Planetwalzenextruder für die Kunststoffindustrie

Von der PVC-Aufbereitung zum Universalisten

Planetwalzenextruder erschließen neue Anwendungen
Mischer der anderen Dimension: Der weltweit größte, je gefertigte Planetwalzenextruder und dient der Aufbereitung von Beckenschlämmen zur thermischen Entsorgung.
Das Prinzip ist schon lange bekannt, die Feinheiten der Anwendung aber nicht erschöpft. Das Wirkprinzip der Planetwalzenextruder bietet noch erstaunliche Potenziale für die Praxis.

Der Planetwalzenextruder wurde bereits vor rund 50 Jahren entwickelt. Noch heute dient er dem damals im Vordergrund stehenden Zweck, der PVC-Kalander-Industrie. Entex hat dieses Verfahren seit den 80er Jahren konsequent weiterentwickelt. Durch die Einführung der Druckwassertemperierung und einer verbesserten Konstruktion der Kühlkanäle, die eine produktnahe Temperaturführung erlaubt und damit den Wärmeübergang entscheidend beeinflusst, fand dieses System zunehmend auch in anderen Anwendungsgebieten Akzeptanz. Heute ist der Planetwalzenextruder nicht länger nur das klassische Aufbereitungsaggregat für die PVC-Industrie sondern deckt die gesamte Bandbreite der Aufbereitungs- und Reaktionstechnologie ab, auch in anderen Chemiebranchen, der Lebensmittelindustrie und in diversen Sonderaufgaben.

Kernstück des Planetwalzenextruders ist ein Planetengetriebe mit extremer Verzahnungsbreite und einer 45-Grad-Drallverzahnung. Bei Drehung der Zentralspindel wälzen sich die Planetspindeln auf der Zentralspindel und dem innenverzahnten Walzenzylinder ab und laufen planetenartig um. Bei diesem Vorgang wird das Material erfasst. Durch das Eintauchen der Spindelzähne in die korrespondierenden Zahnlücken wird das eingegebene Material zu dünnen Schichten ausgewalzt und mit der Drallverzahnung nach vorne transportiert. Diese wiederholte Dünnschichtauswalzung ermöglicht die exakte Temperaturführung über den gesamten Aufbereitungsprozess. Neue Entwicklungen haben dieses System optimiert. Die Fertigung der Zylinderbuchsen mit Hilfe der Tiefenerodierung ermöglicht Zylinderbuchsen mit bis zu 1500 Millimeter Länge. Dieses Fertigungsverfahren hat diverse Vorteile gegenüber den herkömmlichen Herstellmethoden Ziehen, Wirbeln oder Schleifen. Zum einen eine exakte Geometrie der Evolventenverzahnung auch in gehärtetem Material, zum anderen eine minimale Wandstärke der Zylinderbuchse. Speziell diese Wandstärkenminimierung zusammen mit der wiederholten Dünnschichtauswalzung ermöglichen die exakteste und schonendste Materialaufbereitung aller Aufbereitungsextruder. Mit diesem System lassen sich selbst Materialmischungen mit hohen Viskositätsunterschieden problemlos verarbeiten.
Zur Größenordnung der Abtauschfläche: Bei der Standardgröße eines Kalanderbeschickungs-Extruders tauscht dieser Planetwalzenextruder eine Fläche von mehr als 12 Quadratmeter bei einer Umdrehung ab. Bei der typischen Drehzahl von 50 pro Minute also eine Fläche von 600 Quadratmetern.

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Ein weiterer Entwicklungsschritt des Planetwalzenextruders ist die modulare Bauweise. Dabei werden mehrere Walzenzylinder gekoppelt und somit der Verfahrensweg vervielfacht. So hat der Planetwalzenextruder die Grenzen der herkömmlichen Aufbereitungsextruder, wie Ein- oder Doppelschneckenextrudern, überschritten, denn die moderne Aufbereitungstechnik wird mehr und mehr zur Prozesstechnologie. Der Planetwalzenextruder ist auch heute eine Symbiose aus Thermodynamik und Gestaltfestigkeit. Mit besonders geringen Wandstärken, den Möglichkeiten der Druck- und Temperaturmessung, Einspritzung von viskosen Komponenten und der Entgasung zwischen den Modulen machen eine Aufbereitungstechnologie in neuen, bisher nicht bekannten Dimensionen möglich. Durch variable Gestaltung der Planeten und den Einsatz von Misch- und Scherringen werden Dispergierungen gezielt gesteuert und nicht mehr dem Zufall überlassen.

Auch die Radialgranulierung gehört zu diesen Innovationen. Bei der Entwicklung wurden die spezifischen Vorteile des Systems Planetwalzenextruder genutzt und ermöglichen somit eine Direktgranulierung des Materials im Heißabschlag. Aufgrund des minimal möglichen L/D-Verhältnisses lassen sich Materialien granulieren, die bisher als nicht oder schwierig granulierbar galten. Lochscheibenbedingte Energiedissipationen in das Material sind hier weitestgehend ausgeschlossen. Auch lassen sich durch die radiale Anordnung der Bohrungen in der Lochbuchse erheblich mehr Bohrungen einbringen als bei konventionellen Lochscheiben. Basierend hierauf ist auch die Radialgranulierung mit Schlitzbuchse entwickelt worden. Dieses Variante wird Mittlerweile erfolgreich zur Kalanderbeschickung eingesetzt. Die üblichen Lochbohrungen sind durch Längsschlitze ersetzt. Die austretenden Materialschnitzel sind formbedingt ideal zur Kalanderbeschickung geeignet. Durch das günstige Oberflächen/Volumen-Verhältnis der Schnitzel entsteht eine nur geringe Abkühlung während der Beschickung, sodass die Weiterverarbeitung im Kalander auf optimale Weise gewährleistet ist.

Die Zukunft des Planetwalzenextruders liegt jedoch nicht nur bei der klassischen PVC-Aufbereitung, sondern mehr und mehr in der chemischen Reaktionstechnologie, Aufbereitung von Elastomerklebern oder von Prepex für die Verbundwerkstoffindustrie. Die hierfür notwendigen Extrusionsanlagen werden auch nicht länger ausschließlich in horizontaler Bauweise gefertigt. Zunehmend sind Entex-Planetwalzenextruder als Vertikal-Extruder sind im Einsatz. Und auch die Lebensmittel- und de Chemische Industrie macht sich diese Technologien zu Nutze.
Das Muster eines Reaktor für die chemische Industrie ist der Planet-Walzenmischer C-WM 400/3000-M3. Diese Anlage eignet sich besonders gut zur Vermengung viskoser Materialien. Durch die präzise Temperaturführung lassen sich sowohl endotherme als auch exotherme Reaktionen optimal steuern.

Die Entwicklung des Planetwalzenextruders ist offenbar noch lange nicht am Ende. Was die Entwickler noch im Köcher haben, verraten sie sicher, wenn ihnen eine konkrete Anwendung angeboten wird.

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