DE19721808B4 - Planetary roller extruder with planetary spindles and thrust ring - Google Patents

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Abstract

Planetwalzenextruder mit einer Zentralspindel, Planetenspindeln und einer innen verzahnten Gehäusebuchse bzw. einem innen verzahnten Gehäuse, wobei die Planetenspindeln (20) mit den in Richtung des Schmelzestromes vorderen Stirnflächen an einem Anlaufring (23) gleiten und wobei in die Stirnflächen der Planetenspindeln (20) Gleitstücke eingelassen sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
a) die Gleitstücke durch Metallstifte (21) gebildet werden,
b) die Metallstifte (21) gegenüber der Stirnfläche der Planetenspindeln (20) vorragen und
c) die Gleitfläche des Anlaufringes (23) eine geringere Härte als die Gleitfläche der Metallstifte (21) besitzt.Planetary roller extruder with a central spindle, planetary spindles and an internally toothed housing bushing or an internally toothed housing, wherein the planetary spindles (20) with the front faces in the direction of melt flow on a stop ring (23) slide and wherein in the end faces of the planetary spindles (20) sliders are admitted,
characterized in that
a) the sliders are formed by metal pins (21),
b) the metal pins (21) protrude relative to the end face of the planetary spindles (20) and
c) the sliding surface of the stop ring (23) has a lower hardness than the sliding surface of the metal pins (21).

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft einen Planetwalzenextruder nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. 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.The The invention relates to a planetary roller extruder according to the preamble of Claim 1. Planetary roller extruders are special extruders. Extruders are preferably used for the processing of plastic. there Plastic is usually in granular form together with aggregates in the Used extruder. The feed mixture is plasticized, homogenized, subsequently cooled to the extrusion temperature and in the molten one Condition again discharged. The discharge nozzle is used as an extruder tool designated.

Der Planetwalzenextruder hat gegenüber anderen Extruderformen beim Plastifizieren, Homogenisieren und Abkühlen erhebliche Vorteile.Of the Planetary roller extruder has over others Extruder molding in plasticizing, homogenizing and cooling considerable Advantages.

Deshalb gewinnt der Planetwalzenextruder zunehmende Bedeutung.Therefore the planetary roller extruder gains increasing importance.

Seine besondere Wirkungsweise gewinnt der Planetwalzenextruder durch seinen Aufbau und die Wirkungsweise seiner Einzelteile. Kern des Planetwalzenextruders 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 dem Extruderdurchmesser.His special effect wins the planetary roller extruder through his Structure and effect of its individual parts. Core of the planetary roller extruder is a central spindle that comes with a variety of planetary spindles (Planetary roller spindles) meshes. Most of them are 6 to 12 planetary spindles. The number of Planetary spindles is usually associated with the extruder diameter.

Die Planetenspindeln 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.The Combing planetary spindles at the same time as the internal toothing of a surrounding housing bush or the internal toothing of the housing. During the Rotation of the central spindle, the planetary spindles run around the central spindle around.

Die Einsatzmischung wird zwischen der Zentralspindel, den Planetenspindeln und der Buchse in extremer Weise bearbeitet. Die Bearbeitung ist intensiv und besonders schonend, weil die Molekülketten nicht oder nur minimal geschert werden.The Application mixture is between the central spindle, the planetary spindles and edited the jack in extreme ways. The editing is intense and especially gentle, because the molecular chains are not or only minimally sheared.

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 Anlaufrings.The Central spindle is held in the axial direction by bearings, which the axial forces take up. The planetary spindles run against one in the flow direction the melt at the end of the planetary spindles arranged stop ring. They glide with their faces along the face of the stop ring.

Die Planetwalzenextruder sind aufwendiger als andere Extruder wie z. B. Einschneckenextruder und Doppelschneckenextruder. Deshalb liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, zu einer Reduzierung des wirtschaftlichen Aufwandes beizutragen.The Planetary roller extruders are more expensive than other extruders such. B. single screw extruder and twin screw extruder. That's why the invention is based on the object to a reduction of the economic Contribute effort.

