DE102006060739A1 - Mehrschneckenextruder - Google Patents

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DE102006060739A1
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Werner Bamberger
Günter OEDL
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Abstract

Ein verbesserter Mehrschneckenextruder, insbesondere ein verbesserter Doppelschneckenextruder, weist folgende Merkmale auf: - mit einem Gehäuse (3), - mit mehreren im Gehäuse (3) vorgesehenen Gehäusebohrungen (3''), die zumindest in einem Abschnitt in einem Abschnitt des Gehäuses (3) vorgesehen sind, - die Gehäusebohrungen (3'') überlappen sich zumindest in einer Teil-Axiallänge des Gehäuses (3), - in den mehreren Gehäusebohrungen (3'') ist jeweils eine Extruderschnecke (5; 5a, 5b) angeorndet, und - mit einer Antriebseinrichtung (M; M1, M2) für die mehreren Extruderschnecken, - für mehrere Extruderschnecken (5; 5a, 5b) ist jeweils eine separate Antriebseinrichtung (M; M1, m2) vorgesehen, und - es ist eine elektronische Gleichlauf-Steuerungsvorrichtung (17) vorgesehen, wodurch ein Gleichlauf der mehreren Extruderschnecken (5; 5a, 5b) elektronisch durchführbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Mehrschneckenextruder, insbesondere einen Doppelschneckenextruder, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Extruder im Allgemeinen und Doppelschneckenextruder im Besonderen sind hinlänglich bekannt. Sie werden insbesondere zur Plastifizierung von Kunststoffmaterial verwendet, das in einem nachfolgenden Schritt weiter verarbeitet werden kann. Derartige Extruderanordnungen werden beispielsweise auch zur Herstellung von Kunststofffolien eingesetzt, wobei das aus dem Extruder austretende plastifizierte Kunststoffmaterial über eine Kühlwalze und eine nachfolgende Reckanlage zu einer Kunststofffolie verarbeitet werden kann.
  • Bei Mehrschneckenextrudern im Allgemeinen und Doppelschneckenextrudern im Besonderen werden die einzelnen Extruderschnecken über ein Getriebe angetrieben. Dies ist notwendig, um einen Gleichlauf in sehr engen Toleranzen auch bei unterschiedlichen Betriebsmomenten zu gewährleisten.
  • Üblicherweise wird dazu ein entsprechend groß dimensionierter Motor vorgesehen, welchem eine erwähnte Getriebeanordnung nachgeschaltet ist, worüber eine Kraftaufteilung auf die einzelnen Extruderschnecken erfolgen kann.
  • Derartige Getriebe können beispielsweise so aufgebaut sein, dass eine Antriebswelle einer Motoranordnung das Drehmoment direkt auf eine erste, einer Extruderschnecke zugeordnete Abtriebswelle und über ein Zwischenrad auf eine zweite, gegenläufig drehende Abtriebswelle verteilt, worüber eine zweite Extruderschnecke in Rotation versetzt wird.
  • Es sind aber auch andere Verteilergetriebe bekannt, bei denen beispielsweise eine Aufteilung des von der Antriebswelle eingeleiteten Drehmoments innerhalb eines Hohlrades auf eine erste und über ein vom Hohlrad gebildetes Zwischenrad auf eine zweite Abtriebswelle bewirkt wird.
  • Gemäß der AT 391 834 B wird demgegenüber vorgeschlagen, ein Getriebe mit mehreren Ritzeln zu verwenden, wobei ein erstes Ritzel eines Verzweigungsgetriebes mit einem Ende einer zu beiden Abtriebswellen parallelen Nebenwelle in Abtriebsverbindung steht, deren anderes Ende ein Ritzel trägt, welches als Planetenrad sowohl mit dem hohlen Rad als auch mit dem auf der ersten Abtriebswelle sitzenden Sonnenrad eines Umlaufgetriebes kämmt. Ein entsprechendes zweites Ritzel des Verzweigungsgetriebes greift unmittelbar am hinteren Ende einer zweiten Abtriebswelle an und durchsetzt dabei das Hohlrad berührungsfrei.
  • Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Mehrschneckenextruder im Allgemeinen und einen Dop pelschneckenextruder im Besonderen zu schaffen, bei welchem mit geringerem Aufwand ein Antrieb von mehreren, d. h. zumindest von zwei Extruderschnecken erfolgen kann. Dabei soll der Gleichlauf auch bei unterschiedlichen Betriebsmomenten in sehr engen Toleranzen eingehalten werden können.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Mehr- oder Doppelschneckenextruder werden die zumindest beiden Extruderschnecken jeweils mit einem Motor angetrieben, d. h. jeder Extruderschnecke ist ein separater Motor zugeordnet. Erfindungsgemäß ist dabei keine mit dem Stand der Technik vergleichbare Getriebeanordnung vorgesehen, um den erwähnten Gleichlauf der Extruderschnecken zu gewährleisten. Erfindungsgemäß ist demgegenüber eine elektronische Gleichlaufsteuerungseinrichtung vorgesehen, mittels der der geforderte Gleichlauf der einzelnen Extruderschnecken auf elektronischem Wege sichergestellt werden kann. Dies entspricht letztlich einer Auflösung der im Stand der Technik vorgesehenen sogenannten "Königswelle" durch Einzelantriebe. Dabei wird darauf hingewiesen, dass es sowohl gleichsinnig als auch gegeneinander laufende Doppelschneckenextruder gibt. Der Begriff "Gleichlauf" soll hier nicht einschränkend nur so verstanden werden, dass die erläuterte Erfindung nur für gleichsinnig laufende Extruder gilt. Insbesondere dann, wenn zwei Extruder unmittelbar zusammenwirken, erfolgt üblicherweise der Antrieb gegensinnig, so dass beide zusammenwirkende Extruderwellen mit entgegengesetzter Umlaufrichtung rotieren.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird dabei als Antriebskonzept jeweils ein Direktantrieb vorgesehen.
