DE4017558A1 - Vorrichtung zur variation des durchtrittsquerschnitts fuer das kunststoffmaterial in planetenwalzen-extrudern (pwe und zse) - Google Patents

Vorrichtung zur variation des durchtrittsquerschnitts fuer das kunststoffmaterial in planetenwalzen-extrudern (pwe und zse)

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Variation des Durchtrittsquerschnitts für das Kunststoffmaterial im Bereich des ringförmigen Stauelementes zwischen zwei aufeinanderfolgenden Planetwalzenteilen oder zwischen dem Planetwalzenteil und dem in Extrusionsrichtung folgenden Vorring von Planetwalzen-Extrudern (einstufig (PWE), mehrstufig (ZSE)), bei welchen das ringförmige Stauelement zwischen den einander zugewendeten Enden der die aufeinanderfolgenden Planetwalzenteile enthaltenden Walzenzylinder oder zwischen dem Walzenzylinder und dem im Auslaufbereich anschließenden Vorring eingesetzt ist und aus einem Haltering sowie mindestens einem an diesem anliegenden Anlaufring besteht.
Bei Planetwalzen-Extrudern (einstufig (PWE) und mehrstu­ fig (ZSE)) ist es zur Variation des Durchtrittsquer­ schnitts für das Kunststoffmaterial zwischen zwei auf­ einanderfolgenden Planetwalzenteilen bekannt, das in diesem Bereich zwischen den einander zugewendeten Enden der Walzenzylinder eingesetzte Stauelement auszuwech­ seln. Insbesondere wird zu diesem Zweck das Stauelement von einem Haltering und mindestens einem an diesem anliegenden Anlaufring gebildet. Während die Anlaufringe einen definierten Innendurchmesser aufweisen, stehen Halteringe mit unterschiedlichen Innendurchmessern zur Verfügung, wobei letztere dann zur Veränderung des Durchtrittsquerschnitts für das Kunststoffmaterial untereinander ausgetauscht werden müssen.
Die Veränderung des Staueffektes durch Austausch des Halteringes des Stauelementes ist jedoch besonders beim mehrstufigen Planetwalzenextruder (ZSE) sehr arbeitsauf­ wendig und damit unwirtschaftlich. Es sind hierzu fol­ gende Arbeiten nötig:
  • - Entleeren des Extruders
  • - Lösen von Schnellspannvorrichtungen
  • - Verschwenken des Vorrings
  • - Entfernen des Anlaufrings
  • - Lösen der Vorring-Kühlleitungen
  • - Ablassen des Kühlmittels
  • - Entfernen des Scharnierbolzens aus dem Vorring- Schwenkscharnier
  • - Entfernen des Vorrings mit Entgasungskasten durch Hebezeug
  • - Entfernen der Planetspindeln
  • - Entfernen der Anschlußleitungen für das Temperier­ medium vom Walzenzylinder
  • - Ablassen des Temperiermediums
  • - Lösen der Verschraubungen zwischen den geteilten Walzenzylindern
  • - Entfernen der ersten Hälfte des Walzenzylinders mittels Hebezeug
  • - Entfernen des kompletten Stauelementes
  • - Entnehmen der beiden Anlaufringe aus dem Haltering
  • - Austausch des mit definiertem Innendurchmesser gefer­ tigten Anlaufringes.
Die vor erneuter Inbetriebnahme des Planetwalzen-Extru­ ders (einstufig und mehrstufig) notwendigen Montagear­ beiten geschehen dann in umgekehrter Reihenfolge. Es liegt auf der Hand, daß wegen der relativ langen Monta­ gezeit beträchtliche Produktionsausfallzeiten anfallen.
Es ist auch schon der Vorschlag gemacht worden, die Anlaufringe der ringförmigen Stauelemente zweiteilig auszubilden und so mit Lochreihen zu versehen, daß sie gegeneinander verdreht werden können, um dadurch unter­ schiedliche Durchtrittsquerschnitte einzustellen.
Auch die Handhabung dieser bekannten Vorrichtung ist jedoch noch umständlich, weil vor der Durchführung des relativen Verdrehens zunächst sämtliche Verschraubungen zwischen den einander zugewendeten Enden der die aufein­ anderfolgenden Planetwalzenteile enthaltenden Walzenzy­ linder gelöst und entfernt werden müssen, die auch die Lochreihen der Anlaufringe durchdringen.
