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Die
Erfindung betrifft einen Extruder, der mindestens teilweise als
Planetwalzenextruder ausgebildet ist. Das schließt selbstverständlich
einen ganz als Planetwalzenextruder ausgebildeten Extruder eine. Zeitgemäße
Extruder sind aus mehreren Modulen zusammen gesetzt. Die teilweise
Ausbildung als Planetwalzenextruder erfolgt dann dadurch, daß einer oder
mehrere Module als Planetwalzenextrudermodule ausgebildet sind.
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Extruder
finden insbesondere zur Kunststoffverarbeitung Anwendung. Dabei
wird der Kunststoff in der Regel in Form eines Granulates eingesetzt
und durch den Extruder plastifiziert und in eine Düse ausgetragen,
die den plastifizierten Kunststoff in eine gewünschte Form
bringt.
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Über
das Plastizifzieren hinaus ist die Aufgabe des Extruders, die Schmelze
zu homogenisieren. Zumeist müssen Additive und Zuschläge
verarbeitet werden. Auch das kann im Extruder erfolgen. In diesem
Fall hat der Extruder die Aufgabe, Zuschläge und Additive
gleichmäßig zu verteilen.
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Extruder
finden unter anderem auch in der Lebensmittelindustrie und in der
Chemie Anwendung.
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Extruder
kommen in verschiedenen Bauformen vor. Bevorzugt kommen Einschneckenextruder, Doppelschneckenextruder
und Planetwalzenextruder zur Anwendung.
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Einschneckenextruder
besitzen eine einzige, in einem Gehäuse rotierende Schnecke.
Die Schnecke drückt die Schmelze in eine Extrusionsdüse.
Am anderen Extruderende befindet sich üblicherweise der
Antrieb und ein Lager, welches die Axialkräfte während
des Betriebes der Schnecke aufnimmt.
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Jeder
Extruder kann unterschiedliche Bearbeitungsstufen beinhalten. Dazu
gehört zum Beispiel die Einzugzone, die Plastifizierungszone,
die Dispergierungszone bzw. Mischzone, die Kühlzone und Austragzone.
Je nach Bearbeitungszone ist eine andere Ausbildung der Schnecke
zweckmäßig. Die unterschiedliche Ausbildung kann
durch eine andere Steigung der Schneckengänge und abweichende
andere Eigenschaften der Schneckengänge gekennzeichnet
sein. Bei den Schneckengängen wird auch von Verzahnung
gesprochen.
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Eine
zeitgemäße Bauart der Schnecken sieht diverse
separate Schneckenabschnitte vor, die mittig mit einer Bohrung versehen
sind und von einem Zuganker durchdrungen werden, mit dem die Abschnitte
gegeneinander verspannt sind. Der Zuganker ist üblicherweise
eine Gewindestange.
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Diese
Bauart erlaubt eine optimale Auswahl der Schneckenabschnitte wie
auch eine Auswechselung einzelner Abschnitte zur Anpassung an den
jeweiligen Bedarf.
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Ein
Doppelschneckenextruder besteht aus zwei Schnecken, die miteinander
kämmen. Dabei gibt es Doppelschneckenextruder mit gleichsinnig drehenden
Schnecken wie auch Doppelschneckenextruder mit gegenläufig
drehenden Schnecken. Üblicherweise besitzen die Schnecken
einen gemeinsamen Antrieb. Ansonsten kann jede der Schnecken wie
eine Einschnecke ausgebildet sein.
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Planetwalzenextruder
haben im Verhältnis zu den anderen genannten Extrudern
eine extrem große Plastifizierungswirkung. Dies eröffnet
die Möglichkeit, Rohstoffe zu bearbeiten, die in den anderen Extrudern
gar nicht oder nur mangelhaft einsetzbar sind. Planetwalzenextruder
können aber auch genutzt werden, um die Produktionsleistung
erheblich zu erhöhen.
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Planetwalzenextruder
besitzen eine umlaufende Zentralspindel, damit kämmende
und umlaufende Planetspindeln, die zugleich mit einer Innenverzahnung
im umgebenden Gehäuse kämmen. Das umgebende Gehäuse
hat in zeitgemäßer Ausbildung einen Doppelmantel.
Der Innenmantel wird durch eine Buchse gebildet. Zwischen Innen-
und Außenmantel ist die wichtige Kühlung des Planetwalzenextruders
vorgesehen.
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Die
Buchse ist mit der Innenverzahnung versehen. Mit ihr kämmen
die umlaufenden Planetspindeln.
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Die
Planetspindeln bedürfen keiner Führung in Umfangsrichtung.
Durch die Verzahnung ist gewährleistet, daß der
Abstand der Planetspindeln in Umfangsrichtung gleich bleibt. Es
kann von einer Eigenführung gesprochen werden. In axialer
Richtung bedarf es einer äußeren Führung,
denn die Planetspindeln entwickeln einen mehr oder weniger großen Druck
in Längsrichtung. Dieser Druck ist der Reaktionsdruck aus
der Förderwirkung der Planetspindeln. Der Druck wird mit
einem Anlaufring aufgefangen, an dem die Planetspindeln entlanggleiten.
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Im
weiteren wird immer nur von Anlaufringen gesprochen, obwohl in einem
Extruder mit mehren Planetwalzenmodulen für die Anlaufringe
der verschiedenen Module unterschiedliche Bezeichnungen, z. B. Anlaufring
und Anlaufzwischenring, üblich sind.
