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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung von PET oder anderen
zu entgasenden Produkten.
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Die
weltweite Bedeutung von PET (Polyethylenenterephthalat) ist bereits
mit verschiedenen Aufsätzen
gewürdigt
worden. Zum Beispiel wird verwiesen auf den Aufsatz von Schwarz,
Wiederverarbeitung von PET durch reaktive Extrusion,
http://www.petnology.com/deutsch/zine/material/beitrage/schwarz_ikv/schwarz_ikv.html.
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Dort
finden sich auch weitere druckschriftliche Nachweise.
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Dabei
ist auf die Bedeutung für
die Verpackung, insbesondere für
Getränke,
hingewiesen. Entsprechend dieser Bedeutung besteht ein Bedarf nach PET.
Darüber
hinaus ist mit einer entsprechenden Abfallmenge zu rechnen.
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Bei
der Abfallwirtschaft ist bei PET eine vorteilhafte Situation gegeben.
PET fällt
in großem
Umfang sortenrein an.
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Zum
Recycling von PET stehen verschiedene Verfahren zur Verfügung.
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Ein
Verfahren ist eine rohstoffliches Recycling.
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Ein
anderes Verfahren ist ein werkstoffliches Recycling. Das werkstoffliche
Recycling umfaßt
Zerkleinerung, Reinigung und Trocknung des Altmaterials mit anschließender Regranulierung.
Die Reinigung ist problematisch. Solange keine 100%ige Reinigung
erfolgt, sind die Einsatzmöglichkeiten
des Altmaterials eingeschränkt.
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Sowohl
bei neuem Material als auch bei Altmaterial stellt sich das Problem,
daß PET
ein Polykondensat ist. Die Monomere werden durch Abspaltung von
Wasser verknüpft,
so daß Polymere
entstehen. Dieser Vorgang ist reversibel. Durch die Einwirkung von
Wasser kann PET, vor allem bei hohen Temperaturen, in seine Bestandteile
zerfallen.
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PET
nimmt bei der Lagerung an der Umgebungsluft bis zu 0,5 Gew% Wasser
auf. Das Wasser gefährdet
die Produktqualität.
Deshalb ist üblicherweise
vor der Verarbeitung eine Trocknung von PET vorgesehen.
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Es
ist aber auch bekannt, PET ohne eine vorherige Trocknung in einen
Doppelschnecken-Extruder
zu geben und das Wasser in Form eine Entgasung aus der PET-Schmelze
abzuziehen. Dabei können
auch zwei Entgasungszonen vorgesehen sein.
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Das
bekannte Verfahren ist jedoch sehr kompliziert, so daß es außerordentlich
schwierig ist, eine kommerziell verwendbare PET-Qualität zu erzeugen. Deshalb
hat sich das Verfahren bisher nicht durchsetzen können.
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Das
Entgasungsproblem kommt nicht nur bei PET, sondern auch bei diversen
anderen Stoffen vor. Dabei beschränkt sich die Entgasung nicht
auf Wasseranteile. Auch bei anderen gasförmigen Bestandteilen kann eine
Entgasung geboten sein. Die gasförmigen
Bestandteile können
Fremdstoffe sein. Die Stoffe können
zum Beispiel durch chemische oder physikalische Reaktion einen gasförmigen Zustand einnehmen.
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Nach
dem älteren
Vorschlag sollen die Qualitätsprobleme
dadurch gelöst
werden, daß
- a) die Entgasung unter Kneten des Einsatzmateriales
unterhalb des Glaspunktes des PET, vorzugsweise mindestens 10 Grad
Celsius unterhalb des Glaspunktes des PET, noch weitere bevorzugt
mindestens 15 Grad Celsius unterhalb des Glaspunktes von PET, und
- b) in trockener Atmosphäre
erfolgt.
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Das
Einsatzmaterial hat vorzugsweise eine Granulatform. Das Einsatzmaterial
kommt auch in Flakes, Schnitzeln, Platten, Filamenten und Agglomeraten
vor. Im weiteren ist nur die Granulatform angesprochen. Das schließt alle
anderen Formen des Einsatzmateriales, auch Mischungen verschiedener Formen
ein. Die Mischungen der Formen können
sowohl bei frischem (neu hergestelltem) PET als auch bei recyceltem
PET als auch dann vorkommen, wenn recyceltes PET mit einem Zusatz
an frischem PET eingesetzt wird oder umgekehrt.
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Das
Kneten findet ohne Aufschmelzen von PET statt.
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Durch
das Kneten findet ein Materialaustausch an der Oberfläche der
Granulate statt. Dabei kann die an die Oberfläche kommende Feuchtigkeit abdampfen.
Das Abdampfen wird durch Erwärmung des
Granulats gesteigert.
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Jede
Erwärmung
steigert schon das Abdampfen beim Kneten. So kann die Erwärmung auf mindestens
50 oder auf mindestens 70 Grad Celsius erfolgen. Günstiger
ist eine höhere
Erwärmung
auf mindestens 90 Grad Celsius, noch besser eine Erwärmung auf
mindestens 110 Grad Celsius, vorzugsweise erfolgt die Erwärmung auf
130 Grad Celsius plus/minus 5 Grad Celsius.
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In
weiterer Ausbildung des älteren
Vorschlages wird zum Kneten ein Extruder eingesetzt. Vorzugsweise
findet dabei ein Planetwalzenextruder, zumindest ein Planetwalzenextruderabschnitt,
Anwendung. Von Planetwalzenextruderabschnitten/Modulen wird dann
gesprochen, wenn ein Extruder sich aus mehreren Abschnitten/Modulen
zusammensetzt. Zumeist handelt es sich um unterschiedliche Abschnitte/Module.
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Ein
Planetwalzenextruder besitzt eine Zentralspindel, ein innen verzahntes
Gehäuse
und zwischen Gehäuseinnenverzahnung
und der Zentralspindel verschiedene Planetspindeln. Die Planetspindeln
kämmen
sowohl mit der Zentralspindel als auch mit dem innen verzahnten
Extrudergehäuse. Die
Planetspindeln laufen dabei um die Zentralspindel um.
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Wegen
der Einzelheiten und Variationen bekannter Planetwalzenextruder
bzw. Abschnitten/Modulen wird Bezug genommen auf folgende Druckschriften:
DE 10 2005 007 952
A1 ,
DE
10 2004 061 068 A1 ,
DE 10 2004 038 875 A1 ,
DE 10 2004 048 794 A1 ,
DE 10 2004 048 773
A1 ,
DE
10 2004 048 440 A1 ,
DE 10 2004 046 228 A1 ,
DE 10 2004 044 086 A1 ,
DE 10 2004 044 085
A1 ,
DE
10 2004 038 774 A1 ,
DE 10 2004 034 039 A1 ,
DE 10 2004 032 694 A1 ,
DE 10 2004 026 799
B4 ,
DE
10 2004 023 085 A1 ,
DE 10 2004 004 230 A1 ,
DE 10 2004 002 159 A1 ,
DE19962886A1 ,
DE19962883A1 ,
DE19962859A1 ,
DE19960494A1 ,
DE19958398A1 ,
DE19956803A1 ,
DE19956802A1 ,
DE19953796A1 ,
DE19953793A1 .
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Um
das Kneten ohne Aufschmelzen zu bewirken, wird der Planetwalzenextruderabschnitt
nach der Erfindung so eingestellt, daß sich die Materialverformung
auf das Kneten ohne Aufschmelzung beschränkt.
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Für die Einstellung
des Knetens können
an dem Planetwalzenextruder verändert
werden:
- a) das Spiel zwischen den bewegten
Planetwalzenteilen
- b) die Anzahl der Planetspindeln
- c) die Verzahnung der Planetwalzenteile
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Zu
a)
Mit dem Spiel zwischen den bewegten Planetwalzenteilen wird
das Maß der
Verformung bestimmt, dem das Granulat unterliegt, wenn es zwischen
die Zähne der
Planetwalzenteile gelangt. Je kleiner das Spiel ist, desto stärker wird
die Verformung. Je größer das Spiel
ist, desto geringer wird die Verformung.
