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Die
Erfindung betrifft eine Förderschneckenanordnung
und insbesondere die Lagerung einer Förderschnecke, beispielsweise
einer Förder-, Misch-
oder Kompressionsschnecke, und deren Antrieb.
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Die
radiale Lagerung von Förder-
und Kompressionsschnecken ist meist einseitig aber auch beidseitig
durch Kugel-, Rollen- oder Gleitlager ausgeführt. Bei der einseitigen Lagerung
wird falls erforderlich die Schnecke dann im Schneckentrog durch Gleitschalen,
und falls möglich
durch das Förderprodukt
selbst geführt
und gelagert. Darüber
hinaus können,
wie z.B. aus
DE 124 187 oder
DE 1 805 576 U bekannt,
bei langen Schnecken Zwischenlager zum Abstützen der Schnecke in vertikaler
Richtung vorgesehen sein.
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Der
Antrieb geschieht einseitig durch Getriebemotoren oder Kettenantriebe,
meist auf der Eintrittsseite der Schnecke. Ein einseitiger Antrieb
ist z.B. aus
DE 842 160 bekannt.
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Nachteilig
bei der einseitigen Lagerung und Antrieb ist die einseitig aus dem
Antriebsmoment entstehende radiale Kraft, die auf den Antriebszapfen wirkt,
so dass sich die Schnecke im Schneckentrog abstützt falls die Lagerung nicht
steif genug ist. Dieses erzeugt Reibung und eine Verlustleistung
und Verschleiß.
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Bei
einem Kettenantrieb muss das Antriebsmoment über die Kettenzugkraft auf
die Schneckenwelle übertragen
werden. Die Kettenzugkraft wirkt einseitig und muss von dem Schneckenzapfen
und der Schne ckenlagerung aufgenommen werden. Der Schneckenzapfen,
das Lagerschild und Lagerung muss entsprechend steif und stabil
ausgeführt
werden. Sind diese Bauteile nicht entsprechend ausgelegt und elas tisch,
drückt
die Schnecke gegen den Schneckentrog mit den oben genannten Folgen
oder belastet zusätzlich
das Gegenlager.
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Bei
einem direkten Antrieb der Schnecke durch einen Getriebemotor wird
das Antriebsmoment über
das Getriebegehäuse
auf die Motorkonsole und von dort auf die Gesamtkonstruktion übertragen.
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Bei
einem auf den Wellenzapfen aufgesteckten Aufsteckgetriebemotor wird
die aus dem Antriebsmoment erzeugte Kraft über die Drehmomentstütze auf
die Gesamtkonstruktion übertragen.
Auch hier belastet die entstehende Radialkraft die Schnecke und
die Lagerung wie oben beschrieben.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, eine Förderschneckenanordnung zu schaffen,
welche eine verbesserte Radiallagerung aufweist, welche die Schnecke
und das Maschinengehäuse
von den Antriebskräften
entlastet.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Förderschneckenanordnung
mit dem in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben
sich aus den Unteransprüchen,
der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Die
erfindungsgemäße Förderschneckenanordnung
eignet sich beispielsweise zum Einsatz als Förder-, Misch- oder Kompressionsschnecke
zum Beispiel in Förderelementen,
Schneckenpressen, Extrudern etc.
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Die
erfindungsgemäße Förderschneckenanordnung
weist zumindest eine drehbare Schnecke auf, welche beispielsweise
zum Fördern
oder Komprimieren eines Mediums dient und bevorzugt motorisch angetrieben
wird. Erfindungsgemäß weist
die Schnecke zumindest eine Radiallagerung auf, welche aus Zugmitteltrieben
insbesondere nur aus diesen, gebildet ist. Das bedeutet, an einer
Stelle ist die Schnecke in den Radialrichtungen nicht herkömmlich über ein
Wälz- oder
Gleitlager gelagert, sondern mit Hilfe von Zugmitteltrieben. Hierzu
sind mehrere Zugmitteltriebe vorgesehen, welche über den Umfang der Schnecke
verteilt angeordnet sind. In diesen Zugmitteltrieben ist die Schnecke
gefesselt bzw. gelagert, so dass die an dieser Lagerstelle auftretenden Radialkräfte von
den mehreren Zugmitteltrieben aufgenommen werden. Durch die über den
Umfang verteilte Anordnung von mehreren Zugmitteltrieben ist dabei
gewährleistet,
dass Radialkräfte
in allen Umfangsrichtungen von einem oder mehreren der Zugmitteltriebe
aufgenommen werden können
und die Schnecke in radialer Richtung definiert gehalten wird.
