CN102076478A - 挤出机齿轮箱 - Google Patents

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Abstract

本发明目的是驱动包括沿圆周配置的数个轴(3)的挤出机(1)，所述轴上带有处理部件(4)(treatment elements)，所述轴(3)与齿轮箱(7)的驱动轴(11)相连，所述驱动轴带有输出传动齿轮(12，13)。所述输出传动齿轮(12，13)轴向偏置，从而相邻的驱动轴(11)在面向挤出机(1)端部与两个输出传动齿轮(12，13)之间具有不同长度(L1，L2)。轴向偏置的输出传动齿轮(12，13)相应地与恒星齿轮(18，19)相啮合。一个恒星齿轮(19)与中空扭转轴(21)相连接，另一个恒星齿轮(18)与被配置在中空扭转轴内的内扭转轴(22)相连接。所述中空扭转轴(21)和内扭转轴(22)被设计为：由驱动轴(11)的不同长度(L1，L2)所造成的扭矩旋转角差异可被扭转中空轴(21)和内扭转轴(22)的不同扭矩所抵消。

Description

挤出机齿轮箱
技术领域
本发明涉及驱动根据权利要求1的前序所述的挤出机的齿轮装置。
背景技术
使用带有紧啮合轴的双螺杆挤出机来处理物质，在经济方面与加工工程方面具有必不可少的优势。用于评估该类机器性能的一个重要方面是扭矩密度，也就是每轴扭矩与中心距离立方的商值。其性能还进一步由转速所决定。
对于加工工程，更重要的是如何实现将产品过渡到之后的螺杆轴上，这取决于螺杆轴被同向旋转还是反向旋转，这在两个相邻的轴的加工部件间的楔(wedge)之间产生很不同的扩张力(spreading force)，该力反过来可决定性地影响性能，特别是磨损性能与转速。
EP0962298公开了用于高性能双螺杆挤出机的齿轮装置，在安装反向齿轮装置后，该齿轮装置可以相对简单地被用于同向旋转或反向旋转螺杆轴。现有技术中公开的用于反向旋转螺杆挤出机的齿轮装置的实施例有WO 2007/093228A1和EP 995580B1。DE 3328782C1描述了同向双螺杆挤出机的齿轮装置，其中驱动轴被同轴地设置在中空轴中，且两个轴都作为扭转轴并通过齿轮在一端相连，在中空轴上设置有两个轴向偏离的齿轮。根据DE 2628387和PCT/JP 93/01039公开的齿轮装置也仅能用于同向旋转的螺杆轴。
在任何情况下，螺杆轴必须通过齿轮装置的输出轴提供有可能的最大扭矩。在加工段上，在给定中心距时，外部螺杆直径(Da)与内部螺杆直径(Di)的商值被选择为尽可能大，且输出轴的直径在最大容许扭转应力时应该尽可能小。
啮合螺杆轴，特别是紧啮合螺杆轴的驱动，在各种具体的负载情况下，进一步需要输出轴的相同的几何输出角度位置，以便在同轴驱动的加工段的螺旋轴的轴向间隙(axial clearance)可以被选为尽可能小，而不会有任何与螺杆侧面的机械接触。
与双螺杆挤出机相比，带有多个沿圆周以相等圆心角间隔分布、轴向平行的轴的多轴挤出机具有两倍数量的楔(wedge)的优点，在楔(wedge)中，产品可以被特别有效地处理，并从一个轴上的螺杆或其他加工部件转移到下一个。
DE10315200B4已经公开了根据权利要求1前序所述的带有同向旋转轴的多轴挤出机的齿轮装置。配备有中心驱动轴，在该中心驱动轴上，配备有两个与轴向偏置的输出齿轮啮合的恒星齿轮。为增强性能，输入齿轮额外地与内齿中空轮啮合，所述中空轮具有有外齿，该外齿与外部驱动轴上的驱动轮啮合，以便每个中空轮被相同的扭矩驱动，并且每个输出传动齿轮的扭矩一半通过恒星齿轮、一半通过中空轮被引入。
在正常情况下，现有齿轮装置特别是与同向旋转螺杆轴结合被证明是有用的。但是，却不能实现更大的转速和/或扭矩，它们要么表现出过度磨损或者在加工段需要过大的间隙从而不能经济地工作。
发明内容
本发明目的是为带有紧啮合加工部件的、具有高性能的多轴挤出机提供齿轮装置。
