WO2018188716A1 - Entgasen beim extrudieren von stoffen, vorzugsweise von kunststoffen - Google Patents

Entgasen beim extrudieren von stoffen, vorzugsweise von kunststoffen Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft verschiedene Maßnahmen zur Steigerung der Entgasung an einem Planetwalzenextruderabschnitt/Modul und mögliche Verwendungen.

Description

Entgasen beim Extrudieren von Stoffen, vorzugsweise von Kunststoffen
Extruder werden immer wieder zur Bearbeitung Stoffen, vorzugsweise von Kunststoffen eingesetzt, die mindestens teilweise in einem schmelzflüssigen Zustand sind oder in einen schmelzflüssigen Zustand gebracht werden können. Bei diesen Stoffen handelt es sich häufig um Polymere , Copolymere und Elastomere. Im Extruder können Stoffe unterschiedlichster Art verarbeitet werden, auch Feststoffe mit schmelzflüssigen Stoffen, auch
Polymermischungen, auch Copolymermischungen, auch Elastomere, auch in Mischungen mit anderen zusätzlichen Stoffen, auch mit Gasen.
Die Stoffe können zum Beispiel sein:
Acrylnitril (ABAK), Acrylnitil/Budadien/Styrol (ABS), ABS mit
Polycarbonat (ABS+PC), Acrylat-Kautgschuk (ACM ), Ethylen- Acrdylesstrer-Kautschuk (AEPCMS), Acrylnitril/Ethylen-PLropylen- Dien/Styrol (AES), Nitroso-Kautschuk (AFMU), Acrylnitrilmetacrylat (AMAK), Acrylnitril/Methylmethacrylat (AMMA),
Acrylnitril/Butadien/Acrylat(ANBA), Acrylnitril/Methacrylat) ANMA), Aromatische Polyester (APE), Acrylnitril/chloriertes
Polyetrhylen/Sstryrol (APE-CS), Acylnitil/Styrol/Acrylester(ASA), TPE, Basis Aliphatisches Polyurethan(ATPU) Urethan-Kautschuk, Polyester (AU), Benzylcellulose (BC) Butadien-Kautschuk (BR), Cellulosesacetat (CA), Celluloseacetobutyrat (CAB), Celluloseacetopropionat (CAP), Kresol-Formaldehyd (CF), Hydratisierte Cellulose, Zellglas (CSH), Chlorierter PE-Kautschuk (CM), Carboxymethylcellulose (CMC),
Cellulosenitrat, Celluloid /CN), Epichlorhydrin-Kautschuk (CO),
Cyclopolyolefinpolymere, Topas (COC),
Cellulosepropionat (CPL), Chloropren-Kautschuk (CR), Casein- Kunststoffe (CS), Casein-Formaldehyd, Kunsthorn (CSF),
Chlorsulfonierter PE(-Kautschuk) (CSM), Cellulosetriacetat (1CTA), Dicyclopentadien(DCP), Ethylen/Methacrylsäure (EAA), Ethylen- Vinylacetat-Kautschuk (EAM), Ethylen/Butylacrylat (EBA),
Ethylcellulose (EC), Ethylencopolymer-Bitumen-Blend(ECB),
Epicchlorhydrin-Kautschuk(ECD), Ethylen/Chortrifluorethylen (ECTFE), Ethylen/Ethylacrylat (EEA), Polyethylen Ionomere (EIM),
Ethylen/Methacrylsäure(EMAK), exo-Metehylenlaton (EML),
Ethylidennorbornen (EN), Ethylen-Acrynitril-Kautschuk (ENM),
Epoxidierter Naturkautschuk (ENR), Ethylen/Propylen (EP), Epoxid- Harze, Polyadditions-Harze (EP), Ethylen/Propylen/(Dien)/-Kautschuke (EP(D)M, Epichlorhydrin-Kautschuk(ETER), Ethylen/Tetrafluorethylen (ETFE), Urethan-Kautschuk, Polyether (EU), Ethylen/Vinylacetat (EVA), Ethylen/Vinylalkohol, EVOH (EVAL), TPE, Basis
EthylenA^inylacetat+Polyvinylidenchlorid (EVAPVDC),
Ethylen/Vinylalkohol, EVAL(EVOH),
Tatrafluorethyleri/Hexafluorpropylen (FEP), Furan/Formaldehyd (FF), Perfluor-Kautschuk (FFKM), Fluor-Kautrschuk(FKM),
Propylen/Tetrafluorethylen-Kautschuk (FPM) Phospazen-Kautschuk mit Fluoralkyl- oder Fluorozyalkyl-gruppen(FZ), Proplenoxid-Kautschuk (GPO), Halogenierter Butyl-Kautschuk (HIIR), Hydrierter NBR- Kautschuk HNBR), höhere alpha-Olefine (HOA), Pyrrone, Plycyclone, Leiterpolymere (HAT-P), Polycyclone, Leiterpolymere(HT-PP), Polytrriazine, Leiterpolymere (HAT-PT), Butryl-Kajutrschuk (CUR, BIIR) (HR), Isopren-Kautschuk (IR), Kohlenwasserstoffharz (KWH), Liquid Christal Polymere (LCP),
Methylmethacrylat/Acrylnitril/Butadien/Styrol (MABS),
Methacrylat/Butadien/Styrol (MBS), Methylcellulose (MC),
Melamin/Formaldehyd (MF), Melamin UFormaldehy+ungesättigter Polyester (MF+UP), Melamin/Phenol-Formaldehyd(MPF),
Methyl/Phenyl/Silicon-Kautschuk(MPQ), Methylmethacrylat/exo- Methylenlacton (MMAEML), Melamin/Phenol-Formaldehyd(MPF), Methyl/Silicon-Kautschuk (MQ), alpha-Methylstyrol (MS),
Melamin/Harnstoff7-Formaldehyd (MUF)
Melamin/HarnstoffZPhenol/Formaldehyd(MVFQ), Polyacrylnitril (PAN), Polybuten-I (PB), Polybutylacrylat (PBA), Polybenzimidazol,
Triazinpoloymer (PBI), Polybismaleinimid (PBMI),
Polybutylennaphthalat (PBN), Polyoxadiabenzimidazol (PBO),
Polybutylenterephthalat (PBT), Polycarbonat (PC) mit ABS oder AES, ASA, oder PBT oder PE-HD oder PEET oder PMMA oder PS oder PPE oder SB oder HI oder SMA oder TPU oder BPA, oder TMBPA oder TMC, Poly-3,3-bis-chlormethylpropylenoxid (PCPO),
Polycyclohexandimethylterephthalat (PCT), Polychlortrifluoretrhylen (PCTFE), Polydiallylphthalat(PDAP), Polydicyclopentadien (PDCPD), Polyethylen (PE), Polyesteramid (PEA), Polyestercarbonat (PEC),
Polyetherketon (PEK), Polyethylennaphthalat (PEN), Polyenthylenoxid (PEOX), Polyethersulfone (PES), Polyesterimid (PESI),
Polyethlenterephathalat (PET) mit Elastomer oder mitr MBS oder PBT oder PMMA oder Pmma oder PSU, Phenol/Formaldehyd (PF),
Phenol/Formaldehyd +Epoxid (PF+EP), PTFE/Perfluoralcylvinylether, Perfluoralkoxy (PFA), Phenol/Formaldehyd/Melamin (PFMF),
Polyperfluortrimethyltriazin-Kautschuk PFMT), PTFE-Copolymerisat (PFTEAF), Polyhydroxylalkalin (PHA), Polyhydroxybenzoat (PHBA), Polyimidimid (PI), Polyisobutylen (PIB), Polyimidsulfon (PISO),
Aliphatisches Polyketon (PK), Polylactid (PLA), Polymethylacrylat (PMA), Polymethhacrylimid (PMI), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyacrylesterimid (PMMI), Poly-4-methylpenten-l (PMP), Poly-Alpha- methylstyrol (PMS), Fluor/Phosphazen-Kautschuk (PNF), Polynorbornen- Kautschuk (PNR), Polyolefine, Polyolefin-Derivate und Polyolefin- Copolymerisate (PO), Poly-p-hydroxy-benzoat (POB), Polyoxymethylen (Polyacetalharz, Polyformaldehyd) (POM), POM mit PUR-Elastomer oder Homopolymerisat oder Copolymerisat, Polyphthalat (PP), PP- Carbonat, PP mit Block-Copolymere oder chloriert oder mit
Homopolymerisat oder mit Metallocen hergestellt, Polyamid (PPA), Polyphenylenether (PPE), PPE mit PA oder mit PBT oder mit PS,
PolydphenyloxidpynOnellithimid U(PPI), Polyparamethylstyrol (PPMS), Polyphenylenoxid (PPO), Polypropylenoxid (PPOX), Poly-p-Phenylen (PPP), Polyphenylensulfid (PPS), Polyphenulensulfon (PPSU), Poly-m- Phenylen/Terephthalamid (PPTA), Polyphenylvinyl (PPV), Polypyrrol (PPY), Polystryrol (PS), PS mitr PC oder PE oder PPE, Polysaccharide (PSAC), Polysulfone (PSU), Polytetrafluorethylen (PTFE),
Polytetrahydrofuran (PTHF), Polybutrylenterephthalat (PTMT), Polyester (PTP), Polytrimethyleterephthalat (PTT), Polyurethan (PUR),
Polyvinylacetat (PVAC), Polyvinylalkohol (PVAL), Polyvinylbutyral (PVB), Polyvinylisobutylether (PVBE), Polyvinylchlorid (PVC).
Polyvinylidenchlorid (PVDC), Polyvinylidenfluorid (PVDF),
Polyvinylfluorid (PVF), Polyvinylformal (PVFM), Polyvinylcarbazol (PVK), Polyvinylmethylether (PVME), Polyvinylcyclohexan (PVZH), Phosphazen/Kautschuk mit Phenoygruppen (PZ), Resorrcin/Formaldehyd (RF), Stryrol/Acrylnitril (SAN ), Stryrol/Butadien(SB),
Styrol/Butadien/Methylmethacrylat (SBMMA), Styrol/Butadien- Kautschuk (SBR), Styrol/Butadien/Styrol (SBS), Styrol- Ethenbuten/Stryrol (SEBS), Styrol/Ethylen/Propylen/Dien-Kautschuk (SEPDM), Silicon (SI), Styrol/Isopren/Maleinsäureanhydrid (SIMA), Isopren/Styrol-Kautschuk (SIR), Styrol/Isopren/Styrol (SIS),
Styrol/Maleinsäureanhydrid(SAM),
Styrol aleinsäurear ydrid/Butadien(SMAB), Styrol/Methylmethacrylat (SMMA), Stryrol-alpha-Methylstyrol (SMS, Polyester (SP),
Thiocarbonyldifluorid-Copolymer-Kautschuk (TCF), TPE mit EPDM+PP oder PBBS+PP, TPE mit PEBBS+PPE oder PEBS+PP oder mit PESST oder PESTRUR oder mit PESTEST oder mit PESTUR oder mit PEUR oder mit SBS+PP, Thermoplastische Elastomere (TPE),
Thermoplastische Stärke (TPS), Harnstoff/Formaldehyd (UF),
Vinylchlorid (VC), Vinylchlorid/Ethylen(VCE),
Vinylchlorid/Maleinsäureanhydrid(VCMA), Vinylester (VE), wählten Stoffe können auch
-Wirkungen verstärken
-zusätzliche Wirkungen entfalten, zum Beispiel die Warmfestigkeit oder die Verschleißfestigkeit erhöhen oder die Säurefestigkeit erhöhen oder UV-Beständigkeit oder die Festigkeit oder die Nachgiebigkeit erhöhen oder eine Vernetzung der Moleküle bewirken oder eine Reaktion der Polymere bewirken oder eine Verfärbung der Polymere bewirken oder die Farbbeständigkeit der Polymere erhöhen oder den Schmelzpunkt verändern oder die Dispergierung und Homogenisierung erleichtern oder zu einer Schaumbildung fuhren oder die Schaumbildung erleichtern oder das Extrudieren erleichtern oder die Reibungswerte verändern
-Füllstoffe sein truder können beim Extrudieren verschiedene Aufgaben erfüllen. Zu den Aufgaben gehören beispielsweise
-die Mischung mit anderen Stoffen und/oder
-die Reaktion mit anderen Stoffen und/oder
-die Umformung der Stoffe
-die Abtrennung flüchtiger Bestandteile durch Entgasen
Für die Extrusion finden neben den Polymeren noch diverse andere Materialien Verwendung. Dazu gehören Füllstoffe, Farbstoffe, Weichmacher, Stabilisatoren und andere Zusatz- und Hilfsstoffe bzw. Additive. Alle Stoffe werden im Folgenden als Einsatzstoffe bezeichnet. Die Einsatzstoffe kommen in fester Form oder in flüssiger Form vor.