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Jeder
Extrudermodul ist vorzugsweise auf die Aufgabe ausgelegt, die er
wahrnehmen soll, z. B. auf die Aufgabe,
Kunststoffgranulat
einzuziehen und/oder
Kunststoffgranulat zu verdichten und/oder
Kunststoffgranulat
aufzuschmelzen und/oder
Zuschläge in der Schmelze
zu verteilen und/oder
eine Mischung mit eingetragenem weiterem
Material herbeizuführen und/oder
eine Homogenisierung
der Schmelze bzw. der Mischung herbeizuführen und/oder
Unerwünschte
Flüssigkeiten durch Erwärmung
Zu verdampfen
und den Dampf anschließend zu Entgasen
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Je
nach Aufgabe kann eine andere Verzahnung in dem Extrudermodul und/oder
eine andere Auslegung des Extrudermoduls zweckmäßig
sein.
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Danach
stellt sich die Aufgabe, die verschiedenen Schnecken der Extruderabschnitte
bzw. die verschiedenen Zentralspindeln der Planetwalzenextruderabschnitte
und/oder Zentralspindeln aus Planetwalzenextruderabschnitten mit
Schnecken sonstiger Extruderabschnitte zu verbinden.
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Wenn
mehrere Planetwalzenabschnitte (Module) hintereinander angeordnet
sind, so werden die verschiedenen Module vorzugsweise von einer
gemeinsamen Zentralspindel durchdrungen.
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Die
Zentralspindel besteht wie eine Einschnecke aus einer Vielzahl von
Abschnitten, die mit einem Zuganker verspannt werden. Das erlaubt
es, wie bei den Einschneckenextrudern eine Auswahl verschiedener
Abschnitte zu treffen und die Abschnitte zu der Zentralspindel zu
verbinden oder einzelne Abschnitte auszuwechseln.
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Es
ist auch bekannt Extruderabschnitte (Modul) mit einer Planetwalzenbauweise
mit Extruderabschnitten (Modul) anderer Bauweise zu kombinieren. Besonders
häufig ist die Kombination eines Planetwalzenmoduls mit
einem Einschneckenmodul. Dabei wird es als vorteilhaft angesehen,
wenn die Schnecke des Einschneckenmoduls in formschlüssiger Verbindung
mit der Zentralspindel des Planetwalzenmoduls stehen. Als formschlüssige
Verbindung ist eine Vielkeilwellenverbindung vorgesehen. Zu der Verbindung
gehören eine Vielkeilwelle und eine innen entsprechend
genutete Bohrung in den Abschnitten. Dabei befindet sich die Vielkeilwelle
bei der bekannten Ausführung an der Zentralspindel des Planetwalzenmoduls.
Die Vielkeilwelle wird durch eine Verlängerung der Zentralspindel
gebildet. Die innen genutete Bohrung in dem angrenzenden Schneckenabschnitt
des Einschneckenmoduls ist dem Durchmesser der Vielkeilwelle angepasst
und zur Aufnahme der Keile der Vielkeilwelle entsprechend genutet.
Die Herstellung des Vielkeilprofiles an der Zentralspindel ist sehr
aufwendig. Das gleiche gilt für die Herstellung der entsprechend
genuteten Bohrung in der Schnecke des Einschneckenmoduls. Solche Vielkeilwellen
sind zum Beispiel in der
DE 10 2004 037 349 B4 dargestellt.
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Auch
bei der Kombination einer Planetwalzenmoduls mit Extruderabschnitten
anderer Bauart ist die Verwendung einer gemeinsamen Zentralspindel
für alle Modulen/Abschnitte üblich.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen wirtschaftlicheren
Extruder zu schaffen.
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Dabei
setzt die Erfindung auf dem älteren Vorschlag auf, bei
dem die Zentralspindel an dem Ende, das zur Verbindung mit dem angrenzenden
Einschneckenabschnitt bestimmt ist, eine Schrägverzahnung
besitzt.
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Als
Schrägverzahnung kommen viele Verzahnungsformen in Betracht.
Dazu gehören zum Beispiel:
Evolventenverzahnung
L-Verzahnung
Zykloidenverzahnung
Konchoidenverzahnung
Triebstockverzahnung
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Die
Evolventenverzahnung ist eine relativ spielarme Verzahnung, in einem
beträchtlichen Bereich unempfindlich gegenüber
Achsabstandsänderungen, da die Eingriffslinie eine Gerade
ist. Im Wälzpunkt entsteht ausschließlich Rollreibung,
vom Wälzpunkt weggehend zunehmend Gleitreibung. Diese Vorteile
machen die Evolventenverzahnung zur bevorzugten Verzahnung bei Planetwalzenextrudern.
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Die
Zykloidenverzahnung wird bevorzugt verwendet, wenn es um Beschleunigungsvorgänge geht.
Gegenüber einer Evolventenverzahnung zeigt die Zykloidenverzahnung
bei Beschleunigungsvorgängen geringere Reibung.
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Mit
der Zykloidenverzahnung sind größere Übersetzungsverhältnisse
auf kleinem Raum möglich, da die Zähne am Fuß schmaler
sind als bei der Evolventenverzahnung.
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Die
Rollreibung ist erst ab einer bestimmten Zähnezahl des
kleineren angetriebenen Rades möglich. Eine Normierung
der Zykloidenverzahnung ist schwierig, da die Zahnform gegenüber
der Evolvente zusätzlich von der Zähnezahl des
kleineren angetriebenen Rades abhängt. Weitere Schwierigkeiten
stellen sich beim Vorwärts-Rückwärtslauf
ein.
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Die
Zykloidenverzahnung hat im Vergleich zur Evolventenverzahnung ein
größeres Zahnspiel. Aber eine Änderung
der Eingriffstiefe ist kritisch.