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Die
Anordnung von mehreren Zugmitteltrieben, in welchen die Schnecke
gelagert ist, hat den Vorteil, das die auftretenden Radialkräfte auf
mehrere Zugmitteltriebe verteilt werden, so dass die von den einzelnen
Lagerelementen bzw. Zugmitteltrieben aufzunehmenden Kräfte gering
gehalten werden können.
Darüber
hinaus heben sich die in radialer Richtung auf die Schnecke wirkenden
Zug- und Vorspannkräfte
der mehreren Zugmitteltriebe gegenseitig auf, so dass durch die
Zugmitteltriebe keine zusätzlichen
Radialkräfte
auf die Schnecke übertragen werden,
welche von anderen Lagerungen aufgenommen werden müssten.
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Darüber hinaus
bietet die Lagerung in den Zugmitteltrieben eine gewisse Beweglichkeit
bzw. Elastizität
der Schnecke in radiale Richtung. Dies hat Vorteile, wenn in der
Schnecke Medien bzw. Stoffe von inhomogener Konsistenz gefördert werden,
beispielsweise feste Fremdkörper
in dem zufördernden Medium
enthalten sind. Aufgrund der Lagerung in den Zugmitteltrieben und
deren Elastizität
hat die Schnecke ein gewisses radiales Spiel in der Lagerung, so
dass sie derartigen Fremdkörpern
ausweichen kann. Auf diese Weise wird die Zuverlässigkeit beim Betrieb der Förderschneckenanordnung
erhöht, da
die Gefahr eines Verklemmens oder Festsetzen der Schnecke verringert
wird.
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Vorzugsweise
weisen die Zugmitteltriebe jeweils ein inneres und ein äußeres Rad
auf, welche von einem zugehörigen
Zugmittel umschlungen sind, wobei das innere Rad jeweils drehfest
mit der Schnecke verbunden ist und das äußere Rad in einer umgebenden
Maschinenstruktur gelagert ist. Die Räder sind mit dem Zugmittel
kraft- und/oder formschlüssig in
Eingriff, je nach Art des verwendeten Zugmitteltriebes. Dies bewirkt,
dass bei Drehung der Schnecke über
das innere Rad und das Zugmittel diese Drehung auf das äußere Rad übertragen
wird, oder umgekehrt. Das äußere Rad
ist in herkömmlicher
Weise an der Maschinenstruktur gelagert, beispielsweise durch ein
Wälzlager.
Diese Lagerung ist jedoch unabhängig
von der Schnecke und kann ohne Probleme ausreichend steif zur Aufnahme
der auftretenden Radialkräfte
ausgebildet werden. Darüber
hinaus werden die auf die Schnecke wirkenden Radialkräfte vorzugsweise
auf mehrere Zugmitteltriebe verteilt, so dass die von der Lagerung
der äußeren Räder aufzunehmenden
Kräfte
geringer ausfallen.
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Weiter
bevorzugt ist die Radiallagerung gemäß der vorangehenden Beschreibung
an der Ein- und/oder Austrittsseite der Schnecke angeordnet. So ist
es möglich
an einem Ende der Schnecke eine solche Lagerung vorzusehen. Vorzugsweise
werden jedoch an beiden Enden der Schnecke Radiallagerungen gemäß der beschriebenen
Ausgestaltung vorgesehen. Das heißt, die Schnecke ist vorzugsweise
in radialer Richtung ausschließlich über Zugmitteltriebe gelagert.
Hierdurch kann über
die gesamte Länge
der Schnecke eine gewisse Elastizität bzw. ein gewisses Spiel in
der Lagerung der Schnecke in radialer Richtung gewährleistet
werden, was ein Verklemmen der Schnecke bei Förderung von Fremdkörpern verhindern
kann.
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Die
mehreren Zugmitteltriebe der Radiallagerung sind besonders bevorzugt
gleichmäßig über den
Umfang der Schnecke verteilt angeordnet. Durch diese Anordnung wird
eine gleichmäßige Verteilung der
auftretenden Radialkräfte
auf alle Zugmitteltriebe erreicht.
