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Die
Erfindung betrifft einen Antrieb fuer einen Schneckenextruder, mit
mindestens einem Motor und einem Getriebe mit einer Abtriebswelle,
die zu der Extruderschnecke koaxial angeordnet ist und ein Verfahren
zum Drehantrieb einer Extruderschnecke, bei dem eine motorische
Drehbewegung getrieblich auf die Extruderschnecke übertragen
wird.
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Extruder
sollen dabei stellvertretend fuer Extruder und Spritzgiessmaschinen
stehen. Die Aufgabe des Getriebes besteht regelmaessig darin, die vom
Motor kommende Drehzahl zu untersetzen und entsprechend das Drehmoment
des Motors fuer den Extruder zu erhoehen.
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Aus
der
EP 1319866 ist ein
Antrieb der eingangs genannten Art bekannt. Dort ist ein Antrieb
gezeigt, bei dem eine Gruppe von achsparallelen Motoren um die Abtriebswelle
gruppiert ist. Die Motoren sind symmetrisch um die Abtriebswelle
und um ein darauf befestigtes Stirnrad angeordnet und treiben dieses
Stirnrad gemeinsam an. An die Motorwellen sind dazu als kleine Stirnräder ausgebildete
Ritzel angekuppelt, die im Getriebegehaeuse gelagert sind und die
in die Verzahnung des Stirnrades eingreifen. Durch die Drehung der
Motorwelle, der Spindeln mit den Ritzeln und des Stirnrades auf
der Abtriebswelle wird die Extruderschnecke in Drehung versetzt.
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Nachteilig
bei dieser Loesung ist, dass die Waermeentwicklung der dicht gepackten
Motoren besonderer Massnahmen zur Waermeabfuhr bedarf und dass die
Baugroesse, insbesondere die Stellflaeche des Extruderantriebs recht
gross sind. Es kommt hinzu, dass die getriebliche Drehzahl-Untersetzung des
dort gezeigten einstufigen Übersetzungsgetriebes
eng begrenzt ist.
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Der
Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Extruderantrieb
mit reduzierter Stellflaeche zur Verfuegung zu stellen, sowie ein
Verfahren aufzuzeigen, bei dem der Verlauf der motorischen Drehbewegung
die Reduzierung der Stellfläche
begünstigt.
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Die
Loesung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 wiedergegeben. Der Antrieb
fuer den Extruder wird dadurch kuerzer, weil der oder die elektrischen
Antriebsmotoren mit ihrer Drehachse in eine Querebene der Abtriebswelle
gestellt werden. Der oder die Motoren stehen in der Projektion der
Getriebelaenge gemessen in Richtung der Abtriebswelle. Dabei handelt es
sich durchweg um Flanschmotoren. Der oder die Motoren sind sternfoermig
um die Abtriebswelle angeordnet. Die Drehachse(n) des Motors oder
der Motoren kreuzt oder kreuzen sich auf der Achse der Abtriebswelle.
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Bei
mehreren Motoren sind die Motoren am Umfang des Getriebes angesetzt
und deshalb und durch die sternfoermige Anordnung beabstandet. Dadurch
eruebrigen sich besondere Massnahmen fuer die Kuehlung der Motoren.
Es koennen Standardmotoren eingesetzt werden. Vorzugsweise sind der
oder die Motor(en) oben auf das Getriebe aufgesetzt oder an den
Seiten des Getriebes angeordnet. So wird der Aufenthaltsbereich
des Bedienungspersonals weniger aufgeheizt. Als Winkelgetriebe kommen
auch Kegeiradgetriebe in Betracht.
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In
bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung sind der oder die Motoren)
mit der Motorwelle etwa rechtwinklig zu der Abtriebswelle angeordnet.
Das ist jedenfalls die einfachste Anordnung. Aus Platzgruenden kann
jedoch auch eine geneigte Anordnung vorgesehen sein. Der Neigungswinkel
gegen die Orthogonale zur Abtriebswellen-Drehachse betraegt dann weniger
als 30 Winkelgrad. Bei der Verwendung von mehreren Motoren ist eine
Anordnung der Motoren mit ihren Motorwellen in einer gemeinsamen
Ebene bevorzugt vorgesehen.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung ist darin zu sehen, dass an (je) der
Motorwelle ein Stirnrad vorgesehen ist, das im Getriebe in ein Kronenrad eingreift.
