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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 mit einem
Axiallager.
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Die
Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Drehantrieb einer Extruderschnecke,
bei dem eine Abtriebswelle sich in einem Getriebegehäuse axial
abstützt
und die Lagerung zur Aufnahme der Axialkräfte axial vorgespannt ist.
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Aus
der
EP 1319866 ist ein
Antrieb bekannt, bei dem eine Gruppe von achsparallelen Motoren
um die Abtriebswelle eines Stirnraedergetriebes 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 Zahnritzel angekoppelt, 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 Untersetzung des
dort gezeigten einstufigen Übersetzungsgetriebes
eng begrenzt ist und einen Austausch der kompletten Paarung der
verzahnten Raeder verlangt.
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Der
Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe fuer
Extruderantriebe und ein Verfahren zum Drehantrieb einer Extruderschnecke vorzuschlagen,
die einen einfachen und platzsparenden Aufbau des Getriebes erlauben.
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Die
Loesung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 wiedergegeben. Das Herausschwenken
der elektrischen Antriebsmotoren bringt einen wesentlichen Vorzug
bezueglich der erforderlichen Stellflaeche. Der Antrieb des Extruders
wird kuerzer und die Lagerung der Abtriebswelle bleibt einfach,
ohne dass die Eingriffsgeometrie der Verzahnungen durch die Besonderheiten
eines Winkelgetriebes in unzulaessiger Weise verschlechtert wird.
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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
betraegt dann weniger als 30 Winkelgrad gegen die rechtwinklige Anordnung.
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 zylindrisches Ritzel vorgesehen ist, das im Getriebe
in ein Kronenrad eingreift. Grundsaetzlich kann das Ritzel unmittelbar
an der Motorwelle befestigt sein. Kronenrad-Getriebestufen erlauben
Uebersetzungsverhaeltnisse von bis zu 1:100 und unterscheiden sich
dadurch deutlich von Stirnradgetriebestufen, die bei Leistungsgetrieben
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
traegt. Damit 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 zylindrischen Ritzels 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 Uebersetzungsverhaeltnis
aussermittig in ihrem Spindelflansch angeordnet. Entsprechend sind
auch die Anschlussstellen fuer den zugehoerigen Motor versetzt angeordnet.
Durch Drehen des Spindelgehaeuses mit der aussermittigen Spindelachse
wird das an dem freien Spindelende vorgesehene Ritzel 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 einen kreisrunden
Kragen am Spindelgehaeuse und einer komplementaeren Ausnehmung am
Getriebegehaeuse, wobei die aneinander geflanschten Teile in der
fuer den Verzahnungseingriff optimalen Position festgeklemmt werden.
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Als "Lager" werden bei den erfindungsgemaessen
Getrieben vorzugsweise Waelzlager verwendet. Je nach Belastung sind
das Rillenkugellager, Rollenlager, Schraegrollenlager, Nadellager,
Pendelrollenlager und dergl..
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Um
Verspannungen bei der Montage zu vermeiden wird von zwei Waelzlagern
fuer eine Welle regelmaessig eines als Loslager, also mit einem
verschieblichem Lagerring ausgebildet, waehrend mindestens ein Festlager
die axiale Position der Welle definiert.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ausser
dem Axiallager alle Lager fuer die Abtriebswelle als Loslager ausgebildet
sind. Ueber einen verschieblichen Lagerring des oder der Loslager
im Getriebegehaeuse kann so das Axiallager spielfrei vorgespannt
werden.
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Als
konkrete Ausgestaltung der erfindungsgemaessen Vorspannung wird
vorgeschlagen, dass die Mittel zur axialen Vorspannung der Lagerung
der Abtriebswelle mindestens einen Kraftspeicher umfassen, der einen
gehaeuseseitigen und im Gehaeuse verschieblichen Lagerring eines
Loslagers beaufschlagt. Bevorzugt sind mindestens drei Kraftspeicher
vorgesehen, die symmetrisch auf dem Umfang des beaufschlagten Lagerrings
verteilt sind. Die Kraftspeicher umfassen stets ein Federelement,
mit dem eine definierte Vorspannung einstellbar wird.
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In
ihrer konkreten Ausgestaltung umfassen die Kraftspeicher Federn,
die den zugeordneten Lagerring in Richtung der Axiallast beaufschlagen.
Die Federn, vorzugsweise Tellerfedern, sind mit Stellschrauben auf
das Mass der erforderlichen Vorspannkraft einstellbar. Tellerfedern
sind einfach und zuverlaessig und lassen sich durch Gruppierungen
in ihrer Federkonstante vielseitig kombinieren.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Loslager
mit dem bzw. den zugeordneten Kraftspeicher(n) an einem demontierbaren
Deckel angeordnet ist, der das in Bezug genommene Lager stirnseitig
abdeckt. Dadurch wird ein leichtes Austauschen der Kraftspeicher
moeglich.