Bei einer Benutzung der Extruder zum Polymerisieren werden Monomere mit Polymerisationsmitteln zusammen gebracht.
Der Extruder kann auch genutzt werden, um sonstige Reaktion herbeizufuhren. Das gilt sowohl für die Schaffung neuer, zum Beispiel größerer Moleküle, als auch für die Aufhebung/Aufbrechen von Molekülen.
Unterschiedliche Polymere und deren Bearbeitung in einem Extruder sind beispielsweise in folgenden Druckschriften beschrieben:
DE1 12014001304, DE 102013224774, DE102012212883, DE69922626, DE69832493, DE69806358, DE69614012, DE69521056, DE69422704, DE69225962, DE68912741, DE19609715, DE10156088, DE10029553, DE4340887, DE4340136.
Bei den Extrudern werden folgende Hauptgruppen unterschieden:
Einschneckenextruder, Doppelschneckenextruder, Planetwalzenextruder.
Einschneckenextruder bestehen aus einer umlaufenden Schnecke und einem umgebenden Gehäuse. Mit Einschnecken läßt sich ein hoher Druckaufbau und eine große Förderwirkung erzielen. Jedoch ist die Homogenisierung und
Dispergierung im Einschneckenextruder schwach. Gleichwohl sind
Einschneckenextruder immer noch die meistbenutzten Extruder.
Doppelschneckenextruder bestehen aus zwei parallel zueinander und
miteinander kämmenden Schnecken und einem umgebenden Gehäuse. Mit Doppelschnecken läßt sich gleichfalls ein hoher Druckaufbau und eine hohe Förderwirkung erzielen. Die Mischwirkung des Doppelschneckenextruders ist um vieles größer als bei einem Einschneckenextruder, Jedoch erfahren die Polymere aufgrund der mechanischen Belastung im Doppelschneckenextruder eine mehr oder weniger große Veränderung ihrer Molekülketten. Es gibt
Anwendungen, bei denen das dahinstehen kann. Für andere Anwendungen ist die Erhaltung der Molekülketten wichtig. Es gibt auch Anwendungen, bei denen ein gezieltes Aufbrechen von Molekülketten gewünscht ist.
Zur schonenden Bearbeitung der Polymere bietet sich der Planetwalzenextruder an. Überraschenderweise können Molekülketten auch mit einem
Planetwalzentextruder aufgebrochen werden.
Planetwalzenextruder bestehen aus einer mehren Teilen, nämlich einer
-umlaufenden Zentralspindel,
-einem die Zentralspindel im Abstand umgebenden Gehäuse mit einer Innenverzahnung und
-Planetspindeln, welche in dem Hohlraum zwischen Zentralspindel und innen verzahntem Gehäuse wie Planeten um die Zentralspindel umlaufen. Soweit im Folgenden von einer Innenverzahnung des Gehäuses gesprochen wird, so schließt das auch ein mehrteiliges Gehäuse mit einer Buchse ein, welche die Innenverzahnung des Gehäuses bildet. Im Planetwalzenextruder kämmen die Planetspindeln sowohl mit der Zentralspindel als auch mit dem innen verzahnten Gehäuse.
Zugleich gleiten die Planetspindeln mit dem in Förderrichtung weisenden Ende an einem Anlaufring.
Die Planetwalzenextruder besitzen im Vergleich zu allen anderen
Extruderbauarten eine extrem gute Mischwirkung, jedoch eine geringere
Förderwirkung.
Für eine kontinuierliche Aufbereitung bzw. Bearbeitung von Polymeren ist seit einigen Jahrzehnten bekannt, Planetwalzenextruder zu verwenden. Solche Verfahren und entsprechende Planetwalzenextruder sind insbesondere in folgenden Druckschriften beschrieben:
DE202016101935, DE 19939075A1, CA 698518, DE19653790A, DE
19638094A1 , DE 19548136A1 , DE1954214A, DE3908415A, DE19939077A, EP 1078968 AI, EP 1067352 A, EP854178A1 , JP3017176, JP1 1080690,
JP9326731, JP11-216754, JP11-216764, JP10-235713, WO2007/0874465A2, WO2004/101627A1, WO2004/101626A1 , WO 2004/037941A2, EP1056584, PCT/EP99//00968, WO 94/1 1 175, US6780271B1, US7476416.
Von Planetwalzenextruderabschnitten/Modulen wird dann gesprochen, wenn ein Extruder sich aus mehreren Abschnitten/Modulen zusammensetzt. Die
Bezeichnung Abschnitt impliziert eine Länge, welche der betreffenden
Bearbeitungsstrecke im Extruder angepaßt ist. Die Bezeichnung Modul weist dagegen auf einheitliche Längen hin. Trotz der einheitlichen Länge lassen sich auch längere Verarbeitungsstrecken darstellen. Dann werden verschiedene Module aneinander gesetzt.
Zumeist erfolgen in den Abschnitten/Modulen unterschiedliche
Verarbeitungsschritte. Seit Jahren hat es sich als günstig erwiesen,
Planetwalzenextruderabschnitte/Module mit Abschnitten/Module anderer Bauart zu kombinieren. Insbesondere werden Planetwalzenextruderabschnitte/Module mit einem als Einschneckenextmderabschnitt/Modul ausgebildeten Füllteil kombiniert. Über das Füllteil werden die Einsatzmaterialien für die Extrusion aus einem Fülltrichter abgenommen und in die nachgeordneten
Planetwalzenextruderabschnitte/Module gedrückt um dort bearbeitet zu werden.
Soweit flüssige Treibmittel oder andere flüssige Stoffe in die
Planetwalzenextrudserabschnitte/Module eingetragen werden sollen, hat es sich bewährt, diese Flüssigkeiten über Injektionsringe in die Anlage einzuspritzen, die zwischen jeweils zwei Planetwalzenextruderabschnitten/Modulen
angeordnet sind.
Es ist auch bekannt, Schmelze über einen Seitenarmextruder oder eine Pumpe unmittelbar in einen Planetwalzenextruderabschnitt/Modul einzutragen.
Wegen der Einzelheiten und Variationen bekannter Planetwalzenextruder bzw. Abschnitten/Modulen wird Bezug genommen auf folgende Druckschriften: DE 102005007952A1, DE102004061068A1 , DE102004038875A1,
DE102004048794A1, DE102004048773A1 , DE102004048440A1,
DE102004046228A1, DE102004044086A1, DE102004044085A1 ,
DE 102004038774A1, DE102004034039A1 , DE102004032694A1 ,
DE102004026799B4, DE 102004023085 AI, DE 102004004230A1,
DE 102004002159A1, DE19962886A1, DE19962883A1 , DE19962859A1, DE19960494A1, DE19958398A1, DE19956803A1, DE19956802A1 ,
DE19953796A1 , DE 19953793 AI .
Bei den Extrudern können zum Beispiel vorkommen: Füllzone,
Aufschmelzzone, Mischzone/Dispergierzone/Homogenisierungszone und Austragzone. Die Austragzone kann umfassen, das Kühlen und Austragen. Kühlen und Austragen können jedoch auch als getrennte Zonen angesehen werden. Es kommen auch noch weitere Zonen vor.
Von einer Entgasungszone wird gesprochen, wenn flüchtige Bestandteile aus dem geschmolzenen oder plastifizierten Extrusionsgut entfernt werden sollen. Zu den flüchtigen Bestandteilen kann Luft gehören, die mit den Einsatzstoffen in den Extruder eingetragen wird.
Zu den flüchtigen Bestandteilen können andere Gase als Luft gehören.
Die flüchtigen Bestandteile können unter den im Extruder herrschenden
Drücken in dem geschmolzenen oder plastifizierten Extrusionsgut verteilt sein, sogar in der Schmelze gelöst sein. Die Gase können auch durch Verdampfen bestimmter Fraktionen des Extrusionsgutes entstehen. Die Gase können sich auch schon von der Schmelze abgesetzt haben.
An zeitgemäßen Extrudern ist zumeist jeder Zone ein Extruderabschnitt/Modul zugeordnet. Das heißt, diese Extruder sind aus Abschnitten/Modulen zusammen gesetzt. In obigem Sinne sind die Abschnitte an einer der Verarbeitungsstrecke angepassten Gehäuselänge erkennbar, das heißt, an unterschiedlichen
Gehäuselängen erkennbar. Ein modular aufgebauter Extruder besitzt
vorzugsweise gleich lange Gehäuse.
Jedes Gehäuse ist an jedem Ende mit einem Flansch versehen, so daß jedes Gehäuse an einem Flansch mit seinem benachbarten Gehäuse verbunden werden kann. Zum Verspannen dienen in der Regel Spannschrauben. Für die
Spannschrauben sind dann in den Gehäuseflanschen entsprechende Öffnungen vorgesehen.
Wenn ein Gehäuse am Austrag zugleich eine Düse bildet, so hat dieses Gehäuse nur an einem Ende einen Flansch, nämlich dem Ende, welches den anderen Gehäusen zugewandt ist. Wenn dagegen keine Düse am Austragende des Extruders vorgesehen ist, so kann es von wirtschaftlichem Vorteil sein, austragseitig auch ein Gehäuse mit einem Flansch an jedem Gehäueseende zu verwenden, obwohl der austragseitige Gehäuseflansch keine
Befestigungsfunktion hat. Der wirtschaftliche Vorteil ist bei modular
aufgebautem Extruder mit gleichen Gehäusen für alle
Planetwalzenextrudermodule gegeben, weil für das austragseitige Gehäuse keine Sonderfertigung erforderlich wird.
Die aneinander befestigten Gehäuse umschließen üblicherweise Schnecken bzw. Zentralspindeln, welche sich durch alle Module erstrecken.
Das heißt, der aus Abschnitten/Modulen zusammen gesetzten
Einschneckenextruder besitzt eine einzige Schnecke, welche sich durch alle Abschnitte/Module erstreckt.
Die aus Abschnitten/Modulen zusammen gesetzten Doppelschneckenextruder besitzen miteinander kämmende Schnecken, welche sich durch alle Module erstrecken.
Die Planetwalzenextruder besitzen eine Zentralspindel, welche sich durch alle Module erstreckt. Zu dem Planetwalzenextruderabschnitt/Modul gehören mindestens noch die um die Zentralspindel umlaufenden Planetspindeln und die Innenverzahnung des Gehäuses. Die Planetspindeln gleiten mit dem Ende, welches dem Extruderauszutrag zugewandt ist (in Extrusionsrichtung hintere Ende), an einem Anlaufring, der im Gehäuse gehalten ist. In der Regel
beschränkt sich die Länge der Planetspindeln auf den jeweiligen
Abschnitt/Modul.
In Sonderbauarten besitzt ein Modul zwei oder noch mehr miteinander
fluchtende Gehäuse mit einer Innenverzahnung, wobei die Gehäuse so
miteinander verbunden sind, daß überlange Planetspindeln sich durch mehr als ein Gehäuse erstrecken können. Extruder mit gemischter Bauart kommen insbesondere vor in der Kombination von Planetwalzenextruderabschnitten -modulen mit Füllteilen/Füllmodulen, die als Einschneckenextruderabschnitte -module ausgebildet sind.
Bei solcher Extruderbauart ist das Füllteil/Füllmodul eine Spindel vorgesehen, die sich durch deren ganzes Gehäuse erstreckt. Diese Spindel setzt sich in den Bereich der Planetwalzenextrudermodulen als Zentralspindel fort.
Die Entgasung der Schmelze ist für die Bearbeitung diverser Stoffe
unverzichtbar. Größte Bedeutung hat die Entgasung bei der Herstellung bzw. Verarbeitung von Kunststoffen, insbesondere von Polymeren und Copolymeren. Beispielhaft wird dazu auf folgende Druckschriften Bezug genommen:
DE112009001885, DE1 12007002171, DE112005002824, DE 102013204312, DE 102013108369, DE102013101997, DE 102013007132, DE 102013006667, DE102013000596, DE 102013319966, DE102012217383, DE102012217383, DE102012212675, DE102012208778, DE 102012202005, DE 102012107430, DE102012100710, DE 102012022346, DE102012020011, DE 102012019908, DE 102012008169, DE 102012005450, DE10201 1 102923, DE10201 1088959, DE10201 1083988, DE102011082441, DE102011076993, DE102011076257, DE10201 1050314, DE102011011202, DE10201 1011202, DE10201 1007425.