Grundsaetzlich kann das Stirnrad unmittelbar an der Motorwelle befestigt
sein, bei hohen Querkraeften empfiehlt sich jedoch, eine Verlaengerung
der Motorwelle mit einer Spindel, die separat gelagert ist und den
Motor von den Querkraeften entlastet, vorzusehen. Kronenrad-Getriebestufen erlauben Übersetzungsverhaeltnisse
von bis zu 1:100 und unterscheiden sich dadurch deutlich von Stirnradgetriebestufen,
die etwa bei einem maximalen Uebersetzungsverhaeltnis von 1:10 liegen.
Kronenradgetriebe sind unempfindlicher gegen Versatz als Kegelradgetriebe
und eignen sich deshalb insbesondere fuer die vorliegende Aufgabe
in einem Leistungsgetriebe, bei dem mit hohen Kraeften und entsprechenden
Verformungen zu rechnen ist.
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Eine
weitere Ausgestaltung der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine
in einem Gehaeuse gelagerte Spindel, die an die Motorwelle angekuppelt
ist und an ihrem auf die Abtriebswelle weisenden Ende das Stirnrad,
das auch als Ritzel bezeichnet wird, traegt. Durch die Verwendung
einer Spindel werden nennenswerte Querkraefte auf die Wellen der
Antriebsmotoren vermieden und es koennen belastungsspezifisch zugeschnittene
Lagerungen ausgewaehlt werden, ohne dass in die Konstruktion von Standardmotoren
eingegriffen werden muss.
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Nach
einem ergaenzenden Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass das
Spindelgehaeuse eine auswechselbare Baueinheit bildet. Das Spindelgehaeuse
wird an das Getriebegehaeuse oder daran vorgesehene Anbaustellen
angeschraubt und bietet seinerseits dem Motor oder einem daran angeflanschten
Kupplungsgehaeuse eine Befestigungsmoeglichkeit. Damit wird erreicht,
dass die Spindellagerung an die Beduerfnisse des Einzelfalls angepasst
werden kann, ohne das eigentliche Getriebegehaeuse veraendern zu
muessen. Dies betrifft insbesondere die Anordnung der Spindel in
ihrem Gehaeuse, die so an unterschiedliche getriebliche Uebersetzungen
durch Veraenderung des Durchmessers des Stirnrades bei gleichbleibendem Kronenrad angepasst
werden kann, ohne dass das grosse Getriebegehaeuse angepasst werden
muss.
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Dabei
ist die Spindel in Abhaengigkeit vom angestrebten Untersetzungsverhaeltnis
aussermittig in ihrem Gehaeuse angeordnet. Entsprechend sind auch
die Anschlussstellen fuer den zugehoerigen Motor versetzt angeordnet.
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Durch
Drehen des Spindelgehaeuses mit der aussermittigen Spindelachse
wird das an dem freien Spindelende vorgesehene Stirnrad in die seinem Durchmesser
entsprechende Position gegenueber dem Kronenrad gebracht, so dass
der Eingriff der beiden Verzahnungen stimmt. Die Drehbarkeit des Spindelgehaeuses
kann durch einen kreisrunden Kranz von gleichmaessig beabstandeten
Verschraubungen erreicht werden oder durch eine kreisrunde Anflanschung
zwischen Spindelgehaeuse und Getriebegehaeuse, wobei die aneinander
geflanschten Teile in der fuer den Verzahnungseingriff optimalen Position
festgeklemmt werden.
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Eine
wichtige Weiterbildung erfaehrt die Erfindung dadurch, dass der
Abtrieb geteilt ist in eine Welle, die Drehmomentwelle, die nur
das Drehmoment aufnimmt und uebertraegt und in einen Getriebestrang,
der die Axialkraft der Extruderschnecke ueber ein Axiallager in
das Getriebegehaeuse einleitet. Bei den zu der Erfindung gehoerigen
Leistungsgetrieben treten erhebliche Axialkraefte auf, die in besonderen
Axiallagern aufgenommen werden. Die Drehmomentwelle ist vorzugsweise
als Hohlwelle ausgebildet. Die von der Axialkraft hervorgerufenen Verformungen
bezueglich der Axiallage der Abtriebswelle greifen normalerweise
auch in die Einstellung der Verzahnungen) zwischen dem Motorritzel
und dem Kronenrad ein. Dies wird durch die hier behandelte Weiterbildung
vermieden. Das auf der Abtriebswelle sitzende Kronenrad ist von
der Axialkraft entlastet und veraendert seine Lage durch die auftretende
Axialkraft deshalb nicht.