  • Die erfindungsgemäße Lösung weist dabei mehrere Vorteile auf:
    • – Im Rahmen der erfindungsgemäßen Lösung lässt sich die Anzahl der benötigten mechanischen Elemente für die Mehrschneckenextruder-Anordnung und für die Gewährleistung des Gleichlaufs der einzelnen Schnecken deutlich vermindern.
    • – Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird auch ein verminderter Verschleiß gegenüber herkömmlichen Lösungen sichergestellt.
    • – Durch den erfindungsgemäßen Aufbau lässt sich auch der Wartungsaufwand gegenüber herkömmlichen Lösungen deutlich reduzieren.
    • – Die erfindungsgemäße Lösung weist zudem einen besseren Wirkungsgrad aufgrund der erzielbaren Energieeinsparung auf.
    • – Durch die Verwendung einer elektronischen Gleichlauf-Steuerungsvorrichtung lässt sich letztlich auch eine bessere Diagnose realisieren, da die Einzelmomente ohnehin getrennt erfasst werden und von daher entsprechende Informationen vorliegen. Diese Informationen können dann beispielsweise auch für die Prozessdiagnose und/oder die Verschleißdiagnose verwendet werden. Schließlich ermöglicht die erfindungsgemäße Lösung auch, dass ein Differenzwinkel zwischen zwei zusammenwirkenden benachbarten Schnecken vergleichsweise einfach und schnell exakt eingestellt werden kann, und dies selbst während des laufenden Betriebes!
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind den einzelnen Schnecken nicht nur jeweils ein separater Motor zugeordnet, sondern die den einzelnen Schnecken zugeordneten Motoren sind mit den jeweiligen Schnecken starr verbunden. Sofern die Motoren nebeneinander angeordnet sind, darf dabei der Durchmesser der einzelnen Motoren bei symmetrischem Gehäuseaufbau maximal dem Achsabstand der Schnecken entsprechen. Ansonsten müssten die Motoren im unterschiedlichen Axialabstand mit Seitenversatz zueinander angeordnet sein, so dass ein Motorgehäuse grundsätzlich auch einen Durchmesser aufweisen kann, welcher größer ist als der Achsabstand zweier benachbarter Schnecken, sofern in diesem Seitenbereich die an dem Motorengehäuse vorbei laufende Antriebswelle, die zu einem mit Axialversatz vorgesehenen zweiten Motor führt, einen geringeren Außendurchmesser aufweist.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die z. B. beiden Motoren, die jeweils einer separaten Extruderschnecke zugeordnet sind, jeweils über eine Gelenkwelle angetrieben werden. Dadurch kann der Durchmesser der einzelnen Motoren oft größer als der Achsabstand der Schnecken sein. In einer vereinfachten Ausführungsform wäre es auch möglich, nur einen Motor über eine Gelenkwelle mit einer Extruderschnecke zu verbinden, wohingegen der zweite Motor direkt mit der Extruderschnecke gekoppelt ist.
  • Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich vorzusehen, dass beispielsweise nicht zwei benachbarte Extruderschnecken an der Einzugsseite angetrieben werden (oder beide an der Auszugsseite angetrieben werden). Möglich ist demgegenüber, dass beispielsweise eine Extruderschnecke über einen Motor an der Einzugsseite angetrieben wird, wohingegen eine andere, insbesondere eine dazu benachbarte Extruderschnecke an der Schmelzaustrittsseite angetrieben wird. Bei dieser Schnecke ist also der Antriebsschaft und der zugeordnete Motor vorgesehen. Dabei muss der Schaft gegenüber dem Schmelzaustritt entsprechend abgedichtet sein.
  • Schließlich ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, eine oder mehrere Schnecken in der Mitte anzutreiben, also weder auf der Einzugsseite noch auf der Schmelzaustrittsseite. Bevorzugt erfolgt der Antrieb über eine im mittleren Bereich der Schnecke angeordnete Antriebseinrichtung, die in der sogenannten drucklosen Zone vorgesehen ist. Der Antrieb kann dabei vorzugsweise mittels eines Zahnrads oder eines Riemens oder dergleichen durchgeführt werden.
  • In einer abgewandelten Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, dass den einzelnen Schnecken keine separaten Elektromotoren zugeordnet werden, sondern dass der Elektroantrieb und damit eine Kraftübertragung auf die Schnecke mittels eines Magnetfeldes erfolgt. D. h., dass der Rotor (vorzugsweise Permanentmagnet-Synchronmotor), aber auch beispielsweise ein Reluktanz- und Asynchronmotor, sich auf der Schnecke befindet. Der Stator bildet in diesem Fall einen Teil des Zylinders. Dieser Grundaufbau ist grundsätzlich aus der DE 44 30 176 A1 bekannt, allerdings nicht im Zusammenhang mit einer elektronischen Gleichlaufsteuerung.
  • Ferner sind auch Kombinationen der vorstehend genannten Antriebsvarianten möglich.
  • Schließlich hat es sich im Rahmen der Erfindung auch noch als günstig erwiesen, wenn zusätzlich zu der elektronischen Gleichlaufsteuerungsvorrichtung gegebenenfalls auch noch eine mechanische Schutzvorrichtung vorgesehen ist, die wirksam werden soll, wenn die elektronische Gleichlauf-Steuerungsvorrichtung 17 ausfallen sollte. Durch diese Maßnahme kann gewährleistet werden, dass selbst beim Ausfall der Gleichlauf-Steuerungsvorrichtung 17 die Schneckenstege zweier zusammenwirkender benachbarter Schnecken nicht kollidieren und damit der Schneckenextruder nicht zerstört wird.
