DE3725641A1 - Walzenextruder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Walzenextruder mit fliegend gelagerter routierender Zentralspindel und planetenartig umlaufenden weiteren Spindeln sowie einem die umlaufenden Spindeln umgebenden Zylinder.

Derartige Walzenextruder dienen zum Plastifizieren von Kunststoffen, z. B. zum Zwecke der Folienherstellung. Diese Walzenextruder sind auch unter der Bezeichnung Thermoplast-Walzenextruder bekannt. In der Regel handelt es sich um ein einer Einschnecke nachgeschaltetes Planetengetriebe mit extremen Verzahnungsbreiten und einer 45°- Schrägverzahnung. Bei der Drehung der Zentralspindel wälzen sich die umlaufenden Spindeln auf der Zentralspindel und außen auf dem Zylin­ der ab.

Bei diesem Vorgang wird das Material erfaßt, und durch das Eintau­ chen der Spindelzähne in die korrespondierenden Zahnlücken wird die Kunststoffmasse zu dünnen Schichten ausgewalzt und aufgrund der Schrägverzahnung nach vorn transportiert.

Durch die wiederholte Dünnschichtauswalzung in Verbindung mit der dabei erzeugten großen wärmetauschenden Oberfläche des Zylinders und der Zentralspindel resultiert bei sehr guter Dispergierung und Homo­ genisierung der einzelnen Mischungskomponenten eine kurze Verweil­ zeit des Plastifikates und damit eine thermisch schonende Plastifi­ zierung bei äußerst wirtschaftlichem Energieeinsatz.

Durch die Schrägverzahnung des TP-Walzensystems ist eine weitgehende Selbstreinigung des Systems gegeben, so daß auch bei thermisch empfindlichen Materialien in der Regel keine Ablagerungen entstehen.

Der Stopring begrenzt die Axialbewegung der Spindel während des Betriebes. Durch Veränderung des Stopringinnendurchmessers können Staudruck, d. h. Verweilzeit, Massetemperatur und Plastifizierlei­ stung verändert und somit den unterschiedlichen Rezepturen und Aus­ stoßbedingungen angepaßt werden. Durch die austretenden Material­ stückchen, die eine zerklüftete Oberfläche aufweisen, ist eine gute Entgasung des Materials gegeben.

Die Plastifizierung dieses Aggregates kann durch Dosierung, Drehzahl und Variation der Spindelzahl und durch die Temperierung beeinflußt werden.

Herkömmliche Planetwalzenextruder sind von der Lagerung so aufge­ baut, daß die Füllschnecke auf einem Getriebezapfen gelagert wird, die Zentralspindel in die Füllschnecke eingeschoben und mittels Zuganker mit dieser verbunden wird. Diese herkömmliche Konstruktion des Planetwalzenextruders hat den Nachteil, daß zwischen Planet­ walzenteil, Anschluß der Zentralspindel und der Schnecke ein Quasi- Gelenkpunkt entsteht. Ferner ist die Zentralspindel in der Schnecke fliegend gelagert, d. h. durch den Materialeinschub über die Einzug­ schnecke bedingt lenkt die Zentralspindel aus und verändert somit laufend das Eingriffsverhalten der Verzahnung. Ferner differiert das Verzahnungsspiel im Planetwalzenteil und das Spiel zwischen Einzug­ schnecke und Einzugzylinder um mindestens 0,5 mm, so daß es in der Regel dazukommt, daß die Einzugschnecke am Obergang zum Walzenteil besonders stark belastet wird und hier ein Kantendruck über dem zulässigen Maß entsteht. In diesem Bereich Gelenkpunkt kommt es zu einem erheblichen Verschleiß der Einzugschnecke und zeitweise zum Metallabrieb, der sich negativ in dem Plastifikat bemerkbar macht. Beim Kalandrieren dieses Plastifikats erzeugen z. B. die Metallspän­ chen eine Beschädigung der Kalanderwalzen und Erhöhung der Lochan­ zahl in der Folie. Durch die Erhöhung des Schneckenspiels besteht die Möglichkeit, daß die Zentralspindel im Einzugsbereich immer mehr auswandert und letztlich so starke Eingriffsfehler verursacht, daß ein Kneifen der Verzahnung entsteht, d. h. hier kann es zu örtlichen Überlastungen kommen, die dazu führen, daß auf der Verzahnung oder auf der Zahnflanke Einkerbungen entstehen, die durch die laufende Biegewechsellast letztendlich zu Ausbrüchen führen und damit das Walzenteil weitgehend unbrauchbar bzw. die Folgeeinrichtung, die Kalanderwalzen, beschädigen können.