Je schwieriger das Herstellungsverfahren bzw. das Bearbeitungsverfahren ist, desto größer wird die Bedeutung der Entgasung. Im Wege der Entgasung werden gasförmige Bestandteile entfernt, welche die Herstellung oder
Bearbeitung der Stoffe bzw. deren Qualität beeinträchtigen.
Das gilt besonders für dünne Folien und noch mehr für transparente
Folien/Materialschichten. In dünnen Folien/Materialschichten zeigen sich schon kleinste Einschlüsse als Blasen. Kleinste Einschlüsse/Blasen können dünne Folien und dergleichen Schichten schon zum Ausschuß machen Deshalb gehört die Entgasung von Polymeren und Copolymeren schon lange zum Standard der Verarbeitung von Polymeren und Copolymeren. Beispielhaft wird auf die Beschreibung in folgenden Druckschriften Bezug genommen:
WO 2015 189326; WO2013037685; WO2009138402; WO2006108744;
WO2005047391 ; WO2005042639; WO2003020823; WO 2001018148;
WO20090901 19; WO2000050504; WO1999042276; EP80665; DE19815120.
Die Entgasung erfolgt am Extruder im einfachsten Fall durch eine Öffnung im Gehäuse, oben, wobei an der Öffnung atmosphärischer Druck anliegt. Wenn der Schmelzedruck in dem Extruder etwas höher als der Druck an der
Gehäuseöffhung ist, tritt auch Schmelze mit aus. Die Schmelze wird dann in einem Dom/Behälter über der Gehäuseöffnung aufgefangen.
Der Wirkungsgrad solcher Entgasung ist gering. Besser ist es, wenn an der Gehäuseöffhung gegenüber dem Extruderinnenraum ein Unterdruck anliegt. Aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem außen anliegenden Unterdruck und dem im Extruderinnenraum bestehenden Druck ergibt sich eine wesentliche bessere Entgasung. Es ist bekannt, ein Vakuum außen an die Öffnung
anzulegen, vgl. zum Beispiel
DE201026101935, DE202010017571 , DE 102014016380, DE 102013225178, DE 10201 1 1 12081 , DE 102006001 171 , DE 102008012185 , DE 10066229,
DE10054854, DE10048028, EP2801461, WO00201461997, WO2013/189801, WO002009000408.
Unter Vakuum versteht der Fachmann einen unter wirtschaftlichen Bedingungen größtmöglichen Unterdruck gegenüber dem Umgebungsdruck. Wirtschaftlich ist in der Regel noch das Anlegen eines Unterdruckes von kleiner/gleich 20mbar, auch noch von lOmbar. Bekannt ist auch das Anlegen eines Unterdruckes von 5mbar, sogar das Anlegen eines Unterdruckes von lmbar. Bereits in der Vergangenheit ist festgestellt worden, daß es für die Entgasung auch auf die Stelle ankommt, an der sich die Entgasungsöfmung befindet. Bei einem Planetwalzenextruder ergeben sich sehr günstige Verhältnisse, wenn die Öffiiung sich dicht am Anlaufring oder im Anlaufring befindet, und zwar an der Seite welche der Gleitfläche der Planetspindeln abgewandt ist. Der Anlaufring kann dabei einteilig oder mehrteilig sein und auch andere Funktionen als die eines bloßen Anlaufringes erfüllen.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine wirkungsvolle Entgasung sicher zustellen.
Nach der Erfindung wird das mit den Merkmalen des Hauptanspruches erreicht. Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Ausführungsformen.
Dabei geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, daß für die Entgasung folgende Punkte wichtig sind
-welche flüchtigen Bestandteile zu entgasen sind
-ob die flüchtigen Bestandteile in dem geschmolzenen oder plastifizierten Extrusionsgut gelöst oder nur verteilt sind
-bei welcher Temperatur zu entgasen ist
-bei welcher Temperatur wesentliche andere Teile aus dem Extrusionsgut vergasen
-welche Zähigkeit das Extrusionsgut hat
-bei welchem Differenzdruck andere Teile des Extrusionsgutes in wesentlichem Umfang mitgerissen werden
-wie viel zu entgasen ist
-welche Entgasungsleistung zur Verfügung steht
Nach der Erfindung ist für die Entgasung
a)mindestens ein Entgasungsmodul in der Bauart eines
Planetwalzenextruders vorgesehen, mit einem Gehäuse, das innen mit einer Buchse versehen ist, die extrusionsgutseitig mit der
Innenverzahnung versehen ist, mit der die um die Zentralspindel umlaufenden Planetspindeln kämmen.
Ein Planetwalzenextruder ist einem Dünnschichtvergaser ähnlich, weil geschmolzenes bzw. plastifiziertes Extrusionsgut zwischen den Planetspindeln, dem innen verzahnten Buchse des Gehäuses und der außen verzahnten
Zentralspindel dünn ausgewalzt werden kann. Es entsteht eine dünne
Extrusionsgutschicht in gleicher, vorbestimmter und geringer Dicke.
Die ständige Umformung des Extrusionsgutes im Planetwalzenextruder setzt in sehr vorteilhafter Weise eingeschlossene bzw. gelöste Gase frei, die dann entweichen können oder abgezogen werden.
Ferner bietet der Planetwalzenextruder eine vorteilhafte Temperierung, wenn b) zumindest zwischen der Buchse und dem umgebenden Gehäuse eine Temperierung (Kühlung/Beheizung) vorgesehen ist, wobei das
Temperierungsmittel in Kanälen gefuhrt ist, welche wie Gewindegänge an der Buchsen-Oberfläche verlaufen und das Temperierungsmittel zugleich in axialer Richtung der Buchse fuhren.
Je genauer die Temperierung ist, desto besser läßt sich entgasen.
Nach der Erfindung finden bei der Temperierung vorzugsweise Buchsen
Anwendung,
c)die im Tiefsten zwischen ihren Zähnen der Innenverzahnung und dem
Temperierungsmittel in Abhängigkeit von der Baugröße des Extruders folgende Materialdicke in Millimeter (mm) aufweisen
Baugröße Materialdicke bevorzugte Materialdicke
70 kleiner/gleich 4,5 kleiner/gleich 3 100 kleiner/gleich 4,5 kleiner/gleich 3
150 kleiner/gleich 5 kleiner/gleich 3,5
180 kleiner/gleich 5,7 kleiner/gleich 3,6
200 kleiner/gleich 5,6 kleiner/gleich 3,6
250 kleiner/gleich 5,7 kleiner/gleich 3,7
280 kleiner/gleich 6 kleiner/gleich 4
300 kleiner/gleich 6 kleiner/gleich 4
400 kleiner/gleich 6,5 kleiner/gleich 4,5
Als Baugröße wird der Teilkreisdurchmesser der Innenverzahnung im
Gehäuse/Buchse angesehen. Die vorstehenden Maße sollen sowohl dann
Anwendung finden,
-wenn die Kanäle in die Innenwand des Gehäuses eingearbeitet sind, -als auch, wenn die Kanäle in die Außenfläche der Buchse eingearbeitete sind. Dann kommt es auf den geringsten Abstand zwischen dem Tiefsten zwischen den Zähnen und dem Tiefsten der Kanäle an.
Extrem dünne Buchsen sind durch Anwendung einer Funkenerosionstechnik bei der Herstellung der Innenverzahnung möglich, wie sie beschrieben ist in DE 102013000708, DE 102012006169, DE 102010026535, DE102009059912, DE 102007050466, DE 102004048440, DE10354172.
Vorzugsweise sind die Buchsen außen mit Nuten versehen. Die Buchsen können ebenso wie die Innenverzahnung durch Funkenerosion mit den kanalbildenden Nuten versehen werden. Wenn die Nuten jedoch vor der Innenverzahnung hergestellt werden, lassen sich die Nuten an dünnwandigen Buchsen auch auf einer Drehbank oder Fräsbank einarbeiten.
In den kanalbildenden Nuten fließt das Temperierungsmittel von einem
Buchsenende zum anderen Buchsenende. Die Nuten verlaufen vorzugsweise mit einer Steigung zur Buchsenmittelachse wie die Innenverzahnung. Die Steigung der Nuten kann die gleiche wie die der Innenverzahnung sein. Die Steigung kann jedoch auch größer oder kleiner sein. Die Nuten können auch gegenläufig zu der Innenverzahnung der Buchsen verlaufen.
Im Falle der in die Buchsenaußenfläche eingearbeiteten Kanäle bezieht sich die vorstehenden Dickenangaben auf die geringste Materialdicke zwischen dem Tiefsten der außen an den Buchsen vorgesehenen Nuten/Kanäle und dem
Tiefsten zwischen zwei Zähnen der Innenverzahnung der Buchsen.
Mit den außen genuteten Buchsen korrespondieren Gehäuse mit einer glatten Innenbohrung zur Aufnahme der Buchsen. Nach der Montage der Buchsen im Gehäuse sind die Nuten außen geschlossen, so dass geschlossene Kanäle entstanden sind. Die Montage erfolgt vorzugsweise durch Aufschrumpfen der Gehäuse auf den Buchsen.
Die erfindungsgemäß dünnen Buchsen haben für die Temperierung eine große Bedeutung. Sie verkürzen den Wärmefluß, so daß sich die Temperatur das zu entgasende Extrusionsgut schneller und damit genauer regeln läßt.
Für die Temperierung ist außerdem günstig, wenn eine Vielzahl von Kanälen sich an der Außenfläche der Buchsen entlang windet. Dadurch können die Buchsen gleichmäßig temperiert werden. Je größere die dabei zu
transportierende Wärmemenge ist, desto größer wird der Temperaturunterschied zwischen dem Temperierungsmittel und dem Extrusionsgut im Extruder gewählt. Ferner kann mit der Fließgeschwindigkeit des Temperierungsmittels Einfluß auf die Temperierung genommen werden.
Mit der erfmdungsgemäßenTemperierung können auch kleine
Temperaturfenster für die Herstellung der Polymermischung und deren
Verarbeitung eingehalten werden. Außerdem läßt sich mit der Temperierung an jeder gewünschten Stelle ein verarbeitungsgünstiger Zustand des
Extrusionsgutes erzeugen.
In dem Sinne kann zweckmäßig sein, die Temperatur innerhalb eines
Herstellungsfensters bzw. Verarbeitungsfensters einmal oder mehrmals zu erhöhen und/oder zu senken. Das gilt besonders für Polymere mit geringer, temperaturabhängiger Zähigkeit. Dann kann die Temperatur zum Beispiel im Bereich einer Dichtung zur Erhöhung der Zähigkeit reduziert werden. Dagegen kann die Temperatur in einem anderen Bereich mit gewünschter hoher
Reaktionsfähigkeit des Extrusionsgutes zur Verringerung der Zähigkeit erhöht werden.
Als Temperierungsmittel wird vorzugsweise Wasser verwendet, soweit möglich. Bei höheren Temperaturen, für die Wasser als Temperierungsmittel nicht mehr geeignet ist, kommt Öl zum Einsatz.
Nach der Erfindung wird dabei einer Temperaturänderung des Extrusionsgutes in der Entgasungszone vorzugsweise dadurch Rechnung getragen,
d)daß über die Länge der Entgasungsstrecke in der Entgasungszone mehrere Temperierungseinrichtungen in Extrusionsrichtung des
Planetwalzenextruders hintereinander angeordnet sind. Dazu können die von einem Ende der Entgasungszone zum anderen Ende der
Entgasungszone führenden Kanäle für die Temperierung in einzelne Kanalabschnitte unterteilt sein und ist jedem Kanalabschnitt ein eigenes Heiz/Kühlgerät zugeordnet, so daß die verschiedenen Kanalabschnitte unterschiedlich mit Temperierungsmittel beaufschlagt werden können. Dabei kann in jedem der Abschnitt mit einer anderen gewünschten
Temperatur gearbeitet werden. Im Falle einer Temperierung mit Wasser, ist jede der Temperierungseinrichtungen mit einem eigenen Wasserkreislauf versehen. Im Falle von Öl als Temperierungsmittel hat jeder Abschnitt seinen eigenen Ölkreislauf.
