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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Schmelzpolykondensation
von Kondensationspolymeren unter Entfernung gasförmiger Spaltprodukte in einem
liegenden zylindrischen Reaktor mit einer Rührkammer, umfassend einen Produkteintritt,
einen Produktauslauf und mindestens einer Gasleitung im oberen Bereich
der Rührkammer,
und mit einem äußeren und
einem inneren Rotor, die koaxial in der Rührkammer angeordnet und jeweils
auf einer Seite mit einer zentralen Antriebswelle verbunden sind.
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In
vielen Prozessen zur Herstellung von Kunststoffen werden waagerecht
liegende oder senkrecht stehende Reaktoren eingesetzt. Liegende Reaktoren
besitzen in der Regel mindestens einen wellenlosen, selbsttragenden
Rotor mit äußeren Wellenzapfen
oder eine durchgehende Welle mit Anbauten. Anbauten können als
Scheiben mit und ohne Speichen, mit und ohne Löcher, als Gitterscheiben usw.
ausgebildet sein. Diese Reaktoren werden für die ordnungsgemäße Prozessführung unter
Vakuum gesetzt und mit einem organischen Wärmeträger komplett beheizt. Die Rotoren
werden in der Regel mit kleinen Drehzahlen betrieben. Die Lagerungen dieser
Rotoren befinden sich außerhalb
des Reaktionsgefäßes hinter
einer Abdichtung und sind Bestandteil der abnehmbaren oder fest
verschweißten Deckel.
Die Rotorlagerung für
einen wellenlosen, selbsttragenden Rotor beinhaltet beidseitige
Wellendurchtritte aus dem Reaktionsgefäß und gestattet kein Abstreifen
von Produkten.
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Reaktoren
mit Reaktorkäfig
gelten allgemein als eine Kategorie von Polymerreaktoren. Bei Polyesterreaktoren
mit einem Reaktorkäfig
rotiert innerhalb des Reaktorgehäuses
ein Rotor, der entlang von Längshalterungen
senkrecht dazu angeordnet entweder Bleche mit vielen Durchbrechungen,
sonstige Einbauten oder Drahtgeflechte aufweist, und wegen fehlender
Zugänglichkeit
in radialer Richtung auch als Käfig
bezeichnet wird. Der Käfigreaktor
stellt eine Alternative zu einem Rührscheibenreaktor dar. Prinzipiell
wird damit der gleiche Zweck ver folgt, nämlich die Schaffung einer großen Oberfläche der
darin befindlichen Produkte, um niedermolekulare Reaktionsprodukte
möglichst
rasch zu entfernen. Unterschiede in den verschiedenen Käfigen bestehen
je nach Ausführung
im Verweilzeitverhalten, bezüglich
der Selbstreinigungsfähigkeit,
der Totraumvermeidung, der Anpassung an die steigende Produktviskosität, der Dampfbelastung
usw. Da die geforderten Durchsätze
solcher Reaktoren in den vergangenen Jahren ständig gewachsen sind, werden
auch die Abmessungen der Käfige
zunehmend größer, beispielsweise
mit einer Länge
von bis zu 12 m und einem Durchmesser bis zu 4 m. Mit der Länge eines
solchen Käfigs
nimmt auch seine Durchbiegung zu mit der Folge, dass die an den
Enden gelagerten Wellenzapfen nicht mehr waagerecht und fluchtend
zueinander liegen, sondern mit wachsendem Biegemoment eine Neigung
erfahren.
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Aus
der
DE 40 13 912 C2 ist
ein Doppelkäfigreaktor
zur Schmelzepolykondensation bekannt. Dadurch, dass koaxial zu dem
ersten auf Hohlwellen gelagerten Rotor ein an den Stirnseiten des
Gehäuses über innere
Wellen gelagerter zweiter Rotor vorgesehen ist, der mit Relativbewegung
zum ersten Rotor antreibbar ist und Abstreifelemente zum Entfernen
des an dem ersten Rotor haftenden Mediums aufweist, wobei der eine
Rotor sich in dem anderen dreht, wird eine gute Durchmischung bei
gleichmäßigem Durchlauf
und engem Verweilspektrum des fließfähigen Mediums gewährleistet,
wobei gleichzeitig alle Flächen
zumindest des einen Rotors und auch des Reaktorgehäuses abgeschabt
und gereinigt werden.
