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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet
der Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich auf eine leckfreie Zuführrollenanordnung für einen
Extruder. Speziell bezieht sich diese Erfindung auf eine Zuführrollenanordnung
zum Vermindern der Leckage von Elastomermaterial in einer Zuführsektion
eines Extruders.
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2. Beschreibung
des Standes der Technik
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Extruderschnecken,
die beim Erweichen oder Schmelzen, Mischen und Kompoundieren von Elastomermaterial
eingesetzt werden, verwenden typischerweise drei Zonen, nämlich eine
Zuführzone, eine
Erweichungs- oder Schmelzzone und eine Dosierzone. Die Extruderschnecke
ist typischerweise in einem Extruderrohr drehbar angeordnet, das
einen Trichter- oder anderen Schutzabschnitt benachbart der Zuführsektion
der Schnecke und ein Abgabeende entgegengesetzt zu dem Trichter-
oder Schutzabschnitt und nahe der Dosiersektion der Schecke aufweist.
Im Betrieb wird ein festes Elastomermaterial durch den Trichter-
oder Schutzabschnitt eingeführt und
der Zuführzone
der Schnecke angeboten, wo es zu erweichen oder zu schmelzen beginnt.
Das feste Elastomermaterial wird dann in die Erweichungs- oder Schmelzzone überführt, wo
es mit einer größeren Geschwindigkeit
erweicht oder schmilzt, als in der Zuführzone, und wird schließlich in
einen geschmolzenen Zustand umgewandelt. Das geschmolzene Material
wird aus der Erweichungs- oder Schmelzzone in die Dosierzone zur
Weiterleitung an das Abgabeende des Extruders überführt, wo das Material typischerweise
eine Formdüse
durchströmt.
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1 zeigt
eine konventionelle Zuführrollenanordnung
in einer Zuführsektion
eines Extruders. Die Zuführsektion 100 des
Extruders ist von einem Gehäuse 102 umschlossen,
das ein Rohr (nicht dargestellt) mit einer Bohrung 104 enthält. Die
Zuführsektion 104 ist
im Allgemeinen mit einem Untersetzungsgetriebe verbunden und enthält einen
Trichter- oder Schutzabschnitt benachbart dazu. Eine axial erstreckte
Extruderschnecke 106 befindet sich in der Bohrung 104 und
ist zum Drehen mit dem Untersetzungsgetriebe verbunden. Die Extruderschnecke 106 ist
in drei Zonen oder Sektionen unterteilt, eine Zuführsektion 100,
die am Einlassende der Extruderschnecke 106 liegt, eine
Dosiersektion, die am Auslassende der Extruderschnecke liegt, und
eine Übergangssektion,
die zwischen der Zuführsektion 100 und
der Dosiersektion angeordnet ist.
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Im
Betrieb des Extruders wird festes Elastomermaterial durch den Trichter-
oder Schutzabschnitt in eine Zuführöffnung 108 des
Rohrs eingegeben. Das feste Elastomermaterial wird von einer Zuführrolle 112 in
die Extruderschnecke 106 transportiert, wo sie in die Übergangssektion
fortbewegt wird. Das feste Elastomermaterial wird während der
Fortbewegung längs
der Übergangssektion
in einen geschmolzenen Zustand umgewandelt und wird dann der Dosiersektion
zugeführt.
Die Dosiersektion fördert
dann das geschmolzene Material aus dem Extruder hinaus, gewöhnlich durch
eine Formdüse,
die am Auslassende des Rohrs montiert ist.
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Extruder
verwenden typischerweise eine konventionelle, drehende, angetriebene
Hilfszuführrolle 112,
um die Zuführung
des Elastomermaterials von der Zuführöffnung 108 in die
Extruderschnecke 106 in der Zuführsektion 100 zu erleichtern.
Das Elastomermaterial ist sehr steif und viskos, wenn es durch die
Zuführöffnung der
Zuführsektion 100 eingeführt wird,
und neigt ohne die Unterstützung
der konventionellen Zuführrolle 112 dazu,
auf die Oberseite der Extruderschnecke 106 zu rollen. Die
konventionelle Zuführrolle 112 dreht
in einer zur Drehung der Extruderschnecke 106 entgegengesetzten
Richtung und erzeugt einen Rollspalt, der das Elastomermaterial
einklemmt und in die Extruderschnecke 106 zurückstößt. Die
Extruderschnecke 106 fördert
dann das Elastomermaterial in die Übergangszone (nicht dargestellt).