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Vorzugsweise
weist die Radiallagerung mindestens drei Zugmitteltriebe auf, welche
bevorzugt gleichmäßig über den
Umfang der Schnecke verteilt sind, jedoch auch in ungleichmäßigen Winkelpositionen über den
Umfang verteilt angeordnet werden können. Bei einer Anordnung von
drei Zugmitteltrieben ist es möglich,
Radialkräfte
in allen radialen Richtungen bezüglich
der Längs-
bzw. Rotationsachse der Schnecke in der Lagerung aufzunehmen. Weiter bevorzugt
ist eine Anordnung von vier Zugmitteltrieben, welche über den
Umfang der Schnecke, vorzugsweise gleichmäßig, verteilt sind. Durch die
größere Anzahl
von Zugmitteltrieben werden die auf die einzelnen Zugmitteltriebe
wirkenden Radialkräfte
reduziert, da die auftretenden Kräfte in eine größere Zahl
von Einzelkräften
aufgeteilt werden. Darüber
hinaus kann eine steifere Lagerung in radialer Richtung erreicht
werden.
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Besonders
bevorzugt ist zumindest einer der Zugmitteltriebe zum Antrieb der
Schnecke vorgesehen. Auf diese Weise können Lagerung in radialer Richtung
und Antrieb der Schnecke von ein und demselben Bauteil übernommen
werden.
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Es
können
bevorzugt mehrere der Zugmitteltriebe, insbesondere alle Zugmitteltriebe
zum Antrieb der Schnecke dienen. Vorzugsweise sind die Zugmitteltriebe
dabei jeweils von einem separaten Antriebsmotor antreibbar. Der
Antrieb über
mehrere Zugmitteltriebe hat den Vorteil, dass auch die erforderlichen Antriebskräfte für die Schnecke
in mehrere Einzelkräfte
bzw. Einzelmomente aufgeteilt werden, welche jeweils geringer als
die aufzubringende Gesamtkraft bzw. das aufzubringende Gesamtdrehmoment
sind. Dies ermöglicht
es, die einzelnen Zugmittel triebe, die zugehörigen Antriebe und Lagerungen
kleiner zu dimensionieren. Darüber
hinaus ist von Vorteil, dass bei dem Antrieb durch mehrere über den
Umfang der Schnecke verteilte Zugmitteltriebe die durch den Antrieb über einen
Zugmitteltrieb zwangsläufig
auf die Schnecke wirkenden Radialkräfte ebenfalls aufgeteilt sind
und sich gegenseitig aufheben. Das bedeutet, dass durch den Antrieb
im Wesentlichen keine Radialkräfte
auf die Schnecke übertragen
werden, wie es bei einem einzigen Zugmitteltrieb, beispielsweise
einen einzelnen Kettenantrieb der Fall wäre. Es ist jedoch nicht unbedingt
erforderlich, jeden der zur Lagerung vorgesehenen Zugmitteltriebe
anzutreiben. Die Anzahl der Zugmitteltriebe, welche zum Antrieb
genutzt werden, hängt
beispielsweise von den Leistungsanforderungen der Maschine ab. Das
heißt, über die
Zahl der angetriebenen Zugmitteltriebe kann die Leistung angepasst
werden. Die nicht angetriebenen Zugmitteltriebe laufen frei mit
und dienen lediglich der Lagerung.
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Gemäß einer
speziellen Ausführungsform sind
zumindest eine erste und eine zweite Radiallagerung mit mehreren
Zugmitteltrieben gemäß der vorgehenden
Beschreibung an der Schnecke angeordnet, wobei von den Zugmitteltrieben
der ersten Radiallagerung zumindest ein äußeres Rad auf einer gemeinsamen
Welle mit einem äußeren Rad
eines Zugmitteltriebes der zweiten Radiallagerung angeordnet sind.
Bevorzugt ist bei dieser Anordnung jeweils jedes äußere Rad
der ersten Radiallagerung mit jeweils einem äußeren Rad der zweiten Radiallagerung
auf einer Welle angeordnet.
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Diese
Anordnung ermöglicht
es, die äußeren Räder beider
Lagerungen gemeinsam anzutreiben. Dazu kann die gemeinsame Welle
durch einen Antriebsmotor antreibbar sein. Auf diese Weise kann beispielsweise
von einem Antriebsmotor ein Drehmoment über die Welle an beiden Enden
der Schnecke über
jeweils einen Zugmitteltrieb jeder Lagerung eingeleitet werden.
