DE19720819B4

DE19720819B4 - Planetwalzenextruder in Modulbauweise

Info

Publication number: DE19720819B4
Application number: DE19720819A
Authority: DE
Inventors: Harald Rust
Original assignee: Entex Rust and Mitschke GmbH
Current assignee: Entex Rust and Mitschke GmbH
Priority date: 1997-05-16
Filing date: 1997-05-16
Publication date: 2010-09-02
Anticipated expiration: 2017-05-17
Also published as: DE19720819A1

Abstract

Planetwalzenextruder mit einem Planetwalzenteil (11), das sich aus mehreren Modulen zusammensetzt, insbesondere für überlange Extruder, wobei jedes Planetwalzenmodul aus einer Zentralspindel (9), auf der Zentralspindel umlaufenden Planetspindeln (10) und einem innen verzahnten Gehäuse (5) besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Planetspindeln (10) in einem Planetwalzenmodul, welches in Schmelzeströmungsrichtung hinter einem anderen Planetwalzenmodul angeordnet ist, eine unterschiedliche Länge aufweisen, wobei die Planetspindeln in gleichen Gruppen (a), (b) und (c) angeordnet sind und innerhalb einer Gruppe (a) bzw. (b) bzw. (c) gleiche Länge besitzen, wobei jede Gruppe 3 oder mehr Planetspindeln (10) besitzt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Planetwalzendextruder nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Planetwalzenextruder sind spezielle Extruder. Bekannter sind Einschneckenextruder und Doppelschneckenextruder zur Verarbeitung von Kunststoff. Beim Einschneckenextruder wird fast immer ein fertiges Granulat aus Kunststoff und Zuschlägen eingesetzt. Der Einsatz eines fertigen Granulates macht von der Verfügbarkeit des Granulates als Vorprodukt abhängig. Das Granulat wird im Extruder plastifiziert und durch die Extruderdüse ausgetragen. Aus dem flüssigen Kunststoff entstehen je nach Einsatzstoff und Verfahrensweise bzw. Extruder und nachgeschalteten Werkzeugen Folien, Profile, Platten und viele andere Produkte.
Extruder sind zum Beispiel bekannt aus DE19539203A1 , DE4433487A1 , DE2900988A1 , DE2158246A1 . Die aus der DE19539203A1 bekannte Vorrichtung beschreibt zwar unterschiedliche Planetspindellängen, jedoch nicht zum Zwecke des Ausgleiches von einlaufseitigen Schwankungen im Schmelzestrom. Die aus der DE2900988A1 bekannte Vorrichtung zeigt einen Planetwalzenteil in Zusammenhang mit einem Einschneckenextruder als Füllteil, nicht in Kombination mit einem anderen Planetwalzenteil/Teil. Der Einschneckenextruder entwickelt als Füllteil einen vergleichbaren Schmelzestrom, wie eine Pumpe. Schwankungen im Schmelzestrom muß der Fachmann bei einem Einschneckenextruder als Füllteil nicht erwarten.
Der Einsatz des Granulats als Vorprodukt macht den Extruderbetreiber abhängig von dem Vorlieferanten. In neuerer Zeit sind die Betreiber von Extruder immer mehr bemüht, sich eine größere Rohstoffbasis verfügbar zu machen. Zugleich soll vermieden werden, daß zusätzliche Anlagen zur Herstellung des Vorproduktes angeschafft werden müssen. Das heißt, es besteht das Bestreben, eine breitere Rohstoffbasis im Extruder einsetzen zu können. Dazu eignen sich Mehrschneckenextruder. Zu den Mehrschneckenextrudern gehört der Doppelschneckenextruder. Dabei handelt es sich um zwei miteinander kämmende Extruderschnecken.
Besonders viele Schnecken finden sich in einem sogenannte Planetwalzenextruder. Der Planetwalzenextruder besteht aus einer Zentralschnecke oder Zentralspindel, auf der eine Anzahl Planetenschnecken oder Planetwalzenspindeln oder Planetspindeln umlaufen. Die Anzahl ist vom Durchmesser der Zentralspindel abhängig. Üblich sind 6 bis 12 Planetspindeln. Die Planetspindeln kämmen dabei mit einer Gehäusebüchse, die innen mit einer geeigneten Verzahnung versehen ist. Die Gehäusebüchse ist im Gehäuse angeordnet.
In speziellen Ausführungsformen sind Büchse und Gehäuse einstückig. Das heißt, gelegentlich ist das Extrudergehäuse unmittelbar innen mit einer Verzahnung versehen. Die mehrteilige Anordnung vereinfacht die Beaufschlagung des Gehäuses und der Büchse mit Kühlmittel oder Heizmedium. Je nach Einsatz und Zustand der Kunststoffschmelze im Planetwalzenextruder muß im Gehäuse bzw. der die Zentralspindel und die Planetspindeln umgebenden Buchse eine Kühlung oder Beheizung stattfinden. Bzw. wird die Behandlung des Kunststoffes oder der Schmelze durch Kühlung oder Beheizung gefördert.