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2 zeigt
eine konventionelle Zuführrollenanordnung.
Die konventionelle Zuführrollenanordnung 200 enthält ein Antriebswellenende 202 einer Zuführrolle 204,
die mit einem Untersetzungsgetriebe verbunden ist und die Zuführrolle 204 im
Betrieb dreht. Die Zuführrolle 204 hat
ein freies Ende 206. Das Antriebswellenende 202 und
das freie Ende 206 der Zuführrolle 204 sind mit
Tragarmen 208 eines Zuführrollenträgers 210 gekoppelt.
Die Verwendung der konventionellen Zuführrollenanordnung 200 ist
wegen der Gefahr problematisch, dass das Elastomermaterial wegen
des in der Zuführsektion
erzeugten Drucks in Leckwege L gedrückt wird, die die Zuführrolle 204 umgeben.
Solche Leckwege L umfassen ein Spiel zwischen den Tragarmen 208 und
der Zuführrolle 204,
ein Spiel oberhalb und ein Spiel unterhalb des Zuführrollenträgers 210 und
der Zuführrolle 204, und
ein Spiel zwischen dem Zuführrollenträger 210 und
der Zuführrolle 204 (siehe
auch L in 1). Wenn die Zuführrolle 204 nicht
vollständig
und regelmäßig während Betriebsunterbrechungen
des Extruders gereinigt wird, härtet
das in den Leckwegen L befindliche Elastomermaterial aus und blockiert
die Zuführrolle 204,
wenn der Betrieb des Extruders wieder aufgenommen wird. Das Elastomerleckagematerial
wird zu Bröckchen
oder Abfall und ist verlorener Materialeinsatz, der zusätzlich Reinigung
und Wartung des Extruders erfordert. Das Elastomerleckagematerial
erzeugt auch eine übermäßige Abnutzung am
Extruder und hat zur Folge, dass die Maschine sich schneller abnutzt.
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In
der Technik sind Versuche bekannt, die Leckwege zu vermindern, die
konventionelle Zuführrollen
umgeben. Ein solcher Versuch bietet die Verwendung zweier getrennter,
drehender Dichtungsringe und eines Zuführrollengehäuses an. Jeder drehende Dichtungsring
ist an einem Ende der Zuführrolle
befestigt und dreht mit der Zuführrolle.
Jeder Dichtungsring umgibt den gesamten Endabschnitt der Zuführrolle.
Die Dichtungsringe haben Rillen zum Rückführen von Elastomerleckagematerial
auf die aktive Fläche
der Zuführrolle
im Betrieb des Extruders. Diese Konstruktion umschließt auch
etwa 50% der Zuführrolle
mit einem Zuführrollengehäuse. Das Zuführrollengehäuse hat
eine einzige Bohrung konstanten Durchmessers. Diese Konstruktion
ergibt jedoch keine wirksame leckfreie Zuführrollenanordnung. Wenngleich
diese Konstruktion die Zuführrolle umgibt,
leitet sie doch nicht das Elastomermaterial in Richtung auf das
Zentrum der aktiven Fläche
der Zuführrolle
zurück,
weg von den Zuführrollen-Enddichtungen.
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In
der Industrie besteht der Wunsch nach einer Zuführrollenanordnung, die eine
erwünschte Rückführung übergelaufenen
Elastomermaterials ergibt und eine Nachrüstung der Zuführrollenanordnung
an vorhandenen Extrudern erlaubt.
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Kurzbeschreibung
der Erfindung
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Die
vorbekannte
JP 60172515 beschreibt eine
Zuführrollenanordnung
für einen
Extruder. Die Zuführrollenanordnung
hat eine Zuführrolle
mit einem Antriebswellenende, einem mittleren Rollenabschnitt und
einem freien Ende. Die Zuführrollenanordnung
hat auch ein Mantelgehäuse,
das wenigstens zwei Mantelgehäuseteile
umfasst. Die Erfindung enthält
weiterhin, dass das Mantelgehäuse
wenigstens 50% des mittleren Rollenabschnitts der Zuführrolle
abschirmt.