Wahlweise wird die erfindungsgemäße Kühlung genutzt,
e) um eintretendes Extrusionsgut von geringer Zähigkeit(zum Beispiel mit einem Verhalten wie Wasser) zu kühlen und dadurch deren Zähigkeit anzuheben. Das Anheben der Zähigkeit verringert an sich die Fähigkeit des Extrusionsgutes zu entgasen. Die Erfindung hat jedoch erkannt, daß bei horizontal liegender Anordnung des Planetwalzenextruders und wasserähnlichem Zustand des Extrusionsgutes mit dem
Planetwalzenextruder kein Druck auf das Extrusionsgut ausgeübt werden kann, der eine ausreichende Druckdifferenz für eine wirtschaftliche Entgasung ermöglicht. Die Reibung mit dem Planetwalzenextruder und den Polymeren ist dann zu gering, als daß eine nennenswerte
Förderwirkung entsteht, die zu einem entsprechenden Druck des
Extrusionsgutes führt.
Nach der Erfindung
f) wird der Druck im Extruder in dem Fall durch Abkühlung des
Extrusionsgutes und daraus folgender Erhöhung der Zähigkeit auf vorzugsweise mindestens 1 bar Überdruck, noch weiter bevorzugt auf mindestens 2bar und höchst bevorzugt auf mindestens 3 bar Überdruck erhöht.
Bei einem solchen Überdruck findet schon eine Entgasung statt, wenn nur dem Gas Gelegenheit gegeben wird, durch eine Entgasungsöfmung zu entweichen.
Die Entgasung kann noch wesentlich gesteigert werden,
g) indem außen an die Entgasungsöfmung ein Unterdruck angelegt wird.. Dabei können sich verschiedene Fallkonstellationen ergeben.
h)bei relativ hohem Druck im Extruder wird mit Hilfe eines leer laufenden Seitenarmextruders dem Gas Gelegenheit gegeben, aus dem
Entgasungsextruders zu entweichen, während der Seitenarmextruder das geschmolzene bzw. plastifizierte Extrusionsgut im Extruder zurück hält. Solche Seitenarmextruder sind vorzugsweise als
Doppelschneckenextruder ausgebildet und zum Beispiel beschrieben in der WO2017/001048, DE 102012008169, DE 102006001 171. Sofern sich die Funktion des leer laufenden Doppelschneckenextruders auf das Zurückdrängen des geschmolzenen bzw. plastifizierten Extrusionsgutes beschränkt, können sehr kurze Schnecken Anwendung finden, zum
Beispiel mit einer Länge von höchstens 150mm, vorzugsweise einer Länge von höchstens 100mm und noch weiter bevorzugt einer Länge von höchstens 50mm.
Der Seitenarmextruder ist für die Entgasung im berührten Bereich der Buchse von großem Vorteil. Der Seitenarmextruder kann auch in einem Bereich von Vorteil sein, in dem kein geschmolzenes bzw. plastifiziertes Extrusionsgut nach außen drückt.
Der Seitenarmextruder kann auch bei höherem Innendruck als 3bar im Extruder arbeiten, auch bei einem für die Entgasung vorteilhaften geringen Füllungsgrad des Extruders.
Außerdem ist von Vorteil, wenn der Hohlraum des
Planetwalzenextruders/Planetwalzenextruderabschnitt/Moduls durch Reduzierung der Planetspindelzahl vergrößert wird. Das geschieht durch Herausnahme einer oder mehrerer Planetspindeln und neue gleichmäßige Verteilung der Planetspindeln am Umfang der Zentralspindel. Vorzugsweise werden dabei so viele
Planetspindeln entfernt, daß mindestens ein Abstand von 1D, vorzugsweise von 1 ,5D und noch weiter bevorzugt von 2D zwischen den Planetspindeln entsteht. Durch die Reduzierung der Planetspindelzahl verringert sich die Förderwirkung des
Planetwalzenextruders/Planetwalzenextruderabschnitts/Moduls. Desgleichen verringert sich die Förderwirkung des
Planetwalzenextruders/Planetwalzenextruderabschnitts/Moduls durch Auswechselung der normal verzahnten Planetspindeln gegen Planetspindeln mit unterbrochener Verzahnung oder teilweise entfernter Verzahnung eingesetzt werden. Die bekanntesten
Planetspindeln mit unterbrochener Verzahnung sind die
Igelspindeln und die Noppenspindeln.
Die Igelspindeln entstehen, indem in normal verzahnte Planetspindeln in Abständen ringförmige Ausnehmungen in die Planetspindeln gearbeitet werden. Die Noppenspindeln entstehen nach normaler Verzahnung der Planetspindeln , wenn die Planetspindeln mit einer gegenläufigen
Verzahnung versehen werden.
Die bekanntesten Planetspindeln mit teilweise entfernter Verzahnung sind die Transportspindeln. Die Transportspindeln können gleichfalls aus normal verzahnten Planetspindeln entstehen, indem einer oder mehrere Zähne in Längsrichtung der Planetspindeln aus den Planetspindeln herausgearbeitet werden. Dabei bleibt mindestens ein Zahn vollständig erhalten. Vorzugsweise bleiben mindestens drei gleichmäßig am Umfang verteilte Zähne erhalten. Die Transportspindeln können auch
spanabhebend nach einem vorstehend beschriebenen Muster hergestellt werden, zum Beispiel konturgefräst werden. Auch eine mehrstufige Herstellung kommt in Betracht, zum Beispiel durch grobes Fräsen und anschließendes Schleifen als Feinbearbeitung oder durch
Funkenerodieren.
Bei der erfindungsgemäßen Entgasung kann das zu entgasende
Extrusionsgut an einer zum Eintragen von Einsatzmaterial üblichen Stelle in den Extruder eingeführt werden. Soweit das Einfüllen plastifizierten bzw. flüssigen Extrusionsgutes gegen einen Innendruck im Extruder erfolgt, wird die Schmelze mit einer Pumpe in den
Planetwalzenabschnitt/Modul gedrückt. Die Pumpe drückt das
geschmolzene bzw. flüssige Extrusionsgut in Richtung des
Extruderaustrages. Üblicherweise fordert der
Planetwalzenextruder/Abschnitt/Modul auch in Richtung des Austrages. Dann addieren sich die Förderwirkungen.
Mit der erfindungsgemäßen Ausfuhrung überlagern sich im Extruder verschiedene Strömungen. Die im die Zentralspindel umlaufenden Planetspindeln verursachen im Groben eine um die Zentralspindel umlaufende Strömung, sowie im Groben eine Strömung in Längsrichtung der Zentralspindel und entlang der Zentralspindel. Die Pumpe verursacht eine in Längsrichtung entlang der Gehäuseinnenwand verlaufende
Strömung. Hinzu kommt die Verwirbelung des Extrusionsgutes um die Planetspindeln herum. Das Ergebnis ist ein extremer Austausch des Extrusionsgutes in allen Bereichen des Extruders. Dadurch wird dem Extrusionsgut extrem viel Gelegenheit zum Entgasen gegeben.
Nach der erfindungsgemäßen teilweisen Füllung des Extruders liegt es im Belieben der Bedienungsleute, welche Mengen geschmolzenen bzw. plastifizierten/flüssigen Einsatzmaterials zu- und abgeführt werden. Je geringer die Zu- und Abführung von Extrusionsgut ist, desto länger verbleibt das Extrusionsgut im Extruder und desto länger wirkt die Entgasung und desto stärker ist die Entgasung.
Der Seitenarmextruder kann an verschiedenen Stellen des Extruders angeordnet werden, auch in einem Zwischenstück zwischen zwei benachbarten Extrudermodulen.
Der Seitenarmextruder beinhaltet in seiner Bezeichnung einen Hinweis auf seine seitliche Anordnung am Planetwalzenextruderabschnitt/Modul. Nach der Erfindung kann es von Vorteil sein, den Seitenarmextruder entgegen seiner Bezeichnung senkrecht auf dem
Planetwalzenextruderabschnitt/Modul oder geneigt an dem
Planetwalzenextruderabschnitt/Modul anzuordnen. Das erleichtert das Zurückhalten des heraus drängenden geschmolzenen bzw. plastifizierten Extrusionsgutes. i)Bei geringem Druck im Extruder gegenüber dem Umgebungsdruck kann auch ohne Seitenarmextruder eine ausreichende Entgasung erfolgen. Dann kann zur Erzeugung des notwendigen Differenzdruckes ein
Unterdruck/Vakuum an den Extruder angelegt werden.
Der Unterdruck kann das sein, was herkömmlich unter Vakuum
verstanden wird, nämlich ein wirtschaftlich darstellbarer Unterdruck bis herunter auf lOmbar oder herunter bis auf 5mbar. Je nach Überdruck im Extruder kann auch ein Unterdruck von 0,5bar oder von 0,8bar gegenüber dem Umgebungsdruck ausreichen. Bei solchem Unterdruck beschränkt sich der Beitrag des Saugzuges im Wesentlichen auf das Abziehen bereits ausgetretenen Gases.
Wenn der Differenzdruck in die Nähe des Grenzbereiches kommt, bei dem Gefahr besteht, daß geschmolzenes oder plastifiziertes/flüssiges Extrusionsgut durch das austretende Gas mitgerissen wird, dann ist von Vorteil, über einen zwischenliegenden Entgasungsbehälter/Dom zu entgasen. Solche Behälter sind oben beschrieben.
Dabei ist von Vorteil, wenn die vorgesehenen Entgasungsleitungen isoliert und gegebenenfalls beheizt werden, um ein Verstopfen der Entgasungsleitung durch sich niederschlagendes geschmolzenes bzw. plastifiziertes Extrusionsgut zu verhindern.
Für eine Entgasung ohne Seitenarmextruder ist es zweckmäßig, die Entgasungsöffhung im Extruder in einem Bereich des
Planetwalzenextruders anzuordnen, der möglichst wenig von dem
Extrusionsgut berührt wird. Solch ein Bereich ist insbesondere
einlaufseitig im Planetwalzenextruder gegeben. Dort bildet sich
erfahrungsgemäß ein Hohlraum, weil Planetwalzenextruder nicht 100%ig gefüllt werden. Füllungsgrade von 70 bis 90% und weniger sind in der WO2013/159801 beschrieben.
Das Gas wird dabei mindestens teilweise entgegen der Extrusionsrichtung im Extruder abgezogen. Das wird als Rückwärtsentgasung bezeichnet. Dabei ist es von Vorteil, wenn das Gas über eine Ringkonstruktion abgezogen werden kann, die zwischen zwei benachbarten
Modulenden/Gehäuseenden angeordnet ist. An der Stelle kann eine Leitung leicht zu der Ringkonstruktion gefuhrt werden, die ein
Entweichen des Gases oder ein Abziehen des Gases erlaubt.
Die Ringkonstruktion besitzt Entgasungsöffnungen, welche über innen liegende Kanäle mit der Leitung verbunden sind, durch die das Gas entweichen kann oder abgezogen werden kann.
Wenn dem für die Entgasung bestimmten Extmderabsclinitt/Modul für andere Aufgaben ein anderer Planetwalzenextruderabschnitt/Modul in Extrusionsrichtung vorgeordnet ist, kann die Ringkonstruktion für die Entgasung vorteilhafterweise mit dem Anlaufring des vorgeordneten Planetwalzenextruderabschnitt/Moduls zusammen gefaßt werden. Es kann sich auch als ausreichend erweisen, die Ringkonstruktion für die
Entgasung an den Anlaufring des vorgeordneten
Planetwalzenextruderabschnitts/Moduls anzulegen.
Für eine Rückwärtsentgasung ist auch eine vertikale oder geneigte
Anordnung des nach Art eines Planetwalzenextruders ausgebildeten Entgasungsabschnitts/Moduls geeignet. Dann bildet sich sogar bei wasserähnlich fließfähigen Einsatzstoff und bei geringer Förderwirkung der Planetenteile des Entgasungsabschnitts/Moduls ein Hohlraum am oberen Ende des Entgasungsabschnitts/Moduls, in den das zu entfernende Gas austreten kann und aus dem das zu entfernende Gas abgezogen werden kann. Bei einer vertikalen Anordnung des Extruders weist das Austrittsende senkrecht nach unten. Dann bildet sich ein mittiger, oben offener Hohlraum, in dem das Gas sich sammelt und aus dem das Gas sehr vorteilhaft nach oben entweichen bzw. abgezogen werden kann. Der Hohlraum läßt sich durch Änderung des Füllungsgrades, d.h. durch Zufuhrung mehr oder weniger Einsatzstoffe größer oder kleiner gestalten. Je größer der Hohlraum ist, desto einfacher wird das Anlegen eines größeren Unterdruckes an den Entgasungsabschnitt/Modul.