Ziel der Erfindung ist es, für eine Vorrichtung der bereits eingangs definierten Gattung ein Stauelement zu entwickeln, das die bekannten Nachteile vermeidet, also die umfangreichen Montagearbeiten überflüssig macht, trotzdem aber eine kontinuierliche bzw. stufenlose Verstellung des Durchtrittsquerschnitts für das Kunst­ stoffmaterial sicherstellt.
Erreicht wird das gesteckte Ziel nach der Erfindung grundsätzlich dadurch, daß im Stauelement in Umfangs­ richtung gleichmäßig verteilt angeordnete und radial ausgerichtete Drehkörper sitzen, daß jeder Drehkörper eine diametral ausgerichtete und in den Durchtrittsspalt zwischen den aufeinanderfolgenden Planetwalzenteilen bzw. zwischen dem Planetwalzenteil und dem in Extru­ sionsrichtung folgenden Vorring hineinragende Stau­ lamelle trägt, daß die Breite der Staulamellen zumindest annähernd gleich dem Durchmesser der Drehkörper ist, daß die Dicke der Staulamellen einem Bruchteil ihrer Breite entspricht, und daß die Drehkörper mit den Lamellen im Stauelement zumindest über einen Winkelbereich von 90° -zwischen einer Querlage zur Längsachse der Planetwal­ zenteile und der Walzenzylinder sowie einer Parallellage hierzu - verstellbar sind.
Der Vorteil einer solchermaßen ausgestalteten Vorrich­ tung liegt darin, daß die Verstellung des Durchtritts­ querschnitts für das Kunststoffmaterial in beiden Fällen ohne weiteres während des Extruderbetriebs möglich ist und daher diesbezüglich keinerlei Produktionsausfallzei­ ten entstehen.
Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Lösungsprinzips sind keine Änderungen der Walzenteile und Planetspindeln nötig. Es ergeben sich ein geringer konstruktiver Auf­ wand, eine einfache Abdichtung und auch einfache Ver­ stellmechanismen. Darüber hinaus können Drehkörper mit defekten Staulamellen problemlos ausgetauscht werden.
Es hat sich nach der Erfindung besonders bewährt, wenn die Drehkörper mit den Staulamellen einstückig ausgebil­ det sind und in radialen Durchgangsbohrungen des zum Stauelement gehörenden Halterings sitzen.
Es kann sich dabei erfindungsgemäß als besonders vor­ teilhaft erweisen, wenn die Drehkörper einzeln ein-und feststellbar in den Durchgangsbohrungen angeordnet sind. Im einfachsten Falle können dann die Drehkörper in den Durchgangsbohrungen des Halterings durch Schraubmuffen in jeder Winkellage festgelegt werden.
Eine vorteilhafte Betätigungsmöglichkeit ergibt sich darüber hinaus, wenn jeder Drehkörper einen die zugehö­ rige Schraubmuffe koaxial durchdringenden Schaft auf­ weist, der einen Werkzeugangriff bzw. einen Drehan­ triebs-Mitnehmer trägt.
Im Rahmen der Erfindung liegt es aber auch, daß sämtli­ chem Drehkörper mit einem gemeinsamen Stellantrieb gekuppelt bzw. kuppelbar sind, z. B. über die Drehan­ triebs-Mitnehmer ihrer Schäfte mit einem verdrehbaren Stellring in Eingriff stehen, wobei letzterer sich an bzw. zwischen den einander zugewendeten Enden der Wal­ zenzylinder bzw. bei Installation zwischen Walzenzylin­ der und Vorring am Ende des Walzenzylinders lagern läßt.
Schließlich hat es sich in erfindungsgemäßer Ausgestal­ tung noch bewährt, daß die an den Drehkörpern ausgebil­ deten Staulamellen einen etwa linsenförmigen Querschnitt haben.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegen­ standes der Erfindung dargestellt. Dargestellt ist die Installation des Stauelementes zwischen den beiden Hälften des Walzenzylinders. Es zeigen
Fig. 1 im Längsschnitt ein Teilstück aus dem Extru­ sionsteil eines Planetwalzen-Extruders, in dessen Bereich eine Vorrichtung zur Variation des Durchtrittsquerschnitts für das Kunst­ stoffmaterial vorgesehen ist,
Fig. 2 in größerem Maßstab eine in Fig. 1 mit II gekennzeichnete Einzelheit,
Fig. 3 eine Ansicht in Pfeilrichtung III der Fig. 2, während die
Fig. 4 und 5 in vereinfachter schematischer Darstellung das Funktionsprinzip der Vorrich­ tung zur Variation des Durchtrittsquerschnitts für das Kunststoffmaterial im Bereich des ringförmigen Stauelementes zwischen zwei aufeinanderfolgenden Planetwalzenteilen von Planetwalzen-Extrudern wiedergeben.
