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Die
Erfindung betrifft die Mischung von Kunststoff mit Holzpartikeln
oder dergleichen.
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Kunststoffe
finden vielfältige
Anwendung
Formteile, Werkstücke,
Blöcke,
Tafeln, Folien, Bahnen, Beläge,
Rohre, Schläuche,
Stäbe,
Stangen, Profile, Bänder,
Schnüre,
Drähte,
Borsten, Netze
Klebstoffe, Lacke, Leime, Kleister, Kitte, Bindemittel
Farben,
Putze, Spachtel, Verguß-
und Versiegelungsmassen, Schmelz- und Beschichtungsstoffe, Gele,
Fäden, Fasern,
Garne, Seiden, Stränge,
Matten, Vliese, Gewebe
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Die
Kunststoffe können
aus Monomeren und/oder aus Polymeren bestehen. Häufig handelt es sich um ein
Gemisch, wobei auch Mischungen mit anderen Stoffen als Kunststoffen
vorkommen. Das gilt besonders für
die Herstellung von Kunststoffschaum.
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Zur
Aufarbeitung von Kunststoffen finden Extruder bevorzugte Anwendung.
Mit einem Extruder lassen sich die eingesetzten Stoffe sehr vorteilhaft aufschmelzen,
mischen bzw. homogenisieren und dispergieren.
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Außerdem kann
das Einsatzgut zugleich erwärmt
oder gekühlt
werden. Zur Erwärmung
bzw. Kühlung
finden sich in dem Extrudermantel und ggfs. auch in Spindeln Kühlleitungen
bzw. Heizleitungen. Zusätzlich
bewirkt die von den Extruderspindeln auf das Einsatzgut ausgeübte Verformung
eine erhebliche Erwärmung.
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Im
Extruder lassen sich auch sehr schwierige Stoffe miteinander vermischen.
Zu den schwierig zu mischenden Stoffen gehören Holz und Kunststoff. Das
Holz wird dabei in kleinen Partikeln in den Extruder geführt und
dort mit dem Kunststoff umhüllt.
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Um
die Umhüllung
zu bewirken, muß der Kunststoff
stark plastifiziert werden. Das geschieht unter entsprechender Erwärmung und
unter Druck. Die Wärme
wird allerdings von dem Holz nur sehr schlecht weitergegeben. Darüber hinaus
ist das Holz stark porenhaltig.
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Nach
einem älteren
Vorschlag wird eine Gefahr gesehen, daß der Kunststoff überproportional
in die Poren gedrückt
wird und ungleichmäßig verteilt wird
und keine allseitige Umhüllung
der Holzpartikel stattfindet.
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Die
Holz-Kunststoffmischung wird auch als Holzsubstitut bezeichnet.
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Holz
findet in diversen Bereichen Anwendung. Dazu gehören Möbel, Innenausbau, Messebau,
sogar Kfz-Auskleidungen.
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Bei
den Möbeln
ist zu unterscheiden zwischen Möbel,
bei denen das Holz lediglich als Konstruktionsmaterial oder auch
Sichtflächen
bildend Anwendung findet.
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In
Polstermöbeln
findet Holz zumeist nur als Konstruktionsmaterial Anwendung. Üblicherweise besitzen
alle Polstermöbel
eine feste Unterkonstruktion, z. B. einen Rahmen, auch Gestell genannt.
In und an dem Gestell werden wahlweise Sitzflächen, Rückenlehnen und Armlehnen sowie
die Füße montiert.
Wahlweise bildet das Gestell auch unmittelbar die Sitzfläche, Rückenlehnen
und Armlehnen oder umgekehrt. Das Material, aus dem der Rahmen gefertigt
wird, ist das Konstruktionsmaterial.
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Traditionell
werden Rahmen für
Polstermöbel
aus Holz gefertigt. Verwendet werden Bretter und Stäbe. Holz
hat den Vorteil, daß die
einzelnen Teile miteinander sowie mit dem Polster und dem Polsterbezug
durch sogenanntes Tackern verbunden werden können. Zum Tackern dienen U-förmige Klammern.
Die Klammer ersetzen die Polsternägel aus früherer Zeit.
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Andere
Möbel zeigen
Holz als Sicht- und Dekor- bzw. Schmuckflächen.
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Die
damit gegebenen Anforderungen werden zum Teil nur von bestimmten
seltenen Holzsorten erfüllt.
Seltene Hölzer
sind relativ teuer. Deshalb gehört
es schon lange zum Stand der Technik, Furniere aus den seltenen
Hölzern
zu schneiden, welche die Sichtfläche
bilden. Furniere beinhalten dünne,
folienartige Holzschnitte. Dabei kommt ein erheblicher Ausschuß vor, wenn
die Furniere verarbeitet werden sollen, wie das Holz gewachsen ist.
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Durch
die Mischung von Holz und Kunststoff entsteht ein vorteilhaftes
Holzsubstitut. Anstelle von Holz können auch andere zerkleinerte
Pflanzen Anwendung finden.
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Wahlweise
wird ein Extrudat aus Kunststoff und Holz und anderen Zuschlägen erzeugt,
das geschäumt
oder ungeschäumt
ist. Bei geringem Holzanteil im Extrudat spricht man von einer Armierung oder
von der Verwendung von Holz als Füller. In USA spricht man von
einem Holzsubstitut, wenn die Holzanteil in der Mischung einen Gewichtsanteil
von 50% erreicht. Zum Beispiel sind Bretter aus der Mischung von
Holz und Kunststoff mit den angegebenen Mischungsanteilen in USA üblich. Der
US-Markt akzeptiert dies. Der europäische Markt akzeptiert ein
Holzsubstitut im Sichtbereich nur, wenn das Aussehen des Materials
dem Holz wesentlich näher
kommt. Dabei werden 70% und mehr Holzanteile erforderlich.
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Allerdings
konnten dauerhafte und mangelfreie Außenanwendungen mit einem solchen
Material bisher nicht erreicht werden.
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Für die Verwendung
von anderen Pflanzenbestandteilen, zum Beispiel von Stroh, anstelle
von Holz gilt ähnliches
wie bei Holz. Zum Teil haben die Pflanzenteile eine geringere Festigkeit
als Holz. Soweit es auf die Festigkeit ankommt, ist dem durch Änderungen
der Mischung Rechnung zu tragen. Als weitere Planzenteile können auch
Körnerschrot
und zerkleinertes Heu Anwendung finden.
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Nach
einem älteren
Vorschlag soll der Kunststoff-Anteil am Extrudat so weit wie möglich reduziert werden.
Dabei werden Holzanteile am Extrudat von 60 bis 95Gew%, bezogen
auf die Mischung, angestrebt. Der optimale Kunststoff-Anteil soll
in Abhängigkeit
von den Mischungsanteilen, von der Verarbeitung und von den vorgesehenen
Eigenschaftswerten der Mischung zugegeben werden.
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Die
Abmessungen der Pflanzenpartikel werden nach dem älteren Vorschlag
bei Verwendung üblicher
Extruder von der Durchgängigkeit
der Partikel in dem Extruder bestimmt. Dabei wird die Durchgängigkeit
von dem Spiel der bewegten Extruderteile im Extruder und von der Öffnungsweite
des Düsenspaltes
bestimmt. Die Durchgängigkeit
kann anhand der bekannten Maschinendaten bestimmt werden. Danach
können
die für
den jeweiligen Extruder zulässigen
Abmessungen der Pflanzenpartikel festgelegt werden. Aus Sicherheitsgründen können die
Abmessungen der Planzenpartikel kleiner gewählt als die oben beschriebene
Durchgängigkeit.
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Alternativ
kann nach dem älteren
Vorschlag auch die Durchgängigkeit
der Extruder der gewünschten
Partikelgröße angepaßt werden.
Das geschieht im Wege des Extruderneubaus oder des Austausches von
Bauteilen, z.B. des Austausches der Extruderschnecke, der Düse oder
der Buchse im Extrudergehäuse.
Zeitgemäße Extruder
besitzen eine Buchse im Extrudergehäuse, in der die Schnecken umlaufen.
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Als
Kunststoffe kommen alle extrudierbaren Kunststoffe in Betracht,
insbesondere Polethylen (PE), Polystyrol (PS), Polyurethan (PU)
und Polypropylen (PP). Besonders bevorzugt findet PE Anwendung.
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Die
Haftvermittler können
eine mangelnde Haftung von Kunststoff mit Pflanzenpartikeln bzw.
mit Holz kompensieren.
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Haftvermittler
bilden Molekularbrücken
an den Grenzflächen
zwischen den zu verbindenden Stoffen, hier dem Kunststoff.
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Soweit
noch andere Füllstoffe
oder Armierungs/Verstärkungsmittel
wie z.B. Glasfasern Einsatz finden, können die Haftvermittler auch
die Aufgabe haben, die Haftung zu diesen anderen Stoffen zu erhöhen. Haftvermittler
können
sein, VC(Vinylchlorid)-Copolymerisate, polymerisierbare Polyester
oder Vinyl-Acrylnitril-Methacrylsäure-Copolymerisate, Phenolharze,
Kautschukderivate oder Acrylharze ohne oder mit PF(Phenol-Formaldehyd)← bzw. EP(Epoxid)-Harzen.
