiten Endes bezeichnet dabei den Querschnitt durch die Zahnspirale, der bei einem Schnitt durch den Walzenzylinder senkrecht zur Zylinderachse des Walzenzylinders erhalten wird. Da bei den Walzenzylindern auf erster und zweiter Seite jeweils deren Ende senkrecht zur Zylinderachse ausgerichtet sind (andernfalls könnte beim modularen Planetwalzenextruder keine durchlaufende Zentralspindel durch die Module angeordnet werden), kommen die Zähne am ersten und zweiten Ende bei geeigneter Länge des Walzenzylinders entlang der Zylinderachse bei einer Projektion auseinander zur Deckung. Wenn man beide Endflächen des Walzenzylinders als jeweilige Fläche einer gleichen Uhr verstehen würde mit beispielsweise einem Zahn auf einer „12-Uhr“-Position am ersten Ende, so wäre bei dem beanspruchten Walzenzylinder damit ebenfalls ein Zahn auf derselben „12-Uhr“-Position am zweiten Ende des Walzenzylinders angeordnet.The tooth of the first and second end refers to the cross-section through the tooth spiral that is obtained when the roller cylinder is cut perpendicular to the cylinder axis of the roller cylinder. Since the ends of the roller cylinders on the first and second sides are each aligned perpendicular to the cylinder axis (otherwise a continuous central spindle could not be arranged through the modules in the modular planetary roller extruder), the teeth on the first and second ends coincide when projected apart if the roller cylinder is of a suitable length along the cylinder axis. If both end surfaces of the roller cylinder were to be understood as the respective surfaces of an identical clock with, for example, a tooth at a "12 o'clock" position at the first end, then the roller cylinder claimed would also have a tooth arranged at the same "12 o'clock" position at the second end of the roller cylinder.
Durch den erfindungsgemäßen Walzenzylinder mit der entsprechend bestimmten besonderen Länge entlang seiner Zylinderachse wird eine Lösung zur Vermeidung von zusätzlichen mechanischen Belastungen bei modularen Planetwalzenextrudern bereitgestellt, die gleichermaßen die Montage der seitlichen Zu- und Abführungen erleichtert. Hätten die Walzenzylinder nicht diese besondere Länge, so wäre es nicht möglich, Zu- und Abführungen so auszurichten, dass die mechanische Belastung auf den Walzenzylinder gering und für alle Walzenzylinder eines modularen Planetwalzenextruder gleich ist. Eine Montage von beliebig ausgerichteten Zu- und Abführungen wäre zudem deutlich schwieriger als bei einer senkrechten oder horizontalen Ausrichtung. Als Zuführungen werden beispielsweise andere Extruder verwendet, bei denen die Spindel möglichst horizontal oder senkrecht in den Walzenzylinder eingeführt werden sollte, um nicht komplizierte Montagehilfen beispielsweise für eine schräge Einführung bereitstellen zu müssen.The roller cylinder according to the invention with the correspondingly determined special length along its cylinder axis provides a solution for avoiding additional mechanical loads in modular planetary roller extruders, which also makes it easier to install the lateral inlets and outlets. If the roller cylinders did not have this special length, it would not be possible to align the inlets and outlets in such a way that the mechanical load on the roller cylinder is low and the same for all roller cylinders of a modular planetary roller extruder. Installing inlets and outlets in any orientation would also be much more difficult than with a vertical or horizontal orientation. Other extruders are used as inlets, for example, where the spindle should be inserted into the roller cylinder as horizontally or vertically as possible in order to avoid having to provide complicated installation aids, for example for an inclined insertion.