  • Die Gleichlauf-Ausfallsicherungseinrichtung besteht bevorzugt aus einer getriebemäßigen Kopplung zweier zusammenwirkender Schnecken. Diese getriebemäßig Kopplung ist jedoch so realisiert, dass sie im normalen Betrieb bei Einsatz der erfindungsgemäßen Gleichlauf-Steuerungsvorrichtung ohne Last mitläuft, also insbesondere die bevorzugt verwendeten mit der jeweiligen Schnecke mitdrehenden Zahnräder ohne Last miteinander kämmen. Sollte die elektronische Gleichlauf-Steuerungsvorrichtung ausfallen, könnte über diese mechanische Kopplung gewährleistet werden, dass die Schnecken dann hilfsweise über diese mechanische Getriebeanordnung oder zumindest über die vorgesehenen Zahnräder im Gleichlauf gehalten werden, um eine Zerstörung der Schnecken zu unterbinden.
  • Die Erfindung wird nachfolgen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigen im Einzelnen:
  • 1: ein erstes Ausführungsbeispiel in schematischer Seitenansicht;
  • 2: ein zu 1 abgewandeltes Ausführungsbeispiel in schematischer Seitenansicht mit zwei in Axialrichtung versetzt zueinander angeordneten Motoren für zwei Schnecken;
  • 3: ein weiteres abgewandeltes Ausführungsbeispiel mit einem direkten Antrieb über Gelenkwellen;
  • 4: ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Schnecken an der Einzugs- bzw. der Schmelzaustrittsseite angetrieben werden;
  • 5: ein weiteres Ausführungsbeispiel in schematischer Querschnittsdarstellung, bei der die Schnecke eines Extruders im mittleren Bereich angetrieben wird;
  • 6: ein zu 1 abgewandeltes Ausführungsbeispiel in schematischer Seitenansicht mit einer mechanisch wirkenden Gleichlauf-Ausfallsicherungs-Einrichtung;
  • 7: ein zu 4 abgewandeltes Ausführungsbeispiel ebenfalls mit einer mechanisch wirkenden Gleichlauf-Ausfallsicherungs-Einrichtung;
  • 8: ein weiteres Ausführungsbeispiel bei welchem die Schnecke über ein Magnetfeld angetrieben wird;
  • 9: eine Querschnittsdarstellung durch das Ausführungsbeispiel gemäß 7; und
  • 10: eine schematische Querschnittsdarstellung durch einen Mehrschneckenextruder mit sechs Schnecken.
  • In 1 ist ein erstes schematisches Ausführungsbeispiel gezeigt.
  • Bei der Ausführungsvariante gemäß 1 ist ein Mehrschneckenextruder 1 gezeigt, der im gezeigten Ausführungsbeispiel nach Art eines Doppelschneckenextruders 1' gebildet ist.
  • Der Mehrschneckenextruder 1 umfasst dabei ein Gehäuse 3, in dessen Längsrichtung zwei Schnecken 5 angeordnet sind, die im gezeigten Ausführungsbeispiel parallel zueinander verlaufende Schneckenachsen 5' aufweisen.
  • Die Schnecken 5 stehen im Eingriff miteinander, nämlich in einem sogenannten Eingriffsabschnitt 7, in welchem die an den Schnecken üblicherweise ausgebildeten, gewindeförmig verlaufenden und in den Zeichnungen nicht näher gezeigten Schneckenstege ausgebildet sind.
  • Mit anderen Worten umfassen die Schnecken 5 in bekannter Weise einen sogenannten Schneckenkern, auf welchem in Umfangsrichtung umlaufend ein Schneckensteg ausgebildet ist, der sich in Radialrichtung über den Schneckenkern hinaus erhebt. Somit greift also jeweils ein Schneckensteg in den Abstandsraum zwischen zwei Wendelabschnitten eines Schneckensteges einer benachbarten Schnecke ein, und zwar berührungslos.
  • Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind also die Schneckenkörper (die teilweise auch als Schneckenkern bezeichnet werden) zylinderförmig gestaltet. Abweichend davon könnten die Schnecken bzw. die Schneckenkörper zumindest auch leicht konisch gebildet sein, so dass die Schneckenachsen 5' nicht parallel zueinander, sondern in einem spitzen Winkel von in der Regel nur einigen Graden zueinander ausgerichtet sind. Die Schnecken, d. h. die Schneckenkörper oder die sogenannten Schneckenkerne sind dabei leicht konisch geformt, so dass die zugehörigen Zentral- oder Rotationsachsen 5' in dem in den Figuren nicht näher gezeigten Ausführungsbeispiel dann einen spitzen Winkel von beispielsweise weniger als 20 (insbesondere weniger als 15' oder weniger als 10') einschließen. Bei dem Ausführungsbeispiel in 1 liegen demgegenüber die Zentralachsen 5' parallel zueinander.
  • Das zu verarbeitende Granulat kann beispielsweise über einen Zuführkanal 11 dem Gehäuseinnenraum 3' zugeführt werden, welches dann von den Schnecken aufbereitet wird und dabei durch die gegensinnige Rotationsbewegung der zusammenwirkenden Schnecken 5 längs der Schnecken 5 zur Austrittseite befördert wird.