Der vertikale Extruder wird für einen Entgasungsextruder bevorzugt, bei dem eine Rückwärtsentgasung stattfinden soll. Zu den Einzelheiten von vertikalen Planetwalzenextrudern wird Bezug genommen auf
DE 10048028, DE 3725641. Wenn der vertikale Extruder aufgrund seiner Bauhöhe keine Anwendung finden kann, kann ein geneigter Extruder als Entgasungsextruder geeignet sein.
Alternativ zur Rückwärtsentgasung kann in bekannter Weise an den Gehäusestellen, welche im Bereich der Gassansammlung im Extruder liegen, eine Entgasungsöffhung in das Gehäuse/Extrudermantel
eingearbeitet werden. Allerdings ist damit einiger Aufwand verbunden, weil spürbar in die Temperierung im Extrudergehäuse/Extrudermantel eingegriffen wird.
Nach der Erfindung ist bei Anwendung eines Unterdruckes zum Entgasen
j)an allen Leckstellen eine Dichtung vorgesehen, mit denen das Ansaugen von Umgebungsluft verhindert wird. Vorzugsweise findet als Dichtung eine Flüssigkeitsdichtung Verwendung. Die Flüssigkeitsdichtung basiert auf der Erkenntnis, daß die Dichtspalte sich mit einem zähflüssigen Schmiermittel gut gegen Luft und andere Gase sowie gegen leicht fließende Flüssigkeiten abdichten lassen. Bei der Abdichtung von Wellen und Achsen sind auf den Wellen und Achsen in den umgebenden
Bohrungen zum Beispiel zwei voneinander beabstandete
Ringe/Stopfbuchsen vorgesehen, wobei der Abstand zwischen den
Ringend/Stopfbuchsen mit dem zähflüssigen Schmiermittel ausgefüllt ist. Wahlweise kann zugleich mit einer ringförmigen Feder Druck auf einen der Dichtungsringe/Stopfbuchse ausgeübt werden, so daß ständig eine vollständige Ausfüllung des Spaltes durch das zähflüssige Schmiermittel gewährleistet ist. Dazu ist vorzugsweise der zum Extruderinnenraum hin angeordnete Dichtungsring/Stopfbuchse unnachgiebig und der andere, federbelastete Dichtungsringd/Stopfbuchse nachgiebig angeordnet. Nach der Erfindung wird bei außen am Planetwalzenextruder anliegendem Unterdruck
k)vorzugsweise zum Extruderaustritt hin eine Abdichtung mit
Extrusionsmaterial erzeugt. Das geschieht durch einen Stau des
Extrusionsmaterials vor dem Anlaufring.
Auf die Stauwirkung hat die Ausbildung der Planetspindeln Einfluß. Planetspindeln mit geringer Förderwirkung können nur einen geringen Druck verursachen; Planetspindeln mit hoher Förderwirkung dagegen einen höheren Druck.
Normal/Standardspindeln sind als Planetspindeln durchgängig von einem Ende zum anderen verzahnt. Andere Planetspindeln zeigen
Ausnehmungen. Je nach Gestaltung der Ausnehmungen ergibt sich ein hoher Einfluß auf die Transportwirkung der Planetspindeln. Igelspindeln besitzen kreisförmig an den Spindeln umlaufende Ausnehmungen. Das verringert die Transportwirkung, erhöht aber die Mischwirkung der Spindeln und die Verweilzeit des Extrusionsgutes im Extruder.
Eine drastische Verringerung der Transportwirkung geht von den
Noppenspindeln aus. Der drastischen Verringerung der Transportwirkung steht eine sehr viel größere Mischwirkung und Verweilzeit des
Extrusionsgutes im Extruder gegenüber.
Noppenspindeln sind doppelt verzahnte Spindeln, von denen die eine Verzahnung gegenläufig zur anderen Verzahnung verläuft. Durch diese Bearbeitung verbleiben am Spindelkern nur noch Noppen.
Bei sogenannten Transportspindeln ist die Transportwirkung
unterschiedlich. Hinsichtlich der Einzelheiten der Transportspindeln wird auf die DE 12006033089, EP 1844917 Bezug genommen. Je nach Beschaffenheit des Extrusionsgutes vergrößert sich die
Transportwirkung oder verkleinert sich die Transportwirkung der
Transportspindeln.
Gegebenenfalls wird bei unzulänglicher Transportwirkung auf das
Extrusionsgut ein gewünschter Stau vor dem Austritt eines
Planetwalzenextrudermoduls durch Verwendung eines zusätzlichen Stauringes erreicht. Der zusätzliche Stauring wird so angeordnet, daß seine Staufläche in Extrusionsrichtung hinter der Anlauffläche am
Anlaufring liegt. Dann kann der Stauring die Planetspindeln nicht beim Umlaufen um die Zentralspindel behindern.
Der Stauring kann Teil einer Ringkonstruktion sein, welche zugleich den Anlaufring und den Stauring bildet. Dazu ist zum Beispiel ein Anlaufring mit einem innen liegenden Bund geeignet, der gegenüber der Anlauffläche am Anlaufring in Extrusionsrichtung versetzt ist.
Der Stauring kann auch ein separates Bauteil sein, das in
Extrusionsrichtung hinter dem Anlaufring bzw. an dem Anlaufring anliegt und zusammen mit dem Anlaufring zwischen den Gehäusen zweier aneinander liegender Planetwalzenextruderabschnitte/Module liegt.
Vorteilhafterweise lassen sich solche Ringe und Ringkonstruktionen leicht zwischen den Gehäuseenden zweier aneinander stoßender/einander gegenüberliegender Planetwalzenextruderabschnitte/Module einspannen. Zur Zentralspindel läßt der Stauring sowohl in der mit dem Anlaufring einteiligen Bauweise als auch in der in Bezug auf den Anlaufring separaten Bauweise einen Spalt, der dem durchströmenden
Extrusionsmaterial einen solchen Widerstand entgegen setzt, daß sich vor dem Anlaufring der gewünschte Druck und eine gewünschte
Materialschicht aufbaut, welche den Durchtritt von Luft bzw. Gas verhindert. Der Stauring kann auch ein Ring sein, der in einer Nut der Zentralspindel sitzt, wobei seine Staufläche in Extrusionsrichtung hinter der Anlauffläche des Anlaufringes liegt. Der Stauring bildet dann mit dem Anlaufring einen gleichartigen Spalt wie in der zuvor beschriebenen Stauringanordnung. Vorzugsweise kommt dabei ein mehrteiliger, zum Beispiel zweiteiliger Stauring zum Einsatz, der bei der Montage um die Zentralspindel herum zusammen gesetzt werden kann, wenn die Zentralspindel schon im
Extruder angeordnet ist.
Nach der Erfindung kann der Stau von Extrusionsmaterial sehr wirkungsvoll durch eine vertikale oder stark geneigte Anordnung des zur Entgasung
bestimmten Planetwalzenextrudermoduls gefördert werden. Dabei weist der Extruder mit seiner Spitze nach unten. Dann sammelt sich auch bei geringer Förderwirkung vor dem Anlaufring so viel Extrusionsgut, daß dieses
Extrusionsgut eine Flüssigdichtung gegenüber einem in Extrusionsrichtung nachgeordneten Extruderabschnitt bildet.
Für den Einsatz eines Planetwalzenextruders für die Entgasung ist es aus der DE 102006001 171 bekannt, die Anzahl der um die Zentralspindel umlaufenden Planetspindeln so auszuwählen, dass sie geringer als die maximale Zahl der Planetspindeln ist. Dabei ergeben sich folgende Planetspindelzahlen
Baugröße Planetspindelzahl Modullänge
70 bis 100 6 bis 8 bis 700mm
120 bis 170 8 bis 10 bis 1000mm
180 9 bis 1 1 bis 1000mm
200 10 bis 12 bis 1000mm
250 13 bis 15 bis 1000mm
300 17 bis 19 bis 1000mm
400 23 bis 25 bis 1200mm Als Baugröße wird der Teilkreisdurchmesser der Innenverzahnung im Planetwalzenextrudergehäuse bezeichnet.
Nach der Erfindung kann
l)die Planetspindelzahl gegenüber der vorstehend genannten
Planetspindelzahl noch um bis zu 10%, vorzugsweise um bis zu 20% und noch weitere bevorzugt um bis zu 30% und höchst bevorzugt bis auf drei Planetspindeln reduziert worden. Für die Planetspindeln ist bei reduzierter Planetspindelzahl eine gleichmäßige Verteilung am Umfang der
Zentralspindel wichtig.
Die erfindungsgemäß reduzierte Planetspindelzahl führt zu einer wesentlichen Vergrößerung des Hohlraumes im Extruder. Bei gleichbleibender
Extrusionsgutmenge im Extruder entsteht eine größere Oberfläche, an der Gas austreten kann. Das erhöht die Entgasungsleistung.
Nach der Erfindung kann auch
m)durch Vergrößerung der Länge des Entgasungsmoduls eine größere Oberfläche und größere Entgasungsleistung geschaffen werden.
Die Vergrößerung der Länge des Entgasungsmoduls ist nach der
Erfindung möglich, weil sich mit der oben beschriebenen
Funkenerosionstechnik ohne Weiteres auch Innenverzahnungen für überlange Planetwalzenextrudermodule herstellen lassen. Mit
herkömmlicher Technik, bei der die Innenverzahnung gezogen wird, werden die Innengewinde mit zunehmender Länge immer schlechter. Mit solcher Technik lassen sich in der Praxis nur kurze
Planetwalzenextruderabschnitte/Module mit ausreichender Qualität herstellen.
Nach der Erfindung lassen sich n)aus kurzen Planetwalzenextrudermodulen auch durch
Aneinandersetzen mehrerer Module längere Entgasungsstrecken herstellen. Dabei können die Buchsen der Module mit Ihrer Verzahnung so ausgerichtet werden, daß eine überlange Planetspindel gleichzeitig mit der Innenverzahnung der einen Buchse und mit der Innenverzahnung der anderen Buchse kämmen kann.
Nach der Erfindung wird dann vorzugsweise genutzt, daß die
Innenverzahnung der Buchsen eine ganze Zähnezahl besitzt (an der Innenfläche der Buchse sind umlaufend ganze Zähne nebeneinander angeordnet, die parallel zueinander von einem Buchsenende zum anderen Buchsenende verlaufen). Um einen einwandfreien Eingriff der
Planetspindel in die Innenverzahnung benachbarter Buchsen zu bewirken, werden die Buchsen auf einen bestimmten Abstand gebracht, bei dem die Planetspindeln gleichzeitig in die Verzahnung beider Buchsen greifen. Ausgehend von einer immer gleicher Position der Buchsen in den
Modulgehäusen kann der Abstand aus der Steigung der Zähne und deren Abmessungen berechnet werden kann.
Der Abstand läßt sich auch empirisch ermitteln, indem zum Beispiel
- zunächst die Zentralspindel am Extruderantrieb montiert wird, -dann von den für die Entgasung bestimmten
Planetwalzenextrudermodulen das in Extrusionsrichtung erste Gehäuse mit seiner Buchse montiert wird,
- dann das in Extrusionsrichtung nächste (zweite) Gehäuse mit seiner Buchse über die Zentralspindel geschoben und mit den Spannschraubenöfhungen in seinem Gehäuseflansch auf die Spannschraubenöffhungen in dem benachbarten Flansch des zuvor montierten Gehäuses ausgerichtet wird
- dann zwischen die Zentralspindel und das zweite Gehäuse mit seiner Buchse eine Planetspindel (besser mehrere, um die Zentralspindel gleichmäßig verteilte Planetspindeln) geschoben wird, bis die Planetspindel an die Buchse des zweiten Gehäuses stößt
- dann das zuletzt aufgeschobene Gehäuse unter Drehung der Planetspindel und unter Wahrung obiger Ausrichtung von dem vorher montierten Gehäuse wieder beabstandet (auf Abstand gebracht) wird, bis die Planetspindel in die Innenverzahnung der Buchse des ersten Gehäuses greift. Der sich ergebende Abstand ist maßgebend für die Fertigung eines Zwischenstückes zwischen beiden Gehäusen/Buchsen. Der Abstand bestimmt die axiale Länge des Zwischenstückes. Bei nachfolgender Montage des
Zwischenstückes und der oben vorgesehenen Ausrichtung des zweiten Gehäuses lassen sich die Planetspindeln ohne weiteres durch den Zwischenraum zwischen der Zentralspindel und dem zweiten montierten Gehäuse in den Zwischenraum zwischen der Zentralspindel und dem ersten montierten Gehäuse schieben. Das geschieht unter gleichzeitigem Eingriff in die Außenverzahnung der Zentralspindel und in die Innenverzahnung der Gehäusebuchsen.