In einer Ausführungsform umfasst der Walzenzylinder auf seiner Außenseite ein oder mehrere Anschlussanordnung geeignet zum Anschließen von seitlichen Zu- und Abführungen. Eine solche Anschlussanordnung kann als Flansch in einem Bereich der Außenseite des Walzenzylinders ausgeführt sein. Die seitlichen Zu- und Abführungen können mit einem entsprechend gestalteten Gegenflansch versehen sein, sodass beide Komponenten miteinander über den Flansch verbunden werden können. Der Begriff „seitlich“ bezeichnet hier nur, dass die Zu- und Abführungen senkrecht zur Zylinderachse auf der Außenseite des Walzenzylinders angeordnet werden. Der Begriff „seitlich“ bezeichnet dagegen nicht die räumliche Orientierung der Zu- und Abführungen relativ zu einem Boden (parallel, senkrecht oder mit einem anderen Winkel zueinander), auf dem der Planetwalzenextruder mit solchen Walzenzylindern montiert ist. Zu- und Abführungen können dabei beispielsweise zur Feststoff- oder Flüssigkeitsbeschickung (Zuführungen). Ebenso könnten die Zu- und Abführungen auch zur Materialentnahme aus dem Walzenzylinder oder zur Entgasung des im Walzenzylinder prozessierten Materials (Abführungen) oder zu anderen Zwecken verwendet werden. Die Möglichkeit der Anordnung von ein oder mehreren Zu- und Abführungen an ein oder mehreren Walzenzylindern ermöglicht an nahezu jeder Position der Verfahrensstrecke eine Feststoff- oder Flüssigkeitszufuhr sowie eine Entgasung des prozessierten Materials und damit eine exakte Abstimmung des Planetwalzenextruders auf die individuellen Anforderungen eines Prozesses, sodass das Anwendungsgebiet des Planetwalzenextruders weiter verbreitert wird.In one embodiment, the roller cylinder comprises on its outside one or more connection arrangements suitable for connecting lateral inlets and outlets. Such a connection arrangement can be designed as a flange in an area of the outside of the roller cylinder. The lateral inlets and outlets can can be provided with an appropriately designed counter flange so that both components can be connected to one another via the flange. The term "lateral" here only means that the inlets and outlets are arranged perpendicular to the cylinder axis on the outside of the roller cylinder. The term "lateral", on the other hand, does not refer to the spatial orientation of the inlets and outlets relative to a base (parallel, perpendicular or at a different angle to one another) on which the planetary roller extruder with such roller cylinders is mounted. Inlets and outlets can, for example, be used to feed solids or liquids (inlets). The inlets and outlets could also be used to remove material from the roller cylinder or to degas the material processed in the roller cylinder (outlets) or for other purposes. The possibility of arranging one or more inlets and outlets on one or more roller cylinders enables solid or liquid supply as well as degassing of the processed material at almost any position in the process line and thus an exact adjustment of the planetary roller extruder to the individual requirements of a process, so that the application area of the planetary roller extruder is further broadened.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Anschlussanordnung der Walzenzylinder so ausgerichtet, dass nach geeigneter Ausrichtung der Walzenzylinder zueinander seitliche Zu- und Abführungen horizontal und/oder vertikal zum Untergrund des Planetwalzenextruders montiert werden können. Damit können in Verbindung mit der gemäß der vorliegenden Erfindung gewählten Länge des Walzenzylinders zusätzliche mechanische Belastungen bei modularen Planetwalzenextrudern vermieden und gleichermaßen die Montage der seitlichen Zu- und Abführungen erleichtert werden.In a further embodiment, the connection arrangement of the roller cylinders is aligned such that, after suitable alignment of the roller cylinders to one another, lateral inlets and outlets can be mounted horizontally and/or vertically to the base of the planetary roller extruder. In conjunction with the length of the roller cylinder selected according to the present invention, this avoids additional mechanical stresses on modular planetary roller extruders and at the same time facilitates the assembly of the lateral inlets and outlets.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Länge parallel zu seiner Zylinderachse so angepasst, dass jeder Zahn der Innenverzahnung am ersten Ende des Walzenzylinders in Projektion entlang der Zylinderachse zur Deckung mit dem Zahn am zweiten Ende aus jeweils derselben Zahnspirale kommt. Damit kann die modulare Bauweise noch weiter standardisiert werden, was das Baukastensystem des modularen Aufbaus weiter vereinfacht.In a further embodiment, the length parallel to its cylinder axis is adjusted so that each tooth of the internal toothing at the first end of the roller cylinder, in projection along the cylinder axis, comes from the same tooth spiral to coincide with the tooth at the second end. This allows the modular design to be standardized even further, which further simplifies the modular construction system.