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Als
Haftvermittler sind allgemein auch EVA (Ethylen-Vinylacetat-Copolymerisate)
bekannt; Ausreichend kann auch schon sein, die Pflanzenpartikel zu
hydrophobieren, d.h. die Oberflächenspannung herabzusetzen.
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Der
Kunststoff wird herkömmlich
als Granulat mit den Pflanzenpartikeln und Zuschlägen in den Extruder
aufgegeben. Wahlweise beinhalten die Granulate bereits eine Mischung
von Kunststoff und Zuschlägen.
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Die
Feuchte kann durch Trocknung auf jedes für die Extrusion gewünschte Maß reduziert
werden. Gewünscht
ist dabei nicht immer ein minimaler Feuchtegehalt, sondern wahlweise
ein bestimmter Feuchtegehalt, mit dem Einfluß auf den Extrusionsvorgang
und/oder auf die Beschaffenheit des Extrudats genommen wird.
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Für die Extrusion
wurden bisher Doppelschneckenextrudern als besonders günstig angesehen,
weil diese Extruder haben:
eine sehr hohe Einzugswirkung
einen
sehr guten Druckaufbau.
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Vorteilhafterweise
können
Extruder aus verschiedenen Elementen unterschiedlicher Bauart zusammengesetzt
werden. Deshalb ist es möglich,
für die
Plastifizierungszone ein dort günstiges
Element in der Bauart eines Doppelschneckenextruders einzusetzen
und dieses Element in anderen Extruderzonen mit anderen Bauarten
zu kombinieren, die dort Vorteile haben.
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Unter
Druck und Temperatur schmilzt der Kunststoff auf. Im weiteren Gang
der Einsatzmischung durch den Extruder wird die Mischung homogenisiert.
Für die
Homogenisierungszone und Dispergierungszone ist es von Vorteil,
dort Extruderelemente einzusetzen, die eine große Mischleistung besitzen.
Das sind z.B. Elemente mit der Bauart eines Planetwalzenextruders.
Dieses Element besitzt zugleich eine hohe Kühlwirkung, mit der sich die
Verarbeitungstemperatur sehr genau kontrollieren läßt. Je nach
Pflanzenart bzw. Holzart und je nach Kunststoff ergibt sich eine
andere optimale Verarbeitungstemperatur für die Schmelze. Die Temperatur
kann zum Beispiel bis 200 Grad Celsius bei einer maximalen Verweildauer
(Wärmebelastungsdauer)
von 15 min betragen. Bei kürzerer
Dauer kann die maximale Temperatur höher als bei längerer Dauer
sein.
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Bei
der weiteren Extrusion ist zwischen dem Extrudieren ungeschäumten Kunststoffes
und dem Extrudieren geschäumten
Kunststoffes zu unterscheiden.
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Bei
beiden Extrusionsvorgängen
kann ein bestimmter Feuchtegehalt erwünscht sein. Die Restfeuchte
kann als Gleitmittel dienen. Die Restfeuchte kann auch in chemische
Reaktion treten. Zum Beispiel kann die Feuchte in Reaktion mit dem
Lignin der Pflanzenpartikel treten. Überraschender Weise kann damit
eine verbesserte Haftung zwischen Holz und Kunststoff bewirkt werden.
Der geeignete Gehalt an Feuchte/Lignin läßt sich durch Variation der
Feuchte und Variation des Ligningehaltes austesten. Lignin steht
auch in flüssiger
Form handelsüblich
zur Verfügung.
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Wenn
bei der Extrusion kein Wasser gewünscht ist, kann dem einerseits
durch Trocknung der Pflanzenpartikel vor der Extrusion entgegengewirkt
werden. Zusätzlich
oder anstelle der Trocknung kann die Feuchte nach Verdampfung im
Extruder im Wege der Entgasung entfernt werden. Die Entgasung kann
unmittelbar nach der Verdampfung stattfinden. Das ist regelmäßig in der
Plastifizierungszone der Fall. Dort findet die notwendige Erwärmung statt.
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Diese
Erwärmung
entsteht aus der Verformungsarbeit beim Plastifizieren und gegebenenfalls durch
Zuführung
von Wärme.
Die Zuführung
von Wärme
kann z.B. über
eine Temperierung im Extrudergehäuse
erfolgen.
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Die
Entgasung findet, soweit sie gewünscht ist,
spätestens
unmittelbar vor der Extrusionsdüse statt.
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Die
Entgasung setzt voraus, daß der Schmelzdruck
reduziert wird.
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Bekannt
ist auch die Entgasung unter Verwendung von zwei Extrudern in Tandemanordnung an
der Übergabe
zwischen den beiden Extrudern.
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Die
Entgasung kann auch in einem Extruder erfolgen. Die notwendige Druckreduzierung
der Schmelze kann mit verschiedenen Maßnahmen erfolgen, z.B. durch Änderung
der Ganghöhe
der Schnecke im Extruder.
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Zur
Entgasung kann die Schmelze auch aus dem Extruder abgezogen und über eine
Entgasungsvorrichtung geführt
und wieder in den Extruder zurückgeführt werden.
Dabei kann die Drucksteuerung durch Zwischenschaltung einer Schmelzepumpe
wesentlich erleichtert werden. Das gilt auch für den Druck unmittelbar vor
der Extrusionsdüse
(Werkzeug). Hier kann der Druck zusätzlich noch durch die Schmelzepumpe
vergleichmäßigt werden
und so die Qualität
des Extrudats verbessert werden.
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Je
höher der
Holzanteil im Gemisch ist, desto größer wird die Gefahr, daß das Material
nicht mehr für
eine Außenanwendung
geeignet ist. Die bekannten Materialien zerfallen nach einiger Zeit
aufgrund ständiger
Frost/Tauwechsel. Ein weiterer Nachteil der bekannten Materialien
ist ein überproportionales Quellen,
das leicht zu großen
Schäden
führt oder
mit überdimensionalen
Dehnungsspalten berücksichtigt werden
muß.
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Außerdem erhöht sich
der Verschleiß der
Extrusionsanlage mit zunehmendem Holzanteil. Der Verschleiß reduziert
die Wirtschaftlichkeit der Anlage.
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Die
Erfindung hat sich deshalb die Aufgabe gestellt, die Herstellung
von Holzsubstitut aus einer Mischung von Holzpartikeln oder anderen
Pflanzenpartikeln zu verbessern. Insbesondere sollen Materialien
mit besserer Holzanmutung hergestellt werden, soll eine Verwendung
der Materialien im Freien möglich
sein und soll die Wirtschaftlichkeit der Anlage durch Verringerung
von Verschleiß verbessert
werden. Soweit im weiteren von Holz gesprochen wird, schließt das die
oben angesprochenen alternativen Pflanzenpartikel ein. Die im Vergleich
zu US-Standard gewünschte
bessere Holzanmutung bedingt Holzanteile von mindestens 60 Gew%,
vorzugszweise 65 Gew% und mehr.
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Nach
der Erfindung wird der Verschleiß dadurch reduziert, daß der Kunststoff
zumindest getrennt vom Holz und wahlweise auch getrennt von anderen
verschleißverursachenden
Zuschlägen
der Mischung plastifiziert und anschließend in den Strom der Holzpartikel
gespritzt und daß die
Mischung homogenisiert und gepresst wird. Durch das Homogenisieren
verteilt sich der Kunststoff auf die Holzpartikel. Durch Pressen
der Holzpartikel wird deren Hohlräume zumindest deutlich verringert.
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Vorzugweise
werden die Hohlräume/Poren im
Holz um mindestens 20% ihres Ausgangsvolumens verringert. Noch weiter
bevorzugt wird das Ausgangsvolumen um mindestens 40% ihres Ausgangsvolumens
verringert.
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Das
Komprimieren von Holz für
die Herstellung von Mischungen aus Holz und Kunststoff ist Gegenstand
eines älteren
Vorschlages. Dabei ist vorgesehen, die Holzpartikel vor dem Zusammenführen mit
dem Kunststoff zu pelletierten. Die Verwendung von Pellets dient
vorrangig der Vergrößerung des Holzanteiles
in der Mischung, zum Beispiel auf einen Anteil von über 80Gew%
in der Mischung. Dabei erleichtern die Pellets das Einziehen der
Holzpartikel in den Extruder. Die Pellets laufen nämlich leicht
in den Aufgabetrichter eines Extruders. Die Pellets lassen sich
auch leicht dosieren. In der Praxis haben die Pellets sich jedoch
nicht bewährt,
weil die Gefahr besteht, daß die
Pellets sich im Extruder nicht ausreichend aufschließen, aber
später
zerfallen, wenn sie nach der Profilgebung der Mischung durchfeuchtet werden.
Die Gefahr ist um Vieles größer bei
Verwendung des Materials im Außenbereich,
wenn die durchfeuchteten Pellets in der Mischung immer wieder einen
Frost/Tauwechsel durchlaufen.