Ferner hat die fliegende Lagerung der Zentralspindel den Nachteil, daß bei großen Drehzahlen diese Spindel auslenkt und zu extrem starkem Verschleiß am Verzahnungszylinder führt, der im Endstadium zu einem vorzeitigen Ausfall des Walzenteils beiträgt.

Besonders gefährdet sind Extruder großer Baugrößen und hoher Dreh­ zahlen.

Die Erfindung hat die Aufgabe, den Verschleiß und die spezifische Überbeanspruchung einzelner Verzahnungspartien entscheidend zu redu­ zieren.

Nach der Erfindung wird das dadurch erreicht, daß am Extruderende ein das Ende der Zentralspindel aufnehmendes Lager vorgesehen ist und/oder die Zentralspindel bis zum Getriebezapfen verlängert ist und die Eingangsschnecke auf die Zentralspindel aufgeschoben ist. Infolgedessen erhält die Zentralspindel am austrittsseitigen Ende eine Fixierung. Das bei herkömmlichen Walzenextrudern vorhandene Quasi-Gelenk zwischen Zentralspindel und Einzugschnecke entfällt, weil die Zentralspindel die Einzugschnecke durchsetzt und sich bis zum Getriebezapfen hin erstreckt. Damit ist das System statisch bestimmt.

Von besonderem Vorteil ist eine schwenkbewegliche Anordnung des Lagers am Extrudergehäuse. Das Lager kann dann zur Seite geschwenkt werden. Danach ist die Extruderaustrittsöffnung zur Reinigung zu­ gänglich. Längenausdehnungen, die zwangsläufig durch Temperatur­ unterschiede entstehen, werden nach der Erfindung durch eine nach­ giebige Anordnung des Lagers bzw. eine Nachgiebigkeit des Lagers ausgeglichen. Vorzugsweise erfolgt das durch Federpakete. Von beson­ derem baulichem Vorteil ist die Verwendung eines Dornes, der in einem Lagergehäuse mit zwei im Abstand voneinander angeordneten Lagern versehen ist. Der Dorn kann wahlweise rückseitig oder an einem Absatz oder an einem Bund mit Federn abgestützt sein. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Federn über ein zwischenliegendes Gleit­ lager oder Rollen- oder Tonnenlager an den Dorn angreifen.

Der Dorn greift mit einer Spitze in eine austrittsseitige Öffnung der Zentralspindel oder umgreift die Spitze der Zentralspindel. Wahlweise ist auch zwischen Dorn und Zentralspindel ein Zwischen­ stück vorgesehen. Im Hinblick auf die Zentrierung der Zentralspindel am Dorn ist es von Vorteil, wenn konische Berührungsflächen zwischen Dorn und Zentralspindel bzw. zwischen Zwischenstück und Dorn einer­ seits und Zwischenstück und Zentralspindel andererseits vorgesehen sind. Die konischen Berührungsflächen wirken selbstzentrierend.

Durch die erfindungsgemäße Verlängerung der Zentralspindel bis zum Getriebezapfen ist zur Übertragung der Antrittskraft auf die Einzug­ schnecke eine kraft- und formschlüssige Verbindung zwischen der Einzugschnecke und der Zentralspindel vorgesehen. Dazu eignet sich z. B. eine Nut-Federverbindung. Im Ausführungsbeispiel befindet sich die Nut in der Einzugschnecke, in der Zentralspindel sind Paßfedern angeordnet. Darüber hinaus kann durch eine Abdichtung ein Eindringen von Thermoplast in den Spalt zwischen Zentralspindel und Einzug­ schnecke verhindert werden.