Die Erfindung bezieht sich des Weiteren auf einen verzahnten zylinderförmigen Zwischenring für eine Anordnung zwischen zwei erfindungsgemäßen Walzenzylindern in einem modularen Planetwalzenextruder, wobei der verzahnte Zwischenring mit einer Innenseite und einer Außenseite sowie mit einer von einem ersten Ende des verzahnter Zwischenrings zum gegenüber liegenden zweiten Ende auf der Innenseite des verzahnter Zwischenrings durchgehenden Innenverzahnung aus einer Vielzahl an parallel auf der Innenseite verlaufenden Zahnspiralen gleichen Abstands zueinander, wobei die Innenverzahnung analog zur Innenverzahnung der Walzenzylinder ausgeführt ist, zwischen denen der verzahnte Zwischenring zur Anordnung vorgesehen ist, wobei der verzahnte Zwischenring eine Länge parallel zu seiner Zylinderachse besitzt, die darauf angepasst ist, dass jeder Zahn der Innenverzahnung am ersten Ende des verzahnten Zwischenrings in Projektion entlang der Zylinderachse in Deckung mit einem Zahn am zweiten Ende des verzahnten Zwischenrings steht. Da sich der Zwischenring zwischen jeweils zwei Walzenzylindern befindet, muss dieser vom Grundsatz her die gleichen Längenbedingungen erfüllen wie der Walzenzylinder selbst, damit der Vorteil der Walzenzylinder nicht aufgrund eines in seiner Länge nicht angepassten Zwischenrings verloren geht. Da der Zwischenring eine im Vergleich zum Walzenzylinder geringe Länge in Richtung seiner Zylinderachse hat, brauchen hier über die gewählte Länge des Zwischenrings nur die Zähne des eines Endes mit den Zähnen des anderen Endes in Deckung gebracht werden, ohne dass die zur Deckung gebrachten Zähne die Zähne derselben Zahnspirale sein müssen. Durch den erfindungsgemäßen Zwischenring werden die gleichen Vorteile wie schon beim Wanzenzylinder beschrieben erreicht bzw. aufrechterhalten. Ein Zwischenring stellt herbei eine verzahnte Verbindung zwischen den beiden Walzenzylindern dar, sodass die Planetspindeln auch über den Bereich des verzahnten Zwischenrings geführt werden können. Außerdem ermöglichen Zwischenringe (verzahnt oder nicht verzahnt) mittels radialer Bohrungen in das Material des Zwischenrings hinein das Anbringen von Sensoren, beispielsweise Temperatursensoren, in nahem Abstand zum im Planetwalzenextruder prozessierten Materials.The invention further relates to a toothed cylindrical intermediate ring for an arrangement between two roller cylinders according to the invention in a modular planetary roller extruder, wherein the toothed intermediate ring has an inner side and an outer side and an internal toothing running from a first end of the toothed intermediate ring to the opposite second end on the inner side of the toothed intermediate ring and consisting of a plurality of tooth spirals running parallel on the inner side and equidistant from one another, wherein the internal toothing is designed analogously to the internal toothing of the roller cylinders between which the toothed intermediate ring is intended for arrangement, wherein the toothed intermediate ring has a length parallel to its cylinder axis, which is adapted so that each tooth of the internal toothing at the first end of the toothed intermediate ring is in projection along the cylinder axis in register with a tooth at the second end of the toothed intermediate ring. Since the intermediate ring is located between two roller cylinders, it must in principle meet the same length requirements as the roller cylinder itself, so that the advantage of the roller cylinder is not lost due to an intermediate ring that is not adapted in length. Since the intermediate ring is shorter in the direction of its cylinder axis than the roller cylinder, only the teeth of one end need to be aligned with the teeth of the other end over the selected length of the intermediate ring, without the aligned teeth having to be the teeth of the same spiral gear. The intermediate ring according to the invention achieves or maintains the same advantages as already described for the bug cylinder. An intermediate ring represents a toothed connection between the two roller cylinders, so that the planetary spindles can also be guided over the area of the toothed intermediate ring. In addition, intermediate rings (toothed or non-toothed) enable sensors, such as temperature sensors, to be attached at a close distance to the material processed in the planetary roller extruder by means of radial holes in the material of the intermediate ring.