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Vorzugsweise
handelt es sich um die gleiche Verzahnung, mit der die Zentralspindel
versehen ist, um mit den umlaufenden Planetspindeln zu kämmen. Die
Anwendung gleicher Verzahnung erlaubt es, die Zentralspindel durchgängig
mit einer Verzahnung zu versehen. Das erleichtert die Herstellung
und verringert die Kosten beträchtlich.
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Der ältere
Vorschlag schließt auch die Möglichkeit ein, die
Zentralspindeln als Stangenmaterial herzustellen, so daß die
jeweils notwendige Länge des Zentralspindelabschnittes
durch Ablängen von einer Vorratsstange erreicht werden
kann. Dies schließt auch einen Stangenvorrat ein, der mit
einer innen verzahnten Bohrung versehen ist. Das erleichtert die
Vorratshaltung und trägt noch zur Kostenreduzierung bei.
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Ein
weiterer Vorteil der nach dem älteren Vorschlag vorgesehenen
Ausbildung des Zentralspindelabschnittes ist die Möglichkeit
einer Drehung des Zentralspindelabschnittes im Falle eines übermäßigen
Verschleißes an dem Zentralspindelkopf. Bei dieser Bauart
ist die Drehung möglich und wird im Falle der Drehung der
ursprüngliche Spindelkopf zum Ende des Zentralspindelabschnittes.
Umgekehrt wird das ursprüngliche Ende durch Drehung zum Spindelkopf.
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Für
die Verzahnung an der Planetspindel ist in einer Variante in der
Bohrung des angrenzenden Einschneckenabschnittes eine passende Innenverzahnung
vorgesehen. Die Innenverzahnung muß in dem Fall wie die
Verzahnung auf der Zentralspindel eine Schrägverzahnung
sein. Wenn schon die Einarbeitung von Nuten, die bei herkömmlicher
Vielkeilwellenverbindung genau in axialer Richtung verlaufen, kompliziert
und deshalb aufwendig ist, so erscheint die als Schrägverzahnung
auszubildende Innenverzahnung dem Fachmann noch um einiges komplizierter,
so daß zunächst nicht erkennbar ist, wie eine
Gesamtreduzierung des Aufwandes erzielt werden soll. Die Aufwandsreduzierung
ergibt sich jedoch zumindest bei der Herstellung der Innenverzahnung
auf dem Wege einer groben, spanabhebenden Vorbearbeitung und einer
anschließenden Bearbeitung durch Funkenerosion.
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Das
gleiche gilt bei Verwendung geeigneter Rohre. Geeignet sind zum
Beispiel nahtlose Rohre mit entsprechender Wandstärke,
die eine Außenverzahnung wie auch eine Innenverzahnung
möglich macht.
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Die
spanabhebende Bearbeitung des vorgebohrten oder als Rohr angelieferten
Ausgangsmaterials kann durch Fräsen erfolgen.
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Bei
der Funkenerosion wird vorzugsweise eine Elektrode in die Bohrung
eingebracht, die zumindest teilweise der gewünschten Verzahnung nachgebildet
ist. Zugleich wird an das Werkstück und an die Elektrode
eine Spannung gelegt und durch eine umgebendes Flüssigkeitsbad
ein Stromfluß ermöglicht. Die Spannung ist so
angelegt, daß der Strom vom Werkstück zur Elektrode
fließt. Von dem Strom wird die Oberfläche des
Werkstückes abgetragen. Der Abtrag erfolgt durch die Erosion
kleinster Partikel. In Abhängigkeit von der Spannung und
anderen Betriebsbedingungen ist die Erosion so stark, daß in
angemessener Zeit eine gewünschte Bearbeitung der Werkstückoberfläche
stattfindet.
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Der
Abstand der Werkstückoberfläche von der Elektrodenoberfläche
bestimmt das Maß des Abtrages. Die Elektrode wird dabei
auf einer Bahn bewegt, die dem Verlauf der Zähne (Gänge)
der Innenverzahnung entspricht. Wegen der Einzelheiten der Funkenerosion
wird auf die
DE 44
36 803 C2 Bezug genommen.
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Mit
der Funkenerosion kann auf kostengünstiger Weise eine sehr
vorteilhafte Innenverzahnung hergestellt werden.
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Die
Funkenerosion kann überdies ohne Vorbearbeitung durch Fräsen
eingesetzt werden. Das bietet sich vor allem für langes
Material an.
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In
einer anderen Variante ist eine ungenutete Aufnahmebohrung für
das Zentralspindelende in der Einschnecke vorgesehen und erfolgt
die Verbindung zwischen Einschnecke und Zentralspindel durch eine Verschraubung.
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Zur
Verschraubung kann an unterschiedlichen Stellen ein Gewinde vorgesehen
sein. Vorzugsweise ist die Zentralspindel mit einem Gewindeloch versehen.
Das Gewindeloch wirkt dann wahlweise mit einem Zapfen/Hülse
der Einschnecke oder mit einem separaten Zapfen/Hülse oder
mit einem Anker zusammen.
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Der
Zapfen kann an der Einschnecke angeformt sein und mit einem entsprechenden
Gewinde für das Gewindeloch in der Zentralspindel versehen sein.
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Es
kann auch ein separater Zapfen Anwendung finden, der mit einem Ende
an der Einschnecke gehalten ist.
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Die
Verbindung des separaten Zapfens mit der Einschnecke kann in gleicher
Weise wie die Verbindung mit der Zentralspindel erfolgen, indem
der Zapfen mit dem anderen Ende in ein Gewindeloch der Einschnecke
greift.
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Die
Verbindung des separaten Zapfens mit der Einschnecke kann auch dadurch
erfolgen, daß der Zapfen mit einem nach außen
gerichteten Kragen (Außenkragen) hinter einen nach innen
gerichteten Kragen (Innenkragen) einer Öffnung in der Einschnecke
greift. Die Öffnung ist vorzugsweise eine Durchgangsbohrung.