该目的根据本发明权利要求1所述的齿轮装置将得到实现。本发明的更优选实施例将在从属权利要求中得到叙述。
该创新的齿轮装置适于与一个或多个马达一起作为带有紧啮合的同向或反向旋转轴的多轴挤出机的驱动，这些旋转轴为力平衡(force balance)而被设置在齿轮装置中并且优化被设置在闭环上，也在部分环的加工段上。
在该创新的齿轮装置中，与偏离加工段的输出传动齿轮相啮合的恒星齿轮被不可旋转地连接到中空扭转轴，同时与偏向加工段的输出传动齿轮相啮合的恒星齿轮与内扭转轴不可旋转地连接，所述内扭转轴被同轴地设置于中空轴之内。
中空扭转轴和内扭转轴被如此设计，从而由输出轴的不同长度引起的扭矩转角差异被与内扭转轴的扭矩所不同的中空扭转轴的扭矩所抵消(compensate)。也就是说，输出轴的不同扭矩被与内扭转轴的扭矩所不同的中空扭转轴的扭矩所抵消。输出轴之间的不同扭矩被如此特别提出是因为它们之间间距小，所以必须是薄配置(must be of thin configuration)。
与内扭转轴的扭矩不同的中空扭转轴的扭矩可以被调整，比如通过中空扭转轴的圆环状横截面与优选为实心轴的内扭转轴的圆形横截面相比来调整。
因此，不仅在部分负载时，相邻的轴的角同步位置在齿轮装置的高性能下能得到保证，而且在空载或满载时也能得到保证，从而即使在于加工部件紧啮合的情况下也能防止磨损。
在加工段的轴上滑动的加工部件可以是螺杆或者类似传动部件，还可以是捏合块(kneader blocks)、带相反传动方向的螺杆部件或类似物。
该创新的齿轮装置可以既适于在加工段内的同向旋转的轴，也适于在加工段内相邻的轴反向旋转。对于同向旋转轴，中空扭转轴和内扭转轴以同样角速度在相同的方向上是可驱动的，对于反向旋转轴，中空扭转轴和内扭转轴以同样角速度在相反的方向上是可驱动的。
相比于同向旋转轴，在反向旋转轴的情况下，伴随更多的材料在加工部件之间会产生更大的压力。因此在同等产量时，反向旋转轴的情况下，转轴之间会产生相对更大的扩张力，所述扩张力会导致高磨损。因此，带反向旋转轴的双螺杆挤出机比带正向旋转轴的双螺杆挤出机的产量低很多倍。另一方面，反向旋转挤出机对于特定情况，比如高度分散的加工任务或纳米增强塑料时，又是必须的。
然而，在带有沿圆周排列的多个轴的挤出机中，相邻的轴之间的扩张力在很大程度上彼此抵消。因此，用创新的齿轮装置来操作即使是带有高速反向旋转轴的多轴挤出机也是可能的、高产的。
由于多轴挤出机齿轮装置的输出轴之间间距较小，这些输出轴必须被配置为合适的小直径。从而其才可以承载极限。输出轴上没有被施加横向力时，才能实现高扭矩。因此，偏向加工段的输出传动齿轮和偏离加工段的输出传动齿轮优选为不仅与恒星齿轮相啮合，而且和与该恒星齿轮同轴的内齿中空轮啮合，从而这些传动齿轮受内齿中空轮驱动的扭矩与受恒星齿轮驱动的扭矩是一样的。作用于输出传动齿轮上的径向力从而可以被彼此抵消。
可以用不同的方法实现用同样的力驱动恒星齿轮与内齿中空轮。比如，带有相应的电子控制器的两个独立马达可以相同的力来驱动恒星齿轮与内齿中空轮。此外，在恒星齿轮与内齿中空轮之间提供机械协调，从而将扭矩分为两半分别施加在恒星齿轮与内齿中空轮上也是可能的。以这种方式可将在该特殊情况下所提供的力或施加在轴向偏离的输出传动齿轮上的相应扭矩从内部和/或从外部成比例地分开。
零点位置的定位可以用多级方式实现，首先位于传动齿轮轴自身上，然后位于偏向或偏离加工段的两个齿轮组上，所述齿轮组通过中空扭转轴和内扭转轴机械连接，所述中空扭转轴和内扭转轴每个同时分享扭矩的一半并且并位于自由端上，。
在同向旋转轴的情况下，零点位置的定位可以通过或经由减速齿轮来实现，在反向旋转轴的情况下，可以通过两个齿轮作为减速级，它们通过反向齿轮连接和/或由一个或两个马达以协调方式驱动。