Die DE 3815061 C1 enthält bereits einen Lösungsvorschlag zur Reduzierung der Reibung an Planetwalzenextrudern/Abschnitten zwischen Anlaufring und Planetenspindeln. Dabei sollen keramische Ringe/Körper Anwendung finden, welche in die Gleitfläche des Anlaufrings und in die Gleitfläche der Planetenspindeln eingelassen werden, so daß die Planetenspindeln mit einer Keramikfläche auf einer Keramikfläche des Anlaufrings gleiten. Die vorgeschlagenen Keramikringe sollen gehärtete Flächen an den Anlaufringen und Planetenspindeln ablösen. Dabei sollen die Keramikring/Körper bündig mit der Fläche des Anlaufrings bzw. bündig mit der Fläche der Planetenspindeln abschließen.The DE 3815061 C1 already contains a solution for reducing friction on planetary roller extruders / sections between thrust ring and planetary spindles. It will find ceramic rings / body application, which are embedded in the sliding surface of the stop ring and in the sliding surface of the planetary spindles, so that the planetary spindles slide with a ceramic surface on a ceramic surface of the stop ring. The proposed ceramic rings are intended to replace hardened surfaces on the starting rings and planetary spindles. The ceramic ring / body should be flush with the surface of the stop ring or flush with the surface of the planetary spindles.

Die Keramikring haben gleichfalls Nachteile. Die Nachteile sind zum Teil durch die Bauform des Vorschlages, zum Teil durch die Beschaffenheit der Keramik begründet. Keramik ist extrem spröde. Durch Stoßbelastung werden die Keramikteile sehr schnell beschädigt.The Ceramic ring also have disadvantages. The disadvantages are to Part of the design of the proposal, partly by the nature founded the ceramic. Ceramics are extremely brittle. By shock The ceramic parts are damaged very quickly.

Solche Stoßbelastungen lassen sich beim Anfahren des Extruders nicht vermeiden. Je nach Leistung des Extruders kann es zu erheblicher Stoßbelastung kommen. Ähnliches gilt für das Handling der Planetenspindeln beim Ein- und Ausbau und außerhalb des Extruders. Es kommt ganz leicht zu einem Anstoßen. Offenbar ist das bei der DE 3815061 C1 auch gesehen worden, denn der beschriebene bündige Einbau der Keramikringe und Keramikkörper soll offenbar eine Kantenbelastung der Keramik verhindern.Such shock loads can not be avoided when starting the extruder. Depending on the performance of the extruder, there may be considerable impact load. The same applies to the handling of planetary spindles during installation and removal and outside of the extruder. It's easy to get started. Apparently, that's at the DE 3815061 C1 also been seen, because the described flush installation of the ceramic rings and ceramic body should apparently prevent an edge load of the ceramic.

Dort käme es sofort zu einer Beschädigung.There it would come immediately to damage.

Ein weiterer Nachteil der Keramikteile sind Schwierigkeiten beim Einsetzen der Keramikteile in die Ausnehmungen der Planetenspindeln und in die Ausnehmungen der Anlaufringe.One Another disadvantage of ceramic parts are difficulties when inserting the ceramic parts in the recesses of the planetary spindles and in the recesses of the contact rings.

Vor diesem Hintergrund ist nachvollziehbar, daß sich die bekannten Keramikkörper nicht durchsetzen konnten; die Anwendung solcher Planetenspindeln und Anlaufringe ist nicht bekannt geworden.In front This background is understandable that the known ceramic body not could prevail; the application of such planetary spindles and Contact rings has not been disclosed.

Gleichwohl hält die Erfindung an dem Konzept der Gleitstücke fest. Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, Planetenspindeln und Anlaufringe mit geeigneten Gleitkörpern zu schaffen. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch einen Planetwalzenextruder mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Dabei hat die Erfindung erkannt, daß die Reduzierung der Berührungsfläche erheblich zur Verringerung der Reibung beiträgt. Deshalb sind nach der Erfindung Stifte vorgesehen, die gegenüber den Enden der Planetenspindeln vorstehen. Geringere Reibung heißt geringerer Verschleiß. Das ist für die meisten Extrusionsvorgänge von erheblichem Vorteil.nevertheless Hold the Invention stuck to the concept of sliders. The invention has set the task, planetary spindles and contact rings with suitable sliding bodies to accomplish. The solution of this Task is performed by a planetary roller extruder with the features of the claim 1. The invention has recognized that the reduction the contact area considerably contributes to the reduction of friction. Therefore, according to the invention pins provided, opposite protrude the ends of the planetary spindles. Lower friction means less Wear. This is for most extrusion processes of considerable advantage.

Nach der Erfindung wird der Umfang der Gleitfläche auf ein Maß beschränkt, bei dem noch eine zulässige Flächenpressung zwischen den Planetenspindeln und dem Anlaufring besteht.According to the invention, the circumference of the sliding surface is limited to an extent that still permits a permissible surface pressure between the pla spindles and the thrust ring.

