DE4308098A1 - Planetwalzenextruder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Planetwalzenextruder mit einer Zentralspindel und umlaufenden Planetspindeln sowie einer außen angeordneten Büchse oder dergleichen, wobei die Zentralspindel mit Zähnen versehen ist, die im Eingriff mit Zähnen der Planetspindeln stehen und die Zähne der Planetspindeln mit Zähnen der Büchse in Eingriff stehen.

Üblicherweise wird die Zentralspindel angetrieben, während die außen angeordnete Büchse ortsfest angeordnet ist. Das hat zur Folge, daß die Planetspindeln allein von der Zentralspindel bewegt werden.

Die innen verzahnte Büchse ist drehfest im Extrudergehäuse montiert.

Der Extruder selbst hat mit anderen Extrudern gemeinsam, daß er am einen Ende mit einer Materialeinspeisung versehen ist und am anderen Ende den Materialaustritt besitzt. Zwischen Ein- und Austritt können zusätzliche Komponenten bzw. Zusatzmaterialien eindosiert werden.

Die Extruder werden üblicherweise verwendet, um Kunststoffeinsatzmischungen zu homogenisieren/dispergieren bzw. plastifizieren. Je nach Bauart des Extruders wird mehr oder weniger von den verschiedenen Wirkungen ausgeübt.

Die einfachste Bauart ist der sog. Einschneckenextruder. Dabei handelt es sich um einen Extruder mit nur einer Schneckenspindel in einem umgebenden Gehäuse. Dabei wird das Einsatzmaterial dadurch verformt, daß zwischen dem Einsatzmaterial und der Innenfläche des Gehäuses einerseits und zwischen dem Einsatzmaterial und der Spindel andererseits Reibung besteht. Die Reibungsverhältnisse sind sehr verschieden, nämlich zwischen Einsatzmischung und Gehäuseinnenfläche verhältnismäßig gering gegenüber den Reibungsverhältnissen zwischen Spindel und Einsatzmischung. Dies läßt sich nicht dadurch ausgleichen, daß die Zahntiefe der Spindeln reduziert wird. Die Spindeln verlieren bei Reduzierung der Verzahnung einen Teil ihrer Transportfunktion. Es wird weniger Material in der Zeiteinheit zum Austrag des Extruders transportiert. Das führt zu einem Leistungsverlust des Extruders.

Um gleichwohl auf die Reibungsverhältnisse Einfluß zu nehmen, ist es bekannt, die Spindeln mit Rillen zu versehen, die in Umfangsrichtung mit der Steigung null zur Längsachse verlaufen. Das führt zu Lücken in den Schneckengängen, so daß einzelne Zähne entstehen, die zu der Bezeichnung Igel-Spindel geführt haben. Dies resultiert aus der gedanklichen Verknüpfung der Zähne mit Igelstacheln.

Auf Planetwalzenextruder hat die bei Einschneckenextrudern bekannte Igelform der Schneckenspindeln bisher keine Auswirkung genommen, weil die Reibungsverhältnisse, die bei Einschneckenspindeln gravierende Bedeutung haben, bei Planetwalzenextrudern nur eine sehr untergeordnete Bedeutung besitzen. Bei Planetwalzenextrudern findet nämlich eine Zwangsbewegung des Einsatzmaterials statt. Dies resultiert aus dem sich abwälzenden Eingriff der Zähne bei den Spindeln und der innen verzahnten Büchse. Planetwalzenextruder entfalten eine besonders vorteilhafte Wirkung durch "Auswalzen" des Materials.

An sich gelten Planetwalzenextruder als ausgereifte Einrichtungen. Wesentliche Verbesserungen werden nicht mehr erwartet. Gleichwohl hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, eine wesentliche Qualitätsverbesserung des extrudierten Materials herbeizuführen. Dabei geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, daß eine bessere Dispergierung des Einsatzmaterials bei bestimmten Produkten eine erhebliche Produktverbesserung herbeiführt. Das gilt z. B. bei der Herstellung von Pulverlacken. Durch eine besserer Dispergierung der Farbpartikel läßt sich eine höherwertigere Farbe erzeugen oder aber mit Hilfe der besseren Dispergierung eine bessere Ausnutzung der Farbzumischung herbeiführen. In Weiterverfolgung dieser Überlegung hat sich die Erfindung das Ziel gesetzt, eine besondere Scherwirkung herbeizuführen. Dies wird nach der Erfindung durch Anwendung der an sich bekannten Igelverzahnung bei Planetwalzenextrudern erreicht. Damit ist die Erfindung jedoch noch nicht vervollständigt, denn eine unreflektierte Anwendung der die Igelverzahnung verursachenden Rillen würde lediglich dazu führen, daß der Materialfluß im Extruder in ganz erheblichem Umfang beeinträchtigt würde. Nach der Erfindung ist deshalb entweder abwechselnd eine normale Spindel und eine Igelspindel vorgesehen oder es sind die Igelspindel so angeordnet oder ausgebildet, daß die Lücken zwischen den Zähnen zweier benachbarter Planetenspindeln versetzt zueinander sind. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, daß die die Zahnlücken erzeugenden Querrillen bei einer Steigung Null in Längsrichtung der Planetenspindel einen ausreichenden Abstand voneinander besitzen. Damit ist der Abstand einer Querrille der einen Planetenspindel von der nächsten Querrille der benachbarten Planetenspindel gemeint. Der Abstand beträgt 1,5 bis 5 d, wobei d der Teilkreisdurchmesser der Innenverzahnung des zugehörenden Teiles (Spindel) ist. Als d kann auch ein anderer Durchmesser gewählt werden, der von dem Teilkreisdurchmesser der Verzahnung dieses Teiles jedoch vorzugsweise nicht mehr als 10% abweicht.