- in einem weiteren Beispiel kann das zuletzt aufgeschobene
(zweite) Gehäuse mit seiner Buchse auf einen gewünschten
Abstand von dem vorher montierten (ersten) Gehäuse gebracht werden und anschließend solange um seine Mitte gedreht werden, bis die Planetspindel in die Innenverzahnung der Buchse des ersten Gehäuses greift. Dann ist der gewählte Abstand zwischen den Gehäusebuchsen gleichfalls maßgebend für die Fertigung des Zwischenstückes. Bei der Montage muß das zweite Gehäuse mit seiner Buchse jedoch in die gleiche Drehstellung gebracht werden, die vorher ermittelt worden ist. Die Spannschraubenöffhungen in den Gehäuseflanschen, sind dann auf diese Drehstellung des zweiten Gehäuses gegenüber dem ersten Gehäuse ausgelegt.
- Das Zwischenstück kann in beiden Beispielen verzahnungsfrei die umlaufenden Planetspindeln umgeben. Das Zwischenstück kann aber wie die Buchsen innen verzahnt sein und die Lücke zwischen beiden Buchsen so überbrücken, daß eine Verzahnungslänge wie bei einer einteiligen Buchse entsteht, auf der die beiden oben beschriebenen Gehäuse aufgeschrumpft sind
In allen Beispielen mit berechneter axialer Länge des Zwischenstückes wie auch mit empirische ermittelter Länge des Zwischenstückes werden nach der
Montage des Zwischenstückes und nach der Montage des zweiten Gehäuses mit Buchse die Gehäuseflansche an den einander gegenüberliegenden Enden beider Gehäuse an den Flanschen miteinander verspannt, so daß das Zwischenstück zwischen den einander gegenüber liegenden Gehäuseenden eingespannt wird.
Nach der Erfindung kann auch zweckmäßig sein,
-zwei Modulgehäuse auf einer überlangen Buchse aufzuschrumpfen. Das kann mit Zwischenstück oder ohne Zwischenstück erfolgen. Das Zwischenstück hätte dann vorzugsweise die Aufgabe, die Buchsen in der Lücke zwischen den aufgeschrumpften Gehäusen vor Biegelasten und anderen Lasten zu schützen.
Nach der Erfindung sind
o)vorzugsweise im Verlauf der Entgasungsstrecke mehrere
Entgasungsstellen vorgesehen.
Dabei können gleiche oder unterschiedliche Entgasungen Anwendung finden. Die in Förderrichtung des Extrusionsgutes erste Entgasung kann zum Beispiel die vorstehende beschriebene Entgasung bei niedrigem
Differenzdruck unter außen am Extruder anliegendem
Unterdruck/Vakuum sein.
Die nachfolgende Entgasung kann eine Entgasung mittels eines oben beschriebenen, leer laufenden Seitenarmextruders sein, der in einem Bereich angeordnet ist, in dem bereits ein Druckaufbau in dem
Extrusionsmaterial stattgefunden hat.
Nach der Erfindung
p)kann die mehrfache Entgasung an einem
Planetwalzenextruderabschnitt/Modul stattfinden.
Die mehrfache Entgasung kann sich auch auf mehrere hintereinander angeordnete Planetwalzenextrudermodule verteilen.
Durch mehrfache Entgasung kann eine stufenweise Entgasung zur
Entfernung des gleichen Gases stattfinden.
Die mehrfachen Entgasung kann auch dazu genutzt werden, verschiedene Gase zu entfernen, die in unterschiedlichen Verarbeitungsschritten im Extruder anfallen.
Mehrere hintereinander und fluchtend angeordnete
Planetwalzenextrudermodule besitzen zwar separate Gehäuse und separate, die Innenverzahnung bildende Buchsen und in der Regel separate Planetspindeln, aber immer eine gemeinsame Zentralspindel. Die gemeinsame Zentralspindel bedingt eine gemeinsame Drehbewegung aller beweglichen Teile.
Mehrere, in Extrusionsrichtung hintereinander nicht fluchtend
angeordnete Planetwalzenextudermodule besitzen separate
Zentralspindeln. Solche Anordnung ergibt sich bei sogenannten
Tandemanlagen mit Primärextruder und Sekundärextruder bzw. in Kaskadenanlagen, wenn in Extrusionsrichtung weitere Extruder nicht fluchtend hinder dem Sekundärextruder vorgesehen sind.
Sowohl bei den fluchten Planetwalzenextruderabschnitten/Modulen als auch bei den Abschnitten/Modulen einer Tandemanlage/Kaskadenanlage kann in jedem der Abschnitte/Module eine oben beschriebene Entgasung mit geringem Druckgefalle einschließlich außen anliegendem
Unterdmck/Vakuum und/oder bei höheren Drücken eine oben
beschriebene Entgasung mittels eines leer laufenden Seitenarmextruders zur Anwendung kommen.
Wahlweise läßt sich dies auch dadurch verwirklichen, daß anstelle eines für die Entgasung bestimmten langen Planetwalzenmoduls für die wiederholte Anwendung dieser Entgasungstechnik zwei oder mehr Planetwalzenextrudermodulen eingesetzt werden. Dabei kann schon allein die von dem Anlaufring ausgehende Stauwirkung ausreichen, um einen gewünschten Druck im Extruder zu erreichen.
Nach der Erfindung kann eine vorstehend beschriebene Entgasung
-auch mit einer Entgasung kombiniert werden, die bei Tandemanlagen bekannt ist. Die Tandemanlagen bestehen aus einem Primärextruder und einem Sekundärextruder, der üblicherweise mit seinem Eintrittsende unter dem Austrittsende des Primärextruders angeordnet ist.
Seit langem ist bekannt, den Übergang vom Primärextruder in den
Sekundärextruder einzuhausen, und das Gehäuse beim Austritt des Extrusionsgutes aus dem Primärextruder bis zum Eintritt in den
Sekundärextruder zu entgasen. Dazu ist dann an das Gehäuse ein entsprechender Unterdruck angelegt.
Nach der Erfindung kann in q)jedem der Module auch eine zusätzliche Entgasung an einer Stelle mit höherem Druck im Extrusionsgut mittels eines oben beschriebenen Seitenarmextruder erfolgen. Dies kann einmal oder mehrmals erfolgen.
Die vorstehend beschriebenen Entgasungsmöglichkeiten können auf Schmelze bzw. plastifiziertes Extrusionsgut Anwendung finden, die in Extruderabschnitten erzeugt wird, die dem für die Entgasung bestimmten
Planetwalzenextmderabschnitt/Modul vorgeordnet sind. Die vorstehend beschriebenen Entgasungsmöglichkeiten können auch Anwendung finden auf geschmolzenes bzw. plastifizirtes Extrusionsgut, das anders erzeugt wird als in vorgeordneten Extruderabschnitten/Modulen, und in den für die Entgasung bestimmten Extruder abschnitt (zum Beispiel mit einer Pumpe) eingetragen wird.
Die vorstehend beschriebene Entgasung im Planetwalzenextruder hat nicht nur den Vorteil des dünnen Auswalzens des Extrusionsgutes, sondern auch den Vorteil besonderer Mischung des Extrusionsgutes.
Die vorstehend beschriebenen Entgasungsmöglichkeiten können nicht nur auf Schmelze Anwendung finden, welche in einen zur Entgasung bestimmten Planetwalzenextruder eingetragen wird. Es ist auch eine Anwendung auf
Einsatzgut möglich, das aus Partikeln besteht, die gar nicht oder nur an der Oberfläche eine Erwärmung erfahren haben oder nur an der Oberfläche geschmolzen sind. Dann dient die Entgasung dazu, die beim Eintragen in den zur Entgasung bestimmten Extruder mitgeführt Luft oder Trägergas ganz oder teilweise zu entfernen.
Überdies kann die erfindungsgemäße Entgasung mit der Entgasung eines Partikelstromes kombiniert werden, der aus einem Schütt-Trichter oder mittels Druckluft oder mittels eines anderen Gas-Trägermediums dem Extruder zugeführt wird.
Dabei greift die Erfindung auf eine Technik zurück, wie sie in der
DE 102015001 167 und PCT/EP2016/000077 und dem darin aufgelisteten Stand der Technik beschrieben ist. Nach dem Stand der Technik wird die in der Schüttung befindliche Luft in dem zum Einfüllen des Extrusionsgutes dienenden Teil des Extruders (auch als Füllteil bezeichnet) über Filter abgezogen. Im Übrigen wird das so nicht schüttfähige Feingut (pulverförmige und staubförmige Partikel), das mit Druckluft oder anderem gasförmigen Trägermedium
herangeführt wird, vor dem Eintritt in den Extruder möglichst weitgehend von der Druckluft und anderem Trägermedium getrennt. Dabei kommen
vorzugsweise Filter und Stopfschnecken zur Anwendung. Noch weiter bevorzugt bestehen die Filter aus Sintermaterial und wird die Filterfläche durch eine Vielzahl von Filterscheiben gebildet. An den Filterscheiben wird eine Schicht angesaugten Extrusionsgutes gebildet, das mittels der Stopfschnecke fortlaufend abgearbeitet und der Einlaßöffnung des Extruders zugeführt wird. Die Stopfschnecke ist vorzugsweise wiederum eine Doppelschnecke nach Art eines Doppelschneckenextruders, wie sie auch für Seitenarmextruder verwendet wird.
Die erfindungsgemäße Entgasung ist üblicherweise Bestandteil der Herstellung von Polymeren bzw. Polymermischungen und deren Verarbeitung. Dabei können zum Teil in großem Umfang Füllmittel und diverse Harze und Additive und andere Bestandteile Anwendung finden. Klassisch ist die batch- Weise Herstellung in Mischern. Auch aus dem Mischer können die Polymere und Polymermischungen einem Extruder zur Entgasung und Weiterverarbeitung zugeführt werden.
Vorteilhaft ist, bereits mit der Herstellung der Polymermischung im Extruder zu beginnen. Der Extruder erlaubt es sogar, mehrere Herstellungsschritte und Bearbeitungsschritte in einer Linie durchzuführen. Dann sollte die Entgasung im Planetwalzenextruder ein Teil der Extrusionslinie sein. Zu einer solchen
Extrusionslinie gehört es, daß Einsatzstoffe in Granulatform oder feinkörnig oder auch flüssig zugegeben werden können. Dabei können die Bestandteile des Extrusionsgutes einzeln oder in Gruppen als Vormischung (Compound) zugegeben werden. Zum Stand der Technik der Verarbeitung von Polymeren im Extruder wird Bezug genommen auf:
DE1 12007002445, DE1 12005000058, DE 102015217860,
DE102013017927, DE 102012207801 , DE 10201 1089331,
DE10201 1075313, DE102010038288, DE 102009046362,
DE102008058537, DE 102008019804, DE 102008001431 ,
DE 102006043259.
Die Füllstoffe werden häufig in fester Form in den Extruder aufgegeben.
Die Zugabe der granulatförmigen festen Stoffe erfolgt durch Schüttung mit einer Volumendosierung und/oder einer Gewichtsdosierung. Die Zugabe
pulverförmiger oder staubförmiger Stoffe erfolgt in der oben wieder gegebenen besonderen Weise. Die Zugabe fester Stoffe beinhaltet einen erheblichen baulichen Aufwand am Extruder. Deshalb ist es üblich, die Zugabe fester Stoffe soweit als möglich auf das Füllteil des Extruders zu beschränken. Wenn gleichwohl noch an anderer Stelle der Verarbeitungsstrecke feste Stoffe zugegeben werden müssen, erfolgt das vorzugsweise über Seitenarmextruder. Zur Bauart der Seitenarmextruder wird Bezug genommen auf
DE202010017570, DE 102012008169. Dabei können insbesondere die als Doppelschneckenextruder ausgebildeten Seitenarmextruder die Feststoffe auch gegen den Innendruck des Hauptextrudes eintragen. Die flüssigen Stoffe (zum Beispiel Harze/Öle bzw. Treibmittel im Falle der Herstellung von Kunststoffschaum oder flüssige Reaktionspartner) werden eingespritzt. Die flüssigen Stoffe können unterschiedlichen Zwecken dienen. Der Zweck der flüssigen Reaktionspartner liegt auf der Hand.