Vorzugsweise wird das Gleitstück durch einen Zapfen gebildet, der am Ende jeder Planetenspindel angeformt bzw. durch Formgebung entstanden ist oder anmontiert ist. Der Zapfen kann mit dem Planetenspindelende bündig abschließen oder vorragen. Es ist günstig, wenn der Zapfen nicht mehr als 2 mm gegenüber dem Ende der Planetenspindel vorsteht. Insbesondere die auf das Planetenspindelende wirksamen Ausreißkräfte lassen sich dann noch gut beherrschen.Preferably becomes the slider formed by a pin, which formed at the end of each planetary spindle or has been created by molding or is mounted. The pin can flush with the planetary spindle end or protrude. Its cheap, if the pin is not more than 2 mm from the end of the planetary spindle protrudes. In particular, acting on the planetary spindle end Let breakaway forces then master well.

Günstig ist auch, das Ende der Planetenspindeln zurückzuschneiden. Damit ist eine Neigung der Stirnfläche zumindest im Bereich der Zähne der Planetenspindeln gemeint.Cheap is also to cut back the end of the planetary spindles. This is one Inclination of the face at least in the field of teeth meant the planetary spindles.

Vorzugsweise ist der Zapfen als ein auswechselbares Verschleißteil und/oder Zusatzbauteil in die Planetenspindeln eingesetzt oder als Scheibe an den Planetenspindeln montiert.Preferably is the pin as a replaceable wearing part and / or additional component in the planetary spindles used or as a disk on the planetary spindles assembled.

Die Anwendung eines eingesetzten Zapfens oder einer angesetzten Scheibe eröffnet nicht nur die Möglichkeit zur Schaffung eines unabhängigen Verschleißteiles, sondern auch bei vorgesehenem längerem Verbleib erhebliche bauliche Vorteile, denn an die verzahnten Mantelflächen der Planetenspindeln werden andere Anforderungen als an deren im wesentlichen nur durch Reibung belasteten Stirnflächen gestellt. Die Planetenspindeln müssen zäh/elastisch sein, während für die Gleitflächen eine Verschleißfestigkeit von Vorteil ist. Beides läßt sich nicht optimal mit einem einzigen Werkstoff finden.The Application of an inserted pin or an attached disc open not only the possibility to create an independent Wearing part, but also with a longer planned Remain considerable structural advantages, because of the toothed lateral surfaces of the Planetary spindles are different requirements than at their substantially put only by friction loaded faces. The planetary spindles have to be tough / elastic, while for the sliding surfaces a wear resistance is beneficial. Both can be not optimal with a single material find.

Vorzugsweise sind die Gleitflächen der Planetenspindeln mit dem Anlaufring und umgekehrt gehärtet. Dabei hat die Gleitfläche der Planetenspindeln eine höhere Härte als die des Anlaufringes. Günstig sind Härten von mindestens 55 HRC (Rockwell-Härte), z. B. 62 HRC, für die Gleichfläche der Planetenspindeln und mindestens 44 HRC, z. B. 51 bis 53 HRC, für den Anlaufring. Die Härte kann ebenso nach Vickers bemessen werden, so daß die Harte z. B. 2000 bis 2400 HV bei einer Prüflast von 0,5 kg für den Zapfen und 900 HV bei gleicher Prüflast für den Anlaufring beträgt. Wahlweise wird die Harte mittels einer Chrom-Nitrit-Beschichtung erreicht.Preferably are the sliding surfaces the planetary spindles hardened with the stop ring and vice versa. there has the sliding surface the planetary spindles a higher Hardness as that of the stop ring. Cheap are hardships of at least 55 HRC (Rockwell hardness), e.g. B. 62 HRC, for the even surface of the planetary spindles and at least 44 HRC, e.g. B. 51 to 53 HRC, for the thrust ring. The hardness can are also measured by Vickers, so that the hard z. B. 2000 to 2400 HV at a test load of 0.5 kg for the pin and 900 HV at the same test load for the stop ring. Optional the hard is achieved by means of a chromium nitrite coating.

Alternativ kann der Zapfen und/oder der Anlaufring aus Hartmetall oder aus HSS-Stahl oder aus einer Bronze-Legierung bestehen.alternative the pin and / or the stop ring made of hard metal or from HSS steel or made of a bronze alloy.