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Zu
b)
Das Besondere an Planetwalzenextrudern bzw. an Planetwalzenextruderabschnitten
gegenüber
Extrudern und Extruderabschnitten anderer Bauart, ist neben einer
extremen Verformungsleistung ein Hohlraum zwischen den die Zentralspindel
umlaufenden Planetspindeln. In den Hohlraum kann das Granulat strömen.
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Der
Hohlraum wird durch Änderung
der Anzahl der Planetspindeln beeinflußt. Je geringer die Zahl der
Planetspindeln ist, desto größer wird
der Hohlraum.
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Zu
c)
Die Verzahnung kann unterschiedliche Beschaffenheit haben.
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Wahlweise
ist eine Noppenverzahnung vorgesehen. Die Noppenverzahnung entsteht
vorzugsweise aus der Normalverzahnung.
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Die
Normalverzahnung von Planetspindeln ist einerseits durch einen Querschnitt
gekennzeichnet, wie ihn die ineinander greifenden Zähne der Zahnräder eines
Getriebes zeigen. Anderseits verlaufen die Zähne nicht gerade sondern spindelförmig bzw.
wie die Gewindegänge
eines Schraubgewindes am Umfang entlang.
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Die
Gewindegänge
werden auch in dieser Form in das Ausgangsmaterial der Planetspindeln geschnitten,
z.B. gedreht oder gefräst.
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Bei
den Gewinden wird unterschieden zwischen linksgängem Gewinde und rechtsgängigem Gewinde.
Es gibt auch mehrgängige
Gewinde.
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Die
gleiche Unterscheidung findet an Extruderspindeln statt.
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Eine
Noppenverzahnung entsteht, wenn z.B. in eine rechtsgängige Verzahnung
eine linksgängig verlaufende
Nut ähnlich
einem Gewindegang eingearbeitet wird. Durch die Nut werden die Gewindegänge der
Planetspindeln unterbrochen. Die Nut kann gleiche oder eine andere
(geringer oder größere) Steigung
als die Verzahnung der Spindeln besitzen. Die Steigung der Nut weicht
vorzugsweise höchstens um
50% von der Steigung der Verzahnung ab.
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Die
Noppenverzahnung kann auf einzelne Planetwalzenteile beschränkt sein.
Die Noppenverzahnung kann auch in mehreren oder in allen Planetwalzenteilen
vorgesehen sein. Die Noppenverzahnung kann ganz oder teilweise die
Verzahnung an den Planetwalzenteilen bilden.
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Bei
teilweise Noppenverzahnung an den Planetwalzenteilen kann es gewünscht sein,
den normalverzahnten Teil der Planetwalzenteile in Förderrichtung
des Extruders am hinter Ende (am austragseitigen Ende der Planetwalzenteile)
anzuordnen, um dort einen Förderdruck
aufzubauen, der einen Übergang
des Granulates in den weiteren Extruderbereich sicherzustellen,
der die Aufschmelzung des Granulates bewirkt.
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Wahlweise
können
sich auch Noppenverzahnte Planetwalzenspindeln mit normal verzahnten Planetwalzenspindeln
abwechseln und umgekehrt.
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Wahlweise
können
auch einzelne normalverzahnte Planetwalzenspindeln zwischen Noppenverzahnten
Planetwalzenspindeln angeordnet sein oder umgekehrt.
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Sofern
die Noppenverzahnung in mehreren korrespondierenden Planetwalzenteilen
vorgesehen ist, kann die Noppenverzahnung so angeordnet werden,
daß die
Unterbrechungen der Verzahnung im einen Planetwalzenteil mit den
Unterbrechnungen im korrespondierenden Planetwalzenteil fluchten
oder im Verhältnis
zu diesen Unterbrechungen versetzt sind. Der Versatz kann ein Maß haben,
das gleich einem Bruchteil der Zahnlücke zwischen zwei Zähnen oder
ein Mehrfaches der Zahnlücke
zwischen zwei Zähnen
ist, wobei ein Mehrfaches auch eine Zahl kleiner 2 sein kann.
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Durch
die Unterbrechung der Zähne
entstehen Öffnungen,
in welche das Granulat strömen kann.
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Das
unter b) beschriebene Hohlraumvolumen und die unter c) beschriebene
Noppenverzahnung reduzieren den von den Planetwalzenteilen ausgehenden
Druckaufbau, so daß das
Granulat für eine
notwendige Entgasungsdauer in dem Extruder bzw. in dem Extruderabschnitt
verbleiben kann.
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Vorzugsweise
besitzt der Planetwalzenabschnitt eine Länge von höchstens 1200 mm bei einem Durchmesser
bis 100 mm in der Verzahnung des Planetwalten-Extrudergehäuses, noch
weiter bevorzugt von höchstens
1000 mm. Bei anderen Durchmessern der Verzahnung des Planetwalzen-Extrudergehäuses ergeben
sich entsprechend größere oder
kleinere maximale Längen.
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Beim
Kneten wird im Extruder bzw. im Extruderabschnitt in erheblichem
Umfang Energie freigesetzt, die sich in dem Granulat als Wärme zeigt.
Sofern das Granulat schon mit erheblicher Temperatur in den Planetwalzenextruder
bzw. den Planetwalzenextruderabschnitt gelangt, kann es erforderlich
werden, die anfallende Wärme
durch Kühlung
abzuführen.
Sofern das Granulat beim Eintritt in den Planetwalzenextruder bzw.
den Extruderabschnitt noch keine ausreichende Temperatur hat, unterbleibt
obige Kühlung.
Gegebenenfalls wird sogar Wärme
zugeführt.
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Für die Kühlung und/oder
Erwärmung
sind übliche
Temperierungseinrichtungen an Planetwalzenextrudern ausreichend. Üblich ist
es, das Gehäuse zweischalig
auszuführen
und das Temperierungsmittel durch den Zwischenraum zu leiten. Üblich ist auch,
die Zentralspindel mit Kanälen
zu versehen, durch die gleichfalls Temperierungsmittel geleitet wird.
Das übliche
Temperierungsmittel ist Wasser oder Öl, mit dem beheizt oder gekühlt wird.
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Um
dem Granulat eine möglichst
günstige Ausgangstemperatur
für den
Entgasungsvorgang zu geben, wird das Granulat im Extrudereinzug und/oder
in einer vorgeschalteten Heizeinrichtung vorgewärmt, bevor es dem Abdampfvorgang
und Entgasungsvorgang zugeführt
wird.
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Vorzugsweise
findet das Abdampfen und Entgasen in einem Extruder mit einem Planetwalzenextruderabschnitt
und einer vorgeschalteten Einzugschnecke(Füllteil) statt, die zur Vorwärmung des
PET beheizt ist, so daß die
Temperierung im Planetwalzenextruderabschnitt sich auf die Kühlung beschränken kann.
Vorzugsweise ist die Einzugsschnecke eine Einschnecke.
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Über der
Einzugschnecke kann in üblicher Weise
eine Dosierung mit einem Trichter, ggfs. auch mit einer Dosierschnecke
angeordnet sein. Günstig ist,
wenn die Dosierung gleichfalls beheizt ist, um die Vorwärmstrecke
zu verlängern.
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Der
bei der Entgasung im Planetwalzenextruderabschnitt anfallende Dampf
kann dort abgezogen werden. Dafür
können
bekannte Entgasungseinrichtungen an Planetwalzenextruderabschnitten
genutzt werden.
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Vorzugsweise
findet jedoch eine Gasabzug durch die Einzugschnecke hindurch statt.
Dazu wird im Einzugsbereich ein Unterdruck (Saugzug) angelegt und
wird durch eine bestimmte Dosierung des Granulates sichergestellt,
daß der
Dampf entlang der Einzugschnecke entweichen kann.
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Dabei
wird die Einzugschnecke unterfüttert. Die
Dosierung wird so gestaltet, daß das
eingezogene Granulat höchstens
locker in den Gängen
der Einzugschnecke liegt. Vorzugsweise werden der Querschnitt der
Einzugschnecke über
der gesamten Länge
nur teilweise ausgefüllt.