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Mehrere
Dichtungsplatten sind benachbart einer Außenfläche eines jeden Mantelgehäuseteils angeordnet.
In jeder Dichtungsplatte befindet sich eine Dichtungsplattenbohrung.
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In
einer inneren Umfangsfläche
der Dichtungsplattenbohrung einer jeden Dichtungsplatte ist wenigstens
eine Nut angeordnet.
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Mehrere
Endplatten befinden sich benachbart zu einer Außenseite einer jeden Dichtungsplatte.
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In
einer Innenseite einer jeden Endplatte befindet sich wenigstens
eine Nut.
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In
jeder Endplatte ist eine Endplattenbohrung ausgebildet.
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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Zuführrollenanordnung zum Vermindern
der Leckage von Elastomermaterial in einer Zuführsektion eines Extruders.
Ein Mantel, Zuführrollendichtungsplatten
und Zuführrollenendplatten
werden zur Verminderung der Leckage von Elastomermaterial eingesetzt.
Der Mantel kann eine Bohrung variierenden Durchmessers haben, die
bei der Umleitung von Elastomermaterial zurück in die Mitte der aktiven
Fläche
der Zuführsektion
und weg von den Enddichtungen hilft. Die Zuführrollendichtungsplatten und
die Zuführrollenendplatten
enthalten jeweils eine oder mehrere Nuten, die bei der Rückleitung
des Elastomermaterials in die Zuführsektion helfen. Der Mantel,
die Zuführrollendichtungsplatten,
die Zuführrollenendplatten
und ein Zuführrollenschaber
können
jeweils mit einem festen, trockenen Schmiermittel beschichtet sein,
um Reibung zu vermindern. Die Erfindung schafft eine erwünschte Rückleitung
von übergelaufenem
Elastomermaterial und erlaubt eine Nachrüstung der Zuführrollenanordnung
bei vorhandenen Extrudern.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt
eine konventionelle Zuführrollenanordnung
in einer Zuführsektion
eines Extruders.
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2 zeigt
eine konventionelle Zuführrollenanordnung.
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3 zeigt
eine Zuführrollenanordnung
in einer Zuführsektion
eines Extruders gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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4 zeigt
eine Zuführrollenanordnung nach
der Erfindung.
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5 zeigt
(a) eine Seitenansicht und (b) eine Schnittansicht des Mantelgehäuseteils 414(b) der
Zuführrollenanordnung,
wie sie in 4 dargestellt ist.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Zuführrollenanordnung zum Vermindern
der Leckage von Elastomermaterial in einer Zuführsektion eines Extruders.
Ein Mantel, Zuführrollendichtungsplatten
und Zuführrollenendplatten
werden zur Verminderung der Leckage von Elastomermaterial eingesetzt.
Elastomermaterial wird durch die Verwendung eines variierenden Bohrungsdurchmessers
des Mantels und von Nuten, die sowohl in – den Zuführrollendichtungsplatten als
auch in den Zuführrollenendplatten
ausgebildet sind, in die Zuführsektion
rückgeleitet.
Der Mantel, die Zuführrollendichtungsplatten,
die Zuführrollenendplatten
und ein Zuführrollenschaber
sind jeweils mit einem festen, trockenen Schmiermittel beschichtet,
um Reibung zu vermindern. Die Erfindung schafft eine erwünschte Rückleitung
von übergelaufenem Elastomermaterial
und erlaubt eine Nachrüstung
der Zuführrollenanordnung
bei vorhandenen Extrudern.
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Diese
Erfindung gibt eine Zuführrollenanordnung
an, die einen Teil einer Zuführrollen
mit eines Mantels oder einer Verkleidung umgibt und dabei einen
Teil der aktiven Fläche
der Zuführrolle
einem Zuführöffnungsteil
aussetzt, wo ein Elastomermaterial in eine Zuführsektion eines Extruders eingeleitet wird,
so dass das Elastomermaterial durch die Zuführrolle in Richtung auf eine
Extruderschnecke fortbewegt wird. Diese Erfindung sieht auch Dichtungsplatten
vor, die einen Teil des Umfangs der Zuführrolle umgeben, und Endplatten,
die das gesamte Ende der Zuführrolle
bedecken. Jegliches Elastomermaterial, das versucht, durch die engen
Spalte zu entweichen, die durch diese Erfindung geschaffen werden, wird
in den aktiven Strömungsweg
der Zuführöffnung zurück gepumpt.