Die Zentralspindel wird üblicherweise angetrieben. Sie besitz zugleich Lager, welche die Axialkräfte aufnehmen.
Die Planetspindeln laufen üblicherweise einfach mit, während das Gehäuse und die Büchse still stehen. Ein Anlaufring, der in Förderrichtung vor den Planetspindeln angeordnet ist, verhindert, daß die Planetspindeln sich während des Umlaufes zugleich in axialer Richtung bewegen.
Ein Planetwalzenextruder besteht heutzutage trotz erheblicher Länge nicht ausschließlich aus einem Planetwalzenteil. Der Planetwalzenteil ist nur ein Bruchteil des Extruders. Dem Extruder vorgeordnet sind in der Regel noch Eintrragschnecken, nachgeordnet sind Austragschnecken. Planetwalzenteile haben üblicherweise nur eine geringe Länge. Die Länge der meisten Planetwalzenteile überschreitet 300 mm nicht. Bekannt geworden sind jedoch auch Längen für Planetwalzenteile von 600 mm, im Extremfall bis 1200 mm.
Nach einem älteren Vorschlag wird die Länge der Planetwalzenteile vergrößert, wobei je nach Durchmesser des Extruders Längen bis 6 m vorgesehen sind. Mit dieser Verlängerung des Planetwalzenteils kann die Homogenisierung/Dispergierung des eingesetzten Kunststoffmaterials wesentlich gesteigert werden. Das eröffnet die Möglichkeit, Kunststoffmaterialien mit unterschiedlichem Schmelzindex zusammenzubringen. Das ist für die Kunststoffextrusion von erheblicher Bedeutung, so lassen sich zum Beispiel Elastomere in PVC einmischen. Derartige Mischungen sind für die Autoindustrie von außerordentlichem Interesse.
Vorzugsweise entsteht die Überlänge der Extruder durch modularen Aufbau des Planetwalzenteils. Das heißt, der Planetwalzenteil wird aus Modulen zusammengesetzt. Jeder Modul bildet für sich ein Planetwalzenteil. Die Koppelung der Module erfolgt durch Verbindung der Gehäuse. Dabei sind Zentrierringe hilfreich. Die Zentrierringe werden in Absätze des Gehäuseflansches eingesetzt, wobei die Ringe in axialer Richtung eine solche Länge haben, daß sie auch in einen entsprechenden Absatz des benachbarten Gehäuseflansches eingreifen. Für alle Module ist eine gemeinsame Zentralspindel vorgesehen. Die Zentralspindel kann auch zugleich die Schnecke für andere Extruderteile bilden. Die Zentralspindel kann sich dabei aus Einzelteilen zusammensetzen, die von einer gemeinsamen, innen liegenden Spindel zusammengehalten werden. Die Planetspindeln eines jeden Moduls werden vorzugsweise nach wie vor mit Anlaufringen in der jeweiligen axialen Betriebsstellung gehalten. An den Anlaufringen laufen die Planetspindeln in Umfangsrichtung der Zentralspindel um.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die Modulbauweise zu perfektionieren. Die Aufgabe wird durch einen Planetwalzenextruder mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst. Dabei geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, daß der Schmelzestrom beim Übergang von einem Extruder in den anderen Extruder schwanken kann. Nach der Erfindung werden derartige Schwankungen dadurch ausgeglichen, daß die Planetspindeln in einem Modul unterschiedlich lang sind und/oder von Modul zu Modul unterschiedlich lang sind. Nach der Erfindung findet das Anwendung auf einen Planetwalzenmodul, welcher in Schmelzeströmungsrichtung hinter einem anderen Planetwalzenmodul angeordnet ist. Das gilt insbesondere für Planetwalzenextruder mit einem Durchmesser bis 200 mm und einer Länge bis 1000 mm. Mit Planetwalzendurchmesser ist der Teilkreisdurchmesser der Innenverzahnung in der verzahnten Gehäusebüchse bezeichnet.
Die Erfindung zeigt auch für herkömmliche Planetwalzenextruderlängen in Modulbauweise Vorteile.
Vorzugsweise sind die Planetspindeln in einem Modul gruppenweise gleich lang bzw. gruppenweise gegenüber anderen Spindeln kürzer. Der Längenaufbau kann dabei in der Serie „lang, kurz, lang” alternieren oder in der Serie „lang, kurz, kürzer” kürzer werden.