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Um
eine Uebertragung der aus der Axialkraft herruehrenden Verformungen
des Getriebes und insbesondere des Getriebegehaeuses auf die Verzahnungsanordnung
zu vermeiden ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen,
dass die Lagerung der Drehmomentwelle und der Getriebestrang mit
dem Lager fuer die Axialkraft der Extruderschnecke an unterschiedlichen
Gehaeuseseiten des Getriebes gehalten sind. Vorzugsweise sind sie
an einander gegenueberliegenden Gehaeuseseiten gehalten. Entscheidend
ist dabei, dass die Drehmomentwelle und das Axiallager nicht an
der gleichen, auf Biegung beanspruchten Gehaeuseseite befestigt sind.
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Um
diese Trennung der Belastung des Gehaeuses durch das erforderliche
Drehmoment zum Antrieb der Schnecke und durch die aus der Schnecke
kommende Axialkraft besonders vorteilhaft umzusetzen, wird nach
einem weiterbildenden Merkmal der Erfindung vorgeschlagen, dass
die Drehmomentwelle eine eigenstaendige Lagerung im Getriebegehaeuse
aufweist.
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Bezueglich
der gegenstaendlichen Ausgestaltung der Einleitung der Axialkraft
in das Getriebegehaeuse ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen,
dass der Getriebestrang fuer die Axialkraft eine im Getriebegehaeuse
gelagerte Stuetzwelle umfasst, die sich ueber das Axiallager gegen
das Gehaeuse abstuetzt.
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Die
Axialkraefte in einem Extrudergetriebe sind so gross, dass sie notwendig
ueber ein Axiallager mit Waelzkoerpern, vorzugsweise ein Pendelrollenlager,
in das Gehaeuse eingeleitet werden muessen. Eine reibende Abstuetzung
der Axialkraft am Getriebegehaeuse wuerde zu überhohen Leistungsverlusten
und zu übergrosser
Waermeentwicklung und Verschleiss fuehren. Deshalb wird nach einem ergaenzenden
Merkmal der Erfindung vorgeschlagen, dass die Stuetzwelle und die
Drehmomentwelle in Drehrichtung formschluessig miteinander verbunden
sind und in Axialrichtung gegeneinander beweglich sind. Dies wird
erreicht durch eine Kupplungsverzahnung, da wo die Drehrmomentwelle
und die Stuetzwelle ineinander gesteckt sind. Alternativ koennen die
beiden Wellen auch stirnverzahnt oder verstiftet sein.
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Die
Erfindung findet weiterhin ihren Ausdruck darin, daß die getriebliche Übertragung
der Drehbewegung eine Umlenkung um 60 bis 120 Winkelgrad umfaßt.
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Die
Erfindung wird im einzelnen anhand der Zeichnung erlaeutert. Dabei
zeigen
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1:
Eine Schnittdarstellung durch den erfindungsgemaessen Antrieb
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2:
Eine Schnittdarstellung entsprechend Linie II-II in 1
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3:
eine Schnittdarstellung nach Linie III-III in 4
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4:
eine Schnittdarstellung einer Motor-/Spindelanbringung an einem
Getriebe-Gehaeuse
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In 1 ist
ein Antrieb 1 fuer einen Schneckenextruder 2 gezeigt.
Der Antrieb 1 umfasst einen Elektromotor 3 und
ein Getriebe 4 mit einer Abtriebswelle 5, wobei
letztere mit einer Extruderschnecke 6 formschluessig verbunden
ist. Die Abtriebswelle 5 umfaßt zwei in Achsrichtung hintereinander
angeordnete Wellenabschnitte, von denen einer von einer Drehmomentwelle 13 und
ein zweiter von einer Stützwelle 21 mit
einer Druckstange 26 gebildet wird.