Die Dichtungsplatten und die Endplatten enthalten jeweils Nuten,
die beim Pumpen des Elastomermaterials zurück in den Strömungsweg
der Zuführöffnung helfen.
Der Mantel oder die Verkleidung enthält eine Bohrung mit einem variierenden
Durchmesserspalt, was ebenfalls beim Pumpen des Elastomermaterials
zurück
in den Strömungsweg
der Zuführöffnung hilft.
Der Mantel, die Dichtungsplatten, die Endplatten und ein Zuführrollenschaber
sind jeweils mit einem festen, trockenen Schmiermittel beschichtet,
um die Reibung zwischen den Dichtungsflächen und dem Elastomermaterial
zu vermindern. Die Zuführrollenanordnung
kann leicht an Extrudern nachgerüstet
werden, die konventionelle Zuführrollen
verwenden. Die Verkapselung der Zuführrolle und die aktive Rückleitung
des Elastomermaterials zurück
in den Strömungsweg
der Zurühröffnung beseitigt
das Problem, dass ausgetretenes Elastomermaterial zerbröckelt oder
Abfall wird, ein Materialverlust, der zu sätzliche Reinigungs- und Wartungsarbeiten
am Extruder erfordert und Ursache für eine schnelle Abnutzung des
Extruders ist.
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3 zeigt
eine Zuführrollenanordnung
in einer Zuführsektion
eines Extruders nach der Erfindung. Eine Zuführsektion 300 des
Extruders ist von einem Gehäuse 302 umschlossen,
das ein Rohr (nicht gezeigt) mit einer Bohrung 304 enthält. Die
Zuführsektion 300 ist
im Allgemeinen an ein Untersetzungsgetriebe angeschlossen und hat
benachbart dazu einen Trichter- oder Schutzabschnitt. Eine axial erstreckte
Extruderschnecke 306 ist in der Bohrung 304 angeordnet
und ist zur Drehung mit dem Untersetzungsgetriebe gekuppelt. Die
Extruderschnecke 306 ist in drei Zonen oder Sektionen unterteilt,
eine Zuführsektion 300,
die an einem Einlassende der Extruderschnecke 306 liegt,
eine Dosiersektion, die an einem Abgabeende der Extruderschnecke 306 liegt, und
eine Übergangssektion,
die zwischen der Zuführsektion 300 und
der Dosiersektion liegt.
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Im
Betrieb des Extruders wird festes Elastomermaterial in eine Zuführöffnung 308 des
Rohrs durch den Trichter- oder Schutzabschnitt hindurch in eine
Führungsrollenanordnung 310 eingeleitet.
Das feste Elastomermaterial wird von der Führungsrollenanordnung 310 durch
eine Zuführrolle 312 zur
Extruderschnecke 306 transportiert, wo es in die Übergangssektion
fortgeführt
wird. Das feste Elastomermaterial wird während des Vorschubs längs der Übergangssektion
in einen geschmolzenen Zustand überführt und
dann in die Dosiersektion gefördert. Die
Dosiersektion schiebt das geschmolzene Material aus dem Extruder
hinaus, gewöhnlich
durch eine Formdüse
hindurch, die am Abgabeende des Rohrs angebracht ist.
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Die
Zuführrollenanordnung 310 hat
stationäre
Rollendichtungsplatten 314, die mit jedem Ende der Zuführrolle 312 gekuppelt
sind. Die stationären Rollendichtungsplatten 314 umschließen wenigstens 75%
des Antriebswellenendes und das freie Ende der Zuführrolle 312.
Ein Mantel 316 umhüllt
wenigstens 50% der Zuführrolle 312.
Rollenendplatten 318 sind mit der Außenseite der stationären Rollendichtungsplatte 314 gekoppelt.
Ein Schaber 320 ist unterhalb der Zuführrolle 312 angeordnet.