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Nach
einem die Erfindung ergaenzenden Merkmal ist vorgesehen, dass der
oder die Kraftspeicher entweder einem gehaeuseseitigen, im Gehaeuse
verschiebbaren Lagerring auf der Abtriebswelle auf der Seite des
Extruders zugeordnet sind, oder einem auf der Abtriebswelle oder
der Hohlwelle verschiebbaren Lagerring, der auf der Rueckseite des Gehaeuses
angeordnet ist, zugeordnet sind. Bevorzugt sind der oder die Kraftspeicher
auf der Abtriebsseite des Getriebegehaeuses angeordnet, waehrend das
Axiallager der rueckwaertigen Stirnseite des Getriebegehaeuses zugeordnet
ist und sich an dieser abstuetzt.
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Verfahrensmäßig ist
die Lösung
der gestellten Aufgabe dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung
von der Seite der Extruderschnecke her erfolgt. Dadurch wird erreicht
daß die
Vorspannung richtungsgieich mit der Axialkraft erfolgt, was zu einer Reduzierung
der Axialbewegung der Abtriebswelle führt. Das ist technologisch
in jedem Falle vorteilhaft, fördert
aber speziell die Besonderheiten eines Winkelgetriebes, bei dem
die Axialbewegungen der Abtriebswelle in die Qualität der Verzahnungsanordnung
eingehen.
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Die
Erfindung wird im einzelnen anhand der Zeichnung erlaeutert. Dabei
zeigen:
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1:
eine Schnittdarstellung durch einen Antrieb fuer einen Extruder;
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2:
eine Schnittdarstellung nach Linie II-II in 1;
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3: Eine Schnittdarstellung gem. Linie III-III
in 4;
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4:
Eine Variante in aufgeschnittener Darstellung eines Anschlusses
eines Motors an ein Getriebegehaeuse.
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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, bestehend
aus einer Hohlwelle 28, einer Druckstange 26 und
einem Deckel 27 im Getriebeinneren. Die Abtriebswelle 5 ist
mit einer Extruderschnecke 6 formschluessig verbunden.
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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 Zahnritzel 8 traegt.
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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 erstrecken sich in radialer Richtung auf die Abtriebswelle 5 mit
der Hohlwelle 28 und der Druckstange 26 mit der
Drehachse 52 zu. Die Drehachse 52 und die Spindelachse 12 schneiden
sich im rechten Winkel. Alternativ ist vorgesehen, daß die Motorwelle 7 das
Ritzel 8 unmittelbar, d.h. ohne Zwischenschaltung einer
Spindel 11 mit Spindelgehäuse 10 trägt und mit
dem Ritzel 8 unmittelbar in ein Kronenrad 9 eingreift.
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Das
Getriebe 4 besteht aus dem Getriebegehaeuse 15,
das sich als geschlossener Ring um die eingeschlossenen Getriebeelemente
herum legt. Es wird an seiner der Extruderschnecke 6 abgewandten Seite 17 von
einer abnehmbaren Seitenwand 30 verschlossen. Die Seitenwand 30 bildet
die rueckwaertige Gehaeuseseite 17.
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Im
Getriebegehaeuse 15 ist weiterhin zentral eine Hohlwelle 28 gelagert.
Die Hohlwelle 28 wird in der der Extruderschnecke 6 zugewandten,
vorderen Gehaeuse-Stirnseite 18 von einem als Loslager 20 ausgebildeten
Waelzlager aufgenommen. Ein zweites Loslager 19 zur Aufnahme
der Hohlwelle 28 ist in einem aufgesetzten Gehaeusedeckel 29 an
der rueckwaertigen Gehaeuseseite 17 gelagert. Auf der Seite 18 des
Getriebes 4, auf der der Extruder 2 angeschlossen
ist, ist ein ringfoermiger Deckel 13 vorgesehen, der die
Extruderschnecke 6 einschliesst. Der Deckel 13 ist
von aussen aufgesetzt und loesbar mit dem Gehaeuse 15 verschraubt.
An seiner dem Gehaeuse 15 zugewandten Seite weist er mehrere Kraftspeicher 63, 31 auf,
die sich gegen den aeusseren, in einer Bohrung des Getriebes 4 radial
gefuehrten Lagerring des Loslagers 20 abstuetzen. In dem auf
der dem Extruder zugewandten Seite 18 des Getriebegehaeuses 15 aufgesetzten
Deckel 13 sind Taschen ausgebildet, die Tellerfederpakete
aufnehmen, die das Loslager 20, die Abtriebswelle 5 mit
der Hohlwelle 28 und dem Kronenrad 9 auf das rueckseitig angeordnete
Axiallager 16 druecken. Das Axiallager 16 wird
dadurch spielfrei. Das rueckwaertige Loslager 19 ist ebenfalls
in dem Deckel 29 an der rueckwaertigen Gehaeusewand 30 in
Laengsrichtung verschiebbar gefuehrt und folgt der Kraft, die die
Kraftspeicher 63, 31 auf die Hohlwelle 28 und
die damit verbundenen Teile ausuebt.