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An
dem Motor 3 ist ein Kupplungsgehaeuse 25 angeflanscht,
an dem konzentrisch ein Spindelgehaeuse 10 festgeschraubt
ist, in dem in zwei axial beabstandeten Kugellagern 23, 24 eine
Spindel 11 drehbar aufgenommen ist, die an ihrem freien,
auf die Abtriebswelle 5 weisenden Ende ein als Ritzel ausgebildetes
Stirnrad 8 traegt. Die Spindel 11 ist an ihrem anderen
Ende ueber eine Kupplung 22 mit einer Motorwelle 7 formschluessig
verbunden. Das Spindelgehaeuse 10 ist an ein Getriebegehaeuse 15 des
Getriebes 4 angeflanscht. Spindel 11 und Motorwelle 7 sind
koaxial angeordnet und kreuzen die Abtriebswelle 5. Die
motorische Drehbewegung wird dabei innerhalb des Getriebes 4 um
90 Winkelgrad umgelenkt.
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Das
Getriebe 4 besteht aus einem einzigen Getriebegehaeuse 15,
das sich als geschlossener Ring um die eingeschlossenen Getriebeelemente
herumlegt. Es wird an seinem der Extruderschnecke 6 abgewandten
Ende von einem abnehmbaren Deckel 30 verschlossen, der
seinerseits mit einer Ausbauchung 50 als Traeger fuer die
hohl ausgebildete Stuetzwelle 21 mit einem Axiallager 16 und
einem Aussenlager 28 dient. Der Deckel 30 bildet
die rueckwaertige Gehaeuseseite 17.
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Die
Drehmomentwelle 13 ist hohl ausgebildet und wird in der,
der Extruderschnecke 6 zugewandten, vorderen Gehaeuse-Stirnseite 18 von
einem Waelzlager 19 aufgenommen. Ein zweites Lager, ein
Loslager 20 zur Aufnahme der Drehmomentwelle 13 ist
in der Ausbauchung 50 des hinteren Lagerdeckels 30 angeordnet.
Die Drehmomentwelle 13 und die Stuetzwelle 21 sind
ein Stueck weit ineinander geschoben und im Ueberlappungsbereich
mit einer Kupplungsverzahnung 31 drehfest aber axial beweglich
miteinander verbunden.
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Etwa
in der Laengsmitte der Drehmomentwelle 13 ist ein Kronenrad 9 fest
montiert, das von seinem Durchmesser her etwa das Getriebegehaeuse 15 ausfuellt
und im Bereich seines Umfangs an seiner Stirnseite eine Verzahnung 51 traegt,
die mit der Verzahnung des Ritzels 8 in Eingriff steht.
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Die
Drehmomentwelle 13 und die Stuetzwelle 21 sind
koaxial hintereinander angeordnet. Beide sind als Hohlwellen ausgefuehrt
und werden von der Druckstange 26 durchdrungen. Die Druckstange 26 stuetzt
sich gegen einen mit der Stuetzwelle 21 verschraubten Deckel 27 ab
und leitet so die Axialkraefte von der Extruderschnecke 6 in
den Getriebedeckel 30 auf der Rueckseite 17 des
Getriebes 4, waehrend die axiale Fixierung der Drehmomentwelle 13 durch die
vordere Getriebeseite 18 und das darin gefasste Lager 19 erfolgt.
Die Druckstange 26, der Deckel 27, die Stuetzwelle 21 mit dem
Axiallager 16 und das Aussenlager 28 in einem
Gehaeusedeckel 29 bilden zusammen einen Getriebestrang 14 zur
Einleitung der Axialkraefte aus der Extruderschnecke 6 in
die rueckwaertige Gehaeuseseite 17 des gemeinsamen ßetriebegehäuses mit
der Drehmomentwelle 13.
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Die
Drehachse 52 der Abtriebswelle 5 und die Spindelachse 12 stehen
im rechten Winkel zu einander. Dabei fallen die Drehachsen der Drehmomentwelle 13,
des Kronenrades 9 und der Stuetzwelle 21 mit der
Drehachse 52 der Abtriebswelle 5 zusammen. Ebenso
fallen die Drehachse 12 der Spindel 11 mit der
des Motors 3 und des Ritzels 8 zusammen.
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Der
in 2 gezeigte Querschnitt durch das Gehaeuse 15 des
Getriebes 4 zeigt zentral in dessen Innerem die Druckstange 26 in
der hohlen Drehmomentwelle 13. Auf der letzteren festgesetzt
ist das Kronenrad 9 mit seiner Verzahnung 51 am
stirnseitigen Rand.
