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Die
Erfindung betrifft einen Mehrschneckenextruder, insbesondere einen
Doppelschneckenextruder, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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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.
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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.
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Üblicherweise
wird dazu ein entsprechend groß dimensionierter
Motor vorgesehen, welchem eine erwähnte Getriebeanordnung nachgeschaltet ist,
worüber
eine Kraftaufteilung auf die einzelnen Extruderschnecken erfolgen
kann.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend
den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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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.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird dabei als Antriebskonzept jeweils ein Direktantrieb
vorgesehen.
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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!
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Ferner
sind auch Kombinationen der vorstehend genannten Antriebsvarianten
möglich.
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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.
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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.
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Die
Erfindung wird nachfolgen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei
zeigen im Einzelnen:
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1:
ein erstes Ausführungsbeispiel
in schematischer Seitenansicht;
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2:
ein zu 1 abgewandeltes Ausführungsbeispiel in schematischer
Seitenansicht mit zwei in Axialrichtung versetzt zueinander angeordneten
Motoren für
zwei Schnecken;
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3:
ein weiteres abgewandeltes Ausführungsbeispiel
mit einem direkten Antrieb über
Gelenkwellen;
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4:
ein weiteres Ausführungsbeispiel,
bei dem die Schnecken an der Einzugs- bzw. der Schmelzaustrittsseite
angetrieben werden;
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5:
ein weiteres Ausführungsbeispiel
in schematischer Querschnittsdarstellung, bei der die Schnecke eines
Extruders im mittleren Bereich angetrieben wird;
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6:
ein zu 1 abgewandeltes Ausführungsbeispiel in schematischer
Seitenansicht mit einer mechanisch wirkenden Gleichlauf-Ausfallsicherungs-Einrichtung;
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7:
ein zu 4 abgewandeltes Ausführungsbeispiel ebenfalls mit
einer mechanisch wirkenden Gleichlauf-Ausfallsicherungs-Einrichtung;
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8:
ein weiteres Ausführungsbeispiel
bei welchem die Schnecke über
ein Magnetfeld angetrieben wird;
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9:
eine Querschnittsdarstellung durch das Ausführungsbeispiel gemäß 7;
und
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10:
eine schematische Querschnittsdarstellung durch einen Mehrschneckenextruder
mit sechs Schnecken.
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In 1 ist
ein erstes schematisches Ausführungsbeispiel
gezeigt.
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Bei
der Ausführungsvariante
gemäß 1 ist
ein Mehrschneckenextruder 1 gezeigt, der im gezeigten Ausführungsbeispiel
nach Art eines Doppelschneckenextruders 1' gebildet ist.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Zu
verwendende Dicht- und Lagerlösungen sind
beispielsweise aus der Kaskadentechnologie, wie beispielsweise bei
der Verwendung von Kühlspaltdichtungen
bekannt.
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Nachfolgend
wird das folgende weitere Ausführungsbeispiel
unter Bezugnahme auf 5 erläutert.
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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.
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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.
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Das
Antriebszahnrad 37.1 kämmt
mit einem Schneckenzahnrad 39.1, welches drehfest mit der Schnecke 5a verbunden
ist.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Als
Option kann aber ferner eine Ausfallsicherungs-Einrichtung 41 vorgesehen
sein, die wirksam wird, wenn die elektronische Gleichlauf-Steuerungsvorrichtung 17 ausfallen
sollte.
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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.
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Diese
Gleichlauf-Ausfallsicherungseinrichtung 41 kann auch bei
allen anderen Ausführungsbeispielen
vorgesehen sein.
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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.
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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.
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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.
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Anhand
von 8 und 9 wird noch ein weiteres Ausführungsbeispiel
gezeigt.
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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.
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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.
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Die
Erfindung ist anhand verschiedener Ausführungsbeispiele, vor allem
für den
Anwendungsfall von Doppelschneckenextrudern 1' erläutert worden.
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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.
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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.
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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.