DE10352202A1 - Planetwalzenextruder mit Planetenspindeln und Anlaufring - Google Patents
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Abstract
Nach der Erfindung sind an Planetwalzenextrudern die Planetenspindeln und/oder die Anlaufringe mit einem Gleitstück und/oder die Gleitflächen gehärtet.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Planetwalzenextruder. Planetwalzenextruder sind spezielle Extruder. Extruder dienen vorzugsweise der Verarbeitung von Kunststoff. Dabei wird Kunststoff zumeist in Granulatform zusammen mit. Zuschlägen in den Extruder eingesetzt. Die Einsatzmischung wird plastifiziert, homogenisiert, anschließend auf Extrusionstemperatur abgekühlt und im schmelzflüssigen Zustand wieder ausgetragen. Die Austragdüse wird als Extruderwerkzeug bezeichnet.
- Der Planetwalzenextruder hat gegenüber anderen Extruderformen beim Plastifizieren, Homogenisieren und Abkühlen erhebliche Vorteile.
- Deshalb gewinnt der Planetwalzenextruder zunehmende Bedeutung.
- Seine besondere Wirkungsweise gewinnt der Planetwalzenextruder durch seinen Aufbau und die Wirkungsweise seiner Einzelteile. Kern des Planetwalzenxtruders ist eine Zentralspindel, die mit einer Vielzahl von Planetenspindeln (Planetwalzenspindeln) kämmt. Zumeist handelt es sich um 6 bis 12 Planetenspindeln. Die Zahl der Planetenspindeln steht in der Regel im Zusammenhang mit dein Extruderdurchmesser.
- Die Planetspindeln kämmen zugleich mit der Innenverzahnung einer umgebenden Gehäusebuchse oder der Innenverzahnung des Gehäuses. Während der Drehung der Zentralspindel laufen die Planetenspindeln um die Zentralspindel um.
- Die Einsatzmischung wird zwischen der Zentralspindel, den Planetenspindeln und der Buchse in extremer Weise bearbeitet Die Bearbeitung ist intensiv und besonders schonend, weil die Molekühlketten nicht oder nur minimal geschert werden.
- Die Zentralspindel wird in axialer Richtung durch Lager gehalten, welche die Axialkräfte aufnehmen. Die Planetenspindeln laufen gegen einen in Strömungsrichtung der Schmelze am Ende der Planetenspindeln angeordneten Anlaufring. Sie gleiten mit Ihren Stirnflächen entlang der Stirnfläche des Anlaufringes.
- Nach der
DE 19721808 A1 werden die Reibungsverhältnisse zwischen den Planetenspindeln und dem Anlaufring durch eine besondere Gestaltung der Planetspindelenden und/oder eine besondere Materialauswahl verbessert. - Die besondere Gestaltung sieht vor, daß die Planetspindeln und/oder der Anlaufring mit einem Gleitstück versehen sind. Aufgabe des Gleitstückes ist es, den Umfang der Gleitfläche auf ein Maßstab zu beschränken, bei dem noch eine zulässige Flächenpressung zwischen den Planetenspindeln und dem Anlaufring besteht. Das Gleitstück soll am Anlaufring und an den Planetspindeln anmontiert sein. Die Gleitstücke können dabei die Form von Stiften besitzen. Für jede Planetspindel ist ein Stift vorgesehen, der am betreffenden Spindelende mittig in die Planetspindel eingelassen ist.
- Wahlweise ist auch eine zusätzliche Härtung der Gleitflächen am Anlaufring und an den Planetspindeln vorgesehen. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die Planetspindeln vorzugsweise ohnehin gehärtet werden, um dem an den Planetspindeln wirkenden Verschleiß Rechnung zu tragen.
- Unter dem Druck der Planetspindeln erfahren die Gleitflächen noch einen zusätzlichen Verschleiß, dem nach der
DE 19721808 durch zusätzliche Härtung begegnet wird. - Mit der zusätzlichen Härtung sind an den Gleitflächen Härten bis 62 HRC (Rockwell-Härte) vorgesehen.
- Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, den Vorschlag der
DE 19721808 A1 noch zu verbessern. Nach der Erfindung wird das dadurch erreicht, daß - a) die Gleitflächen an den Planetspindeln und/oder die Gleitfläche an dem Anlaufring mit einer Auftragsschweißung versehen werden, wobei ein Material verwendet wird, daß härter als das übrige Material der Planetenspindeln und/oder des Anlaufringes ist oder
- b) die eingelassenen Stifte einen Durchmesser besitzen, der mindestens gleich einem Drittel und kleiner als die Hälfte des Durchmessers des Fußkreises der Planetspindeln ist. Der Fußkreis der Planetspindeln ist der Kreis bzw. Durchmesser, auf dem die Zahnfüße der Zähne der Planetspindelverzahnung liegen und/oder
- c) eine größere Härte als 70 HRC vorgesehen ist, vorzugsweise eine Härte bis 85 HRC.
- Die Auftragsschweißung erlaubt es, für die Planetspindeln auch besonders zähe und zugleich biegsame Stähle einzusetzen, die sich an der Gleitfläche bei notwendiger schonender Behandlung nur begrenzt härten lassen. Durch die Auftragsschweißung kann an der Gleitfläche dagegen ein Stahl mit besonders guter Härte bzw. mit besonders guter Härtfähigkeit aufgetragen werden.
- Die Auftragsschweißung kann teilflächig oder vollflächig an den Stirnflächen der Planetspindeln und/oder an dem Anlaufring vorgesehen sein. Die Auftragsschweißung bildet zunächst eine unebene Oberfläche. Deshalb ist nach dem Schweißen eine Einebnung der Auftragsschweißung vorgesehen. Die Einebnung wird vorzugsweise durch Schleifen erreicht. Sofern eine übliche spanabhebende Bearbeitung durch Fräsen oder Drehen Anwendung findet, müssen die Schwierigkeiten aus der härteren Oberfläche überwunden werden. Beim Schleifen ist das leichter als beim Drehen und Fräsen.
- Zum Auftragsschweißen kann die Stirnfläche der Planetspindeln glatt bzw. eben sein, so daß auf der Stirnfläche der Planetspindeln eine Schicht entsteht.
- Es können auch Bohrungen oder andere Vertiefungen in die Stirnfläche eingearbeitet werden, die durch das Auftragsschweißen ausgefüllt werden.
- Vorzugsweise wird die Auftragsschweißung darüber hinaus so ausgeführt, daß auf der Stirnfläche der Planetspindeln eine Erhebung entsteht, die ganz oder teilweise wieder eingeebnet wird.
- Vorzugsweise ist eine konische Bohrung mit Aufweitung nach außen in der Stirnfläche der Planetspindeln vorgesehen. Die konische Bohrung erleichtert das Auftragsschweißen im Grund der Bohrung, weil dadurch weniger Gefahr für den Schweißer besteht, mit der Elektrode die Wand der Bohrung zu berühren und die Elektrode zu früh zu zünden.
- Nach weiter bevorzugt, nimmt die Aufweitung nach außen zu. Das kann kontinuierlich oder in Stufen erfolgen. Die größere Aufweitung außen schafft außen eine größere Fläche der Auftragsschweißung.
- Günstig ist die Fertigung in Stufen, wobei die Aufweitung/Konizität am außenseitigen Ende der Bohrung vorzugsweise mindestens 90 Grad und höchstens 150 Grad, noch weiter bevorzugt 110 bis 130 Grad beträgt. Vorzugsweise ist diese große Aufweitung/Konizität über eine Bohrungslänge bis zu 5 mm vorgesehen, noch weiter bevorzugt über eine Bohrungslänge bis zu 3 mm.
- Der übrige konische Teil der Bohrung hat eine Aufweitung/Konizität von 30 bis 90 Grad, vorzugsweise eine Aufweitung von 50 bis 70 Grad.
- Die Tiefe der Bohrung ist abhängig von der gewünschten Schichtdicke der Auftragsschweißung.
- Die Schichtdicke der Auftragsschweißung beträgt vorzugsweise mindestens 1 mm und unter Anwendung der Pufferschicht bis 20 mm, noch weiter bevorzugt 3 bis 15 mm und höchst bevorzugt 10 bis 14 mm bevorzugt.
- Die Anzahl der Schichten beträgt vorzugsweise mindestens 2 und unter Anwendung der Pufferschicht bis 6, vorzugsweise 3 bis 5.