Die Erfindung bezieht sich des Weiteren auf einen nicht verzahnten zylinderförmigen Anlauf- oder Dispergierring für eine Anordnung zwischen zwei erfindungsgemäßen Walzenzylindern in einem modularen Planetwalzenextruder, wobei der nicht verzahnte Anlauf- oder Dispergierring eine Länge zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende des nicht verzahnten Anlauf- oder Dispergierrings entlang der Zylinderachse besitzt, die gleich der Länge eines erfindungsgemäßen verzahnten zylinderförmigen Zwischenrings vorgesehen zur Anordnung zwischen denselben Walzenzylindern ist. Da bei nicht verzahnten Anlauf- oder Dispergierringen keine Zähne zur Deckung in Projektion aufeinander gebracht werden können, da dort keine Zähne vorhanden sind, kann die Länge der Anlauf- oder Dispergierring dennoch so gewählt werden, dass die voranstehend beschriebenen Vorteile des erfindungsgemäßen Walzenzylinders genauso erhalten bleiben, als wäre anstelle des Anlauf- oder Dispergierrings ein innenverzahnter Zwischenring dort angeordnet. Die beiden Walzenzylinder mit dazwischen befindlichen Anlauf- oder Dispergierring könnten bei der entsprechend gewählten besonderen Länge des Anlauf- oder Dispergierrings genauso wie voranstehend beschrieben ausgerichtet werden, woraus sich die gleichen Vorteile wie voranstehend beschrieben ergeben. Ein Anlaufring stellt dabei eine Anlauffläche für die Planetspindel dar, sodass eine axiale Bewegung der Planetspindeln entlang der Zentralspindel durch die Anlauffläche begrenzt werden. Neben dieser mechanischen Funktion erzeugt der Anlaufring einen Strömungswiderstand für das im Planetwalzenextruder prozessierte Material dar, wozu er in den Raum zwischen Innenseite des Walzenzylinders und der Zentralspindel hineinragt und somit ebenfalls die beiden Walzenzylinder in separate Module unterteilt. Der Dispergierring erfüllt die gleichen Zwecke wie der Anlaufring, sodass das für den Anlaufring beschriebene Voranstehende auch für den Dispergierring gilt. Im Gegensatz zum Anlaufring erstreckt sich der Dispergierring noch weiter in den Raum zwischen Innenseite des Walzenzylinders und der Zentralspindel hinein, sodass die Zentralspindel im Bereich des Dispergierringe keine Außenverzahnung besitzt, um das zentrale Loch im Dispergierring um die Zentralspindel herum möglichst klein gestalten zu können, um den Strömungswiederstand für das im Planetwalzenextruder prozessierte Material noch spezielle gestalten zu können.The invention further relates to a non-toothed cylindrical starting or dispersing ring for an arrangement between two roller cylinders according to the invention in a modular planetary roller extruder, wherein the non-toothed starting or dispersing ring has a length between a first end and a second end of the non-toothed starting or dispersing ring along the cylinder axis, which is equal to the length of a toothed cylindrical intermediate ring according to the invention intended for arrangement between the same roller cylinders. Since in the case of non-toothed starting or dispersing rings, no teeth can be brought into alignment in projection, since there are no teeth there, the length of the starting or dispersing ring can nevertheless be selected such that the advantages of the roller cylinder according to the invention described above are retained in the same way. remain as if an internally toothed intermediate ring had been arranged there instead of the starting or dispersing ring. The two roller cylinders with the starting or dispersing ring in between could be aligned in exactly the same way as described above if the special length of the starting or dispersing ring is selected accordingly, resulting in the same advantages as described above. A starting ring represents a starting surface for the planetary spindle, so that axial movement of the planetary spindles along the central spindle is limited by the starting surface. In addition to this mechanical function, the starting ring creates a flow resistance for the material processed in the planetary roller extruder, for which purpose it protrudes into the space between the inside of the roller cylinder and the central spindle and thus also divides the two roller cylinders into separate modules. The dispersing ring serves the same purposes as the starting ring, so that what has been described above for the starting ring also applies to the dispersing ring. In contrast to the starting ring, the dispersion ring extends even further into the space between the inside of the roller cylinder and the central spindle, so that the central spindle has no external teeth in the area of the dispersion ring in order to be able to make the central hole in the dispersion ring around the central spindle as small as possible in order to be able to make the flow resistance for the material processed in the planetary roller extruder even more specific.