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Bei
der Pelletierung findet auch eine Pressung des Holzes und eine Reduzierung
des Hohlraumes in dem Holz statt, jedoch findet das vor der Berührung mit
der Schmelze statt. Während
bei dem erfindungsgemäßen Verfahren überraschend
gute Widerstandswerte gegen Frost/Tauwechel zeigt und ein sehr viel
geringeres Quellverhalten zeigt, tritt das Gegenteil bei Verwendung
von Pellets ein, die vor der Berührung
mit Schmelze hergestellt worden sind. Die Erfindung erklärt sich
das damit, daß die
Schmelze bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
zumindest teilweise in die Hohlräume/Poren
des Holzes eingedrungen ist, bevor es zu einer Verdichtung kommt.
In dem Fall führt
die Verdichtung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhafterweise
zu einer weiteren Ausfüllung
und zu einem Verschließen
der Hohlräume/Poren.
Bei dem bekannten Verfahren führt
die Verdichtung des Holzes lediglich zu einer Verengung der Hohlräume/Poren,
so daß die
zähflüssige Schmelze
zwar nicht mehr oder kaum noch in die Hohlräume dringen kann, Wasser und
vor allem Dampf aber sehr wohl. Die eindringende Feuchtigkeit ist
die Ursache für
Quellen. Bei einem Frost/Tauwechsel kommt es zu extremen Belastungen
der Mischung. Es besteht die Gefahr, daß die Mischung durch die Eisbildung
bzw. beim Schmelzen des Eises aufgebrochen wird.
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Bei
der erfindungsgemäßen Mischung
des Holzes mit der flüssigen
Schmelze vor dem Verpressen/Verdichten ist die Temperatur der Mischungsanteile
von erheblicher Bedeutung. Günstig
ist eine hohe Temperatur der Schmelze. Je höher die Schmelzetemperatur
ist, desto höher
ist die Fließfähigkeit
der Schmelze und desto besser kann die Schmelze vor dem Verdichten
des Holzes in dessen Hohlräume/Poren
dringen. Die maximale Schmelzetemperatur ist materialabhängig. Vorzugsweise
wird bei der Schmelzetemperatur ein Sicherheitsabstand von der Vergasungstemperatur
eingehalten. Der Sicherheitsabstand beträgt wahlweise mindestens 5% von
der Vergasungstemperatur.
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Darüber hinaus
ist die Schmelzetemperatur durch die Beschaffenheit des Holzes beschränkt. Je nach
Beschaffenheit neigt das Holz bei höheren Temperaturen zu einer
unerwünschten
Verfärbung.
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Je
nach Material und Druck ergeben sich unterschiedliche Verarbeitungstemperaturen
für die Schmelze,
z.B bei PE-LD 140 bis 260 Grad Celsius, bei PE-HD 260 bis 300 Grad
Celsius. Ob der Verarbeitungsbereich ganz oder teilweise ausgeschöpft werden
kann, hängt
von dem eingesetzten Holz und von der Temperatur des Holzes ab.
Bei den höheren Temperaturen
entsteht hochflüssiger
Kunststoff. Das heißt,
die erfindungsgemäße Plastifizierung
beinhaltet eine starke Verflüssigung.
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Vorzugweise
wird Kunststoff eingesetzt, der höchstens einmal recycelt ist.
Je häufiger
das Material recycelt ist, desto schlechter wird die Fließfähigkeit
bei einigen Kunststoffen. Oder es wird Kunststoff eingesetzt, der
aus einer Mischung von frischem Material mit recyceltem Material
besteht und mindestens die gleiche Fließfähigkeit wie ein Material besteht, das
insgesamt nicht mehr als einmal recycelt worden ist.
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Noch
weiter bevorzugt wird insgesamt frischer Kunststoff, nicht recyceltes
Material eingesetzt.
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Wahlweise
wird der Kunststoff zusammen mit Zuschlägen plastifiziert oder werden
die Zuschläge
nach der Plastifizierung des Kunststoffes mit diesem vermischt,
bevor die Mischung mit den Holzpartikeln stattfindet. Zu diesen
Zuschlägen
gehören
vorzugsweise Farbstoffe und Haftvermittler sowie Hydrophobierungsmittel.
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Die
Holzpartikel werden vorzugsweise in der Form von Spänen, zum
Beispiel in der Form von Sägespänen eingesetzt.
Sägespäne fallen
in großen Mengen
bei der Verarbeitung von Holz an. Zugleich liegen die Abmessungen
von Sägespänen in bestimmten
Grenzen. Üblicherweise
werden Sägespäne mit Druckluft
gefördert.
Mit der Druckluft können die
Holzpartikel in weiten Grenzen an beliebige Stellen, z.B. in Aufgabetrichter,
transportiert werden. Druckluft entsteht üblicherweise unter Verwendung von
Gebläsen,
die auf der einen Seite Luft ansaugen und an der anderen Seite die
Luft in eine Transportleitung drücken.
Am Ziel des Holzpartikeltransportes muß die Druckluft wieder von
den Holzpartikeln getrennt werden. Das geschieht durch geeignete
Filter. In der Praxis können
die Filter jedoch nicht jeden Staubpartikel aus der Druckluft abscheiden.
Feinstaub gelangt in mehr oder weniger großem Umfang in die Umgebung.
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In
weiterer Ausbildung der Erfindung soll der Feinstaubaustritt reduziert
werden. Deshalb wird vorzugsweise zum Transport der Holzpartikel
Saugluft eingesetzt. Am Ziel des Sauglufttransportes werden die
Holzpartikel wie beim Drucklufttansport mit Filtern von der Saugluft
getrennt.
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Wahlweise
wird das Holz in vorgewärmter Form
eingesetzt. Das vorgewärmte
Holz kann das Eindringen der Schmelze in die Hohlräume/Poren begünstigen,
weil die Schmelze bei der Berührung mit
dem Holz nur in geringerem Umfang Wärme abgibt als bei Raumtemperatur
des Holzes. Ferner kann die Vorwärmung
des Holzes eine Trocknung bewirken.
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Die
Plastifizierung des Kunststoffes kann in verschiedenen Einrichtungen
erfolgen. Denkbar ist eine batchweise Verflüssigung, Vorzugsweise ist zur Verflüssigung
des Kunststoffes ein beheizter Druckbehälter vorgesehen. Der batchweise
Betrieb erlaubt bei der Verwendung eines einzigen Druckbehälters mit
einer einzigen Kammer nur einen intermittierenden Verflüssigungsvorgang.
Mit zwei Behältern
läßt sich
jedoch bereits ein kontinuierlicher Verflüssigungsvorgang darstellen.
Das gleiche gilt für
einen einzigen Behälter
mit zwei Schmelzekammern, die wechselweise befüllt und entleert werden können. Die
Entleerung der Behälter
erfolgt vorzugsweise durch eine Pumpe. Die Pumpe sorgt nicht nur
für eine schnelle
Entleerung. Die Pumpe kann auch einen hohen Druck in der Schmelze
aufbauen.
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Vorzugsweise
geschieht das Plastifizieren der Schmelze in einem Extruder. Im
Extruder läßt sich
die Schmelzetemperatur leicht steuern/regeln.
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Sofern
eine Vorwärmung
des Holzes gewünscht
wird, wird das Holz parallel an anderer Stelle erwärmt. Nach
der Erwärmung
werden die Holzpartikel mit dem Kunststoff in Mischung gebracht,
findet die oben beschriebene Homogenisierung und Verdichtung statt.
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Die
Erwärmung
der Holzpartikel kann einstufig oder mehrstufig erfolgen. Die Erwärmung Die
Erwärmung
erfolgt vor der Berührung
mit dem Kunststoff. Je nach Temperatur der zugeführten Schmelze und der weiteren
Bearbeitung der Mischung und der damit verbundenen Temperaturführung kann
das Holz durch die zugeführte
Schmelze und die weitere Bearbeitung eine weitere Erwärmung oder
eine Abkühlung
erfahren. Die Vorwärmung
des Holzes beträgt
vorzugsweise mindestens 50 Grad Celsius, noch weiter bevorzugt mindestens
100 Grad Celsius und höchst
bevorzugt mindestens 150 Grad Celsisus.
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Wahlweise
wird die mehrstufige Vorwärmung des
Holzes mit unterschiedlichen Heizeinrichtungen bewirkt. Jede der
Heizanlagen kann kontinuierlich oder diskontinuierlich arbeiten.
Ein kontinuierlich arbeitende Heizanlagen ist zum Beispiel ein Heizband und/oder
ein Tunnelofen.
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Das
Heizband ist ein beheizter Bandförderer, an
dem die Holzpartikel sich erwärmen.
Das Heizband kann die Holzpartikel auch unter geeigneten Wärmestrahlern
durchgeführt
werden. Günstig
ist dabei, das Heizband einzuhausen, um einen Temperaturverlust
zuvermeiden. Ein Tunnelofen unterscheidet sich von dem Heizband
dadurch, daß nicht
das Transportband, sondern die Einhausung mit einer Heizeinrichtung
versehen ist und/oder daß ein
Heizgas durch die Einhausung geleitet wird. Die Beheizungstemperatur
wird so gewählt,
daß jede
Gefahr einer Entzündung/Brandgefahr
für das
Holz vermieden wird.