- Die Anzahl der Lagen wird durch deren Dicke bestimmt.
- Vorzugsweise ist eine Lagendicke von 2 bis 5 mm, noch weiter bevorzugt eine Lagendicke von 3 bis 4 mm vorgesehen.
- Günstig ist ferner eine mehrschichtige Auftragsschweißung, wobei als erste Schweißschicht eine Pufferschicht Anwendung findet. Aufgabe der Pufferschicht ist, die Verbindung der zu härtenden Schweißschicht mit dem Grund-Material der Planetspindeln zu erleichtern und/oder den Aufbau von Spannungen in der Verbindung zwischen Auftragsschweißung und dem Grund-Material der Planetspindeln zumindest zu begrenzen.
- Das Grund-Material ist vorzugsweise ein kohlenstoffreicher Stahl, die harte Auftragsschweißung ein kohlenstoffarmer Stahl.
- Durch mehrlage Ausbildung der kohlenstoffarmen Auftragsschweißung kommt es zu immer reineren und deshalb auch härteren Schweißlagen.
- In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt:
-
1 zeigt einen Extruder mit überlangem Planetwalzenteil11 und einer Einlaufschnecke1 . Der Planetwalzenteil setzt sich aus drei Moduln mit einer gemeinsamen Zentralspindel9 zusammen. Jeder Modul besteht aus einem äußeren Gehäuse5 in Rohrform, das an beiden Enden Flansche6 bzw.7 aufweist. An den Flanschen6 und7 sind die Moduln miteinander verschraubt. Dabei werden die Gehäuse5 durch Zentrierringe zentriert. Die Zentrierringe sind in entsprechenden Ausnehmungen der Gehäuseflansche eingelassen. - Zu jedem Planetwalzenmodul gehört auch eine Buchse. Die Buchse sitzt innen im Gehäuse
5 . Die Buchsen werden bei der Montage in die Gehäuse eingeschoben. Das geschieht vorzugsweise vor der Verschraubung der Flansche6 und7 . Die Buchsen können aber auch nach der Verschraubung der Flansche6 und7 eingeschoben werden. Dazu sind die Zentrierringe mit einer Bohrung versehen, die gleich der Gehäusebohrung ist. - Zwischen den Buchsen sitzt jeweils ein Anlaufring
8 . Der Anlaufring hält die Planetspindeln10 in ihrer Umlaufposition um die gemeinsame Zentralspindel9. - Die Spitze der Zentralspindel ist mit
12 bezeichnet und korrespondiert mit einem vorderen Anlaufring11 , der gleiche Funktion wie Anlaufringe8 hat und daruber hinaus einen Spalt bildet, durch den das extrudierte Material in die Extruderdüse gedrückt wird. Die Extruderdüse ist nicht dargestellt. - Zur Zentrierung des Anlaufringes
12 sind spezielle Zentrierringe vorgesehen, die mit dem Gehäuse5 fest verbunden sind. Die Zentrierringe füllen einerseits die Ausnehmung im Flansch6 aus, der für die Zentrierringe bestimmt ist. Andererseits bilden die Zentrierringe frontseitig einen zusätzlichen Zentrierflansch. - Am rechten Ende bildet die Zentralspindel
9 eine Schnecke für eine Einlaufzone. In diesem Bereich ist ein separates Gehäuse1 mit einer Einlauföffnung2 vorgesehen. Das Gehäuse1 ist aufgebaut wie das Gehäuse5 . Die zugehörigen Flansche sind mit3 und4 bezeichnet. Das Zusammenwirken des Flansches4 mit dem Anschlußflansch7 des nächsten Gehäuses5 ist das gleiche wie das Zusammenwirken der Flansche6 und7 . Die Füllschnecke am rechten Teil der Zentralspindel hat nur Füllfunktion, im Ausführungsbeispiel keine Plastifizierungs- und keine wesentliche Homogenisierungsfunktion. - Jedes Gehäuse
5 eines Moduls ist mit zwei Kühlstrecken/Beheizungsstrecken versehen. Zu der einen Strecke gehören spiralförmig an der Gehäuseinnenfläche verlaufende Kanäle, die über Anschlüsse mit einem Kühl-/Beheizungsmedium beschickt werden können. Zur anderen Strecke gehören spiralförmig verlaufende Kanäle an der Gehäuseinnenfläche, die über Anschlüsse mit Kühlmittel/Beheizungsmittel beschickt werden können. - Jeder Modul ist im Ausführungsbeispiel 600 mm lang, so daß eine Gesamtlänge von 1,8m ergibt.