Die Erfindung bezieht sich des Weiteren auf einen aus Modulen aufgebauter Planetwalzenextruder umfassend mindestens zwei erfindungsgemäße Walzenzylinder, eine durch die Walzenzylinder bis zu einem Ende des Planetwalzenextruder hindurchreichende außenverzahnte Zentralspindel und mindestens eine, vorzugsweise eine Vielzahl, zwischen Zentralspindel und Walzenzylinder angeordnete außenverzahnte Planetspindel, wobei zwischen zwei nacheinander angeordneten Walzenzylindern ein zylinderförmiges Übergangselement in Form eines erfindungsgemäßen Zwischenrings oder eines erfindungsgemäßen Anlauf- oder Dispergierrings angeordnet ist. Durch den erfindungsgemäßen Planetwalzenextruder mit der entsprechend bestimmten besonderen Längen der Walzenzylinder und der Übergangselement zwischen den Walzenzylindern entlang deren Zylinderachsen wird eine Lösung zur Vermeidung von zusätzlichen mechanischen Belastungen beim erfindungsgemäßen Planetwalzenextrudern bereitgestellt, die gleichermaßen die Montage der seitlichen Zu- und Abführungen erleichtert. Vorzugsweise besitzen alle Walzenzylinder des Planetwalzenextruders und die verwendeten Übergangselements die gemäß der vorliegenden Erfindung spezifizierte Länge.The invention further relates to a planetary roller extruder constructed from modules comprising at least two roller cylinders according to the invention, an externally toothed central spindle extending through the roller cylinders to one end of the planetary roller extruder and at least one, preferably a plurality of externally toothed planetary spindles arranged between the central spindle and the roller cylinder, wherein a cylindrical transition element in the form of an intermediate ring according to the invention or a starting or dispersing ring according to the invention is arranged between two roller cylinders arranged one after the other. The planetary roller extruder according to the invention with the correspondingly determined special lengths of the roller cylinders and the transition element between the roller cylinders along their cylinder axes provides a solution for avoiding additional mechanical loads in the planetary roller extruders according to the invention, which also facilitates the assembly of the lateral inlets and outlets. Preferably, all roller cylinders of the planetary roller extruder and the transition elements used have the length specified according to the present invention.
In einer Ausführungsform ist mindestens auf einem der Walzenzylinder eine seitliche Zu- und Abführung mittels Anschlusses an die Anschlussanordnung des Walzenzylinders angeordnet. Für die seitlichen Zu- und Abführungen gelten auch hier die bereits voranstehend beschriebenen Details.In one embodiment, a lateral feed and discharge is arranged on at least one of the roller cylinders by means of a connection to the connection arrangement of the roller cylinder. The details already described above also apply here to the lateral feed and discharge.