Bei der Bohrung entstehen Innenkragen, indem eine vorhandene Bohrung
mit einer größeren Bohrer bis zu dem Innenkragen
aufgebohrt wird.
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Mit
Ankern kann die Verwendung von Zapfen entbehrlich werden. Die Anker
dringen durch dafür vorgesehene Bohrungen in der Einschnecke
und der Zentralspindel.
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Aus
dem Zapfen wird eine Hülse, wenn die Einschnecke und die
Zentralspindel mit einer Flüssigkeit gekühlt oder
beheizt werden sollen. Dann ist eine axiale Durchdringung des Zapfens
für das Temperierungsmittel erforderlich. Die Durchdringung
erfolgt vorzugsweise mit einer Bohrung. Bei einem so bearbeiteten
Zapfen wird von einer Hülse gesprochen.
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Überraschender
Weise hat der ältere Vorschlag nicht nur die beschriebene
Fertigungsvorteile, sondern noch einen wesentlichen weiteren Vorteil, denn
mit der neuen Verbindung kann ein sehr viel größeres
Drehmoment als mit einer herkömmlichen Vielkeilwelle übertragen
werden. Das „Mehr" an Drehmoment kann ohne weitere 40 bis
60% betragen. Da die Verbindungsstelle eine Schwachstelle herkömmlicher
Extruder ist, kann durch eine wesentliche Erhöhung des
Drehmomentes mit entsprechend größerer Leistung
gefahren werden.
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Die
Leistungserhöhung beeinflusst die Wirtschaftlichkeit der
Anlage und ist ein extrem großer Vorteil.
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In
Weiterbildung des älteren Vorschlages werden die zu einem
Planetwalzenextruderabschnitt gehörenden Zentralspindelabschnitte
aus einzelnen Elementen zusammensetzen, um die Wirtschaftlichkeit
zu verbessern. Zugleich ist vorgesehen, daß die verschiedenen
Elemente des Planetwalzenextrudabschnitts gleich ausgebildet sind
und dabei eine innen verzahnte Durchtrittsöffnung besitzt
und auf einer Welle sitzen, die am Außenmantel eine mit
der Innenverzahnung der Elemente passende Verzahnung besitzen. Die
dazu vorgesehene Welle ist vorzugsweise mit der Welle aus benachbarten
Extruderabschnitten einstückig. Das schließt Extruderabschnitte anderer
Bauart, insbesondere Einschneckenextruderabschnitt ein, wie sie üblicherweise
als Füllteile verwendet werden. Noch weiter bevorzugt ist
eine den gesamten Extruder durchsetzende gemeinsame Welle vorgesehen,
auf der in jedem Extruderabschnitt mehrere Elemente sitzen..
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Wirtschaftliche
Vorteile ergeben sich dadurch, daß die Planetwalzenabschnitte
sich unterschiedlich abschleißen. Der Verschleiß ist
in der Regel in Förderrichtung der Planetwalzenabschnitte
am Anfang am größten. Darüber hinaus
kann es durch Fremdkörper oder durch Materialfehler zu
einer Beschädigung der Zentralspindelabschnitte kommen. Durch
die erfindungsgemäße Zusammensetzung der Planetwalzenabschnitte
aus einzelnen Elementen ergibt sich die Möglichkeit zu
einer Auswechselung einzelner Elemente bei Beschädigung,
ohne daß zugleich alle anderen Elemente wertlos werden.
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Dem
Verschleiß wird nach der Erfindung dadurch Rechnung getragen,
daß bei übermäßigem Verschleiß des
in Förderrichtung ersten Elementes das in Förderrichtung
letzte Element gegen ein neues Element ausgewechselt wird. Dieses
Auswechseln von Elementen führt in dem betreffenden Planetwalzenextruderabschnitt
zu einer Verschiebung aller Elemente auf den zugehörigen
Wellen entgegen der Förderrichtung des Extruders. Vorzugsweise
werden auch beschädigte Elemente, die sich auf der Welle
in Förderrichtung des Extruders hinter dem ersten Element
eines Planetwalzenextruderabschnittes befinden, in gleicher Weise
ausgewechselt. Das heißt, dabei wird jedes beschädigte
Element herausgenommen. Das geschieht, indem von dem einen oder
anderen Ende der zugehörigen Welle her die Elemente abgezogen
werden und nach dem Wegnehmen des beschädigten Elementes
die übrigen Elemente zusammen mit einem neuen Element wieder
auf die Welle geschoben werden. Dabei ist das neue Element für
das in Förderrichtung hintere Ende der Welle bestimmt.
Dadurch rücken die ursprünglich in Förderrichtung
hinter einem beschädigten Element sitzenden Elemente eines
Planetwalzenextruderabschnitts entgegen der Förderrichtung
des Extruders auf der Welle um den Platz des weggenommenen Elementes
vor.
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Vorteilhafterweise
kann sich das erfindungsgemäße Ersetzen verschlissener
Elemente auf einen Extruderabschnitt oder mehrere Extruderabschnitte beschränken
und können die Elemente der übrigen Extruderabschnitte
auch unterschiedlich sein
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Die
erfindungsgemäße Auswechselung ist auch möglich
bei Elementen, die auf einer Welle sitzen, wobei anstelle obiger
Schrägverzahnung eine Geradverzahnung vorgesehen ist. Die
Geradverzahnung ist zum Beispiel aus der
DE 82 32 585 U1 an sich
bekannt. Im Sinne der Erfindung wird auch eine Vielkeilverbindung,
gegebenenfalls auch eine Verbindung mit einem einzelnen Keil als
Geradverzahnung angesehen.