Die stationären Rollendichtungsplatten 314 und
die Rollenendplatten 318 enthalten spiralförmige Dichtungsrillen,
die Elastomermaterial auffangen, das in enge Spalte zwischen der
drehenden Zuführrolle 312 und
den stationären
Dichtungsplatten 314 eintritt. Die Dichtungsrillen der
stationären
Rollendichtungsplatten 314 und der Rollenendplatten 318 leiten
das Elastomermaterial auf eine aktive Fläche 311 der Zuführrolle 312 durch
die Relativbewegung der Oberfläche
der Zuführrolle 312 gegenüber den
stationären
Rollendichtungsplatten 314 und den Rollenendplatten 318 zurück.
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Die
Zuführrolle 312 ist
teilweise von dem Mantel 316 umschlossen. Der Mantel 316 umhüllt wenigstens
50% der Zuführrolle 312 und
fängt Späne von Elastomermaterial
auf, die von der Zuführfläche der
Zuführrolle 312 herabfallen.
Der Spalt zwischen dem Mantel 316 und der Zuführrolle 312 nimmt
von den Enden gegen die Mitte der aktiven Fläche 311 zu. Dieser
sich vergrößernde Spalt
leitet das Elastomermaterial in Richtung auf die Mitte der aktiven
Fläche 311 der
Zuführrolle 312 und
zurück
in die Zuführ strömung. Eine
Innenseite einer Bohrung 317 des Mantels 316 ist
mit einer Reibung vermindernden Beschichtung versehen, um zu verhindern,
dass Elastomermaterial am Mantel 316 haften bleibt.
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Die
Rollendichtungsplatten 314 umgeben etwa 75% des Umfangs
der Enden der Zuführrolle 312.
Der Mantel 316 umgibt etwas weniger vom Umfang des Restes
der Zuführrolle 312 als
die Rollendichtungsplatten 314. Die Rollenendplatten 318 sitzen
eng auf dem Ende der Zuführrolle.
Die Spiraldichtungsnuten in den Rollendichtungsplatten 314 und
den Rollenendplatten 318 fangen Elastomermaterial auf,
das in die Zwischenraumspalte zwischen den Rollendichtungsplatten 314 und
den Rollenendplatten 318 eindringen will, und leiten es
um. Eine Antihaftbeschichtung ist auf die Oberflächen der Rollendichtungsplatten 314 und
der Rollenendplatten 318 aufgebracht, um Reibung mit dem
Elastomermaterial zu vermindern. Die Bohrung 315 der Rollendichtungsplatten 314 ist
kleiner als die Bohrung 317 in den äußeren Enden des Mantels 316.
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Der
Mantel 316 enthält
eine Bohrung zunehmenden Durchmessers, die einen variierenden Spalt mit
der Zuführrolle 312 bildet,
um das Elastomermaterial in die Mitte der aktiven Fläche 311 der
Zuführrolle 312 zurück zu leiten.
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4 zeigt
die Zuführrollenanordnung
nach der Erfindung. Eine Zuführrollenanordnung 400 enthält Mantelteile 402,
die wenigstens 50% der Zuführrolle
abschirmen. Jedes Mantelteil 402 hat eine Innenfläche 404 des
Mantelteils 402 und eine Außenfläche 406 des Mantelteils 402.
Jedes Mantelteil 402 enthält auch eine Mantelbohrung 408,
die im Durchmesser variiert, um einen variierenden Spalt mit der Zuführrolle
zu bilden, um Elastomermaterial von den äußeren Enden der Mantelbohrung 408 in
Richtung auf die Mitte der aktiven Fläche der Zuführrolle zurück zu leiten. Das Elastomermaterial
wird von dem Trichter durch die Zuführöffnung über einem oberen Abschnitt 410 des
Mantels zugeführt.
Der obere Abschnitt 410 des Mantels 402 ist nach
unten gekrümmt in
Richtung auf die Zuführrolle,
um den Fluss des Elastomermaterials zu begünstigen. Der obere Abschnitt 410 und
die Mantelbohrung 408 des Mantels 402 sind mit
einer festen, trockenen Schmierstoffbeschichtung versehen, um den
Fluss des Elastomermaterials zu erleichtern.