Überschüssige flüssige Stoffe können durch Verdampfung und Entgasung entfernt werden. Der Grad der Entfernung ist von Vollständigkeit der
Verdampfung wie auch von der Vollständigkeit der Entgasung abhängig.
Die Verdampfung und Entgasung kann in einem
Planetwalzenextruderabschitt/Modul oder mehreren
Planetwalzenextmderabschnitten/Modulen erfolgen. Beim Einsatz mehrerer Planetwalzenextruderabschnitte/Module für die Verdampfung und Entgasung ist vorzugsweise für das Verdampfen mindestens ein separater
Planetwalzenextruderabschnitt/Modul vorgesehen. Entsprechendes gilt für die Entgasung. Die separaten Extruderabschnitte/Module erleichtern die
Temperierung.
Die Verdampfung und Entgasung kann in einer oder mehreren Stufen erfolgen. Dabei ist wahlweise wiederum jeder Verdampfungszone und jeder
Entgasungszone ein separater Extmderabsclmitt/Modul zugeordnet.
Die Verdampfung erfolgt unter Temperaturerhöhung. Die Temperaturerhöhung kann durch Wärmezuführung von außen und/oder durch einen mechanischen Energieeintrag in das Extrusionsgut erfolgen. Der mechanische Energieeintrag erfolgt durch die Verformung des Einsatzgutes im Extruder.
Der flüssige Einsatzstoff kann auch ein Reaktionshilfsmittel sein. Das
anschließend wieder entfernt werden soll. Für die Entfernung der flüssigen Reaktionspartner gilt das gleiche wie für die Entfernung anderer flüssiger Einsatzstoffe. Durch eine gewünschte Reaktion im Extruder kann auch eine flüssige Phase im Extruder entstehen, die ganz oder teilweise entfernt werden soll. Für die zu entfernenden Flüssigprodukte gilt das gleiche wie für die Entfernung anderer flüssiger Einsatzstoffe.
Zum Einspritzen sind vorzugsweise Düsen in einer Ringkonstruktion
vorgesehen, die mit dem Anlaufring eine Einheit bildet oder an dem Anlaufring anliegt. Dies hat den Vorteil, daß die Ringkonstruktion durch den Spalt zwischen den im Bereich des Anlaufringes aneinander stoßenden
Modulenden/Gehäuseenden über eine Zuleitung mit den flüssigen Stoffen versorgt werden kann. In der Ringkonstruktion befinden sich eine entsprechende Leitungen, welche von der Zuleitung zu den einzelnen Düsenöffhungen fuhren. Wenn der Bedarf an den flüssigen Stoffen sich bereits deutlich vor oder deutlich nach dem Modulende/Gehäuseende zeigt, können die zugehörigen Module in ihrer Länge so verändert werden, daß die Lage der Modulenden/Gehäusenden dem angepaßt ist und das Einspritzen der flüssigen Stoffe zumindest nahe der richtigen Stelle erfolgt.
Der notwendige Einspritzdruck läßt sich in verschiedener Form darstellen.
Beliebt sind Pumpen zum Einspritzen. Aber auch Einschneckenextruder und Doppelschneckenextruder eignen sich zum Einspritzen, weil mit Ihnen auch hohe Einspritzdrücke darstellbar sind. Die Einschneckenextruder und
Doppelschneckenextruder haben überdies den Vorteil, daß sie zugleich feste Kunststoffpartikel schmelzflüssig machen können. In dem Fall wird auch von einem Seitenarmextruder gesprochen. Anders als bei Pumpen muß deshalb kein flüssiges Ausgangsmaterial für die Seitenarmextruder vorliegen. Das
einzutragende Material muß nur im Einschneckenextruder oder
Doppelschneckenextruder verflüssigbar sein. Wahlweise können auch Pumpen Verwendung finden, die mittels eines
Einschneckenextruders oder eines Doppelschneckenextruders mit flüssigem Ausgangsmaterial gefuttert werden.
Wo keine sinnvolle Gelegenheit zum Eindüsen flüssiger Bestandteile mit einer Ring-Düsen-Konstruktion am Extruder zwischen zwei
Extruderabschnitten/Modulen besteht, wird üblicherweise an der richtigen Stelle auf der Bearbeitungsstrecke des Extruders eine Bohrung eingebracht. Es können auch mehrere Bohrungen eingebracht werden, durch die dann eingedüst wird. Sofern mit einer Bohrung die Temperierung gestört wird, wird vorzugsweise am Umfang eine andere Stelle gewählt, an der die Bohrung ganz oder zumindest zu einem großen Teil innerhalb eines Steges zwischen zwei Kanälen für das Temperierungsmittel liegt.
Die erfindungsgemäße Entgasung kann zum Beispiel genutzt werden, um
-eingeschlossene Luft aus dem Extrusionsgut zu entfernen
-eingeschlossene sonstige Gase aus dem Extrusionsgut zu entfernen
-Feuchtigkeit im Extrusionsgut zu verdampfen und zu entfernen
-sonstige unerwünschte flüssigen Bestandteile im Extrusionsgut zu verdampfen und zu entfernen, zum Beispiel Lösungsmittel zu verdampfen und zu entfernen
-unerwünschte feste Bestandteile im Extrusionsgut zu verdampfen und zu entfernen
-unverbrauchte Reaktionspartner/Reststoffe und Schleppmittel, welche vorher zugegeben worden sind, zu entfernen. Ein Beispiel ist die
Polymerisation; durch Entgasen können unverbrauchte Monomere entfernt werden.
-aufgespaltene Anteile chemischer Verbindungen zu verdampfen und zu entfernen. Zum Teil gelingt die Aufspaltung chemischer Verbindung allein durch Temperatur und intensive Knetarbeit im Extruder. Zum Teil gelingt die Aufspaltung nur unter Anwendung von Hilfsmitteln
-dabei wird vorzugsweise mit Entgasungsringen zwischen aneinander stoßenden Gehäusen von Extruderabschnitten/Modulen bzw. mit einem
Entgasungsring am Eintritt in einen als Entgasungsextmderabschnitt/Modul dienenden Planetwalzenextruderabschnitt/Modul gearbeitet
-wo darüber hinaus eine Entgasung zweckmäßig ist, findet vorzugsweise ein leer laufender Seitenarmextruder Anwendung.
Die flüchtigen Bestandteile in extrudierten Polymermischungen können zum Beispiel mehr als 5 Gew% von der Mischung betragen, während nur ein Anteil von 0,2Gew% oder weniger zulässig ist.
Die Gründe für die notwendige Reduzierung der flüchtigen Bestandteile können unterschiedlich sein. Dazu gehören
-Verbesserung der Produktqualität
-Vermeidung gesundheitlicher Schäden. Es wird eine spätere Ausgasung verhindert. Die Vermeidung gesundheitlicher Schäden kann im Übrigen die Kombination mit einer Gasabsaugung am Extruderaustritt zweckmäßig machen.
-Verringerung der Kosten
-Verhindern eines chemischen Abbaus
-Durchführung weiterer Verarbeitung
Die Erfindung ist praktisch anwendbar auf alle vorkommenden Polymere einschließlich der thermisch vernetzbaren Polymere und deren Verarbeitung. Eine der Industrien mit wichtiger Anwendung von Extrudern und Entgasung ist die Klebstoffindustrie. Das gilt insbesondere für die Herstellung von Kleber und Klebebändern unter Verwendung von thermoplastischen und nicht
thermoplastischen Elastomeren, von Kautschuk , in Verbindung mit Zuschlägen und Verarbeitungsmittel. Desgleichen für die Herstellung von Klebern, auch von Acryl-Klebern, Epoxid-Klebern und Urethan-Kleber.
Die verschiedenen Bestandteile und Verarbeitungsmittel der Kleber können dabei an verschiedenen Stellen des Extruders bzw. der Extrusionslinie
zugegeben werden, auch an jedem Planetwalzenextruderabschnitt/Modul an verschiedenen Stellen.
Das erlaubt es, die Zugabe von jedem Bestandteil zumindest annähernd dort vorzunehmen, wo die Zugabe optimal ist. Daß sich dabei über der Länge der Verarbeitungsstrecke mehrere Zugabestellen ergeben können, ist von Vorteil. Das gilt zum Beispiel für die Zugabe von Harzen, Ölen, Weichmachern,
Klebrigmachern, Stabilisatoren, Vernetzungsmittel, Farben,
Reaktionsbeschleunigern und auch für andere vorkommende Mischungsanteile und Verarbeitungsmitteln. Die Zugaben und Zugabestellen ergeben sich aus den verschiedenen Rezepturen der Kleberhersteller.
Die Herstellungsmittel und Verarbeitungsmittel schließen über die
erfindungsgemäßen Entgasungsextruder hinaus insbesondere ein:
-Silos und andere Vorratseinrichtungen für die festen Stoffe,
-Behälter für flüssige und gasförmige Stoffe
-Vorbehandlungseinrichtungen,
-Vormischungseinrichtungen
-Dosierungen
-Eintragvorrichtungen für feste Stoffe
-Pumpen zum Einspritzen der flüssigen Stoffe
-Druckbehälter mit einem Gasvorrat zum Eindüsen von Gas
-Entgasungsvorrichtungen
-Saugleitungen, Saugzüge, Filter für abgezogene Gase und
Verbrennungseinrichtungen für abgezogene Gase -Kühlzonen zur Abkühlung des bearbeiteten Extrusionsgutes, insbesondere von erzeugter Schmelze auf Austragtemperatur
-Nachverarbeitungseinrichtungen zum Beispiel zur Folienherstellung oder zur Herstellung von Formteilen oder Sandwichprodukten
-Nachbehandlungseinrichtungen, zum Beispiel zur Vernetzung der Polymere -im Falle der Kleberherstellung Abfülleinrichtungen für Kartuschen,
Tuben und anderen Kleberbehältern
-Auftragseinrichtungen Beschichtungseinrichtungen zum Auftragen von Kleber auf Bänder zur Herstellung von Klebebändern, bspw. Düsen und Walzen, einschließlich einer vorgeschalteten Schmelzepumpe zu einer gegebenenfalls notwendigen Erhöhung des Schmelzedruckes für den
Kleberauftrag
-Vorrichtungen zur Herstellung von Folien und Bahnen
-Wickeleinrichtungen, Verpackungseinrichtungen, Stapel- und
Lagereinrichtungen
-Granuliervorrichtungen
Die Anwendung der erfindungsgemäßen Entgasungsextruder ist nicht daran gebunden, daß alle oder einzelne Herstellungsschritte oder Verarbeitungsschritte vor dem Entgasen in einem Extruder erfolgen und/oder daß plastische Polymere bzw. eine plastische Polymermasse von einem Extruder an die
Entgasungsextruder übergeben wird. Die erfindungsgemäßen
Entgasungsextruder sind auch anwendbar auf beliebige Herstellungsverfahren und Bearbeitungsverfahren, in denen Polymere bearbeitet werden bzw. aus denen Polymere anfallen, auch in Mischung bzw. als Compound, auch plastisch oder schmelzflüssig.
In der Zeichnung sind verschiedene Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung dargestellt. In Fig. 1 ist ein Ausschnitt einer Buchse 1 für einen zur Entgasung bestimmten Planetwalzenextmderabsclinitt/Modul dargestellt. Innenseitig ist die
Verzahnung 2 ersichtlich; außenseitig die Ausdrehungen/ Ausfräsungen, welche Kanäle 3 bilden. Das Maß im Tiefsten zwischen den Zähnen und im Tiefsten der Kanäle ist mit 4 bezeichnet.
Fig. 2 zeigt einen Extruder mit einem als Planetwalzenextruder ausgebildeten Planetwalzenextruderabschnitt 1 1, einem Antrieb 10 und einem Austritt 16. Die Länge des Abschnittes 1 1 entspricht der gewünschten Länge der
Entgasungsstrecke.