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Vorzugsweise
ist die gleiche Verzahnungsaart zwischen den Elementen eines Planetwalzenextruderabschnittes
und der zugehörigen Welle vorgesehen, wie sie im Planetwalzenextruderabschnitt
im schmelzeberührten Bereich zwischen Zentralspindel, Planetenspindeln
und innen verzahntem Gehäuse vorgesehen ist. Üblich
ist eine Evolventenverzahnung nach DIN 5480 im
schmelzeberührten Bereich zwischen Zentralspindel, Planetenspindeln
und innen verzahntem Gehäuse. In der Regel kann dabei ein
kleiner Zahnmodul in der Verzahnung zwischen den Elementen und der
zugehörigen Welle Anwendung finden, weil die Belastung
der Verzahnung zwischen Element und zugehöriger Welle ist
als an der Verzahnung im schelzeberührten Bereich zwischen Zentralspindel,
Planetenspindeln und innen verzahntem Gehäuse. Während
im schmelzberührten Bereich eine Verdrängung der
Schmelze zwischen den Zähnen der Verzahnung stattfindet
und das je Viskosität der Schmelze erhebliche Belastungen
verursacht, gegebenenfalls sogar einen Bruch der Verzahnung und
darüber hinaus einen Bruch der Planeten bewirken kann,
kommt eine solche Belastung an der Verzahnung zwischen den Elementen
und der zugehörigen Welle nicht vor oder werden die aus
Belastung im schmelzberührten Bereich entstehenden Reaktionskräfte
nur in stark reduzierter Form an die Verzahnung zwischen den Elementen
und der zugehörigen Welle weitergegeben. Das erlaubt die
Wahl raumsparender kleinerer Zahnmodule. Vorzugsweise sind die zwischen
den Elementen und der zugehörigen Welle angewendeten Zahnmodule
mindestens um ein Fünftel, noch werter bevorzugt mindestens um
ein zwei Fünftel kleiner als der Zahnmodul in dem schmelzeberührten
Bereich zwischen der Zentralspindel, den Planeten und dem innen
verzahnten Gehäuse.
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Auch,
wenn ein anderer Zahnmodul bei der Verzahnung zwischen den Elementen
und der zugehörigen Welle Anwendung finden kann, so ist
doch vorzugsweise die gleiche Steigung der und die gleiche Gängigkeit
in der Verzahnung zwischen den Elementen und der zugehörigen
Welle wie bei der Verzahnung an der Außenseite des Zentralspindelabschnittes
vorgesehen. Dadurch wird gesichert, daß die auf der Welle
verschobenen Elemente die Verzahnung am Außenmantel der
Zentralspindel lückenlos und ohne jeden Versprung zwischen
den Elementen fortsetzen. Mit Gängigkeit ist im vorliegenden
Fall die Anzahl der nebeneinander verlaufenden Gänge bezeichnet. Üblicherweise
ist eine mehrgängige Verzahnung an Planetwalzenextrudern
vorgesehen.
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Die
Herstellung der Verzahnung zwischen der Zentralspindel, den Planetenspindeln
und dem innen verzahnten Gehäuse erfolgt üblicherweise
dadurch, daß die Außenverzahnung an der Zentralspindel
und den Planetenspindeln gefräst und anschließend
geschliffen wird. Dabei ist es möglich, an dem Zentralspindelabschnitt
zunächst
die zentrische Bohrung herzustellen und anschließend die
Umfangsfläche zu bearbeiten oder
zunächst
die Umfangsfläche zu bearbeiten und anschließend
die zentrische Bohrung herzustellen und
zunächst den
Zentralspindelabschnitt fertig zu stellen, bevor der Zentralspindelabschnitt
in gleiche Elemente zerlegt wird oder
die Zerlegung zu einem
beliebigen Zeitpunkt vor der Fertigstellung des Zentralspindelabschnittes
vorzunehmen und die abschließende Bearbeitung der Elemente
anschließend vorzunehmen.
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Soweit
die letztgenannte Variante gewählt wird, kann es von Vorteil
sein, wenn schon die Verzahnungsverbindung zwischen der Welle und
den noch unfertigen Elementen fertig gestellt ist. Dann können
die unfertigen Elemente auf der Welle verspannt und unter Zentrierung
mit der Welle abgedreht und geschliffen werden.
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Schwieriger
als die Außenverzahnung der Zentralspindel und der Planetenspindeln
ist die Innenverzahnung an dem Extrudergehäuse. Nach paßgenauem,
spanabhebenden Ausdrehen des Gehäuses wird die Verzahnung
herkömmlich genutet. Alternativ wird die Verzahnung entweder
nach grober Vorverzahnung oder ohne grobe Vorverzahnung durch Funkenerosion
abschließend bearbeitet.
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An
der verzahnten Welle kann Verzahnung in gleicher Weise hergestellt
werden wie die Außenverzahnung an dem Planetwalzenabschnitt.
Desgleichen kann die Innenverzahnung an den Elementen bzw. an dem
zugehörigen Planetwalzenabschnitt wie die Innenverzahnung
an dem Gehäuse des Planetwalzenabschnittes hergestellt
werden.
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In
der Zeichnung sind der Stand der Technik und ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt.
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1 zeigt
einen Extruder, der aus mehreren Moduln unterschiedlicher Bauart
zusammen gesetzt ist.
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Der
Extruder besitzt ein Maschinengestell 1.
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Auf
dem Maschinengestellt ist ein Antrieb 2 mit Getriebe und
Motor montiert.