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Eine
diskontinuierliche Erwärmung
kann in einem Behälter
erfolgen, bis die Holzpartikel die gewünschte Temperatur erreicht
haben. Wahlweise wird der Behälter
mit einem gasförmigen
Heizmedium durchströmt.
Günstig
sind inerte Heizgase. Inerte Heizgase können mit weit höherer Temperatur
in die Behälter
geführt
werden als zum Beispiel Luft, ohne daß eine Brandgefahr besteht.
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Nach
der gewünschten
Erwärmung
der Holzpartikel kann der Behälter
geöffnet
und können
die Holzpartikel zur Mischung mit dem Kunststoff aus dem Behälter abgeführt werden.
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Für die Mischung
und Homogenisierung von Holz und Schmelze können verschiedene Mischer Anwendung
finden. Dazu gehören
auch Kneter. Vorzugsweise sollen die Mischer unter Druck arbeiten, der
erforderlich ist, um den Schmelzezustand bei der Eingangstemperatur
in den Mischer zu wahren bzw. um eine Betriebstemperatur im Mischer/Kneter
zu wahren, der oberhalb der Schmelztemperatur unter Normaldruck
liegt.
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Wenn
die Vorwärmung
ganz oder teilweise in einem Extruder bzw. einem Extruderabschnitt
(Modul) erfolgt, so findet die Mischung von Kunststoff und Holz
vorzugsweise in einem nachgeschalteten weiteren Extruder oder nachgeschalteten
Extruderabschnitt statt. Jeder Extruder/Extruderabschnitt ist mit einer
Materialaufgabeöffnung
und mit einem Austritt für
das aufbereitete Material versehen. Die Materialaufgabeöffnung befindet
sich an einem Ende des Extruders. Von dort wird das Material unter
gewünschter Behandlung
zum Materialaustritt am anderen Extruderende gefördert.
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Vorzugsweise
werden die Holzpartikel in die Aufgabeöffnung des Extruders aufgegeben,
in dem die Mischung mit dem Kunststoff vorgesehen ist. Der Kunststoff
wird vorzugsweise in einem separaten Extruder plastifiziert und
als Schmelze in den zur Mischung bestimmten Extruder gespritzt,
sobald ein ausreichender Druckaufbau im aufgegebenen Holz stattgefunden
hat. Bei gleichzeitiger Verwendung des Extruders zur Erwärmung des
Holzes wird die Einspritzstelle so gewählt, daß die Heizstrecke ausreichend
lang ist, um die gewünschte
Temperatur zu erreichen.
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Für die Extruder
sind verschiedene Bauarten bekannt.
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Es
gibt Einschneckenextruder, Doppelschneckenextruder und Planetwalzenextruder.
Der Einschneckenextruder hat nur eine von einem Gehäuse umgebene
Schnecke. Der Doppelschneckenextruder besitzt zwei parallel nebeneinander
angeordnete Schnecken, die miteinander kämmen. Die Schnecken können sich
gleichsinnig drehen oder gegenläufig
sein.
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Sowohl
der Einschneckenextruder als auch der Doppelschneckenextruder besitzt üblicherweise mehrteilige
Schnecken. Dabei sind in axialer Richtungen eine Vielzahl von Hülsen hintereinander
angeordnet, die außen
die Verzahnung tragen und innen mit einer Durchgangsbohrung versehen
sind, so daß sie
mit einem Zuganker gegeneinander verspannt werden können. Diese
Bauart erlaubt es, Doppelschneckenextruder über eine gewünschte Länge als
Kneter auszubilden.
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Der
Planetwalzenextruder besitzt eine mittig angeordnete Zentralspindel,
die angetrieben wird. Um die Zentralspindel herum sind Planetenspindeln angeordnet.
Die Planetenspindeln kämmen
mit der Zentralspindel.
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Die
Planetenspindeln sind mit einem innen verzahnten Gehäuse umgeben.
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Die
Planetenspindeln kämmen
mit der Innenverzahnung der Gehäuse.
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Jede
Zentralspindeldrehung bewirkt eine Drehung der Planetenspindel.
Dabei laufen die Planetenspindeln wie Planeten um die Zentralspindeln um.
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Die
verschiedenen Bauarten kommen auch in Kombination vor. Z.B. kann
der Primärextruder
einer Tandemanlage durch einen Einschneckenextruder oder Doppelschneckenextruder
gebildet werden, während
der Sekundärextruder
ein Planetwalzenextruder ist. Der Primärextruder und der Sekundärextruder
können
mit unterschiedlicher Drehzahl betrieben werden. Das hat erhebliche
Vorteile.
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Die
Kombination unterschiedlicher Extrudersysteme kann auch in einem
einzigen Extruder erfolgen. Dabei bilden die miteinander kombinierten
Extrudersysteme in dem einen Extruder Extruderabschnitte. Diese
Abschnitte können
mit den Verfahrensabschnitten des Extruders übereinstimmen, müssen es
aber nicht.
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Die
Verfahrensabschnitte sind bei separater Aufarbeitung von Kunststoffen
in einem separaten Extruder z.B. Einziehen des Kunststoffes, Aufschmelzen,
Homogenisieren/Dispergieren der separaten Schmelze.
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Die
Verfahrensabschnitte sind bei der Bearbeitung des Holzes/Holzpartikel
in einem Extruder z.B. das Einziehen, Einspritzen der Schmelze,
Mischen mit Schmelze, Homogenisieren der Mischung, Entgasen und
Kühlen
der Mischung auf Extrusionstemperatur.
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Die
vorstehenden Bearbeitungsschritte des Holzes/Holzpartikel können auch
in zwei oder mehr hintereinander angeordneten Extrudern erfolgen.
Bei zwei hinter einander angeordneten/geschalteten Extrudern wird
von einer Tandemanlage mit einem Primärextruder und einem Sekundärextruder
gesprochen. Bei mehr hintereinander angeordneten Extrudern wird
von einer Kaskadenanlage gesprochen.
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Die
Tandemanlage und die Kaskadenanlagen eignen sich hervorragend zum
Entgasen der Mischung. Dabei kann die Mischung aus dem Austragende
des Primärextruders
in die darunter angeordnete Einzugöffnung des Sekundärextruders
fallen.
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Zwischen
dem Primärextruder
und dem Sekundärextruder
kann auch ein Förderer,
zum Beispiel ein Bandförderer
vorgesehen sein. Bei Verwendung des Förderers kann die Mischung auf
den Förderer fallen
und mit dem Förderer
horizontal oder geneigt nach unten oder auf einer Steigung nach
oben gefördert
werden.
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Auf
dem Weg von dem Primärextruder
in den Sekundärextruder
kann die Entgasung stattfinden. Die Entgasung kann unter Umgebungsdruck
stattfinden. Wenn die Entgasung verstärkt werden soll, dann kann
das durch Anwendung eines Unterdruckes erfolgen. Dazu wird der Förderweg
vom Primärextruder zum
Sekundärextruder
eingehaust.
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Sowohl
bei der Tandemanlage als auch bei der Kaskadenanlage wird die Mischung
in einer Hitze in ein Extrusionsprodukt, insbesondere ein Extrusionsprofil, überführt. Die
eine Hitze schließt
eine weitgehende Abkühlung,
insbesondere eine Abkühlung auf
Umgebungstemperatur aus. Nach der Erfindung entsteht das Extrusionsprodukt,
bevor Mischungsbestandteile wie Hydrophobierungsmittel in der Mischung
ausreagieren können.
Außerdem
erfährt
die Mischung vor dem Eintritt in den letzten Extruder der Verarbeitungsstrecke
(zum Beispiel Sekundärextruder
der Tandemanlage) keine Erhärtung
des Kunststoffes. Anderenfalls würden
die erhärteten
Mischungspartikel im Sekundärextruder
wieder aufgebrochen werden, ohne daß gesichert wäre, daß das Holz
der Partikel an den Bruchstellen wieder ausreichend gegen Feuchtigkeitsaufnahme
gesichert wird.
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Soweit
bei der Herstellung Extruder verwendet werden, die aus Gehäuseabschnitten/Modulen bestehen,
werden die Gehäuse
in bekannter Weise mit Flanschen aneinander befestigt, vorzugsweise miteinander
verschraubt.
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Zugleich
wird – soweit üblicherweise – eine gemeinsame
Spindel verwendet. Z.B. setzt sich die Schnecke aus dem als Einschneckenextruder/Abschnitten
ausgebildeten Bereich „Aufarbeitung
des Kunststoffes" in
den als Planetwalzenextruder/Abschnitt ausgebildeten Bereich „Kühlung der
Schmelze auf Extrusionstemperatur" fort. Im Planetwalzenextruder/Abschnitt
bildet die gemeinsame Schnecke die Zentralspindel.