- Beide Planet walzenteile sind in nicht dargestellter Weise so abgestützt, daß eine für den Betrieb wesentliche Durchbiegung nicht gegeben ist.
- Jeder Modul besitzt 9 Planetenspindeln.
- Die
2 zeigt einen Ausschnitt des anlaufseitigen Endes einer Planetspindel aus Chrom/Molybdän/Vanadium-Stahl. - Die Gleitfläche der Planetspindel ist mit
21 bezeichnet. Die Planetspindel gleitet mit der Fläche21 an dem Anlaufring. - In die Stirnfläche ist eine zylindrische Bohrung mit einem Durchmesser von 6 mm und einer Tiefe von 13 mm zentrisch eingebracht worden. Der in der Zeichnung untere Bereich
23 der Bohrung bleibt zylindrisch. Der darüber liegende Bereich22 ist mit einem Konuswinkel von 60 Grad konisch aufgebohrt worden. Der obere Bereich24 ist mit einem Konuswinkel von 120 Grad konisch aufgebohrt worden. Der Bohrungsdurchmesser an der Gleitfläche beträgt 18 mm. - Die Planetspindeln werden mit den Bohrungen auf das Maß gehärtet, mit dem die gewünschte Verschleißfestigkeit am Umfang/Zähnen der Planetspindeln erreicht werden soll.
- Eine noch größere Härte wird durch Auftragsschweißung erreicht, mit der die Bohrung gefüllt wird. Dabei wird ein Stahl gewählt, der schon durch Abkühlen an der Luft eine gewünschte größere Härte erreicht. Im Ausführungsbeispiel ist ein Schweißmaterial gewählt worden, bestehend aus C, Mn, Mo, Si, Cr, V, Mo, Stabilisatoren und Fe. Der C-Anteil ist gegenüber dem nachfolgend erläuterten Puffermaterial vergleichsweise hoch.
- Im unteren Bereich ist eine Schweißlage P aus einem Puffermaterial vorgesehen.
- Als Puffermaterial ist ein Schweißmaterial gewählt worden, bestehend aus C, Ni, Cr, Nb, Ti, Stabilisatoren und Fe. Dabei ist der C-Anteil gering. Im Bereich
22 sind zwei Schweißlagen I und II aus einem härtenden Stahl vorgesehen, der schon durch Luftkühlung härtet. Im Bereich24 ist eine dritte Lage III aus gleichem aushärtendem Stahl vorgesehen. - Sämtliche Auftragsschweißung erfolgt elektrisch mit Elektroden, die in der Bohrung abschmelzen. Nach dem Schweißen erreicht die Auftragsschweißung unbehandelt eine deutlich höhere Härte als das Grundmaterial der Planetspindel.
- Die Schweißlage III wölbt sich gegenüber der Gleitfläche
21 vor. Die Vorwölbung wird anschließende auf das Niveau der Gleitfläche21 beigeschliffen. - In anderen Ausführungsbeispielen ragt die Auftragsschweißung trotz Planschliffes gegenüber den ursprünglichen Stirnfläche der Planetspindeln vor. Das Maß beträgt vorzugsweise bis 3 mm, noch weiter bevorzugt bis 2 mm.
- In anderen Ausführungsbeispielen werden größere oder kleinere (Schweißgut gefüllte) Bohrungen zentrisch vorgesehen. In weiteren Ausführungsbeispielen sind bei Planetspindeln mit besonders großem Durchmesser wahlweise auch mehrere Bohrungen vorgesehen.
- Vorzugsweise ist die Planetspindel am anlaufseitigen Ende etwas zurückgeschnitten. Der Rückschnitt bewirkt eine geringe konische Neigung der Stirnfläche an der Planetspindel und reicht bis annähernd an die Auftragsschweißung, so daß die Planetspindelkräfte im Wesentlichen von der Auftragsschweißung auf den Anlaufring übertragen werden.