In der Zeichnung ist ein erfindungsgemäßer Walzenextruder einem herkömmlichen Walzenextruder gegenübergestellt.

Fig. 1 zeigt einen herkömmlichen Walzenextruder mit einem Getriebe 1, das mit einem nicht dargestellten Antriebsmotor versehen ist. Am Getriebegehäuse sind zwei Zylinder 2 und 3 angeflanscht. Die Zylin­ der 2 und 3 fluchten miteinander, sie sind dichtend verbunden. Der Zylinder 2 nimmt eine Einzugschnecke 4 auf. Die Einzugschnecke 4 sitzt mit einem Ende auf dem Getriebezapfen 5 und nimmt am anderen Ende einen Zapfen 6 einer Zentralspindel 7 auf.

Mit einem Zugrohr 8, welches im Zapfen 6 bzw. dem zum Zapfen 6 gehörenden Ende der Zentralspindel 7 verschraubt ist, wird an der Zentralspindel 7 und mit der Zentralspindel 7 die Einzugschnecke 4 gegen den Getriebezapfen 5 gezogen.

Um die Zentralspindel 7 laufen Spindeln 9 beim Extruderbetrieb planetenartig um. Die Spindeln 9 wälzen sich dabei sowohl auf der Zentralspindel als auch auf dem Zylinder 3 ab. Die axiale Bewegung der planetenartig umlaufenden Spindeln 9 wird durch einen Stopring 10 am Austrittsende des Extruders und am anderen Ende der Spindeln 9 durch die Einzugschnecke 4 begrenzt. Zwischen dem Stopring 10 und dem Kopf der Zentralspindel 7 ist ein Spalt 11 gegeben, der maßgeb­ lich für den Druckaufbau im Extruder ist. Der Materialeintritt am Extruder ist mit 12 bezeichnet.

Die problemursächlichen, oben beschriebenen Lagerpunkte sind mit 13 und 14 bezeichnet. Ferner ist erkennbar, daß das materialaustritts­ seitige Ende der Zentralspindel fliegend angeordnet ist.

Die beschriebenen Verschleißerscheinungen an dem bekannten Extruder nach Fig. 1 lassen sich mit baulichen Änderungen beheben, wie sie in Fig. 2 gezeigt sind. Die Walzenextruder können auch in der aus Fig. 2 und 3 ersichtlichen Form hergestellt werden.

Nach Fig. 2 und 3 ist an dem Zylinder 3 ein Lagergehäuse 20 schwenkbeweglich angeordnet. Die schwenkbewegliche Anordnung wird durch Nasen und Augen 21 und 22 sowie einen Bolzen 23 gebildet. Das am Lagergeäuse 20 befestigte Auge 21 umgibt den Bolzen 23 mit einem Rangloch 24. Das Rangloch erlaubt eine Abziehbewegung, die mit Pfeilen 25 gekennzeichnet sind in axialer Richtung der Zentralspin­ del 7 und ein anschließendes mit Pfeilen 26 gekennzeichnetes Ver­ schwenken. Das Lagergehäuse 20 ist im Betriebszustand des Extruders mit einem Flansch 27 am Gehäuse 3 verschraubt. Das Lagergehäuse 20 nimmt einen Dorn 28 auf, der an zwei im Abstand voneinander angeord­ neten Stellen dem Lagergehäuse 20 mittels Lagern 29 und 30 drehbe­ weglich gelagert ist. Die in axialer Richtung auf den Dorn 28 wir­ kenden Kräfte werden durch ein Axiallager 31 aufgenommen, daß sich über Federpakete 32 im Lagergehäuse 20 abstützt.

