-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Spannen von Extruderschneckensegmenten auf einem Dorn.
-
Insbesondere bei Doppelschneckenextrudern ist es üblich, die Extruderschnecken aus einzelnen Schneckensegmenten zusammenzusetzen. Segmentierte Extruderschnecken bieten den Vorteil, dass man durch Kombination unterschiedlicher Segmente, beispielsweise Knet-, Förder- oder Mischsegmente, vielfältige Effekte erzielen kann und auf diese Weise unterschiedlichsten Anforderungen an Extrusionsanlagen gerecht werden kann.
-
Bevor eine segmentierte Extruderschnecke zum Einbau in eine Extrusionsanlage bereit ist, müssen die Extruderschneckensegmente auf einem Dorn montiert und gespannt werden. Dieser Vorgang erfolgt üblicherweise manuell. Dabei ist es besonders wichtig, eine ausreichend große Kraft auszuüben, um zwischen den Segmenten keine Spalte entstehen zu lassen. Auf der anderen Seite ist es ebenso wichtig, die Segmente nicht mit zu hoher Kraft aneinander zu pressen, um Brüche und Risse zu vermeiden.
-
Bei herkömmlichen Anzugsmethoden werden die Extruderschneckensegmente üblicherweise manuell auf dem Schneckendorn gespannt. Dabei werden die Schneckensegmente auf dem Dorn aufgereiht und an einem Ende des Dorns fixiert. Am anderen Ende des Dorns werden die Schneckensegmente beispielsweise mit einer Mutter gehalten und durch manuelles Festziehen der Mutter zusammengepresst und gleichzeitig in dieser Position fixiert.
-
Mit herkömmlichen Anzugsmethoden ist es aufgrund der Reibung im Gewinde zwischen Bolzen und Schneckendorn und zwischen Mutter und Stirnfläche des Schneckensegmentes nicht möglich, eine genaue Schneckenvorspannung zu erreichen. Es kommt daher zu hohen Vorspannungsschwankungen. Außerdem kommt es bei den herkömmlichen Anzugsmethoden zu Biege- und Torsionsbelastungen im Bolzen und im Schneckendorn. Eine fehlerhafte Vorspannung der Schnecke führt zu Verschleiß und schlimmstenfalls Ausfall im Betrieb.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, welche ein schnelles, genaues und kontrolliertes Spannen von Extruderschneckensegmenten auf einem Dorn ermöglichen.
-
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Spannen von Extruderschneckensegmenten auf einem Dorn gemäß Anspruch 1. Dabei sind die Extruderschneckensegmente an einem Ende des Dorns fixiert und ist am anderen Ende des Dorns die erfindungsgemäße Vorrichtung lösbar angebracht. Die Vorrichtung umfasst ein Zugelement, welches axial zugfest mit dem Dorn verbunden ist, ein Druckelement, welches an der dem Zugelement zugewandten Stirnfläche des letzten Extruderschneckensegmentes anliegt, sowie ein Spannelement, welches auf Zug- und Druckelement eine entgegengesetzt wirkende Axialkraft entlang des Dornes ausübt. Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch ein entsprechendes Verfahren gemäß Anspruch 5. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, segmentierte Schneckenteile (Extruderschneckensegmente) mit einer definierten, reproduzierbaren Vorspannkraft auf einem Dorn zu spannen, also mit einer vorgegebenen Kraft relativ zueinander die Schneckensegmente zusammenzupressen und am Dorn zu ziehen. In dieser Position werden die Schneckensegmente auf dem Dorn fixiert, beispielsweise durch Aufschrauben einer Mutter auf dem Dornende, und die Spannvorrichtung kann entfernt werden. Dabei ist die Vorspannkraft so definiert, dass nach der Montage und Entfernung der Spannvorrichtung eine gewünschte Vorspannkraft in der Extruderschnecke verbleibt.
-
Mit der Erfindung wird nicht nur eine schnelle, genaue und kontrollierte Montage sowie auch Demontage von Extruderschneckensegmenten auf einem Dorn ermöglicht, sondern auch eine definierte, reproduzierbare Vorspannung der Extruderschneckensegmente auf dem Dorn sowie eine definierte Flächenpressung zwischen den Extruderschneckensegmenten erreicht und ein Bruch der Extruderschneckensegmente wirksam vermieden. Darüber hinaus erfordert die Erfindung einen geringeren Kraftaufwand zum Spannen der Extruderschneckensegmente auf dem Dorn und erhöht die Sicherheit für das Bedienpersonal.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Spannelement als Hydraulikzylinder ausgebildet. Die hydraulische Spannung hat vor allem die Vorteile der hohen Präzision und Messbarkeit bei verhältnismäßig geringem Kostenaufwand.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind dem Ausführungsbeispiel zu entnehmen.
-
1 zeigt eine montierte Extruderschnecke mit Schneckensegmenten in einer Schnittdarstellung.
-
2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel in einer Teilschnittdarstellung.
-
3 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel in einer Schnittdarstellung.