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Die
JP 200-392874 A, Abstract bezieht sich nur auf eine Vorrichtung
zur Schmelzpolykondensation von Kondensationspolymeren mit zwei
in einer Rührkammer
vorgesehen Rotoren, die koaxial zueinander ausgerichtet sind.
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Die
WO 00/73033 A2 zeigt lediglich ein Rührgehäuse bzw. zwei nebeneinander
angeordnete Reaktorgehäuse.
Dieses Dokument zeigt daher überhaupt
keine mit dem Anmeldungsgegenstand übereinstimmenden Merkmale.
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Die
EP 0 858 829 A2 zeigt
verschiedene Ausführungsbeispiele
von zusammenwirkenden Rührelementen,
die nebeneinander bzw. hintereinander geschaltet sind. Auch dieses
Dokument weist keine mit dem Anmeldungsgegenstand übereinstimmenden
Merkmale auf.
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Die
APOLLIT-Abstract 1999:1805 zeigt lediglich in 1 einen äußeren und inneren Zylinder mit
einer Lagerbuchsstütze.
Rotoren sind in diesem Dokument nicht dargestellt, zumindest ist
nicht offenbart, wie die Rotoren bzw. Zylinder zusätzlich abgestützt werden
sollen.
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Die
US 5,589,239 betrifft eine
Vorrichtung zur Behandlung von polymeren Produkten, die mit einer
Antriebsvorrichtung ausgestattet ist, die außerhalb des Gehäuses gelagert
ist.
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Die
DE 32 08 973 A1 betrifft
eine Vorrichtung zum Bearbeiten von viskosen Stoffen, die bei der
Bearbeitung viskos werden. Hierzu sind nebeneinander angeordnete
Scheibenrotoren vorgesehen, deren Lager außerhalb des Reaktorgehäuses vorgesehen sind.
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Eine ähnliche
Lageranordnung zeigt auch die
FR
925 111 B , in dem Lager außerhalb des Rotorgehäuses dargestellt
sind.
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Die
SU 1606170 A1 ,
Abstract zeigt eine schematische Anordnung einer Rührvorrichtung,
wobei die Lager ebenfalls außerhalb
des Rührgehäuses platziert
werden müssen.
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Eine
weitere schematische Darstellung eines Reaktorgehäuses mit
zwei koaxial zueinander angeordneten Zylindern ist aus der JP 06-287005
A, Abstract zu entnehmen. Auch dieses Dokument zeigt keine Lager,
die von einem Produkt umspült
werden. Das gleiche gilt auch für
die
CS 228 399 B ,
Abstract, das eine Vorrichtung offenbart, die zur Bearbeitung von
Zuckerrüben
vorgesehen ist.
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Die
US 3,989,610 A betrifft
eine Gaszentrifuge und ist aus diesem Grund auch nicht mit diesem Anmeldungsgegenstand
zu vergleichen.
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Die
DE 2932542 A1 betrifft
eine Schleudergieß-Vorrichtung
für die
Zahntechnik und steht daher dem Anmeldungsgegenstand nicht patenthindernd entgegen,
da dies ein anderes Sachgebiet betrifft.
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Ferner
ist eine Vorrichtung der eingangs geführten Art bekannt
DE 0 454 282 A1 , die zur
Behandlung von hochviskosen Medien mit einem horizontal ausgerichteten
Reaktorgehäuse
bezieht, das einen Einlass und einen Auslass ausweist, wobei in dem
Reaktor ein äußerer und
ein innerer Rotor angeordnet ist, die koaxial in der Rührkammer
gelagert und jeweils auf einer Seite mit einer zentralen Antriebswelle
verbunden sind. Der äußere Rotor
weist auf seiner der Antriebswelle gegenüberliegenden Seite ebenfalls
ein rotationssymmetrisches, eine Lauffläche aufweisendes Lager auf.