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Die
Zugmitteltriebe sind besonders bevorzugt als Kettentriebe ausgebildet.
Kettentriebe sind äußerst verschleißfest und
ermöglichen
eine sichere Kraftübertragung
zum Antrieb der Schnecke.
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Die
erfindungsgemäße Förderschneckenanordnung
ist besonders bevorzugt als Teil einer Schneckenpresse oder eines
Extruders ausgebildet. Gerade bei diesen Einsatzzwecken ist der
erfindungsgemäße Lagerung
aufgrund der gleichmäßigen Verteilung
der Radialkräfte
sowie eine gegebenenfalls mögliche
Elastizität
der Lagerung in radialer Richtung von besonderem Vorteil.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben. In
diesen zeigt:
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1 schematisch
eine Schnecke, welche ein- und ausgangsseitig in vier Kettentrieben
gelagert ist,
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2 eine
stirnseitige Ansicht der Anordnung gemäß 1,
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3 eine
perspektivische Ansicht der Anordnung gemäß 1 und 2 und
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4 eine
Draufsicht auf eine Schnecke, welche ein- und ausgangsseitig in
je vier Kettentrieben gelagert ist, wobei ein einzelner Antrieb
für jeden Kettenstrang
vorgesehen ist.
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Anhand
der 1 bis 3 wird ein erstes Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Förderschneckenanordnung
prinzipiell erläutert.
Die Förderschneckenanordnung
weist eine drehbare Schnecke 2 auf, welche beispielsweise
als Förder-
oder Verdichterschnecke in einer Schneckenpresse dienen kann. Dazu
wird die Schnecke in einem umgeben den rohrförmigen Gehäuse angeordnet, welches in
den schematischen Darstellungen gemäß 1 bis 4 der Übersicht
halber weggelassen wurde. Die Schnecke 2 ist an ihren beiden
axialen Enden, d. h. dem Eintritts – und dem Austrittsende jeweils
in vier Zugmitteltrieben in Form von Kettentrieben 4 und 6 gelagert.
Die vier Kettentriebe 4 sowie die vier Kettentriebe 6 sind
jeweils gleichmäßig, d.
h. im Winkel von 90° versetzt
um den Umfang der Schnecke bzw. deren Längsachse X verteilt angeordnet.
Dabei weist jeder der Kettentriebe 4 ein Kettenrad 8 und
jeder der Kettentriebe 6 ein Kettenrad 10 auf,
welche die inneren Räder
bzw. Kettenräder
bilden. Die inneren Kettenräder 8 und 10 sind
jeweils auf den Schneckenzapfen an den axialen Enden der Schnecke 2 drehfest
befestigt. So können
die inneren Kettenräder 8 und 10 sich
gemeinsam mit der Schnecke 2 um deren Längsachse X drehen.
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Jeder
der Kettentriebe 4 weist ferner ein äußeres Kettenrad 12 und
jeder der Kettentriebe 6 ein äußeres Kettenrad 14 auf.
Dabei sind jeweils ein äußeres Kettenrad 12 und
ein inneres Kettenrad 8 von einer Kette umschlungen und
ebenfalls ein äußeres Kettenrad 14 und
ein inneres Kettenrad 10 von einer Kette umschlungen. Die äußeren Kettenräder 12 und 14 sind
auf hier nicht näher
gezeigte konventionelle Weise in einem umgebenden Maschinengestell,
welches hier ebenfalls nicht gezeigt ist, gelagert. Diese Lagerung
kann beispielsweise über
Wälzlager
erfolgen.
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Bei
dem in 1 bis 3 gezeigten Beispiel sind jeweils
ein äußeres Kettenrad 12 und
ein äußeres Kettenrad 14 auf
einer gemeinsamen Welle 16 angeordnet. Dabei sind die Kettentriebe 6 und 4 so
angeordnet, dass jeweils ein Kettentrieb 4 und ein Kettentrieb 6 an
derselben Winkelposition um die Längsachse X gelegen sind. Die
Kettenräder 12 und 14 der
Kettentriebe 4 und 6, welche an derselben Winkelposition
gelegen sind, sind jeweils auf einer gemeinsamen Welle 16 angeordnet.