假如传动齿轮轴的驱动同时由带外齿的内齿中空轮作为同步减速级来实现，则在一个马达驱动的情况下，在马达和每个减速级之间提供有扭转轴，所述扭转轴可以相应分离并转移扭矩。
附图说明
本发明将会通过参看附图与实施例的方式被阐释得更为清楚。这些附图为：
图1是沿挤出机加工段上游输送端的纵切面；
图2是沿图1中II-II线的截面图；
图3是反向旋转轴和一个或多个马达的齿轮装置的第一实施例的纵切面，该反向旋转轴带有反向齿轮装置(reversing gearing)；
图4是沿图3中IV-IV线的截面图；
图5，相较于图2，是反向旋转轴上三个相互啮合的传输部件的放大图；
图6是反向旋转轴和两个反向旋转驱动马达的齿轮装置的另一个实施例的纵切面，或者由驱动同向旋转轴的一个马达反向旋转；
图7是沿图6中VII-VII线的截面图；
图8是同向旋转轴和通过减速齿轮装置的两个驱动马达的齿轮装置的第一实施例的纵切面；和
图9是同向旋转轴的齿轮装置的进一步实施例的纵切面，该同向旋转轴带有一个驱动马达和一个减速齿轮装置。
具体实施方式
根据图1和图2，挤出机的加工段1具有带内核2b的外壳2a，12个轴向平行的轴3沿圆周等圆心角间隔排列(图2)，并配有加工部件4，相邻的轴3的加工部件4相互啮合。
所述加工段1被端板5在上游输送端封闭起来。轴3延伸穿过端板5，并被根据图3与4和图6-9所示的分扭矩齿轮装置7(torque-splitting gearing)驱动为同向旋转或反向旋转。
根据图3所示的齿轮装置7具有盖板9，盖板9与加工段1的端板5相连。延伸出所述盖板9的是12根输出轴11，这些输出轴11与加工段1的12根轴3不可旋转地同轴连接。所述输出轴11与输出传动齿轮12、13不可旋转地连接。由于输出轴11之间的中心距小，相邻的轴11的输出传动齿轮12，13被设置为轴向偏离。也就是，传动齿轮12被设置为偏向加工段1，而传动齿轮13被设置为偏离加工段1。输出轴11可旋转地被装于14，15，16和17上。
传动齿轮12与轴向偏向加工段1的恒星齿轮18啮合，而传动齿轮13与轴向偏离加工段1的恒星齿轮19啮合。恒星齿轮19与中空扭转轴21不可旋转地连接，而恒星齿轮18与内扭转轴22不可旋转地连接，所述内扭转轴被设置为实心轴并被同轴地设置于中空轴21中。
中空扭转轴21和内扭转轴22被提供为各自在其偏离加工段1的一端配有齿轮23，34。所述齿轮23与传动齿轮25啮合，所述传动齿轮25被不可旋转地配置在齿轮装置7的驱动轴26上，所述轴由马达(未在图中显示)所驱动。所述齿轮23驱动齿轮24，从而驱动中空扭转轴21和内扭转轴22反向旋转，以便一方面，偏向加工段1的恒星齿轮18和输出传动齿轮12互相啮合，并且另一方面，偏离加工段1的恒星齿轮19和输出传动齿轮13互相啮合，并以相反的方向旋转。
在齿轮23和24之间提供带有与齿轮24啮合的齿轮27的反向齿轮装置，所述齿轮27与齿轮27′一起坐落在轴27″上，此外，齿轮30和30′位于轴向平行的轴30″上，从而齿轮27′与30，以及齿轮23与30′相互啮合。第二驱动马达可以与轴27″相连接。
在面向加工段1的端面与传动齿轮13之间的输出轴11的长度L2基本上大于位于面向加工段1的端面与传动齿轮12之间的输出轴11的长度L1。其比值L2∶L1例如可以在约1.5-2.5之间。
这将导致带有传动齿轮12(偏向加工段1)的输出轴11端面的旋转角度与带有传动齿轮13的输出轴11端面的旋转角度不同。当加工部件4被齿轮装置7驱动时，这可以防止位于挤出机加工段1的相邻的轴3上的加工部件4的同步转角位置，特别是在满载时，也就是，在输出轴11上应用高扭矩或高扭转时。
根据本发明，中空扭转轴21和内扭转轴22因此被设置为内扭转轴22在恒星齿轮18和齿轮24之间承受的扭矩大于中空扭转轴21在恒星齿轮19与齿轮23之间承受的扭矩，以致于事实上达到这样的程度：与带有传动齿轮12的输出轴11的扭矩相比，带有传动齿轮13的输出轴11的更大的扭矩被抵消，也就是说，输出轴11的不同长度L1、L2所造成的不同扭矩旋转角被中空扭转轴21和内扭转轴22的不同的扭矩所抵消。