Dazu ist wahlweise auch durch eine entsprechend große Querschnittsgestaltung
bei den Schneckengängen
vorgesehen. Die Dimensionsierung der Schneckengänge läßt sich dabei einerseits mit
wenigen Versuchen anderseits auch durch Berechnung bestimmen. Maßgebend
für die Berechnung
sind der vorgesehene Materialdurchsatz und Material.
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Das
richtige Maß an
Knetung und an Unterdruck läßt sich
unter Beobachtung der aus dem Extruder austretenden Schmelze leicht
kontrollieren. Wenn die Qualität
nachläßt, stellen
sich in der austretenden Schmelze Blasen bzw. Trübungen ein, während ungefärbtes PET
bei richtiger Entgasung klar durchsichtig ist. Die Blasen und Trübungen lassen sich
im Regelfall durch Verstärkung
des Knetens und/oder durch Verstärkung
des Unterdruckes für
die Entgasung beseitigen.
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Die
Anlegung des Unterdruckes erfolgt in einem gekapselten Einzug und
ggfs. in einer gekapselten Dosierung.
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Die
Kapselung kann unter Verwendung eines oder mehrerer Schleusen erfolgen,
die von dem Granulat durchwandert werden. Jede Schleuse besteht
wahlweise aus einem Behälter
und zwei Schließeinrichtungen,
die in Durchströmungsrichtung des
Behälters
vor und hinter dem Behälter
angeordnet sind. Es ist im Betrieb einer Schleuse immer mindestens
eine der Schließeinrichtungen
geschlossen. Beim Schleusenbetrieb ist zu unterscheiden zwischen
der Behälterfüllung, der
Erzeugung des Unterdrucks im Behälter
und der Behälterentleerung.
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Bei
der Behälterfüllung ist
der Behälterausgang
geschlossen. Vorzugsweise sind bei Gasabsaugung zur Unterdruckerzeugung
der Behälterausgang
und der Behältereingang
geschlossen. Bei der Behälterentleerung
bleibt der Behältereingang
geschlossen, während
der Behälterausgang
geöffnet wird.
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Mit
nur einer solchen Schleuse entsteht eine diskontinuierliche Dosierung,
weil die Dosierung der Schnecke zur Behälterfüllung unterbrochen werden muß.
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Mit
zwei solchen Schleusen, kann eine kontinuierliche Dosierung erfolgen.
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Dabei
können
die Schleusen parallel geschaltet sein, so daß mit der Entleerung der einen Schleuse
auf die andere Schleuse umgeschaltet werden kann.
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Dabei
können
die Schleusen auch hintereinander geschaltet sein. Bei der Hintereinanderschaltung
durchläuft
das Granulat erst den Behälter
in der ersten Schleuse und dann den Behälter in der zweiten Schleuse.
Dadurch gibt es auf dem Förderweg des
Granulats einen Behälter,
welcher dem Extruder am nächsten
ist und einen Behälter,
welcher einen größer Abstand
hat und in Förderrichtung
vor dem ersten Behälter
angeordnet ist. Bei diesem Konzept wird der Behälter in der zweiten Schleuse
aus dem Behälter
der ersten Schleuse immer wieder nachgefüllt bevor eine Entleerung stattgefunden
hat. Die Öffnung
des ersten Behälters
erfolgt zum Nachfüllen, wenn
der zweite Behälter
auf den gleichen Druck wie der erste Behälter gebracht worden ist.
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Die
Behälter
beider Schleusen besitzen vorzugsweise eine Steuerung mit mindestens
einem Min-Schalter, der bei Erreichen einer Mindestfüllung Kontakt
gibt, und einem Max-Schalter, der bei Erreichen einer maximalen
Füllung
Kontakt gibt. Der Kontakt bei Erreichen der Mindestfüllung dient
der Nachfüllung.
Der Kontakt bei Erreichen der maximalen Füllung dient beim Nachfüllen der
Beendigung des Füllvorgangs.
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Vorteilhafterweise
wird das Nachfüllen
vereinfacht, wenn austragseitig an den Schleusen besondere Austrageinrichtungen
vorgesehen sind, wie zum Beispiel Zellenräder. Die Zellenräder bilden
ihrerseits eine Schleuse und zugleich eine Dosierung.
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Günstig ist
auch eine Beheizung der Schleusen. Das erleichtert die Trocknung
und ermöglicht eine
Vorentgasung.
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Es
kommen auch Schleusen in Betracht, die durch eine Schnecke gebildet
werden. Diese Schnecke wird nachfolgend Schleusenschnecke genannt.
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Die
Schleusenschnecke kann ein Seitenextruder sein. Diese Schleusen-Schnecke
kann auch eine spezielle Füllschnecke
oder Stopfschnecke sein. Nach dem älteren Vorschlag wird die Schleusen-Schnecke
so mit Granulat gefüttert,
daß das Granulat
eine ausreichende Dichtwirkung entfaltet, um den oben erläuterten
Unterdruck mit wirtschaftlichem Aufwand zu bewirken.
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Bei
ausreichender Schneckenlänge
ist die an der Schleusenschnecke zu berücksichtigende Leckage vernachlässigbar.
Dabei ist eine Lackage vernachlässigbar,
deren Ausgleich im Verhältnis
zum Absaugen des Abdampfes aus der Entgasungsstation bis zu 10%
der Pumpenleistung für
das Absaugen erfordert. Selbst eine Verdoppelung der Pumpenleistung
zum Ausgleich einer Leckage an der Schleusenschnecke kann noch wirtschaftlich
tragbar sein.
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Mit
einer Schleusenschnecke ist gleichfalls ein kontinuierlicher Materialeintrag
in den oben beschriebenen Extruder möglich.
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Wahlweise
bilden die Schnecken auch nur einen Austrag am Behälter einer
Schleuse. Mit der Schnecke kann vorteilhafterweise über den
Materialaustrag hinaus eine Auflockerung der Behälterfüllung bewirkt werden.
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Während eine
Schleusenschnecke durch entsprechende Fütterung zumindest eine weitgehende
Abdichtung des Extrudereintrages bewirkt, hat eine Unterfütterung
einen Gasdurchlaß zur
Folge. Die Unterfütterung
kommt an der Eintragschnecke des Extruder zur Anwendung. Ziel ist
dabei eine Absaugung des Planetwalzenextruderteiles entlang der Einzugschnecke
bzw. durch deren Schneckengänge hindurch.
Damit ist eine separate Absaugung an dem Planetwalzenextruderabschnitt
entbehrlich.
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Wahlweise
erfolgt die Absaugung zusätzlich oder
alternativ über
eine unmittelbar an den Planetwalzenabschnitt angeschlossene Leitung.
Die Leitung zu einer separaten Pumpe führen. Die Leitung kann auch
zu einer gemeinsamen Pumpe führen. Diese
gemeinsame Pumpe saugt dann sowohl den gekapselten Extrudereintrag
und ggfs. die Dosierung als auch den zur Entgasung vorgesehenen
Planetwalzenextruderabschnitt ab. Dabei können Schieber in den Leitungen
sicherstellen, daß die
Absaugeleistung sich in gewünschter
Weise auf die verschiedenen abzusaugenden Bereiche verteilt.
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Wahlweise
sind noch weitere Pumpen vorgesehen. Zum Beispiel können am
Materialeinzug ein Leitungsanschluß und in Förderrichtung vor den Schleusen
ein Leitungsanschluß vorgesehen
sein, deren Leitungen zu separaten Pumpen führen.
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Günstig ist,
wenn in Absaugrichtung vor den Pumpen ein Kondensator in der Saugleitung
angeordnet ist.
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Vorteilhafte
Ergebnisse lassen sich auch erzielen, wenn die dem Extruder nächste Schleuse
mit einem Schneckenaustrag versehen ist und das Material über ein
Fallrohr in den Fallrohr aufgegeben wird.
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Vorzugsweise
ist auch am Fallrohr eine Gasabsaugung zur weiteren Entgasung oder
zur Aufrechterhaltung des bisherigen Unterdruckes vorgesehen.