In einer weiteren Ausführungsform sind auf mehreren Walzenzylindern jeweils ein oder mehrere seitliche Zu- und Abführungen angeordnet, die zueinander entweder parallel oder in einem 90° Winkel zueinander ausgerichtet sind. Dies ermöglicht eine gleichmäßige Belastung des Planetwalzenextruders für alle Module.In a further embodiment, one or more lateral feed and discharge lines are arranged on several roller cylinders, which are aligned either parallel to one another or at a 90° angle to one another. This enables the planetary roller extruder to be loaded evenly for all modules.
In einer weiteren Ausführungsform sind dabei die mehreren seitlichen Zu- und Abführungen horizontal zum Untergrund, auf dem der Planetwalzenextruder aufgestellt ist, oder vertikal dazu ausgerichtet. Eine solche Ausrichting minimiert die mechanischen Belastungen durch die Zu- und Abführungen auf den Planetwalzenextruder, die erst durch die besonderen Längen der erfindungsgemäßen Walzenzylinder und Übergangselemente ermöglicht wird.In a further embodiment, the multiple lateral inlets and outlets are aligned horizontally to the base on which the planetary roller extruder is set up, or vertically to it. Such an alignment minimizes the mechanical loads on the planetary roller extruder caused by the inlets and outlets, which is only made possible by the special lengths of the roller cylinders and transition elements according to the invention.
Die Erfindung bezieht sich des Weiteren auf ein Verfahren zur Montage eines aus Modulen aufgebauten Planetwalzenextruder umfassend ein oder mehrere erfindungsgemäße Walzenzylinder, umfassend nachfolgende Schritte:
- - Bereitstellen eines bereits auf Komponenten des Planetwalzenextruders montierten ersten der Walzenzylinder;
- - Montieren eines Übergangselements in Form eines erfindungsgemäßen verzahnten zylinderförmigen Zwischenrings oder eines erfindungsgemäßen nicht verzahnten zylinderförmigen Anlauf- oder Dispergierrings auf den ersten der Walzenzylinder, wobei im Falle des verzahnten zylinderförmigen Zwischenringes die Zähne der Zwischenrings und die Zähne des ersten Walzenzylinders an ihren aufeinander zugewandten Ende so aufeinander ausgerichtet werden, dass die Zähne der zugewandten Enden zur Deckung kommen;
- - Montieren eines weiteren der Walzenzylinder auf das Übergangselement, wobei der weitere Walzenzylinder so gegenüber dem Übergangselement ausgerichtet wird, als wäre das Übergangselement ein verzahnter zylinderförmiger Zwischenring, bei dem die Zähne des Walzenzylinders und die Zähne des angenommenen Zwischenrings an ihren aufeinander zugewandten Enden so aufeinander ausgerichtet würden, dass die Zähne der zugewandten Enden zur Deckung kämen; und
- - Widerholen der beiden vorangegangenen Schritte im Falle der Montage weiterer Walzenzylinder.
- - Providing a first of the roller cylinders already mounted on components of the planetary roller extruder;
- - Mounting a transition element in the form of a toothed cylindrical intermediate ring according to the invention or a non-toothed cylindrical starting or dispersing ring according to the invention on the first of the roller cylinders, wherein in the case of the toothed cylindrical intermediate ring the teeth of the intermediate ring and the teeth of the first roller cylinder are aligned with one another at their mutually facing ends in such a way that the teeth of the facing ends coincide;
- - mounting a further roller cylinder on the transition element, the further roller cylinder being aligned with respect to the transition element as if the transition element were a toothed cylindrical intermediate ring, in which the teeth of the roller cylinder and the teeth of the assumed intermediate ring would be aligned at their mutually facing ends in such a way that the teeth of the facing ends would coincide; and
- - Repeat the two previous steps if additional roller cylinders are to be installed.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht, zusätzliche mechanische Belastungen bei modularen Planetwalzenextrudern durch die Montage von seitlichen Zu- und Abführungen zu vermeiden und gleichermaßen die Montage der seitlichen Zu- und Abführungen zu erleichtern.The method according to the invention makes it possible to avoid additional mechanical stresses on modular planetary roller extruders by installing lateral inlets and outlets and at the same time to facilitate the installation of the lateral inlets and outlets.