In Fig. 1 der Zeichnung sind von einem Planetwalzen- Extruder 1 die einander zugewendeten Enden zweier Wal­ zenzylinder 2 und 3 teilweise zu sehen, in deren jedem voneinander getrennte Planetwalzenteile 4 und 5 unterge­ bracht sind, die aber mit einer durchgehenden Zentral­ welle 6 in Eingriff stehen.
Die die aufeinanderfolgenden Planetwalzenteile 4 und 5 enthaltenden Walzenzylinder 2 und 3 sind unter Aufrecht­ erhaltung eines Abstandes 7 zwischen ihren einander zugewendeten Enden miteinander verbunden und auch zwi­ schen den einander zugewendeten Enden der aufeinander­ folgnden Planetwalzenteile 4 und 5 ist ein Abstand 8 vorgesehen.
Zwischen die beiden Walzenzylinder 2 und 3 und die beiden Planetwalzenteile 4 und 5 ist im Bereich des Abstandes 8 ein ringfömiges Stauelement 9 eingesetzt, welches im wesentlichen von einem Haltering 10, zwei Anlaufringen 11 und 12 und einer größeren Anzahl von Drehkörpern 13 gebildet ist, wobei jedoch von den letz­ teren nur einer zu sehen ist.
Der Haltering 10 des ringförmigen Stauelementes 9 hat einen etwa T-förmigen Querschnitt, derart, daß er an jeder Seite in dem von T-Steg und von den T-Schenkeln begrenzten Absatz einen der Anlaufringe 11 und 12 auf­ nehmen kann.
Haltering 10 und Anlaufringe 11 und 12 des ringförmigen Stauelementes 9 werden passend zwischen den einander zugewendeten Enden der beiden Walzenzylinder 2 und 3 aufgenommen, wobei letztere mittels in ihrer Umfangs­ richtung gleichmäßig verteilten Verschraubungen 14, die nur durch strichpunktierte Linien angedeutet sind, im Bereich ihrer Flansche 15 und 16 in lösbarer Verbindung stehen.
Der Innendurchmesser des Halterings 10 sowie der Anlauf­ ringe 11 und 12 am ringförmigen Stauelement ist so bemessen, daß zwischen diesem und dem Außendurchmesser der Zentralwelle 6 ein Durchtrittsspalt 17 für das Kunststoffmaterial vorhanden ist.
Der Haltering 10 des ringförmigen Stauelemente 9 ist mit einer Vielzahl von gleichmäßig über den Umfang verteil­ ten, radialen Durchgangsbohrungen 18 versehen, in deren jeder einer der Drehkörper 13 aufgenommen ist.
An dem dem Durchtrittsspalt 17 zugewendeten Ende trägt jeder Drehkörper eine diametral ausgerichtete und in den Durchtrittsspalt 17 hineinragende Staulamelle 19, die drehfest, vorzugsweise einstückig, mit dem jeweiligen Drehkörper 13 verbunden ist. Die Breite 20 der Staula­ melle 19 ist dabei zumindest annähernd gleich dem Durch­ messer des Drehkörpers 13 bemessen, während sie eine Dicke 21 hat, die nur einem Bruchteil ihrer Breite 20, bspw. einem Viertel derselben entspricht.
Als sinnvoll hat es sich erwiesen, der Staulamelle 19 einen etwa linsenförmigen Querschnitt bzw. Grundriß zu geben, bspw. dergestalt, daß zwei zueinander symmetri­ sche, konvex gekrümmte Seitenflächen jeweils in zwei ihnen gemeinsame, schneidenförmige Längskanten 22 aus­ laufen.
Der Winkelabstand 23 zwischen zwei benachbarten Durch­ gangsbohrungen 18 bzw. den darin aufgenommenen Drehkör­ pern 13 ist andererseits so gewählt, daß die schneiden­ artigen Längskanten 22 benachbarter Staulamellen 19 dicht beieinanderliegen, wenn die Staulamellen 19 in eine Drehstellung gebracht sind, die sich quer zur Längsachse der Planetwalzenteile 4 und 5 bzw. der Wal­ zenzylinder 2 und 3 und der Zentralwelle 6 erstreckt.