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Günstig ist
auch eine Beheizung des Fallrohres zur Verlängerung der Beheizungsstrecke
für die Vorwärmung und
gegebenenfalls für
die Vorentgasung des Materials.
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In
Extruderrichtung sind hinter der Entgasung ein oder mehrere Extruderabschnitte
vorgesehen, die ein Aufschmelzen des entgasten Granulats bewirken.
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Für die verschiedenen
Extruderabschnitte ist eine gemeinsame Spindel vorgesehen. Die gemeinsame
Spindel wird durch eine Stange/Rohr gebildet, das sich vom Extruderantrieb
bis zum Extruderende erstreckt. Auf die Stange/Rohr werden für Aufsätze geschoben,
die an gewünschter
Stelle die Einzugschnecke und an anderer gewünschter Stelle die Zentralspindel
des Planetwalzenextruderabschnittes und an weiterer gewünschter
Stelle die Schnecke zum Aufschmelzen des Granulats bilden. Auf der Stange/Rohr
werden die verschiedenen Aufsätze verspannt.
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Dabei
findet je nach Beschaffenheit des PET eine Temperatursteigerung
im PET auf bis zu 260 Grad Celsius statt. Für diese Aufschmelzung kann ein
Extruderabschnitt mit einer herkömmlichen
Einschnecke verwendet werden.
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Die
aus dem Extruder austretende PET-Schmelze kann unterschiedlichen
Verwendungen zugeführt
werden, z.B. der Verwendung für
eine Folie oder für
Behältnisse
wie Flaschen.
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Für die Herstellung
von Flaschen aus extrudierter Schmelze stehen verschiedene Verfahren
zur Verfügung.
Beispielsweise kann die Schmelze zur Herstellung von Flaschen in
eine Form gedrückt
oder gespritzt werden. Die bekannten Verfahren zur Flaschenherstellung
führen
zu einem intermittierenden Bedarf an PET-Schmelze. Deshalb kann
es zweckmäßig sein, über den
Extruder kontinuierlich in einen Schmelzespeicher zu fahren, der
die Schmelze in den notwendigen Abständen in eine Form drückt.
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Zur
Folienherstellung dienen in der Regel Kalander und Glättwerke.
Das PET muß mit
ausreichender Temperatur zwischen die Kalanderwalzen gefahren werden.
Dazu sind verschiedene Verfahren bekannt. Zum Beispiel kann mit
einer Breitschlitzdüse
gearbeitet werden. Den notwendigen Druckaufbau für die Breitschlitzdüse kann
der Extruder leisten. Der Druck kann auch mit einer zwischengeschalteten Schmelzepumpe
hochgespannt werden.
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Die
Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die Wirkung von Mischung
und Transport der Schmelze im Planetwalzenextruder zu steuern.
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Nach
der Erfindung wird das dadurch erreicht, daß die Planetwalzenspindeln
den unterschiedlichen Anforderungen angepasst sind.
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Bei
Einschneckenextrudern ist das Leistungsverhalten einer Schnecke
verhältnismäßig leicht
einstellbar. Das resultiert aus der dort üblichen Bauweise:
Jede
zeitgemäße Schnecke
setzt sich aus einzelnen Abschnitten zusammen, die mittig eine Bohrung
besitzen. Durch die Bohrung erstreckt sich ein Anker, mit dem die
einzelnen Abschnitte gegeneinander verspannt werden. Je nach Bedarf
haben die einzelnen Abschnitte eine andere Konfiguration. Das äußert sich
zum Beispiel in verschiedenen Steigungen.
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Bei
Doppelschneckenextrudern findet die Bauweise nur eingeschränkt Anwendung,
denn die beiden Schnecken des Doppelschneckenextruders kämmen miteinander
und müssen
deshalb im Wesentlichen baugleich sein.
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Bei
den Planetwalzenextrudern ist die bei den Einschnecken und Doppelschnecken
bekannte Bauweise nicht üblich.
Das hat den einfachen Grund, daß die
notwendige Anpassung aller verzahnten Teile spätestens bei dem innen verzahnten
Gehäuse des
Extruders bzw. bei dessen innen verzahnter Buchse endet. Bei den
Planetwalzenextrudern sind Änderungen
an den Planetwalzenspindeln bekannt. Zu den bekannten Änderungen
der Planetwalzenspindeln gehört
die oben beschriebene Noppenbildung. Die Noppenverzahnung verringert
die Vortriebswirkung auf die Schmelze, so daß sich die Mischleistung erhöht. Darüber hinaus
ist es bekannt, die Planetwalzenspindeln mit umlaufenden Nuten zu versehen.
Die umlaufenden Nuten reduzieren die Förderwirkung auf die Schmelze
auf Null.
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Die
Erfindung hat eine weitere Möglichkeit zur
Einflussnahme auf die Förderwirkung
der Planetwalzenspindeln gefunden. Nach der Erfindung wird an mindestens
einer Planetenspindel mindestens ein Zahn entfernt. Wahlweise werden
auch mehr Zähne entfernt.
Vorzugsweise verbleiben mindestens jeweils 3 gleichmäßig am Umfang
der Planetwalzenspindeln. Es kann auch jeder vierte oder jeder dritte oder
jeder zweite Zahn entfernt werden. Es handelt sich um reduzierten
Zahnbesatz im Unterschied zu nicht reduziertem Zahnbesatz. Die Entfernung
der Zähne
erfolgt vorzugsweise bis in den Zahngrund. Denkbar ist auch eine
darüber
hinausgehende Materialausarbeitung, ebenso eine teilweise Entfernung der
Zähne.
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Durch
die ganze oder teilweise Entfernung bestimmter Zähne entsteht bei unverändertem
Fortbestand der übrigen
Zähne eine
Planetwalzenspindel mit mehr Förderwirkung
als eine reine Noppenspindel, wenn auch mit weniger Mischleistung
als eine reine Noppenspindel. Gegenüber einer üblichen Planetwalzenspindel
ist die Förderwirkung
aber geringer und die Mischleistung höher. Gleichwohl läßt sich z.B.
die gleiche Förderwirkung
des Extruder erreichen, indem nach der Reduzierung des Zahnbesatzes
an den Planetenwalzenspindeln die Zahl der Planetenwalzenspindeln
erhöht
wird. Dadurch ergibt sich eine höhere
Planetwalzenspindelzahl.
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Die
Erhöhung
der Förderwirkung
kann bei einer Temperaturerhöhung
und damit verbundenem Viskositätsverlust
wichtig, zum Teil sogar entscheidend werden. Das heißt, je höher die
Schmelzetemperatur wird, desto flüssiger wird die Schmelze und desto
schwieriger und wichtiger wird es, auf die Schmelze eine Förderwirkung
auszuüben.
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Ähnliche
Situationen können
sich bei der Trocknung von PET-Partikeln und vergleichbaren Stoffen
ergeben. PET-Partikel zeigen auch temperaturabhängig schon unterschiedliche
Reibungswerte. Das gilt besonders für den Grenzbereich, in dem
die Partikel außen
anschmelzen und innen noch fest sind. Eine zu geringe Förderwirkung
kann zu lange Verweilzeiten des PET und eine zu große Sprödigkeit des
PET zur Folgen haben.
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Die
erfindungsgemäße Entfernung
der Zähne
kann an vorhandenen Planetwalzenspindeln nachträglich erfolgen.
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Soweit
eine Vorratshaltung an Planetwalzenspindeln stattfindet und soweit
eine Vergütung
oder Härten
oder sonstiges Behandeln zur Erhöhung
der Verschleißfestigkeit
der Zahnflächen
vorgesehen ist, werden die Planetwalzenspindeln vorzugsweise ohne
die Oberflächenbehandlung
bevorratet, damit im nachhinein eine einfache erfindungsgemäße Bearbeitung
der Planetwalzenspindeln, z.B. durch Fräsen, möglich ist. Die Behandlung der
der Zahnflächen
erfolgt nach der erfindungsgemäßen Bearbeitung.