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Die
Verwendung einer gemeinsamen Schnecke für unterschiedliche Extruderabschnitte
ist für zeitgemäße Extruder
relativ einfach, weil diese Schnecken aus Hülsen zusammengesetzt werden, die
von einer gemeinsamen Stange durchdrungen werden und miteinander
verspannt werden. Diese Bauweise hat auch andere Vorteile.
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Die
Extruderabschnitte bilden sich häufig auch
in dem Extrudergehäuse
ab.
-
Dabei
werden die Gehäuseabschnitte
an den Enden mit Flanschen aneinander verspannt.
-
Im
folgenden wird nur von Extrudern gesprochen, das schließt sowohl
die Kombination mit gleichen oder anderen Extrudern als auch die
abschnittsweise Kombination unterschiedlicher Extrudersysteme in
einem Extruder ein. Desgleichen ist eingeschlossen die Kombination
von Extruderabschnitten gleichen Systems.
-
Alle
zeitgemäßen Extruder
sind mit einer Temperierung versehen.
-
Dazu
sind die Extruder innen mit einer Buchse versehen. Die Buchse besitzt
außen
Kanäle,
die wie Rillen oder wie Gewindegänge
oder wie Schneckengänge
in die Außenfläche der
Buchse eingearbeitet sind. Die außen angeordneten Kanäle lassen sich
verhältnismäßig leicht
spanabhebend durch Drehen und Fräsen
einarbeiten.
-
Die
so bearbeiteten Kanäle
werden in die innen glatten Gehäusebohrungen
eingesetzt. Durch die Kanäle
werden wahlweise in Schmelzströmungsrichtung
oder entgegen der Schmelzeströmungsrichtung
Kühlmittel
oder Heizmittel gedrückt.
Wahlweise lassen sich dabei beliebige Heizstrecken und Kühlstrecken
erzeugen. Durch die Wendelung der Kanäle wird das Heizmittel oder
Kühlmittel
besonders lang und kontrolliert an der Gehäusewand bzw. an der Außenwand
der Buchse entlang geführt.
Das sichert eine extreme Kühlung
oder Beheizung.
-
Ob
es sich um eine Heizstrecke oder eine Kühlstrecke handelt, ergibt sich
aus dem jeweiligen Verfahren. Dabei muß dem durchströmenden Medium
entweder Wärme
zugeführt
oder Wärme
entzogen werden.
-
Theoretisch
könnten
die Kanäle
auch an der Gehäuseinnenfläche angeordnet
sein und können die
Buchsen an der Außenseite
glatt verlaufen.
-
Die
Einarbeitung der Kanäle
an der Gehäuseinnenseite
ist um einiges aufwendiger als die vorstehend beschriebene Einarbeitung
in die Außenfläche der
Buchse.
-
Im übrigen ist
es von Vorteil, die Buchsen durch Schrumpf im Extrudergehäuse zu montieren. Das
geschieht durch Erwärmung
des Extrudergehäuses.
Durch die Erwärmung
erfährt
das Extrudergehäuse
eine Ausdehnung. In dem Zustand wird die kalte Buchse in die Lagerbohrung
des Extrudergehäuses
geschoben. Bei anschließender
Abkühlung zieht
sich das Extrudergehäuse
zusammen und umschließt
die Buchse fest und schließend,
wenn die Buchse ein entsprechendes Außenmaß und die Gehäusebohrung
ein entsprechendes Innenmaß hat.
-
Eine
solche Situation entsteht bei Anwendung einer sogenannten Preßpassung.
In der Preßpessung
hat die Buchse außen
mindestens den genau gleichen Durchmesser oder einen geringfügig größeren Durchmesser
wie das Extrudergehäuse
innen.
-
Die
bekannten Preßpassungen
sind so ausgelegt, daß nach
dem Schrumpfen durch entsprechende Erwärmung des Gehäuses wieder
eine Trennung der Buchse von dem Extrudergehäuse möglich ist, ohne daß es zu
einer Beschädigung
der Teile kommt. Die Trennung ist wichtig, um gegebenenfalls die
Verzahnung in der Buchse nachzuarbeiten oder die alte Buchse gegen
eine neue auszuwechseln.
-
Vorzugsweise
ist für
die erfindungsgemäße Aufbereitung
einer Kunststoff/Holz-Mischung ein Extruder vorgesehen, der aus
verschiedenen Abschnitten unterschiedlicher Bauart besteht, nämlich vorzugsweise
einem Einschneckenmodul/Abschnitt und einem oder mehreren Planetwalzenmodulen.
-
Dabei
ist es von Vorteil, wenn der Einschneckenmodul so lang gestaltet
und beheizt ist, daß das eingefüllte Holz
beim Verlassen des Einschneckenmoduls die gewünschte Temperatur erreicht
hat. Vorteilhafterweise bewirkt der Einschneckenmodul zugleich einen
Druckaufbau im Holz, der ein Austreten der eingespritzten Kunststoffschmelze
in Richtung der Aufgabeöffnung
für das
Holz verhindert wird.
-
Von
Vorteil ist auch, wenn der plastifizierte Kunststoff zwischen dem
Einschneckenmodul und den für
die Mischung von Kunststoff und Holz vorgesehenen weiteren Extrudermodulen über einen
Anlaufring oder über
einen Zwischenring zugegeben wird.
-
Zu
jedem Modul bzw. Abschnitt gehört
ein umgebendes, in der Regel rohrförmiges Gehäuse. Das gilt für Module
bzw. Abschnitte jeder Bauart. Die Gehäuse sind an jedem Ende mit
einem Kragen(Flansch) versehen. An dem Kragen findet die Befestigung
mit den Gehäusen
benachbarter Module bzw. Abschnitte und gegebenenfalls mit dem Gehäuse des üblicherweise
an einem Extruder vorgesehenen Getriebes statt. Das Getriebe gehört zum Antrieb des
Extruders.
-
Der
zum Eintragen der flüssigen
Kunststoffschmelze vorgesehene Zwischenring kann unterschiedliche
Formen aufweisen.
-
Es
kann sich um ein Rohrstück
handeln, das bis auf eine die geringe axiale Länge mit dem Gehäuse des
Einschneckenmoduls bzw. Abschnitts vergleichbar ist. Dann besitzt
es gleichfalls Kragen an den Enden, mit denen die Befestigung des
Zwischenringes an den Gehäusen
der benachbarten Extrudermodulen bzw. Abschnitten erfolgt.
-
Der
Zwischenring wird von der Extruderschnecke/Spindel durchdrungen.
Die Extruderschnecke/Spindel ist im Bereich des Einschneckenmoduls bzw.
des Einschneckenabschnitts eine Einschnecke, im Bereich der Planetwalzenmodule
eine Zentralspindel.
-
Die
Extruderschnecke/Spindel ist üblicherweise
mehrteilig ausgebildet. Alle Teile besitzen eine Hülsenform
mit einer Verzahnung an der Außenseite. Das
mittige Loch wird mit einem Anker durchdrungen, der die Aufgabe
hat, alle Hülsen
miteinander zu verspannen.
-
Im
Einschneckenmodul setzt sich die Extruderschnecke/Spindel zumeist
aus einer Vielzahl von Teilen/Hülsen
zusammen, die an der Außenseite eine
unterschiedliche Verzahnung tragen, um durch Gestaltung der Schneckengänge auf
die Verdichtung bzw. auf die Behandlung des Einsatzgutes im Einschneckenmodul
Einfluß zu
nehmen.
-
Im
Planetwalzenmodul ist üblicherweise
eine einteilige Hülse
vorgesehen, welche die Zentralspindeln bildet und mit dem gleichen
Anker gehalten wird, der die Hülsen
des Einschneckenmoduls hält.
-
Der
Anker erstreckt sich auch durch den oben beschriebenen Zwischenring
für die
Bedüsung. Im
Zwischenring ist auf dem Anker gleichfalls eine Hülse vorgesehen.
Die Hülse
kann außen
die gleiche oder eine andere Verzahnung wie die Einschnecke an deren
Ende tragen. Wahlweise ist der Zwischenring in gleicher Weise wie
die Extrudermodule/Abschnitte mit einer Temperierung versehen, die
nach Bedarf eine Kühlung
oder eine Beheizung erlaubt.
-
Der
Zwischenring kann auch ohne Kragen montiert werden. Dann wird der
Zwischenring zwischen die Kragen der benachbarten Gehäuse, also zwischen
das Gehäuse
des Einschneckenmoduls und das Gehäuse des Planetwalzenmoduls
gesetzt. Anschließend
werden die beiden zugehörigen
Kragen durch Spannschrauben oder andere Spannmittel gegeneinander
verspannt.
-
Günstig ist,
wenn ein Zwischenring in eine Zentrieröffnung der benachbarten Gehäuse bzw. Kragen
greift oder umgekehrt die benachbarten Gehäuse in eine Zentrieröffnung des
Zwischenringes greifen. Die Zentrieröffnung kann durch eine Ausdrehung
an der Stirnfläche
des Zwischenringes bzw. des benachbarten Gehäuses gebildet werden. Dabei kann
eine kleine Ausdrehung ausreichen. Mit der Ausdrehung korrespondiert
ein entsprechender Vorsprung an der jeweils gegenüberliegenden
Strirnfläche.