  • Mit anderen Worten ist also aus 1 ein Doppelschneckenextruder zu ersehen, der ein Gehäuse 3 mit einem Gehäuseinnenraum 3' in Form zweier Gehäusebohrungen 3'' umfasst, die zumindest in einem Abschnitt des Gehäuses 3 vorgesehen sind. Diese Gehäusebohrungen 3'' überlappen sich dabei zumindest in einer Teil-Axiallänge des Gehäuses 3 unter Ausbildung des erwähnten Eingriffabschnittes 7, wobei in den beiden Gehäusebohrungen 3'' jeweils eine Extruderschnecke 5, im gezeigten Ausführungsbeispiel also die Extruderschnecke 5a bzw. 5b angeordnet ist.
  • Im gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß 1 sind dabei die beiden Motoren M1 und M2 nebeneinander angeordnet, was zur Folge hat, dass der Durchmesser eines jeden Motors im gezeigten Ausführungsbeispiel nicht größer ist als der Achsabstand zweier benachbarter Extruderschnecken.
  • Bei der Variante gemäß 1 mit den eng beieinander liegenden Motoren muss es sich wegen der Baugröße um Motoren hoher Leistungsdichte handeln, die gestaffelt hintereinander angeordnet werden können oder es können bereits supraleitende Motoren eingesetzt werden.
  • Im gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß 1 weisen die beiden Schnecken 5a, 5b jeweils einen Antriebsschaft 9 auf, der in entsprechenden Gehäusebohrungen gelagert und dort abgedichtet ist. Dieser Antriebsschaft 9 stellt gleichzeitig die Antriebswelle 19 dar, die aus der Motorabtriebswelle bestehen kann. Mit anderen Worten sind die Motoren M1 und M2 starr über die Antriebswelle 19 bzw. den Antriebsschaft 9 mit der darüber angetriebenen Schnecke 5a bzw. 5b direkt verbunden bzw. stellen die Wellen 19 bereits den Rotor des Direktantriebes dar.
  • Die Motoren M1 und M2 bestehen im gezeigten Ausführungsbeispiel aus Elektromotoren, die über die elektronische Steuerungsvorrichtung 15 einschließlich der elektronischen Gleichlauf-Steuerungsvorrichtung 17 angesteuert werden.
  • Durch entsprechende Steuerungs- und/oder Messeinrichtungen wird dabei der Gleichlauf der Schnecken 5 überwacht und die Motoren so gesteuert, dass ein Gleichlauf der beiden Schnecken realisiert ist, also die Schneckenstege nicht miteinander kollidieren können.
  • Es können ferner noch Messeinrichtungen, Sensoren oder dergleichen vorgesehen sein, über die beispielsweise die jeweils aktuelle Drehzahl, die Relativlage einer Schnecke oder eines Antriebsschaftes bzw. der Antriebswelle im Bezug auf die entsprechende Relativlage des Antriebsschafts bzw. der Antriebswelle der benachbarten Schnecke erfasst werden kann. Das Vorhandensein derartiger Sensoreinrichtungen 117 ist nur schematisch in 1 angedeutet. Auch Steuerungsgrößen zum Antrieb der Motoren können geeignete Informationen für die Relativlage der beiden zusammenwirkenden Schnecken enthalten. Diese Daten können der elektronischen Gleichlauf-Steuerungsvorrichtung 17 zugeführt und darin verarbeitet werden. Darüber können dann beispielsweise auch durch ein geeignetes Einstellelement 17' ein Differenzwinkel zwischen den beiden Schnecken 5a und 5b eingestellt werden, und zwar sogar bei laufendem Betrieb. Um die entsprechende Relativlageneinstellung vorzunehmen, kann die jeweilige Schnecke, d. h. insbesondere der außerhalb des Gehäuses 3 liegende Schneckenschaft mit einem Referenzpunkt bzw. einer Referenzmarkierung oder einer sonstigen Referenzeinrichtung versehen sein, so dass jeweils bei einem Umlauf die entsprechende Lage dieser Referenzpunkte erfasst, verglichen und somit die Relativdrehlage der Schnecken verändert werden kann, um also die Gleichlaufsteuerung zu bewirken. Dabei wird eine Veränderung der Relativlage durch entsprechend exakte Ansteuerung eines oder beider Motoren gewährleistet, wobei ein Motor kurzfrist auf eine vom anderen Motor geringfügig abweichende Drehzahl oder Drehgeschwindigkeit eingestellt wird, wodurch der Differenzwinkel zwischen den beiden zusammenwirkenden Schnecken verändert werden kann.
  • Das Ausführungsbeispiel gemäß 2 unterscheidet sich von jenem nach 1 dadurch, dass die Achsen 9, die zu den beiden Motoren M1 und M2 führen, unterschiedlich lang bemessen sind. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die eine Achse 9' derart lang bemessen, dass der zweite Motor M2 zum ersten Motor M1 auch in Axialrichtung versetzt zueinander zu liegen kommt. Dies eröffnet die Möglichkeit, dass die Motoren einen größeren Durchmesser aufweisen können, als in 1, da die beiden Motoren nicht unmittelbar nebeneinander zu liegen kommen. Der Durchmesser des Motorengehäuses quer zur Antriebs-Achse 9 ist dabei wiederum in der Regel so bemessen, dass der halbe Gehäusedurchmesser des Motors M1 und der halbe Durchmesser der Antriebsachse 9' kleiner ist als der Achsenabstand zwischen den beiden benachbarten Achsen 9.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 sind nunmehr zwei Kardanwellen K1 und K1 verwendet worden, so dass der jeweilige Motor M1 und M2 über seine zugehörige Achse 19, ein erstes Kardangelenk 21, die nachfolgende Zwischenwelle 23, das nachfolgende weitere Kardangelenk 25 mit der Schneckenachse 9, also dem Antriebsschaft 9 der jeweiligen Schnecke in Triebverbindung steht.