Die Drehkörper 13 mit den Staulamellen 19 lassen sich in den Durchgangsbohrungen 18 des Halterings 10 zumindest über einen Winkelbereich von 90° verdrehen, so daß sie aus der eben erwähnten Querlage auch in eine Parallel­ lage zur Längsachse der Planetwalzenteile 4, 5 der Walzenzylinder 2, 3 und der Zentralwelle 6 bringen lassen.
Während der Durchtrittsquerschnitt für den Durchtritts­ spalt 17 bei Querlage sämtlicher Staulamellen 19 auf ein Minimalmaß eingeschränkt ist, das zwischen den Längskan­ ten 22 zweier benachbarter Staulamellen 19 jeweils durch einen Keilspalt 24 bestimmt wird, ist das Maximalmaß dieses Durchtrittsquerschnitts im Durchtrittsspalt 17 erreicht, wenn sämtliche Staulamellen 19 in die Paral­ lellage zu den Längsachsen der Planetwalzenteile 4, 5, der Walzenzylinder 2, 3 und der Zentralwelle 6 gelangen.
Durch Veränderung der Winkellage für die Staulamellen 19 mittels der Drehkörper 13 läßt sich der Durchtrittsquer­ schnitt für den Durchtrittsspalt 17 nahezu stufenlos variieren.
Die engen Keilspalte 24 sind besonders deutlich aus der schematischen Darstellung der Fig. 4 ersichtlich, wäh­ rend die großen Öffnungsspalte 25 aus Fig. 5 der Zeich­ nung hervorgehen.
Den Fig. 1 bis 3 der Zeichnung kann entnommen werden, daß die die Staulamellen 19 tragenden Drehkörper 13 in den Durchgangsbohrungen 18 durch einen Bund oder Kragen 26 gegen eine Schulter 27 axial abgestützt sind und in der entgegengesetzten Richtung durch eine Muffe 28 abgestützt werden, die über ein Außengewinde 29 mit einem Innengewinde 30 am äußeren Ende der Durchgangsboh­ rung 18 zusammenwirkt. Die Muffe 28 mit ihrem Außenge­ winde 29 ist dabei so gestaltet, daß sie durch das Zusammenwirken mit dem Innengewinde 30 der Durchgangs­ bohrung 18 eine Festklemmung des zugehörigen Drehkörpers 13 innerhalb der jeweiligen Durchgangsbohrung 18 bei jeder möglichen Winkel-Drehlage zuläßt. Zu ihrer Betäti­ gung, also zum Lösen und Festziehen, ist die Muffe 28 mit einer Mehrkantverlängerung 31, bspw. einem Sechskant versehen, mit der im Bereich des Abstandes 7 zwischen den Flanschen 15 und 16 der Walzenzylinder 2 und 3 ein rohrförmiger Steckschlüssel genügender Länge in Eingriff gebracht werden kann.
Jeder Drehkörper 13 hat einen relativ langen von der Staulamelle 19 abgewendeten Schaft 32, welcher koaxial durch die Muffe 28 hindurchgeht und radial im Bereich des Abstandes 7 zwischen den Flanschen 15 und 16 der Walzenzylinder 2 und 3 herausragt. Ein Werkzeugangriff 33 am freien Ende des Schaftes 32 macht es möglich, den Drehkörper 13 in der Durchgangsbohrung 18 zu verlagern, nachdem zuvor die Muffe 28 gelöst worden ist. Nach Anziehen der Muffe 28 läßt sich dann die eingestellte Drehlage des Drehkörpers 13 und damit auch die Winkel­ stellung der hieran befindlichen Staulamelle 19 fixie­ ren. Sämtliche in den Durchtrittsspalt 17 hineinragenden Staulamellen 19 lassen sich auf diese Art und Weise einzeln und unabhängig voneinander einstellen, so daß der Durchtrittsquerschnitt des Durchtrittsspaltes 17 in weiten Grenzen variiert werden kann.