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Überraschenderweise
beeinträchtigt
das erfindungsgemäße Entfernen
von Zähnen
die Laufruhe der Planetwalzenspindeln nicht, weil die Zähne wie Schrauben/Gewindegänge an der
Oberfläche
der Planetwalzenspindeln verlaufen. Bei ausreichender Länge der
Spindeln und entsprechender Steigung umschlingen die schraubenförmig bzw.
gewindegangförmig
verlaufenden Zähne
die Spindeln so häufig,
daß die
Planetwalzenspindeln zwischen der Zentralspindel und dem umgebenden
Gehäuse
sicher geführt
und fixiert sind. Bei einer Planetwalzenspindel, bei der jeder zweite
Zahn entfernt worden ist, ist nach der Erfindung
- a)
bei einem Planetwalzenspindeldurchmesser kleiner 160 mm eine erfindungsgemäß bearbeitete
Spindellänge
von mindestens 200 mm, bevorzugt von mindestens 300 m und weiter
bevorzugt eine Spindellänge
von mindestens 400 mm und höchst
bevorzugt eine Spindellänge
bis 800 mm vorgesehen. Bei weniger entfernten Zähnen kann die Spindellänge kürzer sein,
bei mehr entfernten Zähnen
soll die Spindellänge
länger
sein.
- b) bei einem Planetwalzenspindeldurchmesser von 160 mm und mehr
eine erfindungsgemäß bearbeitete
Spindellänge
von mindestens 400 mm, bevorzugt von mindestens 800 m und weiter
bevorzugt eine Spindellänge
von mindestens 1200 mm und höchst
bevorzugt eine Spindellänge
bis 2500 mm vorgesehen. Bei weniger entfernten Zähnen kann die Spindellänge kürzer sein,
bei mehr entfernten Zähnen
soll die Spindellänge
länger
sein.
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Die
erfindungsgemäße Bearbeitung
der Planetwalzenspindeln kann auf alle bekannten Zahnmodule Anwendung
finden, insbesondere auf die gebräuchlichen Module 1,5 bis 12
oder darüber
hinaus bis 20. Die Zahnmodule sind von den oben erwähnten Planetwalzenteilen/Modulen
zu unterscheiden. Die Zahnmodule kennzeichnen die Größe der Zähne. Die
Plaentwalzenabschnitte/Extruderteile/Module werden mit den anderen
Modulen zu dem jeweils gewünschten
Extruder zusammengesetzt. Die Modulbauweise ist mit einem Baukastensystem
vergleichbar und in der Regel besonders wirtschaftlich.
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Die
verschiedenen Planetenteile (Zentralspindel/Planetenspindeln/Innenverzahnung)
eines Abschnittes/Moduls haben regelmäßig den gleichen Zahnmodul.
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Wahlweise
werden die Zähne
nicht nachträglich
entfernt, sondern findet eine Fertigung statt, bei der die Planetwalzenspindeln
sofort in die Form gebracht werden, wie sie nach der oben beschriebenen Zahnentfernung
ensteht.
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Dazu
ist zunächst
darauf einzugehen, wie die Zähne
bei herkömmlicher
Verzahnung entstehen. Verbreitet ist die Herstellung durch Fräsen und Schleifen.
Dazu wird die Kontur der Verzahnung festgelegt und der Fräser entlang
der Kontur bewegt. Der Fräser
arbeitet dabei verhältnismäßig grob.
Deshalb ist anschließend
eine Feinbearbeitung üblich,
z.B. durch Schleifen bei außen
verzahnten Teilen oder durch Honen oder Erodieren bei innen verzahnten Teilen üblich. Es
sind auch urformende Herstellungsverfahren für Getriebeteile bekannt, das sind
Gießen und
Sintern. Zu den Umformenden Herstellungsverfahren zählt Schmieden,
Pressen, Ziehen, Walzen, Stanzen).
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Das
Fräsen
gehört
zur spanenden Herstellung. Andere spanende Verfahren sind zum Beispiel Hobeln,
Stoßen,
Räumen,
Schaben, Schleifen, Honen.
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Allen
Herstellungsverfahren für
Verzahnungen ist gemeinsam, daß sie
der festgelegten Kontur der Verzahnung folgen. Bei normaler Verzahnung wechselt
ein Zahn mit einer Zahnlücke.
Der Abstand zwischen zwei benachbarten Zähnen eines Teiles ist gleich
Bei der Festlegung der Kontur kommt es auf die Verzahnung an. Die
Verzahnung folgt den allgemeinen Erkenntnissen der Getriebetechnik.
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Man
unterscheidet verschiedene Grundformen von Verzahnungen: Evolventenverzahnung,
Zykloidenverzahnung und Treibstockverzahnung. Darüber hinaus
gibt es diverse Sonderformen.
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Bei
Planetwalzenextrudern hat sich die Evolventenverzahnung durchgesetzt.
Die Evolventenverzahnung mit vollem Zahnbesatz wird im folgenden als
Normalverzahnung bezeichnet.
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Bei
der Evolventenverzahnungi werden die Flanken der Zähne des
Zahnrades von Evolventen gebildet. Vorstellen kann man sich die
Evolventen, wenn man sich den Zahnradgrundkreis als massiven Zylinder
vorstellt, um den ein Faden gewickelt ist. Wird dieser Faden nun
abgewickelt, so beschreibt der straff gespannte Endpunkt des Fadens
die Figur eine Evolvente. Alle Punkte auf dem Faden, welche den
ganzzahlig vielfachen Abstand vom Endpunkt aufweisen, bewegen sich
somit auf der Evolvente eines anderen Zahnes. Die Evolventenverzahnungen haben
folgende Vorteile:
Die Flanken zweier im Eingriff befindlicher
Zahnräder berühren sich
immer, und in diesen Berührungspunkten
haben sie stets die annähernd
gleiche Geschwindigkeit. Somit ist gewährleistet, daß die Übertragung der
Drehbewegung reibungsarm erfolgt.
-
Gleichzeitig
erlaubt die Evolventenverzahnung die gleichmäßige Übertragung von Drehmomenten
durch eine konstante Übersetzung.
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Sie
ist unempflindlich gegen das Verschieben der Achsen der Zahnräder (Achsabstandsunabhängigkeit).
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Sie
ist einfach in der Fertigung durch standardisierte geradlinige Werkzeuge.
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Bei
gleicher Geometrie des Werkzeuges sind Zahnräder mit unterschiedlicher Zähnezahl
und unterschiedlicher Profilverschiebung frei miteinander kombinierbar.
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Bei
Planetwalzengetrieben ist man wie bei anderen Getrieben bemüht, mit
möglichst
geringem Spiel zwischen den Getriebeteilen zu arbeiten. Das Spiel
kann bei der Festlegung der Kontur berücksichtigt werden. Bei Planetwalzenextrudern
ist üblicherweise
ein sehr viel größeres Spiel
vorgesehen. Auch dieses Spiel kann bei der Festlegung der Zahnkontur berücksichtigt
werden.
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Bei üblicher
Verzahnung folgt ein Zahn einer Zahnlücke und einer Zahnlücke ein
Zahn, wobei die Zähne
und die Zahnlücken
gleich sind. Da die Zähne in
die Zahnlücken
greifen und die miteinander kämmenden/ineinander
greifenden Getriebeteile die gleiche Verzahnung haben sollen, beinhalten
die Zahnlücken
eine spiegelverkehrte Abbildung der Zähne.
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Bei
der erfindungsgemäßen Gestaltung
der Verzahnung sind die Zahnlücken
aber anders als bei üblicher
Verzahnung. Bei der oben beschriebenen Herstellung der erfindungsgemäßen Verzahnung werden
dazu an vorhandenen Getriebeteilen einzelne oder mehrere Zähne entfernt.
Alternativ werden schon bei der Festlegung der Zahnkontur einzelne oder
mehrere Zähne
entfernt. Die Herstellung folgt dann in der oben beschriebenen Weise
der festgelegten erfindungsgemäßen Zahnkontur.
Das heißt, im
Falle der Anwendung eines Fräsers,
folgt der Fräser
der vorher festgelegten neuen Kontur mit größeren Zahnlücken. Entsprechendes gilt für andere Werkzeuge
zur Herstellung der vorher festgelegten neuen Kontur.