Vorzugsweise sind Gruppen von jeweils 3 oder mehr gleichen Planetspindeln vorgesehen. Nach der Erfindung kann sich ein Planetwalzemnodul mit 9 Planetspindeln z. B. aus 3 langen, 3 kurzen und 3 ganz kurzen Planetspindeln zusammensetzen.
Das Maß der Längenabweichung ist vorzugsweise durchmesserabhängig und/oder längenabhängig. Bei einem Extruderdurchmesser von 200 mm beträgt die Längenabweichung der Planetspindeln 50 mm plus oder minus bis 90% von den 50 mm und ab 200 bis 500 mm Extruderdurchmesser 100 mm plus oder minus bis 90% von diesen 100 mm.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. 1 zeigt einen Extruder mit überlangem Planetwalzenteil 11 und einer Einlaufschnecke 1. Der Planetwalzenteil setzt sich aus drei Moduln mit einer gemeinsamen Zentralspindel 9 zusammen. Jeder Modul besteht aus einem äußeren Gehäuse 5 in Rohrform, das an beiden Enden Flansche 6 bzw. 7 aufweist. An den Flanschen 6 und 7 sind die Moduln miteinander verschraubt. Dabei werden die Gehäuse 5 durch Zentrierringe zentriert. Die Zentrierringe sind in entsprechenden Ausnehmungen der Gehäuseflansche eingelassen.
Zu jeden Planetwalzenmodul gehört auch eine Büchse. Die Büchse sitzt innen im Gehäuse 5. Die Büchsen werden bei der Montage in die Gehäuse eingeschoben. Dies geschieht vorzugsweise vor der Verschraubung der Flansche 6 und 7. Die Büchsen können aber auch nach der Verschraubung der Flansche 6 und 7 eingeschoben werden. Dazu sind die Zentrierringe mit einer Bohrung versehen, die gleich der Gehäusebohrung ist.
Zwischen den Büchsen sitzt jeweils ein Anlaufring 8. Der Anlaufring hält die Planetspindeln 10 in ihrer Umlaufposition um die gemeinsame Zentralspindel 9.
Die Spitze der Zentralspindel ist mit 12 bezeichnet und korrespondiert mit einem vorderen Anlaufring, der die gleiche Funktion wie die Anlaufringe 8 hat und darüber hinaus einen Spalt bildet, durch den das extrudierte Material in die Extruderdüse gedrückt wird. Die Extruderdüse ist nicht dargestellt.
Zur Zentrierung des Anlaufringes 12 sind spezielle Zentrierringe vorgesehen, die mit dem Gehäuse 5 fest verbunden sind. Die Zentrierringe füllen einerseits die Ausnehmung im Flansch 6 aus, der für die Zentrierringe bestimmt ist. Andererseits bilden die Zentrierringe frontseitig einen zusätzlichen Zentrierflansch.
Am rechten Ende bildet die Zentralspindel 9 eine Schnecke für eine Einlaufzone. In diesem Bereich ist ein separates Gehäuse 1 mit einer Einlauföffnung 2 vorgesehen. Das Gehäuse 1 ist aufgebaut wie das Gehäuse 5. Die zugehörigen Flansche sind mit 3 und 4 bezeichnet. Das Zusammenwirken des Flansches 4 mit dem Anschlußflansch 7 des nächsten Gehäuses 5 ist das gleiche wie das Zusammenwirken der Flansche 6 und 7. Die Füllschnecke am hinteren Teil der Zentralspindel hat nur Füllfunktion, im Ausführungsbeispiel keine Plastifizierungs- und keine wesentliche Homogenisierungsfunktion.
Jedes Gehäuse 5 eines Moduls ist mit zwei Kühlstrecken/Beheizungsstrecken versehen. Zu der einen Strecke gehören spiralförmig an der Gehäuseinnenfläche verlaufende Kanäle, die über Anschlüsse mit einem Kühl-/Beheizungsmedium beschickt werden können. Zur anderen Strecke gehören spiralförmig verlaufende Kanäle an der Gehäuseinnenfläche, die über Anschlüsse mit Kühlmittel/Beheizungsmittel beschickt werden können.
Jeder Modul ist im Ausführungsbeispiel 600 mm lang, so daß eine Gesamtlänge von 1,8 m ergibt.
Beide Planetwalzenteile sind in nicht dargestellter Weise so abgestützt, daß eine für den Betrieb wesentliche Durchbiegung nicht gegeben ist.
Jeder Modul besitzt 9 Planetspindeln, die sich aus drei Gruppen (a), (b) und (c) von jeweils 3 Planetspindeln zusammensetzen. Bei einem Extruderdurchmesser von 100 mm ist die Länge der Spindeln in der Gruppe (b) 50 mm kürzer als die von (a). Darüber hinaus ist die Länge von (c) 50 mm kürzer als die von (b). Die Spindeln einer jeden Gruppe sind gleichmäßig am Umfang des Extruder verteilt, so daß sich folgende Verteilung der einzelnen Spindeln am Umfang der Zentralspindel ergibt: (a), (b), (c), (a), (b), (c), (a), (b), (c).