  • Da die Kardanwellen von den Schneckenachsen 19 und den Motoren M1, M2 divergierend angeordnet sind, bietet sich dadurch die Möglichkeit, die Motoren bzw. Motorengehäuse mit größeren Abmessungen, insbesondere in Quererstreckung zu verwenden, da dadurch für die Motoren mehr Platz zur Anordnung geschaffen wird. Die Motorengehäuse können also hier einen Durchmesser aufweisen, der deutlich größer ist als der Achsabstand zwischen den beiden Schneckenachsen 5a. Aber auch hier sind die Motoren M1 und M2 mit den Antriebsachsen 9 starr verbunden, die in diesem Fall die motorgesteuerten Antriebswellen darstellen können. Eine Getriebeübersetzung auf dem Antriebsweg zu den Schnecken ist hier jedenfalls nicht vorgesehen.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 ist nur schematisch gezeigt, dass die beiden Schnecken 5a und 5b nicht beide an einer gleichen Seite 25, beispielsweise der Einzugs- oder Zuführseite 25a oder der Schmelzaustrittsseite 25b, sondern an zwei gegenüberliegenden Seiten 25a und 25b vorgesehen sind.
  • Im dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 ist also in der Nähe der einen Stirn- oder Einzugsseite 25a ein bereits erwähnter Zuführkanal 11 zur Zuführung eines aufzubereitenden Kunststoffgranulats und in dem Bereich an oder in der Nähe der gegenüberliegenden Stirn- oder Austrittsseite 25b ein Austrittskanal 111 vorgesehen, welcher mit dem Gehäuseinnenraum 3', in welchem die Schnecken 5 vorgesehen sind, in Verbindung steht.
  • In diesem Ausführungsbeispiel ist der eine Motor M1 auf der Eintrittsseite und der zweite Motor M2 auf der Auszugsseite angeordnet. Bei der Schnecke 5b, an der der Motor M2 an der Austrittsseite sitzt, muss die Antriebswelle 9 gegenüber dem Gehäuse 3 entsprechend abgedichtet sein. Ein der Lagerung und Haltung dienender gegenüberliegender Wellenstummel 109 ist an der gegenüberliegenden Seite des Gehäuses drehbar und abgedichtet gelagert.
  • Zu verwendende Dicht- und Lagerlösungen sind beispielsweise aus der Kaskadentechnologie, wie beispielsweise bei der Verwendung von Kühlspaltdichtungen bekannt.
  • Nachfolgend wird das folgende weitere Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf 5 erläutert.
  • In diesem Falle werden die beiden Schnecken 5a und 5b von der Mitte her angetrieben, vorzugsweise im Bereich einer sogenannten drucklosen Zone. Jede der beiden Schnecken 5a, 5b weist an ihren gegenüberliegenden Stirnseiten einen Achs- oder Lagerstummel 109 auf, worüber die jeweilige Schnecke in entsprechenden Lagern im Gehäuse 3 drehbar gelagert und nach außen abgedichtet ist. Im Bereich der Lager sind also auch die erwähnten Abdichtungen vorgesehen.
  • In diesem Falle sind die Motoren M1 und M2 quer zur jeweiligen Schnecke nach außen versetzt liegend angeordnet, und zwar derart, dass die zugehörige Antriebsachse 19 (die die Motorabtriebswelle des zugehörigen Motors M1, M2 darstellen kann) parallel zu der jeweiligen Achse 5' der über den jeweiligen Motor M1 bzw. M2 angetriebenen Schnecken 5a bwz. 5b verläuft. Dabei sind die beiden Schneckenachsen 5' der beiden Schnecken 5a, 5b ebenfalls prallel zueinander ausgerichtet. Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel sitzt auf der Antriebswelle 19.1, die vom Motor M1 angetrieben wird, ein erstes Antriebszahnrad 37.1, welches drehfest mit der Antriebswelle 19.1 verbunden ist.
  • Das Antriebszahnrad 37.1 kämmt mit einem Schneckenzahnrad 39.1, welches drehfest mit der Schnecke 5a verbunden ist.
  • Entsprechend wird über den Motor M2 und dessen Antriebsachse 19.2 das darauf sitzende Antriebszahnrad 37.2 angetrieben, welches mit dem auf der zweiten Schnecke 5b drehfest sitzenden zweiten Schneckenzahnrad 39.2 kämmt.
  • Hierüber werden also die beiden gegenseitig zueinander drehenden Schnecken 5 in Rotation versetzt, um beispielsweise über den Zuführkanal 11 zugeführtes und aufzubereitendes Granulat dem Schneckenextruder zuzuführen und über den Austrittskanal 11 entsprechend fließfähige Schmelze wieder abzuführen. Auch in diesem Ausführungsbeispiel drehen also die beiden Motoren M1 und M2 gegensinnig, um die darüber angetriebenen Schnecken 5a und 5b ebenfalls gegensinnig anzutreiben.
  • In all den erwähnten Fällen erfolgt also die Überwachung und Steuerung des Gleichlaufs über die bereits geschilderte elektronische Steuerungsvorrichtung 15 bzw. die dazu gehörende und separat vorgesehene elektronische Gleichlauf-Steuerungsvorrichtung 17.
  • Beim gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß 5 ist ferner vorgesehen, dass die auf den Schnecken 5a bzw. 5b sitzenden Zahnräder 39.1 und 39.2 an ihren Stirnseiten mit entsprechend ausreichend groß dimensionierten Bohrungen versehen sind, um sicherzustellen, dass der Schmelzdurchtritt problemlos erfolgen kann, dass also das über die Einlassseite 11 zugeführte Granulat entsprechend aufbereitet, in Längsrichtung durch die Rotationsbewegung der Extruder durch das Gehäuse in Richtung Austrittskanal 111 hindurchbewegt und entsprechend aufbereitet werden kann.