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Günstig ist
es, wenn die Zahl der Zähne
von Gehäuseinnenverzahnung(Buchsenverzahnung), Planetspindeln
und Zentralspindel so gewählt
ist, daß der
Selbstreinigungseffekt der Planetwalzenteile gewahrt bleibt. Das
ist zum Beispiel dann der Fall, wenn die Zähnezahl an der Zentralspindel
und an der Gehäuseinnenverzahnung(Buchsenverzahnung)
gerade ist und die Zähnezahl
an den Planetspindeln ungerade ist. Dann wird die Schmelze in jedem
Zwischenraum zwischen zwei Zähnen
durch die in den Zwischenraum eindringenden Zähne anderer Teile des Planetwalzenextruders
in Bewegung gebracht.
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Die
gleichen Verhältnisse
ergeben sich bei ungeraden Zähnezahlen
an Zentralspindel und Gehäuseinnenverzahnung
und gerade Zähnezahl
an den Planetwalzenspindeln.
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Das
gleiche Ergebnis kann durch unregelmäßiges Entfernen des Zahnbesatzes
erreicht werden, zum Beispiel dadurch, daß nicht regelmäßig jeder
zweite Zahn, sondern einmal oder mehrmals ein anderer Zahn, zum
Beispiel der dritte Zahn entfernt wird oder zum Beispiel zwei ursprünglich neben
einander stehende Zähne
unberührt
bleiben. Das heißt, die
Bearbeitung erfolgt in unterschiedlichen Abständen. Dabei kann ausreichend
sein, daß ein
Abstand anders als die anderen Abstände ist. Es können auch mehrer
Abstände
anders sein. Das gleiche Ergebnis kann auch dadurch erreicht werden,
daß erfindungsgemäß bearbeitete
Planetwalzenspindeln mit unbearbeiteten Planetwalzenspindeln kombiniert
werden oder das unterschiedlich erfindungsgemäß bearbeitete Planetwalzenspindeln
miteinander kombiniert werden.
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Es
besteht die Erwartung, daß sich
Planetwalzenspindeln durchsetzen, die auf der gesamten Länge erfindungsgemäß verzahnt
sind.
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In
der Anwendung auf PET und dergleichen Stoffe kann es gleichwohl
vorteilhaft sein, Planetwalzenspindeln zu verwenden, die in dem
oben beschriebenen Bereich die erfindungsgemäße Bearbeitung aufweisen und
in dem übrigen
Bereich normal verzahnt sind oder als Noppenspindeln ausgebildet sind
oder eine andere Verzahnung aufweisen.
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Diese
kann dadurch erfolgen, daß die
Bearbeitungswerkzeuge am Übergang
von dem einen Bereich in den anderen Bereich auslaufen. In der Kombination
mit Noppenbildung heißt
das, die gegenläufige
Verzahnung, welche in der oben beschriebenen Form die Noppenspindeln,
läuft an
dem erwähnten Übergang
aus.
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Desgleichen
läuft die
erfindungsgemäße Bearbeitung
beim Übergang
von einem Bereich in den anderen aus.
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Wahlweise
sind auch mehrteilige Planetwalzenspindeln vorgesehen, nämlich mit
einem separat und erfindungsgemäß bearbeiteten
Teil und mit einem separat hergestellten Restteil. Der Restteil
kann ein Noppenverzahnungsteil oder ein normal verzahntes Teil oder
ein anderes Teil sein. Beide Teile sind zugleich mit einer mittigen
Bohrung für
einen Anker versehen, mit dem die beiden Teile miteinander verspannt
werden. Auf dem Wege entstehen mehrteilige Planetwalzenspindeln,
die über
ihrer Länge
einen Verzahnungswechsel aufweisen, daß heißt von einer erfindungsgemäßen Verzahnung
zu einer anderen Verzahnung wechseln.
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Die
Mehrteiligkeit kann bei der Herstellung der Verzahnung Vorteile
haben, indem die Teile mit unterschiedlicher Verzahnung separat
hergestellt werden. Dann müssen
die Werkzeuge dem Zahnwechsel nicht folgen. Im Zusammenhang mit
einem gewünschten
schlagartigen Wechsel der Verzahnung bietet sich eine solche Vorgehensweise
an.
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Auf
der anderen Seite kann verfahrenstechnisch auch ein langsamer Wechsel
von einer Verzahnung zur anderen von Vorteil sein. Ein langsamer Übergang
von einer erfindungsgemäßen Verzahnung
zu einer Normalverzahnung entsteht in der Anwendung eines Fräsers zum
Beispiel dadurch, daß der
für die
nachträgliche
Zahnentfernung eingesetzte Fräser
langsam aus dem Material der Planetwalzenspindel herausgefahren
wird.
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Es
kann auch ein Wechsel von einer Verzahnung, zum Beispiel von einer
Normalverzahnung, zu einer erfindungsgemäßen Verzahnung vorkommen. Dann
gilt entsprechendes wie zu dem vorstehend erläuterten Wechsel mit der Maßgabe, daß für einen langsamen
Wechsel der Fräser
langsam in das Material der Planetwalzenspindel hineingefahren wird.
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Die
mehrteiligen Planetwalzenspindeln können auch einen mehrfachen
Verzahnungswechsel besitzen.
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Es
kommen auch einteilige Planetwalzenspindeln in Betracht, die über Ihrer
Länge in
der Verzahnung einen oder mehrere Verzahnungswechsel zeigen.
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Für jeden
Wechsel der Verzahnung gelten die Ausführungen zur nachträglichen
Entfernung von Zähnen
und der vorhergehenden Festlegung der Zahnkontur entsprechend.
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In
der Anwendung auf PET lassen sich die Einsatzpartikel mit dem erfindungsgemäßen Planetwalzenextruder
kontrolliert und sicher durch eine Trocknungszone fördern. Durch
die erfindungsgemäße Verzahnung
entsteht in dem Extruder ein größeres Kammervolumen
als bei Normalverzahnung, so daß mehr
Gelegenheit zur Trockung bzw. zur Entgasung besteht. Außerdem verringert
sich durch die erfindungsgemäße Verzahnnung
die Knetarbeit, so daß weniger
Energie in das Behandlungsgut getragen wird und sofort ein Temperaturabfall
gegenüber einer
Trocknung in einem normal verzahnten Extruder entsteht.
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Anstelle
von PET lassen sich auch diverse andere thermoplastische Kunststoffe
mit dem erfindungsgemäßen Extruder
bearbeiten. Insbesondere läßt sich
der erfindungsgemäße Extruder
in diversen Entgasungsvorgängen
anwenden. Dazu wird zum Beispiel auf folgende Entgasungsvorgänge verwiesen:
DE 10 2004 061 185
A1 ,
DE
10 2004 060 966 A1 ,
DE 10 2004 053 929 A1 ,
DE 10 2004 005 0058 A1 ,
DE 10 2004 004 237
A1 ,
DE69908565T2 ,
DE69827497T2 ,
DE69807708T2 ,
DE69725985T2 ,
DE69715781T2 ,
DE69715082T2 ,
DE69711597T2 ,
DE69710878T2 ,
DE69709015T2 ,
DE69707763T2 ,
DE69630762T2 ,
DE69628188T2 ,
DE69622375T2 ,
DE69428309T2 ,
DE69427539T2 ,
DE69419146T2 ,
DE69312852T2 ,
DE69312246T2 ,
DE69306874T2 ,
DE69207369T2 ,
DE68928567T2 ,
DE68915788T3 ,
DE60206271T2 ,
DE60012108T2 ,
DE19956483A1 ,
DE19954313A1 ,
DE10257377A1 ,
DE10356821A1 ,
DE10354546A1 ,
DE10354379A1 ,
DE10352444A1 ,
DE10352440A1 ,
DE10352439A1 ,
DE10352432A1 ,
DE10352431A1 ,
DE10352430A1 ,
DE10351463A1 ,
DE10349144A1 ,
DE10345043A1 ,
DE10343964A1 ,
DE10342822A1 ,
DE10340977B4 ,
DE10340976B4 ,
DE10333927A1 .