-
Für die Zuführung der
flüssigen
Schmelze sind in dem Zwischenring vorzugsweise mehrere gleichmäßig am Umfang
verteilte Eintrittsbohrungen vorgesehen. Zu den verschiedenen Eintrittsbohrungen
können
einzelne Leitungen führen.
Es kann aber auch eine Verbindung der Eintrittsbohrungen durch eine
Ringnut im Zwischenring gegeben sein, die mittels eines Deckels
geschlossen ist und über
eine gemeinsame Zuführungsleitung
mit flüssiger
Schmelze gespeist wird.
-
Die
Zuführungsleitungen
verbinden den für die
Verflüssigung
von Kunststoff vorgesehenen Extruder mit dem Zwischenring. Es ist
von Vorteil, die Zuführungsleitungen
zu isolieren und zu beheizen, damit kein unerwünschter Temperaturabfall in
der Schmelze eintritt oder die Schmelze sogar einfriert.
-
Wahlweise
sind in den verschiedenen Zuführungsleitungen
zum Zwischenring Ventile oder Blenden zur Einstellung des Schmelzestromes
vorgesehen. Die Ventile erlauben wahlweise ein Nachstellen und Einflussnahme
auf den Schmelzestrom während des
Betriebes. Das kann zur Vergleichmäßigung oder zur Erzeugung von
Unterschieden genutzt werden. Zusätzlich oder anstelle der Ventile
kann auch eine Veränderung
des Schmelzestromes durch Einsätze
erreicht werden, die in den Zuführungsleitungen
positioniert werden. Die Einsätze
können
auch in dem Zwischenring vorgesehen sein.
-
Im übrigen wird
die Schmelzezuführung durch
die Drehzahl des zur Plastifizierung des Kunststoffes vorgesehenen
Extruder bestimmt.
-
Wahlweise
wird die flüssige
Schmelze auch am Ende der Aufwärmstrecke
in den Einschneckenmodul/Abschnitt aufgegeben. Dann ist der zur
Erzeugung der flüssigen
Schmelze vorgesehene Extruder unmittelbar an den für die Erwärmung des
Holzes vorgesehenen Einschneckenmodul/Abschnitt angeschlossen.
-
Der
Anschluß erfolgt
wahlweise dadurch, daß der
zur Verflüssigung
vorgesehene Extruder unmittelbar an das Gehäuse des Einschneckenmoduls/Abschnitts
angeflanscht ist, oder es ist eine Zuführungsleitung vorgesehen, die
an das Gehäuse des
Einschneckenmoduls/Abschnitts führt.
-
Der
unmittelbar an den Einschneckenmodul angeflanschte und der Herstellung
flüssiger
Schmelze dienende Extruder kann als Seitenarmextruder bezeichnet
werden. Dieser Extruder kann die gleiche Bauart haben wie der Einschneckenmodul.
Es kann aber auch ein Extruder anderer Bauart zum Einsatz kommen.
-
Für das Eintragen
der flüssigen
Schmelze in den Einschneckenmodul/Abschnitt muß dessen Gehäuse durchbohrt
werden. Dabei wird der zur Temperierung doppelwandig ausgeführte Gehäusemantel durchbohrt.
Damit einerseits die Schmelze nicht in den Hohlmantel strömt und andererseits
das Temperierungsmittel nicht die Schmelze verunreinigt, kann ein
Flansch angebracht werden, der mit einem Kragen in die Bohrung ragt
und den Hohlmantel wieder verschließt.
-
Zum
Eintragen der flüssigen
Schmelze kann auch der benachbarte Planetwalzenmodul angebohrt werden.
-
Auch
dort besteht ein Gehäusedoppelmantel,
der durch die Bohrung geöffnet
wird und wieder geschlossen werden muß.
-
Nach
der
DE 10356423 wird
das mit einer Buchse dadurch erreicht, daß
die Bohrung durch das
Gehäuse
hindurchgeführt
ist und in die im Gehäuse
sitzende Buchse ragt,
wobei die Materialzuführung mit einem Zuführungsgehäuse in die
Bohrung ragt
und
- aa) wobei die Bohrung
im Bereich der zum Temperieren dienenden Kanäle eine ringförmige Erweiterung
aufweist, so daß um
das Zuführungsgehäuse herum
ein ringförmiger
Verbindungskanal für
die zum Temperieren dienenden Kanäle entsteht oder
- bb) wobei die Bohrung bis in eine Nut reicht, die sich über den
gesamten Umfang oder über
einen Teil des Umfangs der im Gehäuse sitzenden Buchse erstreckt
und deren Breite größer als
der Durchmesser des Zuführungsgehäuses ist,
so daß um
das Zuführungsgehäuse herum
ein Verbindungskanal für
die dem Temperieren dienenden Kanäle entsteht oder
- cc) wobei ein Zuführungsgehäuse verwendet wird,
das in die Buchse ragt, wobei das Zuführungsgehäuse im Bereich der dem Temperieren dienenden
Kanäle
mit mindestens einem Verbindungskanal für diese Kanäle versehen ist.
-
Vorteilhafterweise
kann der Verbindungskanal nach cc) spanabhebend durch Fräsen oder
Drehen außen
in die das Zuführungsgehäuse eingearbeitet
werden.
-
Vorzugsweise
ist ein Zuführungsgehäuse mit mehreren
Verbindungskanälen
vorgesehen, so daß jede
durch die Bohrung entstandene Unterbrechung eines Kanals durch einen
Verbindungskanal aufgehoben bzw. überbrückt worden ist.
-
Noch
weiter bevorzugt ist ein Zuführungsgehäuse mit
mehreren Verbindungskanälen,
die übereinander
liegen. Die einzelnen Verbindungskanäle können als neben einander liegende
Nuten in das Zuführungsgehäuse gearbeitet
werden. Die Kanäle können außen an dem
Zuführungsgehäuse liegen.
-
Günstig ist
dabei, wenn die übereinander
liegenden Verbindungskanäle
eine Höhe
besitzen, die geringer als die Breite ist. Zugleich ist die Breite
so groß gewählt, daß die Verbindungskanäle gleichwohl einen
ausreichenden Querschnitt zur störungsfreien Weiterleitung
des Temperierungsmittels besitzt, vorzugsweise ist der Querschnitt
gleich. Günstig
ist, wenn die Höhe
der Verbindungskanäle
so gewählt ist,
daß die
Gesamthöhe
der übereinander
liegenden und durch einen Steg voneinander getrennten Verbindungskanäle nicht
höher als
die Höhe
bzw. Tiefe der zum Temperieren dienenden Kanäle in der Buchse ist. Vorteilhafterweise
können
die übereinander liegenden
Kanäle
mit das Zuführungsgehäuse in diesem
Bereich außen
umschließenden
Rohrmantel geschlossen werden. Der außen liegende Rohrmantel ist
dann mit Einlaßöffnungen
und Auslaßöffnungen versehen.
Jede Einlaßöffnung ist
so angeordnet, daß sie
an dem zugehörigen,
durch die beschriebene Unterbrechung entstandenen Kanalende liegt.
-
Wahlweise
sind die Verbindungskanäle
auch an einer Innenseite des Zuführungsgehäuses eingearbeitet
worden und sind die Verbindungskanäle durch einen innen liegenden
Rohrmantel verschlossen. Durch außen in das Zuführungsgehäuse eingearbeitete
Einlaßöffnungen
und Auslaßöffnungen
entstehen gleichwohl Verbindungskanäle.
oder
- dd) wobei die Bohrung gegenüber
dem Zuführungsgehäuse vergrößert ist
und wobei in dem Gehäuse
ein Einsatz mit einer Öffnung
oder einem Anschluß zur
Aufnahme des Zuführungsgehäuses vorgesehen
ist. Der Einsatz besitzt außen liegend
oder innen liegend einen oder mehrere Verbindungskanäle, die
wie die Verbindungskanäle
unter cc) ausgebildet sind bzw. hergestellt werden.
- ee) wobei in der Bohrung ein Einsatz sitzt, an dem das Zuführungsgehäuse befestigt
ist und der Einsatz außen
liegend oder innen liegend oder innen liegend einen oder mehrere
Verbindungskanäle besitzt,
die wie die Verbindungskanäle
unter cc) ausgebildet sind bzw. hergestellt werden.
-
Das
oben beschriebene Zuführungsgehäuse kann
die im Extrudergehäuse
sitzende Buchse so weit durchdringen, daß sie mit der Innenfläche der Buchse
ganz oder teilweise abschließt.
Ist das Zuführungsgehäuse der
Innenfläche
der Buchse angepaßt und
kann ganz mit der Innenfläche
der Buchse abschließen.