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Am
oberen Rand des Gehaeuses 15 sind zwei Motoren 3, 32 in
V-foermiger Anordnung vorgesehen, die sternfoermig um die Drehachse 52 von Abtriebswelle 5 und
Druckstange 26 angeordnet sind. Motor 32 ist mit
seiner Motorwelle 33 an eine Wellenkupplung 34 in
einem Kupplungsgehaeuse 35 angeschlossen. Die Motorwelle 33 wird
ueber die Kupplung 34 mit einer koaxialen Spindel 64 fortgesetzt,
die in einem mit dem Getriebegehaeuse 15 und dem Kupplungsgehaeuse 35 verschraubten
Spindelgehaeuse 53 in Lagern 36, 37 drehbar
gehalten ist. Die Spindel 64 traegt an ihrem freien auf
die Laengsachse 52 weisenden Ende ein als Stirnrad ausgebildetes
Ritzel 38, das ebenso wie das Ritzel 8 in die Verzahnung 51 am
Kronenrad 9 eingreift. Alle Motoren 3, 32 sind
voneinander beabstandet und koennen von der Umgebungsluft umspuelt
und gekuehlt werden. Alle Motoren 3, 32 liegen
in ein und derselben Querebene zur Drehachse 52 der Abtriebswelle 5 und
der Druckstange 26. Die maximale Zahl der einsetzbaren
Motoren ist nur von der Umfangslaenge des Getriebegehaeuses 15 beschraenkt.
Vorzugsweise sind die Motoren 3, 32 an der oberen
Haelfte des Umfangs des Getriebes 4 angeordnet.
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Das
Getriebegehaeuse 15 weist fuer jeden Motor 3, 32, 42 einen
kragenfoermigen Flansch 59, 60, 62 auf,
an den je ein Spindelgehaeuse 10, 43, 53 angesetzt
wird. Die Spindelgehaeuse 10, 43, 53 dienen
als Bindeglied zwischen dem Getriebegehaeuse 15, mit seinen
Flanschen 59, 60, 62 und den darauf aufgesetzten
Motoren 3, 32, 42, mit den vorgesetzten Kupplungsgehaeusen 25, 35, 39.
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Je
nach Anwendungsfall koennen unterschiedliche Drehzahlen an der Extivderschnecke 6 gefordert
sein, die sich durch eine Variation des Übersetzungsverhaeltnisses zwischen
den Ritzeln 8, 38, 44 und den Kronenraedern 9, 49 einstellen
lassen. Die Veraenderung des Übersetzungsverhaeltnisses
erfolgt bei der in den 3 und 4 gezeigten
Ausfuehrungsform durch Variation des Durchmessers des Ritzels, das
in das Kronenrad eingreift und durch die Positionierung der Spindelachse 56 in unterschiedlichem
Abstand von dem Kronenrad.
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In
den 1 und 2 ist der Gehaeuseflansch 59 konzentrisch
zu der Spindelachse 12 angeordnet.
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In 3 und 4 ist
an einen Motor 42 ein Gehaeuse 39 zur Aufnahme
einer Wellenkupplung 41 angeflanscht. Die Wellenkupplung 41 verbindet eine
Motorwelle 54 mit einer Spindel 40, die in einem Spindelgehaeuse 43 in
Lagern 47, 48 drehbar gelagert ist.
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4 zeigt
das Spindelgehaeuse 43, das an einen Kragen 62 eines
Getriebes angeflanscht ist und das einen zur Spindelachse 56 aussermittigen Flanschansatz 61 traegt.
Der Flanschansatz 61 positioniert Motor 42 und
Spindel 40 im Gehaeusekragen 62. Konzentrisch
um den Flanschansatz 61 ist ein kreisrunder Schraubkranz 45 vorgesehen,
mit einer gleichmaessig verteilten Serie von Verschraubungen 46,
mit denen das Spindelgehaeuse 43 am Kragen 62 des
Getriebes in unterschiedlichen Drehlagen angeschraubt werden kann.
Die Spindelachse 56 ist um das bei 68 gezeigt
Mass gegenueber der Mitte des Gehaeusekragens 62 verschoben
und erlaubt und erfordert somit eine bestimmte, durch Umsetzen des Spindelgehaeuses 43 variable
Groesse des Ritzels 44 zur gewuenschten Gestaltung des Übersetzungsverhaeltnisses
an der Verzahnung 55. Durch Umsetzen des Spindelgehaeuses 43 auf
dem Kragen 62 des Getriebegehaeuses lassen sich bei acht
Verschraubungen 46 auf dem Kranz 45 fünf unterschiedliche Übersetzungsverhaeltnisse
durch geeignete Wahl der Ritzel 44 fuer das Kronenrad 49 einstellen.
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Alle
beschriebenen oder bildlich dargestellten Merkmale bilden fuer sich
oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung, auch
unabhaengig von ihrer Zusammenfassung in den Anspruechen oder deren
Rueckbeziehung.