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Etwa
in der Laengsmitte der Hohlwelle 28 ist ein Kronenrad 9 fest
montiert. Es ist zwischen einem radialen Absatz 50 und
einem Lagerring des Axiallagers 16 eingespannt. Das Kronenrad 9 fuellt
von seinem Durchmesser her etwa das Getriebegehaeuse 15 aus
und traegt im Bereich seines Umfangs an seiner Stirnseite eine Verzahnung 51,
die mit der Verzahnung des Ritzels 8 in Eingriff steht.
Die Verzahnung 51 weist auf die dem Extruder zugewandte
Seite 18 des Getriebes 4 und das Ritzel 8 ist – in Richtung
der Drehachse 52 – zwischen
dem Extruder 2 und dem Kronenrad 9 angeordnet.
Ein Ineinanderdruecken der Verzahnungen des Ritzels 8 und
des Kronenrades 9 durch die Axialkraft aus der Extruderschnecke 6 ist
dadurch ausgeschlossen.
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Die
Hohlwelle 28 ist von einer Druckstange 26 durchdrungen.
Die Druckstange 26 uebertraegt die Axialkraft aus der Extruderschnecke 6 und
stuetzt sich gegen einen mit der Hohlwelle 28 verschraubten Deckel 27 ab
und leitet so die Axialkraefte von der Extruderschnecke 6 in
die Seitenwand 30 auf der Rueckseite 17 des Getriebes 4.
Die axiale Fixierung der Hohlwelle 28 erfolgt durch das
Axiallager 16. Die Druckstange 26, der Deckel 27,
die Hohlwelle 28 mit dem Axiallager 16 und das
Loslager 19 bilden zusammen einen Getriebestrang 14 zur
Einleitung der Axialkraefte aus der Extruderschnecke 6 in
die rueckwaertige Gehaeuseseite 17.
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Die
Drehachse 52 der Abtriebswelle 5 und der Hohlwelle 28 und
die Spindelachse 12 der Spindel 11 stehen im rechten
Winkel zu einander. Die Spindelachse 12 und die Drehachse
des Motors 3 und des Ritzels 8 fallen zusammen.
Ebenso fallen die Drehachse 52 der Abtriebswelle 5 und
der daran befestigten Hohlwelle 28 mit dem Kronenrad 9 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 Hohlwelle 28. Auf der letzteren ist das Kronenrad 9 mit
seiner Verzahnung 51 am stirnseitigen Rand, festgesetzt.
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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 Drehachse 52 weisenden Ende ein 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 in der bestimmungsgemaessen
Aufstellung angeordnet.
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Das
Getriebegehaeuse 15 weist fuer jeden Motor 3, 32, 42 einen
kragenfoermigen Flansch 59, 60, 62, an
den je ein Spindelgehaeuse 10, 43, 53 angesetzt
wird, auf. Die Spindelgehaeuse 10, 43, 53 dienen
als Bindeglied zwischen dem Getriebegehaeuse 15, mit seinen
Gehaeusekragen 59, 60, 62 und den aussen
aufgesetzten Motoren 3, 32, 42, mit den vorgesetzten
Kupplungsgehaeusen 25, 35, 39.
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Je
nach Anwendungsfall koennen unterschiedliche Drehzahlen an der Extruderschnecke 6 gefordert
sein, die sich durch eine Variation des Untersetzungsverhaeltnisses
zwischen den Ritzeln 8, 38, 44 einerseits
und den Kronenraedern 9, 49 andererseits einstellen
lassen. Die Veraenderung des Untersetzungsverhaeltnisses erfolgt
bei der in den 3 und 4 gezeigten Ausfuehrungsform
durch Variation des Durchmessers des Ritzels 44, das in das
Kronenrad 49 eingreift und durch die Positionierung der
Spindelachse 56 in unterschiedlichem Abstand von dem Kronenrad.
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In
den 1 und 2 sind die Gehaeusekragen 59, 60 konzentrisch
zu der zugehoerigen 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 des Motors 42 mit einer Spindel 40,
die in einem Spindelgehaeuse 43 in Lagern 47, 48 drehbar
gelagert ist.
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4 zeigt
in Verbindung mit 3 das Spindelgehaeuse 43 mit
einem Spindelflansch 57, das an einen Kragen 62 eines
Uebersetzungsgetriebes angeflanscht ist und das einen zur Spindelachse 56 aussermittigen
Flanschansatz 61 an einem Gehaeuseflansch aufweist. 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
Untersetzungsverhaeltnisses 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 fuenf unterschiedliche Untersetzungsverhaeltnisse
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.