In einer Ausführungsform werden dabei beim Montieren der Walzenzylinder diese so ausgerichtet, dass vorhandene Anschlussanordnung der Walzenzylinder geeignet zum Anschließen für seitliche Zu- und Abführungen so ausgerichtet sind, dass später angeschlossene seitliche Zu- und Abführungen horizontal und/oder vertikal zum Untergrund des Planetwalzenextruders angeordnet sind.In one embodiment, when mounting the roller cylinders, they are aligned in such a way that existing connection arrangements of the roller cylinders are suitable for connection for lateral inlets and outlets so that later connected lateral inlets and outlets are arranged horizontally and/or vertically to the base of the planetary roller extruder.
An dieser Stelle sei auch erwähnt, dass im Kontext der vorliegenden Patentanmeldung der Ausdruck „insbesondere“ stets so zu verstehen ist, dass mit diesem Ausdruck ein optionales, bevorzugtes Merkmal eingeführt wird. Dementsprechend ist der Ausdruck nicht als „und zwar“ und nicht als „nämlich“ zu verstehen.It should also be mentioned at this point that in the context of the present patent application, the expression "in particular" is always to be understood as introducing an optional, preferred feature. Accordingly, the expression is not to be understood as "and in fact" or "namely".
Es versteht sich, dass Merkmale der oben oder in den Ansprüchen beschriebenen Lösungen gegebenenfalls auch kombiniert werden können, um die hier erzielbaren Vorteile und Wirkungen entsprechend kumulativ realisieren zu können. Die oben genannten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können auch abweichend von den in den Ansprüchen angegebenen Bezugszeichen miteinander kombiniert werden.It is understood that features of the solutions described above or in the claims can also be combined if necessary in order to be able to realize the advantages and effects that can be achieved here cumulatively. The above-mentioned embodiments of the present invention can also be combined with one another in a manner deviating from the reference numerals given in the claims.
Darüber hinaus werden weitere Merkmale, Wirkungen und Vorteile der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren und die folgende Beschreibung erläutert. Bauteile, die in den einzelnen Figuren hinsichtlich ihrer Funktion zumindest im Wesentlichen übereinstimmen, sind hier mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, wobei die Bauteile nicht in allen Figuren nummeriert und erläutert werden müssen.Furthermore, further features, effects and advantages of the present invention are explained with reference to the attached figures and the following description. Components which are at least substantially identical in terms of their function in the individual figures are identified here with the same reference numerals, whereby the components do not have to be numbered and explained in all figures.
Die Zeichnungen zeigen:
-
1 : zeigt eine Ausführungsform eines Walzenzylinders im Schnittbild; -
2 : zeigt eine Ausführungsform (a) eines Zwischenrings, (b) eines Anlaufrings und (c) eines Dispergierrings; -
3 : zeigt eine Ausführungsform eines aus Modulen aufgebauten Planetwalzenextruders; und -
4 : zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Montage eines aus Modulen aufgebauten Planetwalzenextruder.
-
1 : shows an embodiment of a roller cylinder in a sectional view; -
2 : shows an embodiment of (a) an intermediate ring, (b) a starting ring and (c) a dispersing ring; -
3 : shows an embodiment of a planetary roller extruder constructed from modules; and -
4 : shows a method according to the invention for assembling a planetary roller extruder constructed from modules.
Detaillierte Beschreibung der AusführungsbeispieleDetailed description of the implementation examples
Obwohl die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung oben beschrieben wurden, schränken die oben beschriebenen Ausführungsformen die Erfindung gemäß den Ansprüchen nicht ein. Es sollte auch beachtet werden, dass nicht alle Kombinationen der in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmale notwendigerweise wesentliche Mittel zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe sind.Although the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments described above do not limit the invention according to the claims. It should also be noted that not all combinations of the features described in the embodiments are necessarily essential means for achieving the object of the invention.