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Im übrigen
besteht der Extruder aus einem Einschneckenmodul 4 und
zwei Planetwalzenmodulen 5 und 6.
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Zu
jedem Modul gehört ein Gehäuse.
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In
dem Gehäuse 8 des Einschneckenmoduls dreht sich
eine Schnecke 7.
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Der
Einschneckenmodul umfaßt den Einfüllbereich des
Extruders. Dazu ist in dem Gehäuse 8 eine Einfüllöffnung
vorgesehen. An der Einfüllöffnung ist ein Stopfwerk 3 vorgesehen.
Das Stopfwerk 3 stellt sicher, daß das in das
Stopfwerk aufgegebene Einsatzgut in den Extruder gelangt. Das Einsatzgut kann
verschiedene Zusammensetzung haben, zumeist handelt es sich um Kunststoffgranulat.
Das Granulat kann bereits eine Mischung mit anderen Additiven und
Füllstoffen beinhalten. Wahlweise werden Additive und/oder
Füllstoffe auch ganz oder teilweise in Mischung mit dem
Granulat aufgegeben.
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Die
Einschnecke 7 besitzt eine Schrägverzahnung. Ein
Schneckengang der Schrägverzahnung ist dargestellt und
mit 12 bezeichnet.
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Die
Einschnecke 7 komprimiert das Einsatzmaterial. Es findet
ein Druckaufbau und eine Erwärmung im Einsatzmaterial statt.
Die Erwärmung wird zum Teil durch die in dem Einschneckenmodul 4 erbrachte
Arbeit bewirkt. Zu einem anderen Teil kann eine Erwärmung
durch entsprechende Beheizung des Gehäuses 8 entstehen.
Wärme und Druck können bereits in dem Einschneckenmodul 4 ein
Aufschmelzen des Kunststoffes verursachen, so daß die Einschnecke
eine Schmelze in den Planetwalzenmodul 5 drückt.
In den Planetwalzenmoduln findet die weitere Bearbeitung/Aufbereitung
der Schmelze statt. Entweder tritt aus dem Austragende des Extruders
eine Fertigschmelze aus oder es tritt eine noch nachzubehandelnde
Schmelze aus dem Extruder aus. Eine wichtige Nachbehandlung ist
zum Beispiel die Entgasung: Häufig müssen Bestandteile
der Schmelze entfernt werden, welche bereits in dem Extruder einen
gasförmigen Zustand angenommen haben oder erst an der Umgebungsluft
einen gasförmigen Zustand annehmen.
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Der
Planetwalzenmodul 5 besitzt eine Zentralspindel 11,
Planetenspindeln 9, ein Gehäuse und einen Anlaufring.
Die Zentralspindel 11 dient zugleich als Zentralspindel
für den zweiten Planetwalzenmodul 6.
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Die
Planetenspindeln 9 besitzen die gleiche Verzahnung wie
die Zentralspindel 11 und kämmen mit der Zentralspindel 11.
Sie laufen dabei um die Zentralspindel 11 um.
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Zusätzlich
stehen die umlaufenden Planetenspindeln 9 mit dem innen
verzahnten Gehäuse des Planetwalzenmoduls 5 in
Eingriff. Die Planetenspindeln 9 gleiten dabei an einem
Anlaufring, der an der Stoßstelle zwischen den beiden Moduln 5 und 6 vorgesehen
ist.
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Der
Planetwalzenmodul 5 bildet im Ausführungsbeispiel
eine Dispergierzone. In der Dispergierzone findet eine feine Verteilung
der Additive und Füllstoffe in der Schmelze statt. Der
Planetwalzenmodul ist für die Dispergierung besonders geeignet, weil
in dem Planetwalzenmodul ein Auswalzen der Schmelze stattfindet.
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Der
Planetwalzenmodul 6 entspricht dem Planetwalzenmodul 5.
Er besitzt die Planetenspindeln 10, Gehäuse und
Anlaufring wie der Planetwalzenmodul 5. Der Anlaufring
ist allerdings an dem Extruderaustritt angeordnet.
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Im
Falle der abschließenden Bearbeitung der Schmelze im Planetwalzenmodul 5 ist üblicherweise
eine Abkühlung der Schmelze auf Austragtemperatur/Extrusionstemperatur
in dem Planetwalzenmodul 5 vorgesehen. Die richtige Temperatureinstellung
vor dem Schmelzeaustritt ist in der Regel unabdingbare Voraussetzung
für eine ausreichende Produktqualität bei der
Herstellung von Profilsträngen aus Kunststoff.
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Die 2 und 3 zeigen
eine bekannte Verbindung zwischen der Zentralspindel 11 und
der Einschnecke 7. Die Zentralspindel 11 steckt
mit dem einen Ende in einer Öffnung der Einschnecke 7.
Dieser Bereich ist mit 15 bezeichnet.
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Außerdem
ist in der 2 ein Zuganker 16 dargestellt,
mit dem die Zentralspindel 11 und die Einschneck 4 7 miteinander
verspannt werden.
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3 zeigt
die Einzelheiten einer bekannten Verbindung zwischen der Zentralspindel 11 und
der Einschnecke 7. Dabei ist das Ende der Zentralspindel,
welches in die Öffnung der Einschecke 7 gesteckt
wird, als Vielkeilwelle 18 ausgebildet. Die Vielkeilwelle
besitzt Nuten und Erhebungen (Keile), die genau in axialer Richtung
verlaufen. Der Vielkeilwelle angepasst ist die Öffnung
in der Einschnecke 7. Es handelt sich um eine Bohrung,
die am Umfang genutet ist, so daß die Keile der Vielkeilwelle
sich in die Nuten einschieben lassen.