Auch die Abmessungen der Zahnlücken sind für die erfindungsgemäße Wirkung von Bedeutung. Vorzugsweise beträgt die Länge der Zahnlücken 0,5 bis 2 d.

Es ist von Vorteil die Zahnlücken nicht genau senkrecht in die Planetenspindel bzw. deren Schneckengänge einzuarbeiten, sondern schräg verlaufende Zahnlücken vorzusehen. Der Schrägungswinkel beträgt 30 bis 60° zur Spindellängsachse. Ferner sind Rundungen an den Ecken der Zahnlücken von Vorteil. Die Rundungen besitzen vorzugsweise einen Radius von 1 bis 5 mm.

Auch die Tiefe der Zahnlücken ist von Bedeutung. Vorzugsweise beträgt die Tiefe das 0,1- bis 2,0fache des zugehörenden Zahnmoduls. Die gesamte Zahnhöhe beträgt üblicherweise das 2,2fache des Zahnmoduls.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

Fig. 1 zeigt eine Planetenspindel für einen Planetwalzenextruder 70er Bauart. Der Teilkreisdurchmesser der die Planetenspindel umgebenden Verzahnung der äußeren Büchse beträgt etwa 70 mm. Neben der dargestellten Spindel 1 sind noch weitere Spindeln für diesen Planetwalzenextruder vorgesehen. Die Spindeln haben einen Außendurchmesser von etwa 20 mm und sind mit Schneckengängen 2 versehen. Die Schneckengänge 2 sind in der Zeichnung so dargestellt, als ob sie achsparallel, d. h. genau in Längsrichtung der Planetenspindel verlaufen. In Wirklichkeit verlaufen sie mit einer Steigung von im Ausführungsbeispiel 45°. In der zeichnerischen Darstellung Fig. 1 ist ersichtlich, daß annähernd ¾ der Gesamtplanetenspindellänge mit ringförmig verlaufenden Querrillen 8 versehen sind. Die Querrillen 8 sind vor Fräsen der Schneckengänge 2 als Querrillen in das Ausgangsmaterial gedreht worden. Nach anschließender Ausarbeitung der Schneckengänge führt das zu den genannten Ausnehmungen in den Schneckengängen. Zwischen jeweils zwei Ausnehmungen 8 bildet sich ein Zahn 4. Im Ausführungsbeispiel haben die Zähne 4 eine Teilung von 35 mm. Die Tiefe der Ausnehmungen 8 beträgt 2,5 mm, während die Zahnhöhe annähernd 3 mm beträgt. Seitlich bei 6 sind die Ausnehmungen 8 abgeschrägt. Der Schrägungswinkel beträgt hier 50° zur Spindellängsachse. Die Länge der Ausnehmungen ist im Ausführungsbeispiel mit 9 mm bemessen. In der Zeichnung trägt die Länge der Ausnehmungen das Bezugszeichen 5, die Schräge das Bezugszeichen 6, die Tiefe das Bezugszeichen 7, während der Teilungsdurchmesser d mit 8 bezeichnet ist. Alle Ecken 9 sind gerundet. Die Rundung beträgt 2,5 mm. Von den vorgesehenen 6 Planetenspindeln sind 3 mit den Ausnehmungen versehen, 3 besitzen keine Ausnehmungen. Es sind wechselnd Spindeln mit Ausnehmungen neben Spindeln ohne Ausnehmungen angeordnet. Die Wirkungsweise ist wie folgt: Die um die Zentralspindel rotierenden Planetenspindeln walzen das in den Extruder eingebrachte Material aus. Der in Umfangsrichtung sich bildende Materialfluß wird im Bereich der Ausnehmungen gestört. Dort finden Schervorgänge statt, die eine bessere Dispergierung als bei Verwendung von Planetenspindeln ohne Ausnehmungen verursachen.

Die erfindungsgemäßen Planetwalzenspindeln sind für den Gebrauch bzw. die Herstellung von Pulverlack vorgesehen.

Auch für die Verarbeitung von Polyolefinen sind die Planetwalzenspindeln von Vorteil, weil die von den Ausnehmungen bzw. Zähnen ausgehende Störung des Materialflusses verhindert, daß Granulatpartikel unaufgeschlossen, d. h. ohne wesentliche Verformung, durch die Schneckengänge hindurch zum Extruderaustrag gelangen.

Claims (4)

1. Planetwalzenextruder mit einer Zentralspindel und umlaufenden Planetenspindeln und einer außen angeordneten Büchse od. dgl., wobei die Zentralspindel mit Zähnen versehen ist, die in Eingriff mit Zähnen der Planetenspindeln stehen und die Zähne der Planetenspindeln mit Zähnen der Büchse in Eingriff stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindeln (1) und/oder die Büchse ganz oder teilweise mit einer Igelverzahnung versehen sind.

2. Planetwalzenextruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß abwechselnd eine igelverzahnte Planetenspindel und eine Spindel ohne Verzahnung vorgesehen sind.

3. Planetwalzenextruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnlücken benachbarter Planetenspindeln versetzt zueinander angeordnet sind.

4. Planetwalzenextruder nach einem oder mehreren Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnlücken in Planetlängsrichtung eine Länge von 0,5 bis 2 d besitzen und/oder die Teilung der Zähne bzw. Zahnlücken 1,5 bis 5 d beträgt und/oder die Tiefe der Zahnlücken das 0,1- bis 2,0fache des zugehörigen Zahnmoduls beträgt und/oder die Zahnlücken seitlich mit einer Schrägung (6) versehen sind, deren Schrägungswinkel 30 bis 60° zur Spindellängsachse beträgt und/oder die Ecken an den Zahnlücken gerundet sind, wobei der Radius der Rundung 1 bis 5 mm beträgt.