Beide Lager sind, wie insbesondere aus
1 des Dokuments D1 hervorgeht, außerhalb
der Rührkammer
angeordnet, so dass sie nach bestimmten Zeitabständen geschmiert werden müssen, was
mit einem großen Wartungsaufwand
verbunden ist.
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Nachteil
des bekannten Doppelkäfigreaktors ist,
dass die zulässige
Randgängigkeit
und damit das Betriebsverhalten von größeren Käfigen durch die Durchbiegung
der Käfige
mit extern angeordneten Lagern in schädlicher Weise beeinflusst werden.
Das gegenseitige Abschaben von Gehäuse und Rotorflächen ist
nur bei entsprechend verstärkten
Käfigelementen
und Halterungen erreichbar, die dann allerdings funktionelle Nachteile
aufweisen.
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Die
endständigen
Anbindungen des Außenkäfigs an
Hohlwellen und des inneren Rotors an eine innerhalb der Hohlwellen
gelagerte Antriebswelle und eine Stummelwelle machen darüber hinaus
an jedem Reaktorende zwei Doppellager und vier Dichtungseinheiten
erforderlich. Hierdurch entstehen ein erhöhtes Risiko von Undichtigkeiten
und ein erheblicher Aufwand für
die Dichtigkeitskontrolle.
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Beim
Scale-up eines solchen Reaktors ist zudem ein früheres Erreichen kritischer
Dichtungsabmessungen im Vergleich zu Einwellen-Reaktoren zu erwarten.
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Beidseitig
wuchtige Lagergehäuse,
die stirnseitig komplizierte Doppelwellenkonstellation und die Doppelkäfigstruktur
behindern die Montage und Demontage, die Wartung und die Begehung
des Reaktors zu Inspektionszwecken nachhaltig.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs
genannten Art derart auszubilden und anzuordnen, dass die dort geschilderten
Nachteile überwunden
werden und neben einer vorteilhaften, Platz sparenden Anordnung
der Rotoren die Zeit der Wartung der Anlage wesentlich verringert
wird.
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Die
Aufgabe wird dadurch gelöst,
dass die Lauffläche
aufweisende Lager mit einem komplementären, rotationssymmetrischen
Gegenelement an einer Gehäusewand
des Reaktors oder mit der Antriebswelle des inneren Rotors ein produktgeschmiertes,
reaktorinternes Lager bildet. Mit der in der Ebene der Käfighalterung
gedrückten
Innenlagerung der Rotoren verringert das Biegemoment am jeweiligen
Käfigende
sich entscheidend, so dass die Formstabilität der Rotoren wesentlich verbessert wird.
Durch die vorteilhafte Anordnung der im Reaktor vorgesehenen Lager
erhält
man auf einfache Weise durch eine Schmierung der Lager mit Hilfe
des Produkts, das die Lager umspült.
Hierdurch können Wartungszeiten
wesentlich verringert werden.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch einen Vorrichtung nach Anspruch 1.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Schmelzepolykondensation von Kondensationspolymeren unter Entfernung
gasförmiger
Spaltprodukte in einem liegenden zylindrischen Reaktor mit einer Rührkammer,
umfassend einen Produkteintritt, einen Produktauslauf und mindestens
eine Gasableitung im oberen Bereich der Rührkammer, und mit einem äußeren und
einem inneren Rotor, die koaxial in der Rührkammer angeordnet und jeweils
auf einer Seite mit einer zentralen Antriebswelle verbunden sind,
ist dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Rotor auf seiner der Antriebswelle
gegenüberliegenden
Seite eine rotationssymmetrische Lauffläche aufweist, die mit einem
komplementären
rotationssymmetrischen Gegenelement an der Gehäusewand des Reaktors oder mit
der Antriebswelle des inneren Rotors ein produktgeschmiertes, reaktorinternes
Lager, insbesondere ein Gleitlager, bildet.