Es wäre allerdings auch denkbar, sämtliche Drehkörper 13 und damit auch sämtliche Staulamellen 19 mit einem gemeinsamen Stellantrieb zu kuppeln. Zu diesem Zweck wäre es lediglich notwendig, die Schäfte 32 sämtlicher Drehkörper 13 jeweils mit einem Drehantriebs-Mitnehmer, bspw. einem Ritzel, auszustatten und diese dann mit einem verdrehbaren Stellring in Eingriff zu bringen. Letzterer ließe sich vorzugsweise am Umfang der Flansche 15 und 16 beider Walzenzylinder 2 und 3 begrenzt dreh­ verstellbar lagern und mit zu den Ritzeln passenden Eingriffsverzahnungen versehen. Durch eine Drehsicherung des Stellringes wäre es dann möglich, sämtliche Drehkör­ per 13 gemeinsam in der jeweils eingestellten Drehlage zu arretieren. Ein Lösen und Wiederanziehen der einzel­ nen Muffen 28 wäre dann in diesem Falle nicht nötig.
Die Winkelverstellung der Staulamellen 19 mit Hilfe der Drehkörper 13 innerhalb des Durchtrittsspaltes 17 kann während des Betriebs des Planetwalzen-Extruders 1 (ein- oder mehrstufig) durchgeführt werden, so daß zur Ände­ rung des Durchtrittsquerschnittes eine Betriebsunter­ brechung mit Produktionsausfall nicht nötig ist.
Vorteilhaft ist auch, daß sich die vorstehend im einzel­ nen beschriebene Vorrichtung problemlos bei vielen bereits in Betrieb befindlichen Planetenwalzen-Extrudern (PWE (einstufig) und ZSE (mehrstufig) nachrüsten läßt. Dies ist immer dann möglich, wenn der für das herkömmli­ che, ringförmige Stauelement notwendige Einbauraum zwischen zwei aufeinanderfolgenden Planetwalzenteilen ausreicht, um auch ein Stauelement der vorstehend be­ schriebenen Bauart aufzunehmen.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Variation des Durchtrittsquerschnitts für das Kunststoffmaterial im Bereich des ringförmi­ gen Stauelementes zwischen zwei aufeinanderfolgenden Planetwalzenteilen (oder zwischen dem in Extrusions­ richtung folgenden Vorring von Planetwalzen-Extrudern (einstufig (PWE) und mehrstufig (ZSE)), bei welchen das ringförmige Stauelement zwischen den einander zugewendeten Enden der die aufeinanderfolgenden Planetwalzenteile enthaltenden Walzenzylinder oder zwischen dem Walzenzylinder und dem im Auslaufbereich anschließenden Vorring eingesetzt ist und aus einem Haltering sowie mindestens einem an diesem anliegen­ den Anlaufring besteht, dadurch gekennzeichnet,
daß im Stauelement (9) in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnete und radial ausgerichtete Dreh­ körper (13) sitzen,
daß jeder Drehkörper (13) eine diametral ausgerichte­ te und in dem Durchtrittsspalt (17) zwischen den aufeinanderfolgenden Planetwalzenteilen (4, 5) oder zwischen dem Planetwalzenteil und dem in Extrusions­ richtung folgenden Vorring hineinragende Staulamelle (19) trägt,
daß die Breite (20) der Staulamellen (19) zumindest annähernd gleich dem Durchmesser der Drehkörper (13) ist,
daß die Dicke (21) der Staulamellen (19) einem Bruch­ teil ihrer Breite (20) entspricht,
und daß die Drehkörper (13) mit den Staulamellen (19) im Stauelement (9) zumindest über einen Winkelbereich von 90° - zwischen einer Querlage zur Längsachse der Planetwalzenteile (4 und 5) und der Walzenzylinder (2 und 3) sowie einer Parallellage hierzu - verstellbar sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehkörper (13) mit den Staulamellen (19) einstückig ausgebildet sind und in radialen Durch­ gangsbohrungen (18) des zum Stauelement (9) gehören­ den Halterings (10) sitzen.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehkörper (13) einzeln ein- und feststellbar in den Durchgangsbohrungen (18) angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehkörper (13) in den Durchgangsbohrungen (18) des Halterings (10) durch Schraubmuffen (28, 29) in jeder Winkellage feststellbar sind (26, 27).
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Drehkörper (13) einen die zugehörige Schraubmuffe (28, 29) koaxial durchragenden Schaft (32) aufweist, der einen Werkzeugangriff (33) bzw. einen Drehantriebs-Mitnehmer trägt.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Drehkörper (13) mit einem gemeinsamen Stellantrieb gekuppelt bzw. kuppelbar sind, z. B. über einen Drehantriebs-Mitnehmer ihrer Schäfte (32) mit einem verdrehbaren Stellring in Eingriff stehen.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Drehkörpern (13) ausgebildeten Staula­ mellen (19) einen etwa linsenförmigen Querschnitt bzw. Grundriß haben.
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