Claims

Planetwalzenextruder mit einem Planetwalzenteil (11), das sich aus mehreren Modulen zusammensetzt, insbesondere für überlange Extruder, wobei jedes Planetwalzenmodul aus einer Zentralspindel (9), auf der Zentralspindel umlaufenden Planetspindeln (10) und einem innen verzahnten Gehäuse (5) besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Planetspindeln (10) in einem Planetwalzenmodul, welches in Schmelzeströmungsrichtung hinter einem anderen Planetwalzenmodul angeordnet ist, eine unterschiedliche Länge aufweisen, wobei die Planetspindeln in gleichen Gruppen (a), (b) und (c) angeordnet sind und innerhalb einer Gruppe (a) bzw. (b) bzw. (c) gleiche Länge besitzen, wobei jede Gruppe 3 oder mehr Planetspindeln (10) besitzt.
Extruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Planetspindeln (10) gleichmäßig am Umfang der Zentralspindeln (9) verteilt sind.
Extruder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Extrudern bis zu einem Durchmesser von 200 mm der Längenunterschied einer Planetspindel (10) zur nächsten Planetspindel (10) 50 mm plus oder minus bis 90% von den 50 mm und bei einem Durchmesser größer 200 mm bis 500 mm der Längenunterschied zur nächsten Planetspindel (10) 100 mm plus oder minus bis 90% von den 100 mm beträgt