Das kann auch auf innen verzahnte Buchsen eines Extrudergehäuses Anwendung
finden. Die Anpassung wird durch Drehen oder Fräsen oder Schleifen bzw. bei
der Anpassung an innen verzahnte Gehäusebuchsen dadurch erreicht,
daß in
die Gehäusewandung
eine Verzahnung in gleicher Weise eingearbeitet wird wie beim Innenverzahnen
der im Extrudergehäuse
sitzenden Buchse. Günstig
ist dabei die Anwendung des Funkenerodierens zum Verzahnen.
-
Im übrigen gilt
für den
Anschluß des
zur Herstellung flüssiger
Schmelze dienende an das Gehäuse
des Planetwalzenmoduls das gleiche wie für den Anschluß an den
Einschneckenmodul.
-
Der
Seitenarmextruder kann verschiedene Bauweisen haben.
-
Es
gibt Einschneckenextruder, Doppelschneckenextruder und Planetwalzenextruder.
Der Einschneckenextruder ist die billigste Bauart eines Extruders,
aber auch der Extruder mit der kleinsten Bauweise.
-
Bei
der Verwendung eines Einschneckenextruders soll die Steigung der
Schnecke die gewünschte
Förderwirkung
verursachen.
-
Der
Doppelschneckenextruder besitzt zwei parallel nebeneinander angeordnete
und miteinander kämmende
Schnecken. Der Doppelschneckenextruder ist zwar aufwendiger als
ein Einschneckenextruder. Der Doppelschneckenextruder hat jedoch
eine wesentlich größere Förderwirkung
als ein Einschneckenextruder. Gleichwohl ist der Doppelschneckenextruder
noch verhältnismäßig günstig. Außerdem baut
der Doppelschneckenextruder noch sehr klein. Aufgrund der hohen
Förderwirkung
läßt sich
mit dem Doppelschneckenextruder leicht sicherstellen, daß die flüssige Schmelze
mit dem richtigen Druck in den Planetwalzenmodul eingespritzt wird.
-
Wahlweise
wird für
diesen Seitenarmextruder auch ein Planetwalzenteil verwendet. In
der Anwendung kann auch dieser Planetwalzenteil so gefahren werden,
daß der
notwendige Druck zum Einspritzen der flüssigen Schmelze entsteht.
-
In
der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt.
-
1 zeigt
einen Extruder für
die Herstellung von Mischungen aus Kunststoff und Holzpartikeln.
Der Extruder besitzt vier Abschnitte. Drei Extruderabschnitte sind
als Planetwalzenextruderabschnitte ausgebildet, der vierte Extruderabschnitt
ist als Einschneckenextruder ausbildet und dient dem Materialeinzug.
-
Dabei
sind mit 5 die Gehäuse
der Planetwalzenextruderabschnitte und das Gehäuse des Einschneckenextruderabschnittes
mit 1 bezeichnet. Jedes Gehäuse 5 besitzt angeschweißte Flansche 6 und 7,
die in nicht dargestellter Form miteinander verschraubt sind. Das
Gehäuse 1 ist
mit Flanschen 3 und 4 versehen, die wie die Flansche 6 und 7 der
Befestigung dienen. Jedes Gehäuse 1 und 5 ist
innen mit Buchsen ausgekleidet.
-
Ferner
sind an der Gehäuseinnenseite
Kanäle
dargestellt, die je nach Bedarf mit Heizmittel oder Kühlmittel
beaufschlagt werden.
-
Die
dargestellten Enden der Gehäuse 5 sind hinten
ausgedreht und jeweils mit einem Zentrierring 11 und Anlaufring
und Verschleißring 8 versehen.
-
Der
Anlaufring und Verschleißring 8 bildet
die Gleitfläche
für Planetspindeln 10.
Der Anlaufring und Verschleißring 8 besitzt
einen Innendurchmesser der kleiner als der bezeichnete Rollradius
der Planetspindeln 10 ist.
-
Alle
Extruderabschnitte besitzen eine gemeinsame Spindel. Diese gemeinsame
Spindel ist im Bereich der Planetwalzenextruderabschnitte mit 9 und
im Bereich des als Einzug dienenden Einschneckenextruderabschnittes
mit 19 bezeichnet.
-
Das
Einsatzmaterial wird im Ausführungsbeispiel
durch Holzspäne
gebildet. Die Holzspäne
werden über
einen Trichter durch eine Öffnung 2 eindosiert.
Die Holzspäne
werden in nicht dargestellter Weise mittels Saugluftförderer aus
einem Silo abgezogen und in einen über dem Trichter angeordneten Filter
geführt
und von der Saugluft getrennt. Mittels einer nicht dargestellten
Stopfschnecke werden die Holzspäne
aus dem Filter in den Trichter gezogen. Im Trichter findet eine
volumenmetrische Messung der Menge der Sägespäne statt. In anderen Ausführungsbeispielen
ist eine zusätzliche
gravimetrische Messung oder allein eine gravimetrische Messung vorgesehen.
Anhand der Messergebnisse wird der Saugluftförderer geregelt.
-
Der
erste Extruderabschnitt bildet einen Einzug für den zweiten Extruderabschnitt.
Im zweiten Extruderabschnitt findet eine Zudosierung und Mischung
mit flüssiger
Kunststoffschmelze und eine Verdichtung statt; im dritten Extruderabschnitt
eine Homogenisierung der Mischung. Im letzten Extruderabschnitt
findet eine Abkühlung
der Mischung auf Austrittstemperatur statt. Im Ausführungsbeispiel
hat das Holz einen Anteil von 70Gew% und der Kunststoff einen Anteil
von 30Gew% an der Mischung. Dabei sind Zuschläge wie Farbe und Hydrophobierungsmittel
dem Kunststoffanteil rechnerisch zugeschlagen worden.
-
Die
aufbereitete Schmelze tritt an der Extruderspitze 12 in
eine nicht dargestellte Extrusionsdüse, deren Öffnung dem Querschnitt einer
Bodendiele nachgebildet ist, so daß durch Extrudieren der Mischung
ein Endlosstrang mit dem Querschnitt einer Bodendiele entsteht.
Durch nicht dargestelltes Ablängen
des Stranges entstehen dann Bodendiele mit dem Aussehen einer Holzdiele.
-
In 2 ist
zum Eintragen der flüssigen Schmelze
an dem Planetwalzenteil 5 ein Seitenarmextruder 20 vorgesehen.
-
Der
Seitenarmextruder ist als Doppelschneckenextruder ausgebildet. Der
Doppelschneckenextruder besteht aus zwei gegenläufig arbeitenden Schnecken.
In den Seitenarmextruder 20 werden in nicht darstellter
Form Kunststoffgranulate, im Ausführungsbeispiel Polyethylen(PE)granulate
eingefüllt, komprimiert
und erwärmt
und auf dem Wege zu einer flüssigen
Schmelze umgeformt. Mit dem PE-Granulat sind zugleich Zuschläge wie Farbe
und Hydrophobierungsmittel aufgegeben worden. In der Schmelze finden
die Zuschläge
eine vorteilhafte Verteilung.
-
Mit
dem Doppelschneckenextruder kann die flüssige Schmelze mit erheblichem
Druck in den Planetwalzenteil 5 gespritzt werden. Die flüssige Schmelze
benetzt die Holzpartikel an der Oberfläche und dringt in die Hohlräume/Poren
ein. Bei der anschließenden
Verdichtung der Holzpartikel werden die Hohlräume/Poren reduziert und durch
die Schmelze verschlossen, die bei dem Einspritzen der Schmelze
noch offen geblieben sind. Die Schmelze wird mit einer Temperatur
aufgegeben, bei der die Schmelze auch dann noch flüssig bleibt,
wenn Sie durch die Berührung
mit den Holzpartikeln Wärme abgegeben
hat.
-
Zwischen
den verschiedenen Holzpartikeln wirkt die Schmelze wie ein Kleber.
-
Das
Gehäuse
des Seitenarmextruders 20 ist mehrteilig. Der Kopfteil 21 sitzt
als Zuführungsgehäuse in einer
Bohrung des Gehäuses
des Planetwalzenteils 5. Die Bohrung durchdringt zugleich
die zugehörige
Buchse 22 und schließt
mit der Innenfläche der
Buchse 22 ab.
-
Im
Ausführungsbeispiel
ist der Seitenarmextruder geeignet, sehr hohe Eintragsdrücke zu erzeugen.
-
Im
Ausführungsbeispiel
der 1 wird der in 4 dargestellte
Planetwalzenteil 5 unmittelbar nach dem Materialeinzug
bzw. unmittelbar nach dem Füllteil
eingesetzt. In einem anderen Ausführungsbeispiel wird der Planetwalzenteil 5 mit
dem Seitenarmextruder nach dem zweiten Planetwalzenteil als dritter
Planetwalzenteil zum Einsatz kommen.
-
In
weiteren Ausführungsbeispielen
kann jedes Planetwalzenteil mit einem Seitenarmextruder zum Eintragen
von flüssiger
Schmelze versehen sein.
-
In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
nach 3 reicht das mit 30 bezeichnete Extrudergehäuse des
Seitenarmextruders bis an das Gehäuse 30 des Planetwalzenteiles 5 heran.