-
Die
Planetwalzenspindeln bilden nur einen Teil des Planetwalzenextruders.
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Andere
Planetwalzenteile sind die Zentralspindel und die Innenverzahnung
des Gehäuses bzw.
der ggfs. im Gehäuse
sitzenden Buchse.
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Die
Zentralspindel kann auch mit der erfindungsgemäßen Verzahnung versehen sein.
Das gleiche gilt für
die Innenverzahnung des Gehäuses
bzw. der Buchse. Insoweit gelten obige Ausführungen auch für die Zentralspindel
und die Innenverzahnung. Dabei gehören mehrteilige Zentralspindeln
bereits zum bekannten Stand der Technik, so daß die erfindungsgemäße Bearbeitung
der Zentralspindel leichter ist. Gleichwohl ist es in der Regel
aus verfahrenstechnischen Gründen
vorteilhafter, die Planetspindeln mit der erfindungsgemäßen Verzahnung
zu versehen. Die Planetwalzenspindeln bieten bei entsprechend großer Besatzzahl
eine größere Verzahnungsfläche als
die Zentralspindel. Dadurch hat die erfindungsgemäße Verzahnung
dort eine größere Wirkung
als an der Zentralspindel. Hinzu kommt die vorteilhafte Kombinationsmöglichkeit
der Planetwalzenspindeln. Wie oben ausgeführt, können erfindungsgemäß verzahnte
Planetwalzenspindeln mit normal verzahnten Planetwalzenspindeln
kombiniert werden. Dabei ist es leicht, die Zahl der normal verzahnten
Planetwalzenspindeln oder die Zahl der erfindungsgemäß verzahnten
Planetwalzenspindeln zu erhöhen,
um eine genaue Anpassung an die gewünschte Materialbehandlung,
insbesondere die Trocknung und Temperaturführung von PET zu erreichen.
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Auch
die Innenverzahnung des Gehäuses kann
mit der erfindungsgemäßen Verzahnung
versehen werden. Wie bei der Zentralspindel ist es in der Regel
von Vorteil, die Planetwalzenspindeln mit der erfindungsgemäßen Verzahnung
zu versehen.
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Denkbar
ist auch, alle Planetwalzenteile gemeinsam in erfindungsgemäßer Weise
zu verzahnen.
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In
der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele des älteren Vorschlages
und der Erfindung dargestellt.
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1 zeigt
einen Extruder mit folgenden Komponenten/Abschnitten: Antrieb 1,
Einzug 2, Planetwalzenabschnitt 3, Austragschnecke 4,
Schmelzepumpe 5, Breitschlitzdüse 6.
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In
den Einzug 2 mündet
eine Dosierung mit zwei hintereinander geschalteten Schleusen. Zu
beiden Schleusen gehören
zwei Behälter 8 und 9 und ein
zwischengeschalteter Schieber 10. Von dem Behälter 8 führt eine
Dosierungsleitung in den Einzug 2.
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Der
Behälter 9 wird
in nicht dargestellter Form mit PET-Granulat gefüllt und geschlossen. Anschließend wird
mittels der Pumpe 11 ein Unterdruck an den Behälter 9 angelegt.
Damit wird die eingeschlossene Luft weitgehend abgesaugt. Zugleich
findet eine Erwärmung
zur Trocknung des PET-Granulats statt.
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Aus
dem Behälter 9 wird
das erwärmte PET-Granulat
bei geöffnetem
Schieber 10 in den Behälter 8 aufgegeben.
Im Behälter 8 wird
das PET-Granulat weiter erwärmt
und weitere getrocknet. Anschließend wird der Schieber 10 geschlossen
und das PET-Granulat weiter vorgewärmt und in den Einzug 2 eindosiert.
Dabei besteht in der Leitung von dem Behälter 8 zum Einzug 2 ein
Unterdruck, der mittels einer Pumpe 12 erzeugt wird.
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Das
PET-Granulat gelangt in den Einzug 2 und wird von dort
in lockerer Schüttung
in Extrusionsrichtung gefördert.
Die Extrusionsrichtung weist in der Zeichnung von links nach rechts.
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In
dem Einzug 2 findet eine weitere Erwärmung statt.
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Für die Erwärmung des
PET-Granulats ist ein Heiz-Kühlkreis 15 vorgesehen.
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Durch
die Trocknung und durch den Unterdruck im Bereich der Dosierung
und des Einzuges wird die dem PET-Granulat anhaftende oberflächliche
Feuchtigkeit entfernt.
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Das
PET-Granulat gelangt im Ausführungsbeispiel
mit einer Temperatur von 130 Grad Celsius in den nächsten Extruderabschnitt,
nämlich
den Planetwalzenextruderabschnitt 3. In dem Planetwalzenextruderabschnitt 3 wird
das PET-Granulat zwischen den umlaufenden Planetwalzenspindeln,
der Zentralspindel und dem innen verzahnten Extrudergehäuse vielfach
geknetet, so daß sich
immer neue Oberflächen
bilden, von denen die eingeschlossene Feuchtigkeit abdampft. Dabei
wird die Temperatur von 130 Grad Celsius im wesentlichen beigehalten.
Das bedingt eine Kühlung,
weil beim Kneten die eingebrachte Verformungsenergie in Wärme umgesetzt
wird. Kühlung
erfolgt mittels eines Heiz-Kühlkreises 16.
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In
dem dargestellten Planetwalzenextruderabschnitt finden nach 3 herkömmliche
Planetwalzenspindeln 21 Anwendung. Im Ausführungsbeispiel
sind fünf
Planetwalzenspindeln vorgesehen, in anderen Ausführungsbeispielen mehr Spindeln
oder weniger Spindeln.
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Diese
Planetwalzenspindeln 21 bilden mehrgängige Schnecken, die sich mit
gleichbleibender Neigung über
die gesamte Spindellänge
erstrecken.
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Die
Schneckengänge
sind in der Zeichnung durch schräg
zur Spindellängsachse
verlaufende Striche dargestellt.
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Die
Schneckengänge
verlaufen im Ausführungsbeispiel
in der Seitenansicht von rechts rechtsgängig, im Uhrzeigersinn. Die
Schnecken besitzen außenseitig
eine Verzahnung. Die korrespondierende spiegelbildliche Verzahnung
findet sich an der Zentralspindel des Planetwalzenextruderabschnittes und
dem innen verzahnten umgebenden Gehäuse, so daß die Planetwalzenspindeln 21 sowohl
mit der Gehäuseverzahnung
als auch mit der Zentralspindel kämmen können.
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4 zeigt
Planetwalzenspindeln 22 eines weiteren Ausführungsbeispiels,
welche einerseits die gleichen Schneckengänge wie die Schnecken/Spindeln
nach 3 besitzen. Andererseits besitzen die Spindeln
zugleich linksgängig
verlaufende Nuten, welche die rechtsgängig verlaufenden Schneckengänge schneiden.
Die linksgäng
verlaufenden Nuten sind mit Strichen in der 4 dargestellt,
welche die aus 3 bekannten Schneckengänge rechtwinklig kreuzen.
Das ist mit kreuzenden Strichen dargestellt. Durch die kreuzenden
Nuten werden die Stege zwischen den Schneckengängen, welche im Querschnitt die
Zähne der
Verzahnung bilden, unterbrochen. Die zwischen zwei Unterbrechungen
verbleibenden Zähne
bilden einen stachelartigen/noppenartigen Zahn. Die vielen nebeneinander
entstehenden Stachel/Noppen erinnern an das Stachelkleid eines Noppens.
Daraus resultiert die Bezeichnung Noppenverzahnung. Die Unterbrechungen
werden im weiteren als Zahnlücken
bezeichnet.
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2 zeigt
weitere Planetenspindeln 23 mit einem Teil 25,
welcher der Verzahnung nach 3 nachgebildet
ist, und mit einem Teil 24, welcher der Verzahnung nach 4 nachgebildet
ist.
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Die
abgedampfte Feuchtigkeit wird durch die Einzugschnecke hindurch
abgezogen, weil die Schüttlage
bzw. Bewegungslage des PET-Granulats in den Schneckengängen ausreichend
locker bzw. die Schneckengänge
durch das PET-Granulat auch am Ende der Einzugschnecke nur teilweise
ausgefüllt
werden.