In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.In The drawings is an embodiment represented the invention.

1 zeigt einen Extruder mit überlangem Planetwalzenteil 11 und einer Einlaufschnecke 1. Der Planetwalzenteil setzt sich aus drei Modulen mit einer gemeinsamen Zentralspindel 9 zusammen. Jedes Modul besteht aus einem äußeren Gehäuse 5 in Rohrform, das an beiden Enden Flansche 6 und 7 aufweist. An den Flanschen 6 und 7 sind die Module miteinander verschraubt. Dabei werden die Gehäuse 5 durch Zentrierringe zentriert. Die Zentrierringe sind in entsprechenden Ausnehmungen der Gehäuseflansche eingelassen. 1 shows an extruder with overlaid planetary roller part 11 and a feed screw 1 , The planetary roller part consists of three modules with a common central spindle 9 together. Each module consists of an outer housing 5 in tubular form, the flanges at both ends 6 and 7 having. At the flanges 6 and 7 the modules are bolted together. In the process, the housings become 5 centered by centering rings. The centering rings are embedded in corresponding recesses of the housing flanges.

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 Flansche 6 und 7 eingeschoben werden. Dazu sind die Zentrierringe mit einer Bohrung versehen, die gleich der Gehäusebohrung ist.Each planetary roller module also includes a socket. The socket is inside the housing 5 , The bushes are inserted during assembly in the housing. This is preferably done before screwing the flanges 6 and 7 be inserted. For this purpose, the centering rings are provided with a bore which is equal to the housing bore.

Zwischen den Buchsen sitzt jeweils ein Anlaufring 8. Der Anlaufring hält die Planetenspindeln 10 in ihrer Umlaufposition um die gemeinsame Zentralspindel 9.Between the bushes in each case a stop ring sits 8th , The starting ring holds the planetary spindles 10 in its circulating position about the common central spindle 9 ,

Die Spitze der Zentralspindel ist mit 12 bezeichnet und korrespondiert mit einem vorderen Anlaufring 11, der die gleiche Funktion wie die Anlaufringe 8 hat und darüber hinaus einen Spalt bildet, durch den das extrudierte Material in die Extruderdüse gedrückt wird. Die Extruderdüse ist nicht dargestellt.The top of the central spindle is with 12 denotes and corresponds to a front stop ring 11 that has the same function as the stop rings 8th and also forms a gap through which the extruded material is forced into the extruder die. The extruder nozzle is not shown.

Zur Zentrierung des Anlaufringes 11 sind spezielle Zentrierring vorgesehen, die mit dem Gehäuse 5 fest verbunden sind. Die Zentrierringe füllen einerseits die Ausnehmung im Flansch 6 aus, der für die Zentrierringe bestimmt ist. Andererseits bilden die Zentrierringe frontseitig einen zusätzlichen Zentrierflansch.For centering the stop ring 11 Special centering ring are provided with the housing 5 are firmly connected. On the one hand, the centering rings fill the recess in the flange 6 out, which is intended for the centering rings. On the other hand, the centering rings form an additional centering flange on the front.

Am rechten Ende bildet die Zentralspindel 9 eine Schnecke für eine Einlaufzone. In diesem Bereich ist ein separates Gehäuse 1 mit einer Einlauföffnung 2 vorgesehen. Das Gehäuse 1 ist aufgebaut wie das Gehäuse 5. Die zugehörigen Flansche sind mit 3 und 4 bezeichnet. Das Zusammenwirken des Flansches 4 mit dem Anschlußflansch 7 des nächsten Gehäuses 5 ist das gleiche wie das Zusammenwirken der Flansche 6 und 7. Die Füllschnecke am rechten Teil der Zentralspindel hat nur Füllfunktion, im Ausführungsbeispiel keine Plastifizierungsfunktion und keine wesentliche Homogenisierungsfunktion.At the right end forms the central spindle 9 a screw for an inlet zone. In this area is a separate housing 1 with an inlet opening 2 intended. The housing 1 is constructed like the housing 5 , The associated flanges are with 3 and 4 designated. The interaction of the flange 4 with the connection flange 7 of the next case 5 is the same as the interaction of the flanges 6 and 7 , The filling screw on the right part of the central spindle has only filling function, in the exemplary embodiment no plasticizing function and no substantial homogenization function.