Der Dorn 28 besitzt ein aus dem Lagergehäuse 20 hervorragendes Ende 33, mit dem es einen neuartigen Zentralspindelkopf 34 umfaßt. Der Zentralspindelkopf 34 verläuft konisch, sich nach vorn verjüngend zu. Infolge des neuen Zentralspindelkopfes, der von dem Dornende 33 umfaßt wird, ist der für den Druckaufbau maßgebliche Spalt nunmehr von dem Flansch 27 bzw. dem Stopring 10 und dem Dornende 33 gebil­ det. Der Extruder trägt danach nicht mehr in axialer Richtung aus, sondern durch vertikal nach oben und unten verlaufende Autritte.

Die Zentralspindel nach Fig. 2 und 3 ist darüber hinaus anders geformt als die Zentralspindel 7. Die in Fig. 2 und 3 mit 35 bezeichnete Zentralspindel besitzt eine Verlängerung 36 bis zum Getriebezapfen 5, auf dem Verlängerungsteil 36 ist eine Einzug­ schnecke 37 aufgeschoben. Die Einzugschnecke 37 ist mit der Einzug­ schnecke 4 bis auf eine größere Innenbohrung und eine andere Verbin­ dung zur Zentralspindel hin identisch. Die neue Verbindung zwischen dem Verlängerungsteil 36 und der Einzugschnecke 37 ist durch Nuten 38 und Paßfedern 39 gekennzeichnet.

Im Unterschied zum herkömmlichen Walzenextruder hat der Walzenextru­ der nach Fig. 2 und 3 Lagerpunkte 40 und 41, wobei der Lagerpunkt 40 auf dem Getriebezapfen und der Lagerpunkt 41 am Ende der Zentral­ spindel liegt. Damit ist eine extrem stabile bzw. schwingungsarme Lagerung gegenüber der früher fliegenden Zentralspindellagerung gegeben.

Im übrigen ist der Spalt zwischen der Verlängerung 36 der Zentral­ spindel 35 und der Einzugschnecke mit einer Abdichtung 42 verschlos­ sen. Es handelt sich um einen üblichen Dichtring.

Claims (10)

1. Walzenextruder mit routierender Zentralspindel und planetenartig umlaufenden weiteren Spindeln, die sich auf der Zentralspindel und einem umgebenden Zylinder abwälzen, dadurch gekennzeichnet, daß am Austrittsende des Extruders ein das Ende der Zentralspin­ del (35) aufnehmendes Lager vorgesehen ist und/oder die Zentral­ spindel (35) bis zum Getriebezapfen (5) verlängert ist und die Einzugschnecke (37) auf die Verlängerung (36) der Zentralspindel (35) aufgeschoben ist.

2. Walzenextruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager schwenkbeweglich am Extrudergehäuse gehalten ist.

3. Walzenextruder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Schwenklager ein Langloch für ein axiales Abziehen des Lagers vorgesehen ist.

4. Walzenextruder nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager einen drehbeweglich ange­ ordneten Dorn (28) aufweist, der in eine austrittsseitige Öffnung der Zentralspindel (35) greift oder eine Spitze (34) der Zentralspindel (35) umgreift.

5. Walzenextruder nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine in axialer Richtung nachgiebige Dornlagerung.

6. Walzenextruder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachgiebigkeit in axialer Richtung durch ein Axiallager und dessen Abstützung über Federpakete gebildet wird.

7. Walzenextruder nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Dorn (28) und Zentralspin­ del (35) ein Zwischenstück vorgesehen ist.

8. Walzenextruder nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß konische Flächen zwischen Dorn (28) und Zentralspindel (35) bzw. Zwischenstück und Dorn (28) und Zwischenstück und Zentralspindel (35) vorgesehen sind.

9. Walzenextruder nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine Nut-Federverbindung zwischen der Zen­ tralspindel (35) und der aufgeschobenen Einzugschnecke (37).

10. Walzenextruder nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine Abdichtung (42) des Spaltes zwischen der Zentralspindel (35) und der aufgeschobenen Einzugschnecke (37).