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Die
Zahl der Wellendurchtritte pro Rotor ist hiermit auf jeweils einen
begrenzt. Dementsprechend wird im Vergleich zu vorbekannten Reaktorsystemen die
Zahl von Lagern und Dichtungen halbiert. Das Risiko von Undichtigkeiten
wird vor allem dadurch gemindert, dass mit konventionellen einfachen
Antriebswellen auf erprobte Lagerungs- und Dichtungssysteme zurückgegriffen
werden kann.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Mit
der in die Ebene der Käfighalterungen gerückten Innenlagerung
der Rotoren verschwindet das Biegemoment am jeweiligen Käfigende
weitgehend, demzufolge wird die Formstabilität der Käfigenden mit geringeren Materialdicken
erreicht, und die Randgängigkeit
der Rotoren kann verbessert werden. Die Innenlager sind allesamt
oder zum Teil aufgrund einer geeigneten Geometrie der Käfigkonsolen,
der Lageranordnung und des Produktfüllstands im Betrieb vorzugsweise
von Produkt umspült und
selbstschmierend. Eine Zwangsförderung
des Produkts mittels Pumpen an die Lagerstelle ist im Allgemeinen
nicht erforderlich.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung weist auch der innere Rotor auf
seiner der Antriebswelle gegenüberliegenden
Seite eine rotationssymmetrische Lauffläche auf, die mit einem Wellenfortsatz
der Antriebswelle des äußeren Rotors
oder einem Wellenzapfen des äußeren Rotors,
beispielsweise im Anschluss an eine lediglich einfach gerührte Eingangszone,
ein weiteres Lager, insbesondere ein Gleitlager, bildet.
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In
einer zusätzlichen
vorteilhaften Ausführungsform
ist mindestens eines der Lager zum Beispiel durch entsprechende
Anordnung des Produkteintritts als von Produkt zwangsdurchspültes Lager ausgebildet,
was insbesondere bei sinkender Produktviskosität von Bedeutung ist.
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Bevorzugt
sind eine oder mehrere der rotationssymmetrischen Lagerkontaktflächen ganz
oder teilweise aus einem Lagermetall gefertigt. Damit lässt sich
ein Fressen der Gleitlager in Anfahr- oder Übergangsphasen vermeiden. Die
Fertigung der Lagerkontaktflächen
kann auch nur Teile einer rotationssymmetrischen Lagerkontaktfläche betreffen,
beispielsweise in dem Fall, dass das komplementäre rotationssymmetrische Gegenelement
als Teil der zylindrischen Außenwand
ausgebildet ist. Hier ist die Verwendung eines Lagermetalls für das komplementäre rotationssymmetrische
Gegenelement nur im tiefer gelegenen Auflagebereich eines Rotors
erforderlich.
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Anstelle
eines Gleitlagers kann insbesondere auch ein Wälzlager, zum Beispiel ein Kugellager, ein
Kegelrollenlager, ein Pendelrollenlager oder ein anderer Wälzlagertyp
aus geeigneten Materialien, beispielsweise Keramik, eingesetzt werden.
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Durch
besondere Rotorgestaltung und die Bereitstellung von Abstreifern
wird im Allgemeinen ein wechselseitiges Abstreifen von Produktoberflächen ermöglicht.
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Die
Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der beigefügten Figuren
erläutert.
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Es
zeigen hierbei
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1 einen
erfindungsgemäßen Reaktor
mit einer Rührkammer,
umfassend einen Produkteintritt 15, einen Produktauslauf 16 und
eine nicht dargestellte Gasableitung im oberen Bereich der Rührkammer,
und mit einem äußeren Rotor 1 und
einem inneren Rotor 2, die koaxial in der Rührkammer
angeordnet und jeweils auf einer Seite mit einer Antriebswelle 3, 4 verbunden
sind, wobei der äußere Rotor 1 auf seiner
der Antriebswelle 3 gegenüberliegenden Seite eine rotationssymmetrische
Lauffläche 5 aufweist, die
mit einem komplementären
rotationssymmetrischen Gegenelement 8 an der Gehäusewand
des Reaktors ein Gleitlager bildet, und wobei der innere Rotor 2 auf
seiner der Antriebswelle 4 gegenüberliegenden Seite eine rotationssymmetrische
Lauffläche 6 aufweist,
die mit einem Wellenfortsatz 7 an der Antriebswelle 3 des äußeren Rotors 1 ein
Gleitlager bildet.