  • Die erwähnten beiden Zahnräder 39.1 und 39.2 sind dabei so angeordnet, dass diese Zahnräder nicht miteinander kämmen oder zumindest hier keine Kraftübertragung (zumindest in dem üblichen Betriebszustand) erfolgt. Alternativ dazu kann anstelle eines Zahnradantriebes – so wie er erläutert wurde – auch ein Riemenantrieb oder dergleichen vorgesehen sein, um über den Motor und den Riemen, der um ein entsprechendes mit der jeweiligen Extruderschnecke verbundenes Rad umläuft, die Schnecke anzutreiben.
  • Als Option kann aber ferner eine Ausfallsicherungs-Einrichtung 41 vorgesehen sein, die wirksam wird, wenn die elektronische Gleichlauf-Steuerungsvorrichtung 17 ausfallen sollte.
  • Dazu kämmen die in 5 vorgesehenen Zahnräder 39.1 und 39.2 im üblichen Normbetrieb des Extruders lastfrei miteinander. Gegebenenfalls ist sogar ein ausreichendes Spiel zwischen den Zähnen der zusammenwirkenden Zahnräder vorgesehen, damit hier keine mechanische Gleichlauf-Synchronisation bei aktiver elektronischer Gleichlauf-Steuerungsvorrichtung bewirkt werden kann. Sollte aber die elektronische Gleichlauf-Steuerungsvorrichtung 17 ausfallen, würden bei einem weiterem Antrieb bei nicht mehr gewährleistetem Gleichlauf die Schnecken in kürzester Zeit zerstört werden, da die Schneckenstege der beiden zusammenwirkenden Schnecken 5a, 5b kollidieren und damit zur Zerstörung der beiden Schnecken herbeiführen würden. In diesem Falle würde dann über die miteinander kämmenden Zahnräder 39.1 und 39.2 auf mechanische Weise ein zumindest noch ausreichender Gleichlauf realisiert werden, der die gesamten Schneckenextruder vor einer Zerstörung bewahrt.
  • Diese Gleichlauf-Ausfallsicherungseinrichtung 41 kann auch bei allen anderen Ausführungsbeispielen vorgesehen sein.
  • Dazu wird beispielsweise auf die nachfolgenden 6 und 7 verwiesen. 6 entspricht grundsätzlich dem Ausführungsbeispiel nach 1, wohingegen 7 grundsätzlich dem Ausführungsbeispiel nach 4 entspricht. In beiden Fällen sind jeweils zusätzliche Zahnräder 39.1 und 39.2 gezeigt, wobei jeweils das eine Zahnrad 39.1 beispielsweise bei der Antriebswelle 9, 19 drehfest angeordnet ist, also mit der einen Schnecke 5a drehfest verbunden ist und das. damit kämmende zweite Zahnrad 39.2 mit der zweiten Schnecke 5b drehfest verbunden ist, beispielsweise dadurch, dass es im Bereich der Antriebswelle 9, 19 positioniert ist.
  • Auch in diesem Falle sollen die beiden Zahnräder 39.1 und 39.2 im üblichen Normbetrieb bei aktiver Gleichlaufsteuerung über die elektronische Gleichlauf-Steuerungsvorrichtung 17 lastfrei umlaufen, also bevorzugt sogar ein geringes Spiel zwischen den Zähnen aufweisen, so dass eine Gleichlaufwirkung allein nur durch die elektronische Gleichlauf-Steuerungsvorrichtung 17 eingestellt werden kann. Über diese elektronische Gleichlauf-Steuerungsvorrichtung 17 soll sogar ein Differenzwinkel noch in ausreichendem Maße unterschiedlich einstellbar sein, ohne dass über die mitdrehenden Zahnräder 39.1 und 39.2 dies zu einer Lastübertragung oder einer anderen Lastverteilung führen sollte.
  • Würde aber auch in diesem Ausführungsbeispiel die elektronische Gleichlauf-Steuerungsvorrichtung 17 ausfallen, würde über die erwähnten miteinander kämmenden Zahnräder 39.1 und 39.2 eine Zwangs-Relativausrichtung der Schnecken ge währleistet sein, so dass die Schneckenstege nicht miteinander kollidieren können. Diese erwähnten Zahnräder 39.1 und 39.2 können aber auch an dem nicht angetriebenen, über das Gehäuse überstehenden Schaft angeordnet sein.
  • Anhand von 8 und 9 wird noch ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt.
  • In diesem Ausführungsbeispiel befinden sich die Schnecken 5a und 5b zur Gänze im Gehäuse 3 des Extruders. In diesem Ausführungsbeispiel weisen die Schnecken keinen klassischen Schaft auf, also keine klassische Antriebswelle. Wie zu ersehen ist, ist die jeweilige Schnecke 5a bzw. 5b über stirnseitig vorgesehene Achsstummel 109 im Gehäuse 3 über geeignete Einrichtungen drehbar gelagert und abgedichtet. Die Kraftübertragung zur Bewirkung einer Rotation der Schnecken 5a, 5b erfolgt hier über ein Magnetfeld. D. h., dass der Rotor vorzugsweise als Teil eines Permanentmagnet-Synchronmotors sich auf der Schnecke befindet. Der Stator bildet dabei einen Teil des Zylinders oder Gehäuses. Dazu sind in den 7 und 8 die Teile des Rotors bezüglich der ersten Schnecke mit R1 und des zugehörigen, die Rotation der Schnecke 5a bewirkenden Stators mit S1 bezeichnet. Entsprechend bezeichnet R2 den Rotor der zweiten Schnecke 5b und S2 die Schnecke des zweiten Rotors. Rotor und Stator müssen nicht über die gesamte Axiallänge der Schnecke angeordnet sein. Sie können auch nur über eine Teillänge der Schnecke vorgesehen sein. Sie können im Zweifelsfall sogar versetzt zu der zwischen dem Einlass 11 und dem Auslass 111 gebildeten Förderstrecke für das aufzubereitende Granulat angeordnet sein, so wie dies grundsätzlich aus der DE 44 30 176 A1 zu entnehmen ist.