-
1 zeigt eine Extruderschnecke 100 mit Extruderschneckensegmenten 110, 112 im fertig montierten Zustand. Die Extruderschnecke 100 umfasst einen Schneckendorn 120, auf welchem die Extruderschneckensegmente 110, 112 aufgereiht sind. Dabei ist das erste Extruderschneckensegment 110 durch Anschlag an einer Verbindungsmuffe 130, die mittels einer Schraube 140 am ersten Dornende befestigt ist, axial fixiert. Die Verbindungsmuffe 130 dient später der Verbindung der Extruderschnecke 100 mit einem Getriebe. Am zweiten Ende des Dorns 120 ist das letzte Extruderschneckensegment 112 mittels einer Mutter 160, welche auf einem in das zweite Ende des Dornes 120 axial eingebrachten Bolzen 150 aufgeschraubt ist, fixiert. Auf das zweite Ende des Dornes 120 ist eine Schneckenkuppe 170 zur Abdeckung aufgebracht. In diesem Ausführungsbeispiel sind zur vereinfachten Darstellung lediglich zwei Extruderschneckensegmente 110, 112 gezeigt. Dabei liegt eine Stirnfläche 114 des ersten Extruderschneckensegmentes 110 an der Verbindungsmuffe 130 und eine entgegensetzte Stirnfläche 116 des letzten Extruderschneckensegmentes 112 an der Mutter 160 an. Selbstverständlich kann zwischen dem ersten Extruderschneckensegment 110 und dem letzten Extruderschneckensegment 112 eine Vielzahl weiterer Extruderschneckensegmente angeordnet sein. Alternativ zu den in diesem Ausführungsbeispiel dargestellten Fixierungen können die Extruderschneckensegmente natürlich auch auf andere Weise an den Dornenden befestigt sein.
-
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in Form einer hydraulischen Spannvorrichtung 200 mit Extruderschnecke 100 in einer Teilschnittdarstellung. Darin sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen wie in 1 versehen.
-
Die hydraulische Spannvorrichtung 200 umfasst ein Zugelement in Form eines Zugankers 210, ein Druckelement in Form eines Stützflansches 220 sowie ein Spannelement in Form eines Hydraulikzylinders 230.
-
Der Bolzen 150 weist ein Außengewinde auf, während der Dorn 120 an seinem zweiten Ende, die Mutter 160 sowie der Zuganker 210 an seinem dem Dorn zugewandten Ende ein entsprechendes Innengewinde aufweisen. Der Bolzen 150 ist zu einem Teil axial in das zweite Ende des Dornes 120 eingeschraubt. Auf den Bolzen 150 an seinem freien Ende ist die Mutter 160 geschraubt, so dass diese an der letzten Stirnfläche 116 des letzten Extruderschneckensegmentes 112 anliegt und die Extruderschneckensegmente 110, 112 axial zusammenhält. Der Zuganker 210 ist auf dem noch aus der Mutter 160 herausragenden Ende des Bolzens 150 aufgeschraubt. Auf diese Weise ergibt sich eine indirekte, zugfeste Verbindung zwischen Dorn 120 und Zuganker 210, d. h. an dem Zuganker 210 kann eine axiale Kraft vom Dorn 120 weg wirken, ohne dass sich die Verbindung zwischen Zuganker 210 und Dorn 120 löst. Bolzen, Mutter und Zuganker bilden also sozusagen eine axiale Verlängerung des Dornes.
-
In alternativen Ausführungsformen kann das Zugelement auch in anderer Weise mit dem Dorn verbunden sein, beispielsweise auch in einer direkten Verbindung zwischen Zuganker und Dorn, z. B. über ein unmittelbar am Dorn angebrachtes Gewinde. Die Verbindung zwischen Zugelement und Dorn sollte zwar zugfest, jedoch vorzugsweise lösbar sein.
-
Der Stützflansch 220, welcher den Zuganker 210 radial umgibt, liegt an der dem Zuganker 210 zugewandten Stirnfläche 116 des letzten Extruderschneckensegmentes 112 an. Im Stützflansch 220 ist eine Buchse 240 angeordnet, welche das letzte Extruderschneckensegment 112 radial umgibt und die mittige Anordnung des Stützflansches auf dem Extruderschneckensegment 112 sicherstellt. Die Buchse 240 weist einen bestimmten, dem Schneckendurchmesser entsprechenden Durchmesser auf und ist auswechselbar. Durch die Wahl unterschiedlicher Buchsen kann der Stützflansch 220 an unterschiedliche Schneckendurchmesser angepasst werden. Der Stützflansch 220 weist eine teils umlaufende Feststellöffnung 250 zur Mutter 160 hin auf, durch welche die Mutter 160 auf dem Bolzen 150 angezogen werden kann. So kann beispielsweise durch die Feststellöffnung 250 ein Stab in Ausnehmungen 162 im Kopf der Mutter 160 geführt werden und umlaufend wie eine Art Hebel betätigt werden. Auf diese Weise können die Extruderschneckensegmente 110, 112 auf dem Dorn 120 fixiert werden.