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Außerdem
ist die Zentralspindel 11 mit einem Ring 17 versehen.
Der Ring 17 ist auf der Zentralspindel 11 verspannt
und dient als Anschlag, indem er das Maß begrenzt, um das
die Zentralspindel 11 in die Öffnung der Einschnecke 7 eingeschoben
werden kann.
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Nach
der Erfindung ist anstelle der Zentralspindel 11 mit der
Vielkeilwelle 18 eine einheitlich verzahnte Zentralspindel 22 vorgesehen.
Die Verzahnung der Zentralspindel ist eine Schrägverzahnung
und symbolisch dargestellt und mit 23 bezeichnet.
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In
der Einschnecke 21, deren Verzahnung mit 21 bezeichnet
ist, ist die Aufnahmebohrung für das Zentralspindelende
mit einer Innenverzahnung versehen, die der Außenverzahnung
der Zentralspindel 22 angepaßt ist, so daß die
Zentralspindel unter entsprechender Drehung in die Aufnahmebohrung geschoben
werden kann.
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Ferner
ist eine Verspannung der Zentralspindel 22 mit der Einschnecke 20 vorgesehen.
Die Verspannung erfolgt mittels einer Hülse 26.
Die Hülse 26 besitzt ein vorderes Ende, das mit
einem Außengewinde versehen ist und in das Gewindeloch
der Zentralspindel an deren Ende 24 greift.
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Die
Hülse 26 besitzt am anderen Ende einen Außenkragen,
mit dem die Hülse 26 hinter einen Innenkragen 25 einer
Durchgangsbohrung in der Einschnecke 20 greift.
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Die
Einschnecke 20 sitzt auf einem entsprechend tragfähig
ausgebildeten Getriebezapfen 28. Der Getriebezapfen überträgt
wird im Ausführungsbeispiel durch eine Verlängerung
der Abtriebswelle des Getriebes gebildet.
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Zwischen
dem Getriebezapfen 28 und der Einschnecke 20 ist
eine übliche Vielkeilwellenverbindung vorgesehen.
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Der
Getriebezapfen 28 wird von einem Rohr 30 durchdrungen.
Das Rohr 30 hat mehrere Aufgaben. Es bildet eine Wasserführung
und eine Zentrierung für die Hülse 26.
Es trägt zur Stabilität bei. Im Ausführungsbeispiel
bildet das Rohr 30 zugleich einen Zuganker, weil die Einschnecke 20 in
axialer Richtung lose auf dem Zapfen 28 sitzt. Die Einschnecke
wird im Ausführungsbeispiel dadurch mit dem Getriebezapfen 28 verspannt,
daß das Rohr 30 am dargestellten Ende mit der
Hülse 26 verschraubt ist und das Rohr am anderen
Ende mit einer Spanneinrichtung versehen ist. Die Spanneinrichtung
ist im einfachsten Fall eine Verschraubung. Dabei tritt das Rohr 30 am
anderen Ende der Abtriebswelle aus und ist das Rohr 30 dort
mit einem Außengewinde versehen, so daß das Rohr 30 mit
einer Schraubenmutter gespannt und über die Hülse 26,
die Zentralspindel 22 eine Anpressung der Einschnecke 20 an
dem Kragen 35 des Getriebezapfens 28 bewirkt werden
kann. Die Zentralspindel drückt gegen den Kragen 25 der Einschnecke 20.
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In
anderen Ausführungsbeispielen ist eine andere Verspannung
des Zugankers vorgesehen. Wahlweise ist die Verspannung mit einer
Hydraulik versehen, mit der sich ein kontrollierter Druck leicht aufbringen
läßt und mit der ein Lösen der Verspannung
leicht möglich ist.
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Die Öffnungsweite
des Rohres 30 ist so groß, daß es ein
Innenrohr 29 im Abstand umgeben kann. Das Innenrohr 29 führt
in eine Bohrung 36 der Zentralspindel. Das Maß,
mit dem das Innenrohr 29 mit seiner Spitze 31 in
die Bohrung 36 ragt, ist von der gewünschten Temperierung
abhängig. Wahlweise wird Kühlwasser durch das
Innenrohr 29 zugeführt. Das Kühlwasser
nimmt in der Zentralspindel Wärme auf und strömt
dann in dem Zwischenraum zwischen Innenrohr 29 und dem
Rohr 30 wieder zurück, so daß die Wärme
abgeführt wird. Wahlweise wird das Kühlwasser
auch zunächst durch den Ringraum zwischen Rohr und Innenrohr
und dann in das Innenrohr gelenkt. Das erwärmte Kühlwasser
wird in einer nicht dargestellten Kühlvorrichtung wieder
aufbereitet.
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In
anderen Ausführungsbeispielen dient das Temperierungsmittel
zur Beheizung und/oder auch zur Kühlung bzw. kann von Kühlung
auf Beheizung umgeschaltet werden oder umgekehrt. Ferner können
auch andere Temperierungsmittel, z. B. Öl, Anwendung finden.
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Im
Ausführungsbeispiel ist das Innenrohr in axialer Richtung
fest angeordnet, in anderen Ausführungsbeispielen in axialer
Richtung verstellbar, so daß dadurch Einfluß auf
die Kühlung genommen werden kann.
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5 zeigt
eine erfindungsgemäße Zentralspindel in Anlehnung
an die Ausführungsform nach 3 mit einigen
Abweichungen..
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Die
Zentralspindel wird insgesamt von einer Welle 41 durchsetzt.