  • Auch in diesem Falle erfolgt wiederum der Gleichlauf durch die elektronische Steuerungsvorrichtung 15 und die elektronische Gleichlauf-Steuerungsvorrichtung 17. Aber auch bei diesem Ausfall kann wiederum eine aus zwei Zahnrädern 39.1 und 39.2 bestehende elektronische Gleichlauf-Ausfallsicherungseinrichtung 41 vorgesehen sein, die greift, wenn die elektronische Gleichlaufsteuerung ausgefallen ist, um eine Zwangs-Gleichlauf-Rotation beider Schnecken zu gewährleisten. Dazu sind die beiden Zahnräder 39.1 und 39.2 jeweils drehfest auf dem zugehörigen Lagerschaft 109 angeordnet und kämmen im üblichen Normbetrieb lastfrei miteinander. Genauso könnten die Zahnräder aber auch außerhalb des Gehäuses 3 angeordnet werden, wenn die Lagerstummel 109 nach außen hin überstehen würden.
  • Die Erfindung ist anhand verschiedener Ausführungsbeispiele, vor allem für den Anwendungsfall von Doppelschneckenextrudern 1' erläutert worden.
  • Die Erfindung kann aber gleichermaßen auch bei Mehrschneckenextrudern 1 verwendet werden. Dies ist nur beispielhaft anhand von 9 gezeigt, und zwar bei einem Mehrschneckenextruder, der grundsätzlich gemäß dem Ausführungsbeispiel nach 1 aufgebaut ist, in Abweichung dazu aber nicht zwei, sondern sechs auf einem Teilkreis angeordnete Schnecken umfasst.
  • Daraus ist zu ersehen, dass sich die Achsen 5' mehrerer Schnecken 5 auf einem Teilkreis befinden, wobei sich jeweils eine Schnecke mit zwei seitlich benachbarten weiteren Schnecken im Eingriff befinden. Bei der schematischen Darstellung gemäß 10 werden beispielsweise sechs achsparallel zueinander angeordnete Schnecken verwendet.
  • Auch in diesem Falle können alle Schnecken mittelbar oder direkt oder beispielsweise an der sie antreibenden Achse 9 bzw. 109 oder an anderer Stelle mit geeigneten Zahnrädern 39 ausgestattet sein, um beim Ausfall einer elektronischen Gleichlaufsteuerung auch hier wieder die geschilderte Zwangs-Synchronisierung zu bewirken, um eine Zerstörung und Beschädigung der Schnecken zu vermeiden.

Claims (19)

  1. Mehrschneckenextruder, insbesondere Doppelschneckenextruder, mit folgenden Merkmalen: – mit einem Gehäuse (3), – mit mehreren im Gehäuse (3) vorgesehenen Gehäusebohrungen (3''), die zumindest in einem Abschnitt des Gehäuses (3) vorgesehen sind, – die Gehäusebohrungen (3'') überlappen sich zumindest in einer Teil-Axiallänge des Gehäuses (3), – in den mehreren Gehäusebohrungen (3'') ist jeweils eine Extruderschnecke (5; 5a, 5b) angeordnet, und – mit einer Antriebseinrichtung (M; M1, M2) für die mehreren Extruderschnecken, gekennzeichnet durch die folgenden weiteren Merkmale: – für mehrere Extruderschnecken (5; 5a, 5b) ist jeweils eine separate direkte und/oder leistungsverzweigungsfreie Antriebseinrichtung (M; M1, M2) vorgesehen, und – es ist eine elektronische Gleichlauf-Steuerungsvorrichtung (17) vorgesehen, wodurch ein Gleichlauf der mehreren Extruderschnecken (5; 5a, 5b) elektronisch durchführbar ist.
  2. Mehrschneckenextruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einer jeweiligen Extruderschnecke (5; 5a, 5b) zugeordnete separate Antriebseinrichtung (M; M1, M2) in Form eines Motors starr und/oder getriebefrei mit der jeweiligen zugeordneten Extruderschnecke (5; 5a, 5b) verbunden ist.
  3. Mehrschneckenextruder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Gehäuses einer Antriebseinrichtung (M; M1, M2) quer zur Antriebsachse (9) minimal dem Achsabstand zweier benachbarter Extruderschnecken (5; 5a, 5b) entspricht, wobei vorzugsweise mehrere Direkt-Antriebe durch Hintereinander-Staffelung gekoppelt sind.
  4. Mehrschneckenextruder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Antriebseinrichtungen (M; M1, M2) zum Antrieb zusammenwirkender benachbarter Schnecken (5; 5a, 5b) in Axialrichtung der zugehörigen Antriebsachsen (9; 19) axial versetzt angeordnet sind, vorzugsweise so, dass sich die beiden Antriebseinrichtungen (M; M1, M2) bei Betrachtung senkrecht zur zugehörigen Antriebswelle (9; 19) nicht überlappen.