In diesem Beispiel kann die Lagerung der Kettenräder 12 und 14 dann
durch entsprechende Lagerung der zugehörigen Wellen 16 erfolgen.
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In
dem in 1 bis 3 gezeigten Beispiel erfolgt
ferner der Antrieb der Schnecke 2 über die Wellen 16 und
die mit dieser verbundenen Kettentriebe 4 und 6.
Dazu ist an jeder Welle 16 ein Antriebsmotor 18 angeordnet,
welcher die jeweils zugehörige Welle 16 über ein
Getriebe 20 antreibt. Es sind somit insgesamt vier Antriebsmotoren 18 vorgesehen,
welche die vier Wellen 16 und darüber die acht Kettentriebe 4 und 6 antreiben.
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Die
gezeigte Anordnung hat den Vorteil, dass die zum Antrieb der Schnecke 2 aufzubringenden
Antriebskräfte
bzw. das aufzubringende Drehmoment nicht durch einen einzigen Kettentrieb
auf die Schnecke 2 aufgebracht wird, sondern durch insgesamt acht
Kettentriebe. Dadurch verringern sich die an den einzelnen Kettentrieben
anliegenden Kräfte.
Darüber hinaus
werden die auftretenden Kräfte
gleichmäßig verteilt.
Die Kettentriebe 6 und 4 erzeugen jeweils eine
auf das zugehörige
innere Kettenrad 10, 8 wirkende Radialkraft. Da
die Kettentriebe 4 bzw. 6 jedoch gleichmäßig über den
Umfang der Schnecke 2 verteilt angeordnet sind, heben sich
die von den Kettentrieben 4 auf die Schnecke 2 wirkenden
Radialkräfte
gegenseitig auf. Entsprechend heben sich auch die von den Kettentrieben 6 auf
die Schnecke 2 wirkenden Radialkräfte gegenseitig auf. Insofern
wird die Schnecke 2 frei von unerwünschten Radialkräften, welche
durch den Antrieb aufgebracht werden, gehalten. Ferner ist keine
zusätzliche
Radiallagerung der Schnecke 2 erforderlich, die Lagerung
erfolgt lediglich durch Fesselung der Schnecke 2 in den
Kettentrieben 4 und 6. Dies ermöglicht ein
geringes radiales Spiel bzw. eine radiale Elastizität der durch
die Kettentriebe 4 und 6 gebildeten Lagerung,
so dass die Schnecke bei ihrem Betrieb Fremdkörper, welche in dem zufördernden
Medium sind, ausweichen kann, wodurch ein Blockieren der Schnecke
im Betrieb vermieden wird.
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4 zeigt
in einer Draufsicht entsprechend der Ansicht in 1 eine
zweite Ausführungsform der
Erfindung. Da diese Ausführungsform
in wesentlichen Punkten der vorangehend beschriebenen Ausführungsform
entspricht, werden nachfolgend nur die Unterschiede erläutert. Im
Unterschied zu der ersten Ausführungsform
gemäß 1 bis 3 sind
die äußeren Kettenräder 12 und 14 der
Kettentriebe 4 und 6 nicht auf gemeinsamen Wellen 16 angeordnet. Vielmehr
ist jedes der Kettenräder 12 und
jedes der Kettenräder 14 direkt
mit einem Antriebsmotor 22 verbunden, so dass insgesamt
acht Antriebsmotoren vorgesehen sind, welche alle Kettentriebe 4 und 6 antreiben,
so dass auch hier eine Verteilung der Antriebskräfte erfolgt, wie sie vorangehend
beschrieben wurde.
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In
den beschriebenen Beispielen sind alle Kettentriebe 4 und 6 angetrieben.
Es ist alternativ auch möglich,
den Antrieb der Schnecke 2 nur über einige oder nur über einen
der Kettentriebe 4, 6 zu bewirken, wobei die anderen
Kettentriebe 4, 6 dann allein der Lagerung der
Schnecke 2 dienen und frei mitlaufen.
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- 2
- Schnecke
- 4,
6
- Kettentriebe
- 8,
10
- innere
Kettenräder
- 12,
14
- äußere Kettenräder
- 16
- Welle
- 18
- Antriebsmotor
- 20
- Getriebe
- 22
- Antriebsmotor
- X
- Längsachse