Am Außenmantel ist die Welle 41 mit einer Evolventenverzahnung
versehen, welche die gleiche Steigung und die gleiche Gängigkeit wie
eine Evolventenverzahnung 48 am Außenmantel der
Zentralspindel aufweist. In diesem Bereich wird die Zentralspindel
durch eine Hülse gebildet, deren zentrische Öffnung
mit einer Innenverzahnung und deren Außenmantel mit einer
Außenverzahnung 48 versehen ist. Die Außenverzahnung 48 ist
eine Evolventenverzahnung und Bestandteil einer nicht dargestellten
Verzahnung zwischen Zentralspindel, Planetenspindeln und innen verzahntem
Gehäuse. Die Evolventenverzahnung ist eine klassische Verzahnung
für sich abwälzende Zahnräder. Zwischen
der Welle 41 und der Hülse der Zentralspindel
findet kein Abwälzvorgang statt, so daß auch eine
andere Verzahnungsart geeignet wäre, das notwendige Drehmoment
auf die Zentralspindel zu übertragen. Aus Gründen
der Ökonomie der Herstellung findet gleichwohl eine Evolventenverzahnung
Anwendung. Das erlaubt die Verwendung gleicher Werkzeuge für
die Welle 41 und für die Zentralspindel.
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Die
Welle 41 bildet einen Träger für die
Zentralspindelhülse.
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Die
Zentralspindelhülse setzt sich aus Abschnitten 33, 44 und 45 zusammen.
Die Stoßfugen bzw. Stöße zwischen den
Hülsenabschnitten sind mit 51a und 52a bezeichnet.
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Im
Ausführungsbeispiel haben diese Hülsen unterschiedlich
Längen, in andere Ausführungsbeispielen gleich
Längen. Das notwendige Drehmoment für die Zentralspindel
wird durch die Verzahnung zwischen der Welle 41 und der
Hülse der Zentralspindel auf die Zentralspindel übertragen.
Wegen der Schrägverzahnung wird aus der Drehbewegung auch
eine axiale Kraft wirksam. Diese Kraft wird dadurch von der Welle 41 aufgenommen,
daß die Zentralspindelabschnitte zwischen einem Zentralspindelkopf 50 und
einem Feststellring 47 gehalten sind. Der Zentralspindelkopf 50 ist
mit der Welle 41 verschraubt. Das gleiche gilt für
den Feststellring 47.
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Im
Ausführungsbeispiel besteht die Welle 41 zugleich
aus verschiedenen Abschnitten, deren Stöße im
Bereich der Zentralspindel mit 51, 52, 53 und 54 bezeichnet
sind. Dies hat im Ausführungsbeispiel Fertigungsvorteile.
Diese Wellenabschnitte werden durch einen Zuganker mit dem übrigen
Teil der Welle verbunden. Der Zuganker wird im Ausführungsbeispiel
durch einen Dorn 46 gebildet. In anderen Ausführungsbeispielen
durch eine Hülse.
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Der
Dorn 46 sitzt in einer zentrischen Bohrung der Welle 41 bzw.
der verschiedenen Wellenabschnitte. Dabei greift der Dorn 46 an
einem Ende mit einem Außenkragen 40 hinter einen
Innenkragen der Welle 41. Am anderen Ende ist der Dorn
mit einer Mutter 49 verspannt, die an einem Kragen des
zugehörigen Wellenabschnittes anliegt.
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Das
Antriebsdrehmoment wird dadurch auf die Zentralspindel übertragen,
daß die angetriebene Welle 41 mit einem ungeteilten
Teil in den ersten Abschnitt 44 der Zentralspindelhülse
greift. Von dort wird das Drehmoment einerseits an die Planetenspindeln
und andererseits an den zu dem Stoß 53 gehörenden
benachbarten Wellenabschnitt weitergegeben.
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Dieser
benachbarte Wellenabschnitt sitzt mit einem Teil in dem Hülsenabschnitt 44 und
mit dem anderen Teil in dem Hülsenabschnitt 43.
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Mit
dem im Hülsenabschnitt 43 sitzenden Wellenabschnitt
wird das Drehmoment an den Hülsenabschnitt 43 weitergeleitet
und dort wiederum einerseits auf die Planetenspindeln übertragen
und andererseits an den zu dem 52 gehörenden benachbarten
Wellenabschnitt weitergegeben. Diese Wellenabschnitt sitzt mit einem
Teil in dem Hülsenabschnitt 43 und mit dem anderen
Teil in dem Hülsenabschnitt 45. Dadurch wird sein
Drehmoment auch auf den Hülsenabschnitt 45 übertragen.
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Aus
obigem ergibt sich, daß die Stöße 51, 52, 53 zwischen
den Hülsenabschnitten 43, 44, 45 von
den Stößen 51a und 52a ausreichenden
Abstand besitzen. Das Maß des Mindestabstandes ergibt sich aus
der jeweiligen Belastbarkeit der Verzahnung.
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Wie
nach 3 gehört der dargestellte Zentralspindelabschnitt
zu einem Planetwalzenextrudermodul, der in Kombination mit einem
Einschneckenextrudermodul steht. Anders als nach 3 ist
die Zentralspindel bzw. sind deren Abschnitte aber als Hülse
ausgebildet, die vollständig von der Welle 41 durchdrungen
wird. Die Welle 41 ist zugleich Bestandteil der Schnecke
in dem Einschneckenextrudermodul
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Die
Welle 41 trägt dann die zu dem Einschneckenextrudermodul
gehörenden Elemente.
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Die
Welle 41 ist mit der Abtriebswelle des Extruderantriebes
gekoppelt, so daß die Antriebsbewegung auf den Einschneckenmodul
und auf den Planetwalzenextrudermodul übertragen wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004037349
B4 [0021]
- - DE 4436803 C2 [0038]
- - DE 8232585 U1 [0055]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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