  5. Mehrschneckenextruder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Antriebseinrichtung und eine zugeordnete Extruderschnecke (5; 5a, 5b) vorgesehen sind, die über eine Gelenkwelle (K1, K2) in Triebverbindung zueinander stehen.
  6. Mehrschneckenextruder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere separate Antriebseinrichtungen vorgesehen sind, die jeweils über eine Gelenkwelle (K1, K2) mit der ihr zugeordneten Extruderschnecke (5; 5a, 5b) in Triebverbindung stehen.
  7. Mehrschneckenextruder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bezüglich zwei nebeneinander angeordneter Extruderschnecken (5; 5a, 5b) eine Extruderschnecke über eine an einer Einzugsseite (25a) vorgesehene Antriebseinrichtung angetrieben und eine andere, vorzugsweise dazu benachbarte Extruderschnecke (5; 5a, 5b) mittels einer Antriebseinrichtung an einer Schmelzaustrittsseite (25b) angetrieben wird.
  8. Mehrschneckenextruder nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Extruderschnecke (5; 5a, 5b) vorgesehen ist, die versetzt zur Einzugsseite (25a) und versetzt zur Austrittsseite (25b) angetrieben wird, vorzugsweise im mittleren Bereich, insbesondere in der drucklosen Zone.
  9. Mehrschneckenextruder nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb der Extruderschnecke (5; 5a, 5b) über ein Zahnrad (37; 37.1, 37.2) oder einen Riemen erfolgt.
  10. Mehrschneckenextruder nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die einer Extruderschnecke (5; 5a, 5b) zugeordnete Antriebseinrichtung quer zur Erstreckungsrichtung der Achse der jeweiligen Schnecke (5; 5a, 5b) angeordnet ist.
  11. Mehrschneckenextruder nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Abtriebswelle (9, 19) der Antriebseinrichtung ein Zahnrad (37; 37.1 und 37.2) drehfest sitzt bzw. darüber angetrieben wird, welches mit einem mit der Schnecke (5; 5a, 5b) direkt oder mittelbar drehfest verbundenen Zahnrad (39.1, 39.2) zum Antrieb der Schnecke (5; 5a, 5b) kämmt.
  12. Mehrschneckenextruder nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung einen Rotor (R1, R2) und einen Stator (S1, S2) umfasst, wobei die Schnecke (5; 5a, 5b) als Rotor (R1, R2) ausgebildet ist oder diesen umfasst und ein Teil des Gehäuses (3) als Stator (S1, S2) ausgebildet ist oder diesen umfasst und die Ansteuerung derart erfolgt, dass die durch eine Kraftübertragung vom Stator (S1, S2) auf den Rotor (R1, R2) die zugehörige Schnecke (5; 5a, 5b) in Rotation versetzt wird.
  13. Mehrschneckenextruder nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (R1, R2) und der Stator (Si, S2) nur auf einer Teillänge der Schnecke (5; 5a, 5b) angeordnet ist.
  14. Mehrschneckenextruder nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (R1, R2) und der Stator (S1, S2) im Gehäuseinneren (3') zu dem zwischen dem Einlass (11) und dem Auslass (111) verlaufenden Aufbereitungsweg versetzt angeordnet sind.
  15. Mehrschneckenextruder nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ferner eine mechanisch wirkende Ausfall-Gleichlauf-Steuerungseinrichtung (41) vorgesehen ist, die bei Ausfall der elektronischen Gleichlaufsteuerungsvorrichtung (17) auf mechanischem Wege eine Synchronisation der miteinander zusammenwirkenden Schnecken (5; 5a, 5b) bewirkt.
  16. Mehrschneckenextruder nach Anspruch 15, dadurch ge kennzeichnet, dass die Ausfall-Gleichlauf-Steuerungseinrichtung (41) aus einer Getriebekopplung besteht, worüber zwei zusammenwirkende Schnecken (5; 5a, 5b) mechanisch gekoppelt sind, wobei die Getriebeanordnung im Norm-Betrieb bei aktiver elektronischer Gleichlauf-Steuerungsvorrichtung (17) lastfrei oder zumindest überwiegend lastfrei arbeitet.
  17. Mehrschneckenextruder nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeanordnung aus zwei miteinander kämmenden Zahnrädern (39.1, 39.2) besteht, wobei das eine Zahnrad (39.1) direkt oder mittelbar mit der einen Schnecke (5a) und das andere Zahnrad (39.2) direkt oder mittelbar mit der anderen Schnecke (5b) drehfest verbunden ist, und dass die beiden miteinander kämmenden Zahnräder (39.1 und 39.2) im Norm-Betrieb lastfrei oder überwiegend lastfrei miteinander kämmen und beim Ausfallen der elektronischen Gleichlauf-Steuerungsvorrichtung (17) eine Zwangs-Synchronisation der jeweils zusammenwirkenden Schnecken (5; 5a, 5b) bewirken.
  18. Mehrschneckenextruder nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als zwei Schneckenextruder vorgesehen sind, die so angeordnet sind, dass mehrere Paare von Schneckenextrudern (5; 5a, 5b) zusammenwirken.
  19. Mehrschneckenextruder nach einem der Ansprüche 1 bis 18. dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Schnecken (5; 5a, 5b) vorzugsweise auf einem Teilkreis in einem Gehäuse (3) in Gehäusebohrungen (3') angeordnet sind, wobei jeweils eine Schnecke (5; 5a, 5b) über zwei in Umfangsrichtung der jeweiligen Schnecke (5; 5a, 5b) versetzt zueinander liegenden Eingriffsabschnitten (7) mit benachbarten Schnecken (5; 5a, 5b) zusammenwirkt.
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