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Mit
der Außenfläche 406 der
Mantelteile 402 sind stationäre Rollendichtungsplatten 412 gekoppelt.
Die Rollendichtungsplatten 412 bedecken wenigstens 75%
des Umfangs der Enden der Zuführrolle.
Jede Rollendichtungsplatte 412 hat eine Innenfläche 414 und
eine Außenfläche 416.
Ein oberer Abschnitt 413 jeder Rollendichtungsplatte 412 erstreckt sich über einen
Längenabschnitt
des oberen Abschnitts 410 eines jeden Mantels 402 hinaus
und verjüngt
sich in Richtung auf die Zuführrolle.
Jede Rollendichtungsplatte 412 hat auch eine Dichtungsplattenbohrung 418,
die einen kleineren Durchmesser hat, als die Mantelbohrung 408.
In der Oberfläche
der Dichtungsplattenbohrung 418 sind spiralförmige Dichtungsplattennuten 420 ausgebildet.
Die spiralförmigen
Dichtungsplattennuten 420 helfen bei der Rückleitung
des Elastomermaterials in Richtung auf die Mitte des aktiven Flächenabschnitts
der Zuführrolle.
Die Innenfläche 414 der
Rollendichtungsplatten 412, die Dichtungsplattenbohrung 418 und
die Dichtungsplatten- Spiralnuten 420 sind
mit einer festen, trockenen Schmierstoffbeschichtung versehen, um den
Fluss des Elastomermaterials zu erleichtern.
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Mit
der Außenseite 416 einer
jeden Rollendichtungsplatte 412 sind stationäre Rollenendplatten 422 gekoppelt.
Jede Rollenendplatte 422 hat einen Innenfläche 424 und
eine Außenfläche 426.
In der Innenfläche 424 einer
jeden Rollenendplatte 422 sind Endplatten-Spiralnuten 428 ausgebildet.
Die Endplatten-Spiralnuten 428 helfen
bei der Rückleitung des
Elastomermaterials in Richtung auf die Dichtungsnuten 420,
die dann das Elastomermaterial in die Mitte des aktiven Flächenabschnitts
der Zuführrolle
zurück
leiten. Die Rollenendplatten 422 haben auch eine Endplattenbohrung 430.
Die Endplattenbohrung 430 hat einen kleineren Durchmesser,
als die Dichtungsplattenbohrung 418 und sitzt eng auf dem
freien Ende der Zuführrolle.
Die Innenfläche 424 der
Rollenendplatten 422, die Endplattennuten 428 und
die Endplattenbohrung 430 sind mit einer festen, trockenen
Schmierstoffbeschichtung versehen, um den Fluss von Elastomermaterial
zu erleichtern. Zum Befestigen der Zuführrollenanordnung 400 sind
Befestigungseinrichtungen 432 vorgesehen.
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5(a) zeigt eine Seitenansicht und 5(b) zeigt eine Querschnittsansicht eines
Mantelgehäuses 402 der
Zuführrollenanordnung,
wie sie in 4 dargestellt ist. Die Mantelbohrung 408 eines jeden
Mantelgehäuses 402 variiert
im Durchmesser von der Innenfläche 404 zur
Außenfläche 406 eines jeden
Mantelgehäuses 402.
Die Mantelbohrung 408 hat einen inneren Durchmesser 500 und
einen äußeren Durchmesser 502,
wie in 5(b) dargestellt. Der Durchmesser
der Mantelbohrung 408 nimmt vom inneren Durchmesser 500 zum äußerem Durchmesser 502 allmählich zu,
um einen variierenden Spalt mit der Zuführrolle zu bilden. Dieser variierende
Spalt hilft bei der Rückleitung
des Elastomermaterials von den äußeren Enden
der Mantelbohrung 408 zur Mitte des aktiven Flächenabschnitts
der Zuführrolle.
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Hinsichtlich
vieler Änderungen
und Modifikationen, die ohne Abweichung von den der Erfindung zugrunde
liegenden Prinzipien gemacht werden können, sollte auf die beigefügten Ansprüche für ein Verständnis des
der Erfindung gewährten
Schutzumfangs Bezug genommen werden.