-
3 zeigt eine Einzelansicht einer Planetspindel30 . In die Planetspindel30 ist in Förderrichtung der Schmelze am hinteren Ende ein Stift31 eingesetzt. Der Stift31 ist besonders verschleißfest ausgelegt, hier besonders gehärtet. Der Stift31 hat einen Durchmesser der kleiner als der halbe Fußkreis der Verzahnung der Planetspindel30 ist.
Claims (17)
- Planetwalzenextruder mit einer Zentralspindel, Planetspindeln und einer innen verzahnten Gehäusebuchse bzw. einem innen verzahnten Gehäuse, wobei die Planetspindeln mit den in Richtung des Schmelzestromes hinteren Stirnflächen an einem Anlaufring gleiten und die Gleitfläche an den Planetspindeln und/oder die Gleitflächen am Anlaufring gehärtet sind oder an den Planetspindeln durch eingelassene Stifte gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß a) die gehärteten Gleitflächen durch eine eingeebnete Auftragsschweißung gebildet werden, deren Härte größer als die Härte des Planetspindel-Grundmaterials ist oder b) die Stifte einen Durchmesser besitzen, der mindestens gleich einem Drittel des Durchmesser des Fußkreises der Planetspindelverzahnung ist und kleiner als der halbe Durchmesser dieses Fußkreises ist und/oder c) die gehärteten Gleitflächen eine größere Härte als 70 HRC, vorzugsweise eine größere Härte als 80 HRC besitzen.
- Planetwalzenextruder nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine vollflächige oder teilflächige Auftragsschweißung.
- Planetwalzenextruder nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine geschliffene Fläche an der Auftragsschweißung.
- Planetwalzenextruder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen mehrschichten Aufbau der Auftragsschweißung.
- Planetwalzenextruder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Auftragsschicht eine Pufferschicht ist.
- Planetwalzenextruder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Dicke der Auftragsschweißung von 1 bis 20 mm, vorzugsweise 3 bis 15 mm und höchst bevorzugt von 10 bis 14 mm.
- Planetwalzenextruder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Schichtdicke jeder Auftragslage bis 6 mm, vorzugsweise von 2 bis 5 und noch weiter bevorzugt von 3 bis 4 mm.
- Planetwalzenextruder nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Grund-Material der Planetspindeln Bohrungen vorgesehen und mit Auftragsschweißung verfüllt sind.
- Planetwalzenextruder nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch Bohrungen, die sich nach außen konisch erweitern.
- Planetwalzenextruder nach Anspruch 9, daduch gekennzeichnet, daß die Erweiterung nach außen größer wird.
- Planetwalzenextruder nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Erweiterung in Stufen größer wird oder kontinuierlich größer wird.
- Planetwalzenextruder nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Erweiterung der Bohrung am außenseitigen Ende 130 bis 150 Grad, vorzugsweise 110 bis 130 Grad beträgt.
- Planetwalzenextruder nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Erweiterung der Bohrung im übrigen 30 bis 90 Grad, vorzugsweise 50 bis 70 Grad beträgt.
- Planetwalzenextruder nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftragsschweißung sich nach dem Verfüllen der Bohrung gegenüber der ursprünglichen Stirnfläche der Planetspindeln vorwölbt und abgeschliffen wird, so daß die geschliffene Fläche gegenüber der ursprünglichen Stirnfläche vorsteht oder mit der ursprünglichen Stirnfläche fluchtet.
- Planetwalzenextruder nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch ein Vorstehen von bis zu 3mm, vorzugsweise bis zu 2mm.
- Planetwalzenextruder nach einem der Ansprüche 8 bis 15, gekennzeichnet durch jeweils eine zentrische Bohrung oder durch mehrere verteilte Bohrungen in der ursprünglichen Stirnfläche
- Planetwalzenextruder nach einem der Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet durch die Auswahl eines Schweißmateriales, daß nach seinem Auftragen unbehandelt eine größere Härte als das Grundmaterial der Planetspindel erreicht.
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DE10352202.6A DE10352202B4 (de) | 2003-11-05 | 2003-11-05 | Planetwalzenextruder mit Planetenspindeln und Anlaufring |
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FR2772656A1 (fr) * | 1997-12-22 | 1999-06-25 | Michelin & Cie | Procede de revetement d'une vis d'extrudeuse |
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2003
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