因此，本发明提供了特别在反向转动时具有高性能的多轴挤出机。与双螺杆挤出机不同，如图5所述，多轴挤出机的轴由于加工部件之间的共同作用力平衡而受到相对较小的扩张力。
在图5中，挤出机加工段1的反向旋转轴3-1，3-2和3-3的旋转方向用箭头P1、P2和P3标出，在加工部件4-1、4-2和4-3之间引起物料供给的方向用箭头M1和M2标出。如图所示，这导致了横向地施加在轴3-1和3-2上的物料供给作用力M1，也就是说，企图使轴3-1和3-2分离的作用力极大地被位于轴3-2和3-3之间并施加于轴3-2上的物料供给作用力M2在轴3-2上所抵消。在图5中以轴3-2为例示出的情形适用于多轴挤出机的所有其他轴3上。因此，创新的挤出机即使在反向旋转时也有很高的产量。
在图6和图7所示实施例中，中空扭转轴21和内扭转轴22，以及与输出传动齿轮13连接的输出轴11、与输出传动齿轮12连接的输出轴11同样地被沿相反方向驱动旋转。
输出传动齿轮12、13不仅与恒星齿轮18、19相啮合，还分别与内齿中空齿轮28、29相啮合。传动齿轮12、13因此同时受到恒星齿轮18、19及径向相反环绕的内齿空心轮28，29的驱动，从而空心轮28，29为此目的相应顺序地轴向偏离设置。
每个中空轮28、29被提供有外部齿，该外部齿与在外部驱动轴33、34上的外齿驱动齿轮31、32啮合。还可能在不同情况下提供多个，比如4个围绕中空轮28、29圆周间隔排列的外部驱动轴33、34。
为了被驱动，中空扭转轴21配备有齿轮35，内扭转轴22配备有齿轮36。
齿轮35与传动齿轮37相啮合，所述传动齿轮37不可旋转地位于第一驱动轴38上，所述第一驱动轴38由第一马达(未在图中显示)驱动。同时，传动齿轮37与齿轮39啮合，该齿轮39不可旋转地设置在外部驱动轴34上，用以通过驱动齿轮32驱动中空轮29。
另一方面，齿轮36与传动齿轮41相啮合，该传动齿轮41不可旋转地位于第二驱动轴42上，该第二驱动轴由第二马达(未在图中显示)驱动。同时，传动齿轮41与齿轮40相啮合，所述齿轮40不可旋转地位于外部驱动轴33上用以通过驱动齿轮31来驱动中空轮28。
通过根据图6和7所示的齿轮装置，除了被反向旋转外，中空扭转轴21和内扭转轴22还可以被同向驱动旋转。为此目的，驱动轴38和42只需反向旋转，而不是同向旋转即可。
另一方面，根据图8所示实施例，中空扭转轴21和内扭转轴22只能被同向驱动旋转。
此处，中空扭转轴21在偏离加工段1的一端与齿轮43不可旋转地连接。而且，在中空扭转轴21和内扭转轴22之间位于偏离加工段1的一端也提供有不可旋转的连接。为此目的，在内扭转轴22的一端提供有被螺栓45紧固在不可旋转地连接到中空扭转轴21上的齿轮43上的法兰44。
齿轮43与传动齿轮46、47相啮合，所述传动齿轮46、47位于驱动轴48、49上，所述驱动轴由一个或两个马达(未在图中显示)所驱动。
根据图9所示的实施例目的同样在于提供同向旋转操作，也就是，齿轮装置中的中空扭转轴21与内扭转轴22被同向驱动旋转。
如图8所示实施例一样，中空扭转轴21在偏离加工段1的一端与齿轮43不可旋转地连接，从而为了将中空扭转轴21与内扭转轴22连接，同样在内扭转轴22的一端提供有法兰44，该法兰44被螺栓45不可旋转地紧固在不可旋转地连接到中空扭转轴22上的齿轮44上。
为消除作用在输出传动齿轮12、13上的径向作用力，在根据图9所示的实施例中，与图6所示实施例一致，提供有其内额外啮合有传动齿轮12、13的内齿中空轮28、29，而且，位于外驱动轴33、34上的驱动齿轮31、32与中空轮28、29的外齿相啮合。
然而，与图6所示实施例不同的是，此处仅提供一个由马达(未示出)驱动的驱动轴38。