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2 einen
erfindungsgemäßen Reaktor, der
prinzipiell wie der Reaktor in 1 aufgebaut
ist, wobei die rotationssymmetrische Lauffläche 5 des äußeren Rotors 1 mit
einem Teil des äußeren Reaktorgehäuses als
komplementärem
rotationssymmetrischen Gegenelement 8 ein Gleitlager bildet.
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3 einen
erfindungsgemäßen Reaktor, bei
dem der Eingangsbereich des äußeren Rotors 1 in
der linken Hälfte
des Reaktors lediglich einfach gerührt ist und der Bereich dahinter
in der rechten Hälfte des
Reaktors mit einem inneren Rotor 2 prinzipiell wie beim
Reaktor in 1 aufgebaut ist. Der äußere Rotor 1 weist
auf seiner der Antriebswelle 3 gegenüberliegenden Seite eine rotationssymmetrische
Lauffläche 5 auf,
die mit der Antriebswelle 4 des inneren Rotors 2 ein
Gleitlager bildet. Der innere Rotor 2 weist auf seiner
der Antriebswelle 4 gegenüberliegenden Seite eine rotationssymmetrische
Lauffläche 6 auf,
die mit einem Wellenzapfen 7 als Gegenelement in einer
Zwischenwand zwischen dem Eingangsbereich und dem Bereich dahinter
ein produktgeschmiertes Gleitlager bildet. Auf diese Weise wird eine
bessere Begehbarkeit des Reaktors gewährleistet.
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4 einen
erfindungsgemäßen Reaktor nach
dem Prinzip des Reaktors in 1, wobei
der Produkteintritt 15 so vorgesehen ist, dass das von der
rotationssymmetrischen Lauffläche 5 und
dem rotationssymmetrischen Gegenelement 8 gebildete Gleitlager
von eintretendem Produkt zwangsdurchspült wird.
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5 einen
erfindungsgemäßen Reaktor nach
dem Prinzip des Reaktors in 1, bei dem
anstelle der konventionellen Lagerung und Dichtung der Antriebswelle 4 des
inneren Rotors 2 ein Gleitlager zwischen der Antriebswelle 4,
dem Lagergehäuse 9 und
einer äußere Dichtung
tritt. Das so gebildete Gleitlager wird von Präkondensat aus dem Produkteintritt 15 zwangsumspült. Im Interesse
geringer Biegemomente am Rotor 2 wird das Gleitlager dicht
an den Rotoranfang gerückt.
Auch die Antriebswelle 3 des äußeren Rotors 1 könnte in
dieser Weise gelagert sein.
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6 zeigt, dass die Lauffläche aufweisende
Lager mit einem komplementären,
rotationssymmetrischen Gegenelement an einer Gehäusewand des Reaktors oder mit
der Antriebswelle des inneren Rotors.
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6a bis 6c jeweils
einen Ausschnitt aus den 1, 2 und 3 von
drei verschiedenen Möglichkeiten
der eine Lauffläche
aufweisenden Lager, wobei der äußere Rotor 1 auf
seiner der Antriebswelle 3 gegenüberliegenden Seite ein rotationssymmetrisches,
eine Lauffläche 5 aufweisendes
Lager 8.1 aufweist und dass die Lauffläche 5 aufweisende
Lager 8.1 mit einem komplementären, rotationssymmetrischen
Gegenelement 8 an einer Gehäusewand 17 des Reaktors
oder mit der Antriebswelle 4 des inneren Rotors 2 ein
produktgeschmiertes, reaktorinternes Lager bildet.
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- 1
- äußerer Rotor
- 2
- innerer
Rotor
- 3
- Antriebswelle
des äußeren Rotors
- 4
- Antriebswelle
des inneren Rotors
- 5,
6
- rotationssymmetrische
Laufflächen
- 7
- Wellenfortsatz,
Wellenzapfen
- 8
- komplementäres rotationssymmetrisches Gegenelement
- 9
- Lagergehäuse
- 15
- Produkteintritt
- 16
- Produktauslauf