Liste der BezugszeichenList of reference symbols
- 11
- WalzenzylinderRoller cylinder
- 1a1a
- erstes Ende des Walzenzylindersfirst end of the roller cylinder
- 1b1b
- zweites Ende des Walzenzylinderssecond end of the roller cylinder
- 1111
- Innenseite des WalzenzylindersInside of the roller cylinder
- 1212
- Außenseite des WalzenzylindersOutside of the roller cylinder
- 1313
- Innenverzahnung auf der InnenseiteInternal teeth on the inside
- 13a13a
- Zahn der Innenverzahnung am ersten EndeTooth of the internal gear at the first end
- 13b13b
- Zahn der Innenverzahnung am zweiten EndeTooth of the internal gear at the second end
- 1414
- Anschlussanordnung für anzuschließende Zu- und Abführungen Connection arrangement for supply and discharge lines to be connected
- 2020
- verzahnter zylinderförmige Zwischenring (Übergangselement)toothed cylindrical intermediate ring (transition element)
- 20a20a
- erstes Ende des verzahnten zylinderförmigen Zwischenringsfirst end of the toothed cylindrical intermediate ring
- 20b20b
- zweites Ende des verzahnten zylinderförmigen Zwischenringssecond end of the toothed cylindrical intermediate ring
- 2121
- Innenseite des verzahnten zylinderförmigen ZwischenringsInside of the toothed cylindrical intermediate ring
- 2222
- Außenseite des verzahnten zylinderförmigen ZwischenringsOutside of the toothed cylindrical intermediate ring
- 2323
- Innenverzahnung auf der InnenseiteInternal teeth on the inside
- 23a23a
- Zahn der Innenverzahnung am ersten EndeTooth of the internal gear at the first end
- 23b23b
- Zahn der Innenverzahnung am zweiten Ende Tooth of the internal gear at the second end
- 3030
- nicht verzahnter zylinderförmiger Anlauf- oder Dispergierring (Übergangselement)non-toothed cylindrical starting or dispersing ring (transition element)
- 4040
- seitliche Zu- und Abführungenside inlets and outlets
- 5050
- PlanetwalzenextruderPlanetary roller extruder
- 6060
- ZentralspindelCentral spindle
- 7070
- Planetspindel(n)Planetary spindle(s)
- 8080
- Untergrund (oder Boden) Subsurface (or ground)
- 100100
- Verfahren zur Montage eines aus Modulen aufgebauten PlanetwalzenextruderMethod for assembling a modular planetary roller extruder
- 110110
- Bereitstellen eines bereits auf Komponenten des Planetwalzenextruders montierten ersten der WalzenzylinderProviding a first of the roller cylinders already mounted on components of the planetary roller extruder
- 120120
- Montieren eines Übergangselements auf den ersten der WalzenzylinderMounting a transition element on the first of the roller cylinders
- 130130
- Montieren eines weiteren der Walzenzylinder auf das ÜbergangselementMounting another of the roller cylinders on the transition element
- 140140
- Widerholen der beiden vorangegangenen Schritte im Falle der Montage weiterer Walzenzylinder Repeat the two previous steps if additional roller cylinders are to be installed
- LADLAD
- Länge des nicht verzahnten zylinderförmigen Anlauf- oder DispergierringsLength of the non-toothed cylindrical starting or dispersing ring
- LWLW
- Länge des WalzenzylindersLength of the roller cylinder
- LZLZ
- Länge des verzahnten zylinderförmigen ZwischenringsLength of the toothed cylindrical intermediate ring
- MM
- Module des PlanetwalzenextrudersModules of the planetary roller extruder
- ZZ
- Zylinderachse des WalzenzylindersCylinder axis of the roller cylinder
- ZSZS
- ZahnspiralenDental spirals
Claims (12)
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-
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