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 verlufende Kanäle an der Gehäuseinnenfläche, die über Anschlüsse mit Kühlmittel/Beheizungsmittel beschickt werden können.Every case 5 of a module is equipped with two cooling sections / heating sections. To one route include spirally extending on the housing inner surface channels that can be charged via connections with a cooling / heating medium. The other route includes spiraling channels on the inside of the housing, which can be charged via coolant / heating means.

Jedes Modul ist im Ausführungsbeispiel 600 mm lang, so daß sich eine Gesamtlänge von 1,8 m ergibt.each Module is in the embodiment 600 mm long, so that a total length of 1.8 m.

Beide Planetwalzenteile sind in nicht dargestellter Weise so abgestützt, daß eine für den Betrieb wesentliche Durchbiegung nicht gegeben ist.Both Planetwalzenteile are supported in a manner not shown so that an essential for the operation Deflection is not given.

Jedes Modul besitzt 9 Planetenspindeln.each Module has 9 planetary spindles.

Claims (8)

Planetwalzenextruder mit einer Zentralspindel, Planetenspindeln und einer innen verzahnten Gehäusebuchse bzw. einem innen verzahnten Gehäuse, wobei die Planetenspindeln (20) mit den in Richtung des Schmelzestromes vorderen Stirnflächen an einem Anlaufring (23) gleiten und wobei in die Stirnflächen der Planetenspindeln (20) Gleitstücke eingelassen sind, dadurch gekennzeichnet, daß a) die Gleitstücke durch Metallstifte (21) gebildet werden, b) die Metallstifte (21) gegenüber der Stirnfläche der Planetenspindeln (20) vorragen und c) die Gleitfläche des Anlaufringes (23) eine geringere Härte als die Gleitfläche der Metallstifte (21) besitzt.Planetary roller extruder with a central spindle, planetary spindles and an internally toothed housing bushing or an internally toothed housing, wherein the planetary spindles ( 20 ) with the front faces in the direction of the melt flow on a stop ring ( 23 ) and in the end faces of the planetary spindles ( 20 ) Sliders are embedded, characterized in that a) the sliders by metal pins ( 21 ), b) the metal pins ( 21 ) relative to the end face of the planetary spindles ( 20 protrude) and c) the sliding surface of the thrust ring ( 23 ) a lower hardness than the sliding surface of the metal pins ( 21 ) owns. Planetwalzenextruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallstifte (21) bis 2 mm gegenüber dem Planetenspindelende vorragen.Planetary roller extruder according to claim 1, characterized in that the metal pins ( 21 ) protrude 2 mm from the planetary spindle end. Planetwalzenextruder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Planetenspindelende gegenüber dem Metallstift (21) zurückgeschnitten ist.Planetary roller extruder according to claim 1 or 2, characterized in that the planetary spindle end opposite the metal pin ( 21 ) is cut back. Planetwalzenextruder nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Rückschnitt der Zähne der Planetenspindeln (20) von 2 bis 15 Grad zur Vertikalen bei horizontal liegender Spindel (20)Planetary roller extruder according to claim 3, characterized by a cutback of the teeth of the planetary spindles ( 20 ) from 2 to 15 degrees to the vertical with a horizontal spindle ( 20 ) Planetwalzenextruder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Metallstift (21) aus Hartmetall oder HSS oder aus einer Bronzelegierung und/oder einer Beschichtung mit einer Verschleißschicht.Planetary roller extruder according to one of claims 1 to 4, characterized by a metal pin ( 21 ) made of hard metal or HSS or of a bronze alloy and / or a coating with a wear layer. Planetwalzenextruder nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Chrom-Nitrit-Beschichtung der Metallstifte (21).Planetary roller extruder according to claim 5, characterized by a chromium-nitride coating of the metal pins ( 21 ). Planetwalzenextruder nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch eine Härte der Gleitfläche an der Stirnfläche des Planetenspindelendes von mindestens 55 HRC und/oder am Anlaufring von mindestens 44 HRC.Planetary roller extruder according to claim 5 or 6, characterized through a hardness the sliding surface at the frontal area of the planetary spindle end of at least 55 HRC and / or on the thrust ring of at least 44 HRC. Planetwalzenextruder nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Harte von 62 HRC an der Gleitfläche der Planetenspindel (20) und eine Harte von 51 bis 53 HRC an dem Anlaufring (23).Planetary roller extruder according to claim 7, characterized by a hardness of 62 HRC at the sliding surface of the planetary spindle ( 20 ) and a hardness of 51 to 53 HRC on the thrust ring ( 23 ).
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