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An
der Einzugschnecke vorbei gelangt der Abdampf hauptsächlich in
die zur Pumpe 12 führende
Leitung. In der Leitung wird der Dampf im Kondensator 13 kondensiert
und ausgetragen.
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Das
PET-Granulat wird im wesentlichen mit gleichbleibender Temperatur
aus dem Planetwalzenextruderabschnitt 3 in die Austragsschnecke 4 übergeben.
Die Austragsschnecke hat gegenüber
herkömmlichen
Austragschnecken im Ausführungsbeispiel
nicht die Aufgabe des Druckaufbaus. Dafür ist die in Extrusionsrichtung
nachgeschaltete Schmelzepumpe 5 vorgesehen.
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Die
Austragschnecke 4 hat die Aufgabe, das PET-Granulat aufzuschmelzen.
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Dazu
wird das PET-Granulat auf 250 bis 260 Grad Celsius erhöht. Die
Erwärmung
erfolgt mittels eines Heiz-Kühlkreises 17 und
aufgrund von Verformungsarbeit der Austragschnecke. Die Austragschnecke
ist dabei hinsichtlich ihres Schneckenganges und des Schneckenquerschnittes
so gestaltet, daß sich
ein Druck aufbaut, der zusammen mit der weiteren Verformungsarbeit
bei der erreichten Temperatur eine Plastifizierung des PET-Granulats bewirkt.
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Der
gesamte Extruder ist mit einer durchlaufenden Stange/Rohr 30 durchsetzt.
Auf dem Rohr 30 sind verschiedene Aufsätze aufgesteckt und verspannt,
so daß im
Einzugsbereich 2 eine Einschnecke entsteht, im Bereich 3 eine
Zentralspindel ensteht und im Bereich 4 wiederum eine Einschnecke entsteht.
Das Rohr 30 ist temperiert. Zur Temperierung dient ein
Heiz- und Kühlkreis 31.
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Mit
der Schmelzepumpe 5 wird der Druck der aus der Austragschnecke 4 austretenden
Schmelze so weit erhöht,
daß sich
die Schmelze gleichmäßig in der
Breitschlitzdüse 6 verteilt
und aus der Breitschlitzdüse
als dünne
Schicht 20 austritt. Die dünne Schicht wird sofort von
gekühlten
Kalanderwalzen 7 aufgenommen und stark abgekühlt und
auf ein gewünschtes
Dickenmaß gebracht,
so daß eine
gewünschte
PET-Folie entsteht.
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Zur
Kühlung
der Kalanderwalzen 7 ist ein Kühlkreis 18 vorgesehen.
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5 zeigt
die Materialzuführung
eines anderen Ausführungsbeispiels.
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Dabei
ist eine Zuführung 37 für PET-Granulat vorgesehen.
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Die
Zuführung 37 führt in einen
trichterförmigen
Aufgabebehälter 31.
Der Aufgabebehälter 31 ist über einem
Schleusenbehälter 32 angeordnet.
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Der
Schleusenbehälter 32 ist über einem weiteren
Schleusenbehälter 33 angeordnet.
Von dem Schleusenbehälter 33 führt eine
Austragsschnecke 36 zu einem Fall 37. Aus dem
Fallrohr 37 gelangt das PET-Granulat in einen Extruder.
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Zwischen
den beiden Behältern 31 und 32 ist eine
Schleuse/Schieber 34 vorgesehen, zwischen den Behältern 32 und 33 eine
Schleuse/Schieber 35.
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Alle
Behälter 31, 32, 33 und
das Fallrohr 37 werden beheizt.
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Alle
Behälter 31, 32, 33 und
das Fallrohr 37 werden evakuiert. Dazu sind Saugleitungen 42, 41, 40, 46 und 45 und
Pumpen 43 und 44 vorgesehen.
-
In
den Saugleitungen 42, 41, 40, 46 und 45 sind
Schieber 38, 39, 40 und 47 vorgesehen.
Durch die Vorwärmung
und die Evakuierung über
die Saugleitungen findet eine Vorentgasung des Material statt.
-
Der
Schleusenbetrieb wird über
Schalter gesteuert, und zwar einen Min-Schalter 48 und
einen Max-Schalter 49. Der Min-Schalter 48 gibt
Kontakt zum Nachfüllen
des Behälters 33,
wenn die Behälterfüllung eine
Mindestfüllung
für die
Materialaufgabe in den Extruder erreicht hat. Danach wird die Schleuse/Schieber 34 geschlossen
und die Schleuse/Schieber 35 geöffnet, so daß der Materialinhalt
des Behälters 32 in
den Behälter 33 ablaufen
kann. Das Volumen des Behälters 33 ist
größer als
das Volumen des Behälters 32 ausgelegt,
so daß keine Überfüllung des
Behälters 33 entstehen
kann.
-
Nach
der Entleerung des Behälters 32 wird die
Schleuse/Schieber 35 geschlossen und die Schleuse/Schieber 34 geöffnet, so
daß PET-Granulat aus
dem Aufgabebehälter 31 in
den Behälter 32 nachströmen kann.
Der Füllvorgang
wird durch Schließen
der Schleuse/Schieber 34 beendet, wenn ein ausreichender
Füllgrad
erreicht ist und der Max-Schalter 49 Kontakt gibt.
-
Die
Behälter 32 und 33 werden
durch die Saugleitungen über
verschiedene Pumpen 43 und 44 evakuiert, wenn
die Schleuse/Schieber 34 geschlossen ist. Bei Öffnung der
Schleuse/Schieber 34 wird durch Betätigung der Schieber 38 und 39 der
Evakuierungsvorgang unterbrochen.
-
Die
Schieber 38, 39, 40 und 47 finden
zur Unterbrechung des Evakuierungsvorganges auch Anwendung, wenn über nicht
dargestellte Klappen eine Reinigung der Behälter erfolgen soll.
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6 und 8 zeigen
für die
Verwendung eines Planetwalzenextruders in der Trocknungsstation
einer PET-Aufbereitungsanlage eine erfindungsgemäße Planetwalzenspindel 60.
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Die
Planetwalzenspindel 60 besteht aus zwei Teilen 61 und 62.
Der Teil 61 entspricht einer herkömmlichen Planetwalzenspindel
mit vollem Zahnbesatz. Im Ausführungsbeispiel
handelt es sich um eine Planetwalzenspindel mit einem Teilkreisdurchmesser
von 34 mm, mit einem Außendurchmesser
von 42 mm und einem Durchmesser von 26 mm am Zahnfuß des Zahnbesatzes.
Im Ausführungsbeispiel
hat der Teil 61 eine Länge
von 200 mm. Die Gesamtlänge
der Planetwalzenspindel 60 beträgt 1000 mm.
-
Dadurch
ergibt sich für
den Teil 62 eine Länge
von 800 mm. Der Teil 62 definiert den Bereich erfindungsgemäßer Ausbildung
der Planetwalzenspindel, Teil 61 definiert den Restbereich.
Im Teil 61 hat die Spindel 7 Zähne 64, die ähnlich wie
Gewindegänge,
aber mit sehr großer
Steigung an der Planetwalzenspindelaußenseite verlaufen. Dies ist
in der 8 dargestellt.
-
Im
Teil 62 sind 3 Zähne 64 abgefräst worden. Das
ist vor einer Oberflächenhärtung der
Zähne 64 erfolgt.
Die Verteilung der verbliebenen Zähne ist in 7 dargestellt.
Dabei liegen noch zwei Zähne 64 nebeneinander.
Zu den übrigen
Zähnen
ergibt sich eine Zahnlücke.
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Im
Ausführungsbeispiel
sind von diesen Planetwalzenspindeln sechs Stück zusammen mit weiteren sechs
Planetwalzenspindeln als Besatz in dem Planetwalzenextruder vorgesehen,
der für
die PET-Trocknung vorgesehen ist. Die weiteren Planetwalzenspindeln
besitzen eine Länge
von 850 mm bei gleicher Länge
des Restbereiches.