Das Gehäuse des Abschnittes 1 1 ist an beiden Enden mit Flanschen 13 und 14 versehen. Mit dem Flansch 13 ist es an einem Flansch 12 des Antriebes verspannt und mit dem Flansch 14 an einem Flansch 15 des Austritts 16 verspannt.
Der Abschnitt 1 1 besitzt im Gehäuse eine nicht dargestellte, innen verzahnte Buchse, eine nicht dargestellte Zentralspindel, die von dem Antrieb in
Drehbewegung gesetzt wird.
Um die Zentralspindel laufen im Ausführungsbeispiel vier Planetspindeln um. Die Planetspindeln sind gleichmäßig am Umfang der Zentralspindel verteilt und kämmen sowohl mit der Außenverzahnung der Zentralspindel als auch mit der Innenverzahnung der Buchse.
Am Gehäuse des Abschnittes sind drei Entgasungsstellen vorgesehen.
Die Entgasungsstelle 18 ist am Fülltrichter 17 vorgesehen. Dabei ist der
Fülltrichter in nicht dargestellter Form gekapselt, so daß die mit dem
Einsatzmaterial in den Fülltrichter gelangende Luft abgezogen werden kann. An den Stellen 19 und 20 erfolgt eine Entgasung mit Hilfe nicht dargestellter Seitenarmextruder, die oben auf dem Gehäuse sitzen und leer laufen. Die
Seitenarmextruder sind als Doppelschneckenextruder ausgebildet und drücken die aus dem Abschnitt 11 heraus drängende Schmelze zurück. An den
Seitenarmextrudern liegt zugleich ein Unterdruck an, der es dem im Abschnitt 1 1 frei werdenden Gas erleichtert aus dem Abschnitt 1 1 auszutreten.
In einem anderen Ausfuhrungsbeispiel ist anstelle der Entgasung 20 bei 2 lein nicht dargestellter Entgasungsring vorgesehen, der zwischen den beiden
Flanschen 14 und 15 angeordnet ist und mit dem Anlaufring für die
Planetspindeln eine gemeinsame Ringkonstruktion bildet. Die Ringkonstruktion besitzt an der Seite, welche der Anlauffläche abgewandt ist,
Entgasungsöffhungen, die in einen eingeschlossenen Ringkanal münden, der an eine Saugleitung angeschlossen ist.
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei denen die Entgasungsstrecke durch zwei Planetwalzenextrudermodule 30 und 31 gebildet wird, deren Gehäuse an Flanschen 32 und 33 miteinander verspannt sind und dabei ein Zwischenstück 34 einspannen. Die Gehäuse 30 und 31 sind mit einer Buchse versehen, die innen verzahnt ist und mit den Planetspindeln bzw. der Zentralspindel der Planetwalzenextrudermodule korrespondiert. Die Verzahnung beider Buchsen ist gleich.
Darüber hinaus ist das Zwischenstück 34 mit der gleichen Verzahnung versehen und so bemessen und angeordnet, daß überlange Spindeln durch beide Module hindurchragen.
In einem weiteren Ausfuhrungsbeispiel ist an dem Zwischenstück 34 bei 35 eine Entgasungsstelle vorgesehen.

Claims

Patentansprüche
1.
Extruder zur Herstellung und Verarbeitung von Polymeren und
Polymermischungen,
mit mindestens einem Planetwalzenextruder oder Planetwalzenextruderabschnitt oder Planetwalzenextrudermodul zur Entgasung,
wobei der Planetwalzenextruder/ Abschnitt/Modul ein Gehäuse besitzt, in dem eine außen verzahnte Zentralspindel und verschiedene außen verzahnte
Planetspindeln umlaufen, die zugleich mit der Verzahnung der Zentralspindel und einer Innenverzahnung einer Buchse kämmen, welche in dem Gehäuse sitzt, wobei zwischen der Buchse und dem umgebenden Gehäuse eine Temperierung vorgesehen ist,
wobei das Temperierungsmittel in Kanälen geführt ist, welche wie
Gewindegänge an der Buchsenaußenfläche verlaufen und das
Temperierungsmittel in axialer Richtung fuhren,
wobei zur Entgasung ein Unterdruck an eine Entgasungsöffhung angelegt wird, gekennzeichnet durch mindestens ein Merkmal aus der folgenden Menge von Merkmalen:
a) einen reduzierten Füllungsgrad des zur Entgasung vorgesehenen
Planetwalzenextruders/Abschnitts/Moduls,
b) Vergrößerung des Hohlraumes innerhalb des zur Entgasung bestimmten Planetwalzenextruderabschnitts durch Reduzierung der Planetspindelzahl c) eine Rückwärtsentgasung, bei der das frei werdende Gas in einem sich eintrittsseitig im Planetwalzenextruder/Abschnitt/Modul bildenden Hohlraum abgezogen wird, d) Entgasung mit einem Seitenarmextruder, bei der Gas durch einen leer laufenden Seitenarmextruder hindurch abgezogen wird, der außen am Extruder angeordnet ist und mit einer Entgasungsöffhung im schmelzeberührten Bereich der Buchse in Verbindung steht und der die durch die Entgasungsöffhung heraus drängende Schmelze in den Planetwalzenextruder/Abschnitt/Modul zurück drücken kann
e) eine dünnwandige Buchse als Temperierungshilfe, wobei die Buchse im Tiefsten zwischen ihren Zähnen der Innenverzahnung und dem
Temperierungsmittel in Abhängigkeit von der Baugröße des Extruders folgende Materialdicke in Millimeter (mm) aufweist
Baugröße Materialdicke bevorzugte Materialdicke
70 kleiner/gleich 4,5 kleiner/gleich 3
100 kleiner/gleich 4,5 kleiner/gleich 3
150 kleiner/gleich 5 kleiner/gleich 3,5
180 kleiner/gleich 5,7 kleiner/gleich 3,6
200 kleiner/gleich 5,6 kleiner/gleich 3,6
250 kleiner/gleich 5,7 kleiner/gleich 3,7
280 kleiner/gleich 6 kleiner/gleich 4
300 kleiner/gleich 6 kleiner/gleich 4
400 kleiner/gleich 6,5 kleiner/gleich 4,5
2.
Extruder nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die
Rückwärtsentgasung über einen Entgasungsring erfolgt, der eintrittsseitig an dem zur Entgasung bestimmten Planetwalzenextruder/Abschnitt/Modul angeordnet ist, wobei der Entgasungsring mindestens eine Entgasungsöffhung aufweist, die über einen Kanal des Entgasungsrings mit einer Entgasungsleitung verbunden ist, die am Gehäuseende des
Planetwalzenextruder/ Abschnitts/Moduls nach außen fuhrt.
3.
Extruder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem zur Entgasung bestimmten Planetwalzenextruder/ Abschnitt/Modul in Extrusionsrichtung ein anderer Planetwalzenextruder/ Abschnitt/Modul vorgeordnet ist und der
Entgasungsring des zur Entgasung bestimmten
Planetwalzenextmder/Absclmitt/Moduls an dem Anlaufring des vorgeordneten Planetwalzenextruder/Abschnitts/Moduls anliegt oder mit dem Anlaufring eine gemeinsame Ringkonstruktion bildet.
4.
Extruder nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß an der Entgasungsleitung ein Unterdruck anliegt.
5.
Extruder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an den Leckstellen des Planetwalzenextruder/ Abschnitts/Moduls eine Flüssigkeitsdichtung vorgesehen ist.
6.
Extruder nach einem der Ansprüche 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der
Seitenarmextruder als Doppelschneckenextruder ausgebildet ist und außen am Planetwalzenextruder/Abschnitt/Modul angeordnet ist und durch eine Öffnung im Planetwalzenextruder/Abschnitt/Modul mit dessen Innenraum in Verbindung steht, wobei die Öffnung in einem schmelzeberührten Bereich mündet.
7.
Extruder nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Doppelschneckenextruder mit kurzen Schnecken, vorzugsweise mit Schnecken, der Länge höchstens gleich 150mm, noch weiter bevorzugt höchstens 100mm und noch höchst bevorzugt höchstens 50mm beträgt.
8
Extruder nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Planetspindelzahl des zur Entgasung bestimmten Planetwalzenextruders/ Abschnitts/Moduls ausgehend von folgenden Planetspindelzahlen
Baugröße Planetspindelzahl Modullänge
50 bis 100 6 bis 7 bis 750mm
120 bis 170 8 bis 10 bis 1000mm
180 9 bis 1 1 bis 1000mm
200 10 bis 12 bis 1000mm
250 13 bis 14 bis 1000mm
300 17 bis 19 bis 1200mm
400 23 bis 25 bis 1400mm
um mindestens 10%, vorzugsweise mindestens 20% und noch weiter bevorzugt mindestens 30% zur Verringerung des Füllungsgrades reduziert wird, wobei als Baugröße der Teilkreisdurchmesser der Innenverzahnung im
Planetwalzenextrudergehäuse bezeichnet wird.
9.
Extruder nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Planetspindelzahl bis auf drei verringert ist und/oder die verbliebenen Planetspindeln gleichmäßig am Umfang der Zentralspindel verteilt angeordnet sind.
10.
Extruder nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verlängerung der Entgasungsstrecke a) durch einen der längeren Entgasungsstrecke angepaßten längeren Planetwalzenextruder/Abschnitt gebildet wird oder
b) durch mindestens zwei aneinandergesetzte Planetwalzenextrudermodule gebildet wird, wobei die Gehäuse auf den Buchsen aufgeschrumpft sind und überlange Planetspindeln mindestens in benachbarte Buchsen greifen und der Abstand zwischen benachbarte Buchsen mit den darauf sitzenden Gehäusen durch Zwischenstücke bestimmt wird oder
c) durch mindestens zwei Gehäuse und eine sich in alle Gehäuse erstreckende Buchse gebildet wird, wobei die Gehäuse über Zwischenstücke miteinander verbunden sind und gemeinsam auf der Buchse sitzen.
1 1.
Extruder nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
gekennzeichnet durch eine Vielzahl am Planetwalzenextmder/Abschnitt/Modul verteilte Entgasungsstellen, die gleich oder unterschiedlich ausgebildet sind und an denen der gleiche oder ein unterschiedlicher Unterdruck anliegt.
12.
Extruder nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der zur Entgasung vorgesehene Planetwalzenextruder/Abschnitt/Modul in eine Extrusionslinie eingebunden ist, wobei der zur Entgasung vorgesehene
Planetwalzenextruder/ Abschnitt/Modul mit anderen
Extruderabschnitten/Modulen der Extrusionslinie fluchtet oder wobei der zur Entgasung vorgesehene Planetwalzenextruder/ Abschnitt/Modul in einer
Tandemanordnung mit anderen Extruderabschnitten/Modulen der
Extrusionslinie steht.
13. Extruder nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Extrusionslinie mit
a) zusätzlicher Entgasung am Füllteil und/oder
b) Gasabsaugung am Extruderaustritt
c) mit zusätzlicher Materialzufuhrung außerhalb des Füllteiles
versehen ist.
14.
Extruder nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Materialzufuhrung aus einer a) Feststoffzuführung mittels Seitenarmextruder und/oder
b) einer Flüssigkeitszuführung und/oder
15.
Extruder nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitszuführung
a) eine Pumpe besitzt oder
b) einen Extruder zur gleichzeitigen Aufschmelzung aufschmelzbarer fester Einsatzstoffe besitzt
16.
Extruder nach einem der Ansprüche 14 oder 15,
dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitszuführung
a) durch Öffnungen erfolgt, die über Länge der Extrusionsanlage am Gehäuse verteilt sind und/oder
b) durch eine Ringkonstruktion mit mindestens einer Öffnung erfolgt, wobei die Ringkonstruktion zwischen den Extruderabschnitten/Modulen sitzt, so daß die Zuleitungen für Flüssigkeiten durch den Spalt zwischen den
Extruderabschnitten/Modulen zu der Ringkonstruktion gefuhrt werden können
17.
Extruder nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine zum
Einspritzen/Eindüsen zwischen zwei Extruderabschnitten/Modulen vorgesehene Ringkonstruktion an dem dort befindlichen Anlaufring anliegt oder mit dem Anlaufring ein gemeinsames Bauteil bildet, wenn der in Extrusionsrichtung vor der Ringkonstruktion sitzende Extruderabschnitt/Modul ein
Planetwalzenextruderabschnitt/Modul mit Anlaufring für die Planetspindeln ist.
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