Das Extrudergehäuse 30 ist
mit einem Einsatz 31 verbunden, der in einer Bohrung des
Gehäuses 5 sitzt.
Der Einsatz 31 besitzt an seiner Außenseite zwei übereinander
liegende Nuten 32 und 34. Zwischen beiden Nuten 32 und 34 besteht
ein Steg 33. Diese Nuten bilden Verbindungskanäle. Es sind
zwei Verbindungskanäle
vorgesehen, weil das Gehäuse
mit einer Buchse 22 ausgekleidet ist und weil die Buchse 22 außenseitig
und innenseitig mit einer Verzahnung versehen ist. Die nicht dargestellte
Innenverzahnung dient dazu, mit den umlaufenden Planetenspindeln
zu kämmen,
die in 1 dargestellt sind. Die Außenverzahnung bildet Kanäle für das Temperierungsmittel
für die
Beheizung/Kühlung
des Planetwalzenteiles. Die Außenverzahnung
der Buchse 22 wird durch die zugehörige Bohrung für den Einsatz 31 an
zwei Stellen unterbrochen. Jeder Verbindungskanal ist für eine Unterbrechung
bestimmt und verbindet das eine Unterbrechungsende mit dem zugehörigen anderen
Unterbrechungsende.
-
Die
Nutzen 32 und 34 sind durch einen außen liegenden
Rohrmantel 35 verschlossen, so daß kein Heizmittel oder Kühlmittel
falsch eintreten oder austreten kann.
-
Im
Ausführungsbeispiel
ist eine Eintrittsöffnung 37 der
Nut 34 dargestellt. Die Eintrittsöffnung der Nut 32 liegt
an anderer, nicht dargestellter Stelle.
-
Die
Austrittsöffnung
liegt im Ausführungsbeispiel
auf der diametral gegenüberliegenden,
nicht dargestellten Seite des Einsatzes 31.
-
Das
Ausführungsbeispiel
nach 4 zeigt die Anwendung eines Extruders für die Schaumherstellung.
Dabei wird über
einen Einsatz 40, der in dem Extrudergehäuse 5 sitzt,
flüssiges
Treibmittel in die Kunststoffschmelze gepumpt.
-
Im
Bereich der Buchse 41 ist ein nicht dargestellter Einsatz
vorgesehen, der sich von dem Einsatz nach 3 dadurch
unterscheidet, daß nur
ein Verbindungskanal vorgesehen ist.
-
Die 5 bis 7 zeigen
einen weiteren Extruder mit einem Planetwalzenmodul mit einem Gehäuse 101 und
einem angeflanschten Seitenarmextruder.
-
Der
Planetwalzenmodul besitzt ein Extrudergehäuse mit einer darin angeordneten
Buchse. Das Gehäuse
ist auf der Buchse aufgeschrumpft.
-
Die
Buchse besitzt außenseitig
eingefräste Kanäle für Temperierungsmittel
zur Kühlung
oder Beheizung.
-
Die
Kanäle
verlaufen wendelförmig
an der Außenfläche der
Buchse und sind durch Fräsen
entstanden. Es sind im Ausführungsbeispiel
zwei verschiedene Temperierungsbereiche vorgesehen. Der eine Bereich
ist durch Zu- und Abflüsse 120, 121 gekennzeichnet,
der andere Bereich durch Zu- und Abflüsse 122, 123.
-
Der
Seitenarmextruder ist ein Doppelschneckenextruder und besteht aus
verschiedenen Teilen. Dazu gehören
zwei nebeneinander angeordnete Schnecken 116, welche miteinander
kämmen
und über
einen Motor angetrieben werden. Zwischen Motor und Schnecken 116 sind
ein Getriebe und eine Kupplung 111 mit einem Gehäuse 115 vorgesehen.
-
Außerdem ist
der Seitenarmextruder aus einem Füllteil und einem 109 und
einem Extrusionsteil 102 zusammengesetzt. Das Füllteil 109 besitzt
eine Öffnung
für einen
nicht dargestellte Materialzuführung.
-
Der
Seitenarmextruder besitzt im Extrusionsteil 102 ein temperiertes
Gehäuse.
-
Das
Gehäuse
besitzt ein gestuftes Ende 104, mit dem es in einer Bohrung 103 sitzt,
die sich durch das Gehäuse
des Planetwalzenteiles 101 und durch die zugehörende Buchse
bis in den Innenraum des Planetwalzenmodules erstreckt. Die Bohrung
bedingt in dem Bereich der Zu← und
Abflüsse 122, 123 eine besondere
Führung
der für
das Temperierungsmittel vorgesehen Kanäle an der Außenseite
der Buchse. Dort sind die Kanäle
um den Bereich der Bohrung herumgeführt worden, so daß auch die
Umgebung der Bohrung temperiert wird.
-
Zusätzliche
Möglichkeit
zur Temperierung ergibt sich in der Umgebung durch das temperierte
vordere Ende des Seitenarmextruders.
-
Die
Bohrung führt
durch die oben beschriebene Stufung zu einer Aufstandsfläche 102 am
Gehäuse.
-
Die 8 bis 10 zeigen
in einem weiteren Ausführungsbeispiel
eine vollständige
Anlage zur Herstellung von Mischungen aus Holzpartikeln und Kunststoff.
-
Dabei
findet ein Extruder mit einem Füllteil 201 und
zwei Planetwalzenteilen 202 und 203 Anwendung.
Der Füllteil 201 besitzt
die Bauart einer Einschnecke und entspricht im Prinzip dem Einschneckenteil
bzw. Füllteil
der 1. Die beiden Planetwalzenteile 202 und 203 entsprechen
im Prinzip den Planetwalzenteilen 5 und 10 der 1.
-
Das
Füllteil 201 wird
aus einem Trichter 205 mit Sägespänen gespeist. Die Holzpartikel
werden in dem Einfüllteil
eingezogen und geringfügig
vorgewärmt.
-
Zu
der Anlage gehört
ferner ein seitlich angeordneter Extruder 204. Der seitlich
angeordnete Extruder 204 ist ein Einschneckenextruder und
dient zur Aufschmelzung des Kunststoffes. Der seitlich angeordnete
Extruder spritzt die flüssige
Schmelze zwischen dem Füllteil 201 und
dem Planetwalzenteil 202 in den Extruder.
-
Zwischen
dem Füllteil 201 und
dem Planetwalzenteil 202 ist ein Zwischenring vorgesehen.
Der Zwischenring ist in 11 dargestellt.
In 11 sind die Gehäuse des Einfüllteiles 201 mit 211 und
das Gehäuse
des Planetwalzenteiles 202 mit 210 bezeichnet.
Die beiden gegenüberliegenden
Gehäuseenden
sind mit einem Kragen 214 und 213 versehen. Zwischen
beiden Kragen ist ein Zwischenring 212 eingelassen. Der
Zwischenring 212 ist in Zentrieröffnungen an den Stirnflächen der
Kragen eingelassen. Der Zwischenring 212 besitzt mehrere
gleichmäßig am Umfang
verteilte Öffnungen,
zu denen Schmelzeleitungen 216 von dem Extruder 204 führen. Der
Zwischenring 212 ist zwischen den Kragen 211 und 213 verspannt.
Die Verspannung wird durch Spannschrauben bewirkt, von denen nur
eine Mittellinie 215 dargestellt ist. Die Spannschrauben
durchdringen beide Kragen und wirken mit Schraubenmuttern zusammen.
-
Nach
dem Zusammentreffen von flüssiger Schmelze
und Holzpartikeln findet in dem Planetwalzenteil 202 die
Mischung und Homogenisierung und eine Verdichtung statt. Im sich
daran anschließenden Planetwalzenteil
findet eine Kühlung
auf eine gewünschte
Austrittstemperatur statt. Im Ausführungsbeispiel ist die Temperatur
der Mischung noch so groß,
daß die
Mischung ausdampft und auf dem Wege unerwünschte Feuchte verliert.
-
Nach
dem Austritt und Ausdampfen findet im Ausführungsbeispiel eine Verteilung
der Mischung statt auf mehrere weitere Extruder statt. Dazu ist
eine Verteilungseinrichtung 220 vorgesehen. Die Verteilungseinrichtung 220 führt die
Mischung zu drei nachgeordneten Einschneckenextrudern 221, 222 und 223.
Diese Einschneckenextruder können
einzeln oder zu mehreren oder alle gemeinsam gleichmäßig oder
unterschiedlich mit der Mischung beaufschlagt werden. Ziel ist,
nach Bedarf unterschiedliche oder gleiche Profilformate mit den
Einschneckenextrudern 221, 222 und 223 zu
extrudieren.
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Im
Ausführungsbeispiel
wird die Verteilungseinrichtung durch eine Weiche in dem Förderweg
der Mischung nach Verlassen des Extruders gebildet. Mit der Weiche
kann die angeförderte
Menge an Mischung zu bestimmten Einschneckenextrudern umgelenkt
oder auch in zwei oder drei Ströme
geteilt werden, die dann den betreffenden Einschneckenextrudern
zugeleitet werden.