为此目的，一方面，位于一个驱动轴38上的传动齿轮51与齿轮43啮合，另一方面，该传动齿轮51与在外驱动轴34上的齿轮52啮合，经由该外驱动轴34，与输出传动齿轮13啮合的内齿中空轮29被驱动。
同时，齿轮43与反向齿轮53相结合，所述反向齿轮53与位于外部驱动轴33上的传动齿轮40相啮合，经由该外部驱动轴33，与输出传动齿轮12啮合的内齿中空轮28被驱动。

Claims (11)

1.一种用于驱动挤出机的齿轮装置，所述挤出机具有加工段(1)，该加工段具有多个沿圆周等圆心角间隔布置的轴向平行的轴(3)，并且所述轴(3)被不可旋转地连接至与相邻的轴(3)相互啮合的加工部件(3)，所述齿轮装置(7)具有被不可旋转地同轴连接至加工段(1)的轴(3)的输出轴(11)，每个输出轴(11)具有输出传动齿轮(12，13)，相邻的输出轴(11)由于其输出传动齿轮(12，13)的轴向偏离，在面向加工段(1)的端部与输出传动齿轮(12，13)之间具有不同的长度(L1，L2)，偏向加工段(1)或偏离加工段(1)的输出传动齿轮(12，13)各自与一个恒星齿轮(18，19)啮合，且每个恒星齿轮(18，19)均与驱动轴相连，其特征在于，所述与偏离加工段(1)的恒星齿轮(19)相连的驱动轴由中空扭转轴(21)形成，并且所述与偏向加工段(1)的恒星齿轮(18)相连接的驱动轴由位于中空扭转轴(21)内的同轴的内扭转轴形成，所述中空扭转轴(21)和内扭转轴(22)被如此设置：由所述输出轴(11)的不同长度(L1，L2)所引起的扭矩旋转角的差异被中空扭转轴(21)和内扭转轴(22)的不同扭矩所抵消。
2.按照权利要求1所述的齿轮装置，其特征在于所述中空扭转轴(21)和内扭转轴(22)可以相同的角速度以相同或相反的旋转方向驱动。
3.按照权利要求2所述的齿轮装置，其特征在于所述在相同的旋转方向上可驱动的中空扭转轴(21)和内扭转轴(22)在远离加工段(1)的端部提供有共用齿轮(43)或在中空扭转轴和内扭转轴上分别配有一个齿轮(35，36)。
4.按照权利要求3所述的齿轮装置，其特征在于提供有共用齿轮(43)的所述中空扭转轴(21)和内扭转轴(22)在其远离加工段(1)的端部被不可旋转地相互连接。
5.按照权利要求4所述的齿轮装置，其特征在于所述共用齿轮(43)不可旋转地连接在中空扭转轴(21)上，并且所述内扭转轴(22)具有法兰(44)，该法兰被不可旋转地连接在所述齿轮(43)上。
6.按照权利要求2所述的齿轮装置，其特征在于所述在相反的旋转方向上可驱动的中空扭转轴(21)和内扭转轴(22)在中空扭转轴和内扭转轴上分别配有一个齿轮(23，24；35，36)。
7.按照上述权利要求中任一项所述的齿轮装置，其特征在于面向加工段(1)的输出传动齿轮(12)和远离加工段(1)的输出传动齿轮(13)分别既与恒星齿轮(18)啮合，又与同轴的内齿中空轮(28，29)啮合。
8.按照权利要求1或7所述的齿轮装置，其特征在于由恒星齿轮(18，19)或者由恒星齿轮(18，19)与内齿空心轮(28，29)以按比例方式向所述面向加工段(1)和远离加工段(1)的输出传动齿轮(12，13)提供扭矩。
9.按照上述权利要求中任一项所述的齿轮装置，其特征在于位于所述与加工段(1)的轴(11)相连接的输出轴(11)端部上的零点位置可以适于由形封闭(form closure)或力封闭(force closure)机械地和/或电子地调整。
10.按照权利要求2和8所述的齿轮装置，其特征在于在所述输出轴(11)在相同的旋转方向可驱动的情况下，机械扭矩的分割适于通过电动轴调整。
11.按照上述权利要求中任一项所述的齿轮装置，其特征在于所述面向加工段(1)的输出传动齿轮(12)和远离加工段(1)的输出传动齿轮(13)分别由一个马达驱动。
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