-
Im Allgemeinen kann das Druckelement gemäß dieser Erfindung direkt oder indirekt so an dem letzten, dem Zugelement zugewandten Extruderschneckensegment anliegen oder angebracht sein, dass eine Axialkraft entlang des Dornes auf die Extruderschneckensegmente ausgeübt werden kann. Dabei muss das Druckelement nicht zwingend an der Stirnfläche des letzten Extruderschneckensegmentes anliegen, sondern kann auch in solchen Bereichen des Extruderschneckensegmentes 112 anliegen, auf die Druck in axialer Richtung entlang des Dornes ausgeübt werden kann. Wichtig ist jedoch, dass der Druck radial gleichmäßig verteilt ist, so dass keine Verkantungen auftreten.
-
In alternativen Ausführungen kann auf eine Feststellöffnung im Druckelement verzichtet werden, wenn die Fixierung der Extruderschneckensegmente auf andere Weise ermöglicht wird.
-
Ein Führungsflansch 260 hält den Hydraulikzylinder 230 am Stützflansch 220 und führt den Zuganker 210 zentriert im Stützflansch 220, so dass die Drehachsen des Stützflansches 220, des Hydraulikzylinders 230, des Zugankers 210 und, wenn die hydraulische Spannvorrichtung 200 an der Extruderschnecke 100 montiert ist, des Dornes 120 aufeinander liegen.
-
Der Hydraulikzylinder 230 ist dabei so zwischen dem Kopf des Zugankers 210 und dem Stützflansch 220 angeordnet, dass er auf diese bei Aufbau eines Druckes entgegengesetzt wirkende axiale Kräfte ausüben kann. Es erfolgen also gleichzeitig ein Druck auf das Zugelement und ein entgegengesetzt wirkender Druck auf das Druckelement, so dass die Extruderschneckensegmente zusammengepresst werden, während an dem Dorn gezogen wird. In alternativen Ausführungen kann dieser Effekt auch mit anderen Mitteln oder unterschiedlicher Anordnung der gleichen Mittel wie in diesem Ausführungsbeispiel erreicht werden. Die hydraulische Spannvorrichtung hat den Vorteil, dass mit ihr eine genau definierbare Kraft auf Extruderschneckensegmente und Dorn ausgeübt werden kann.
-
Durch Austausch der Buchse 240 und des Zugankers 210 sowie Anpassung des hydraulischen Druckes kann die hydraulische Spannvorrichtung 200 für die Montage von Extruderschnecken mit unterschiedlichen Schneckendurchmessern angepasst werden.
-
3 zeig die hydraulische Spannvorrichtung 200 gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einer Schnittdarstellung, wobei jedoch die auf dem Dorn 120 aufgereihten Extruderschneckensegmente nur mit dem letzten Extruderschneckensegment 112 angedeutet sind. In 3 sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen wie in den 1 und 2 versehen. Wie in 3 erkennbar ist, bildet die hydraulische Spannvorrichtung 200 eine Einheit, die nur mittels des Zugankers 210 an der Extruderschnecke 100, insbesondere dem Dorn 120, befestigt ist.
-
Bei einem Verfahren zum Spannen von Extruderschneckensegmenten auf einem Dorn mit einer hydraulischen Spannvorrichtung 200 gemäß dem Ausführungsbeispiel wird folgendermaßen vorgegangen. Zunächst werden auf dem ersten Ende des Dornes 120 die Verbindungsmuffe 130 mittels der Schraube 140 und auf dem zweiten Ende des Dornes 120 der Bolzen 150 montiert. Anschließend werden die Extruderschneckensegmente 110, 112 vom zweiten Ende des Dornes her auf den Dorn 120 aufgeschoben, so dass das erste Extruderschneckensegment 110 mit seiner Stirnfläche an der Verbindungsmuffe 130 anliegt. Nachdem alle Extruderschneckensegmente 110, 112 auf dem Dorn 120 aufgereiht sind, wird die Mutter 160 auf den Bolzen 150 aufgeschraubt, so dass der Kopf der Mutter an der Stirnfläche des letzten Extruderschneckensegmentes 112 anliegt. Natürlich können auch erst die Extruderschneckensegmente 110, 112 auf den Dorn 120 gereiht werden und dann der Bolzen 150 in das zweite Dornende geschraubt.
-
Nun wird die hydraulische Spannvorrichtung 200 samt Buchse 240 auf das zweite Ende des Dornes 120 mit dem eingeschraubten Bolzen 150 und der aufgeschraubten Mutter 160 aufgesetzt, so dass der Stützflansch 220 an der letzten Stirnfläche 116 des letzten Extruderschneckensegmentes 112 anliegt und die Buchse 240 das letzte Extruderschneckensegment 112 radial umgibt. Dann wird der Zuganker 210 auf das freie Ende des Bolzens 150 aufgeschraubt, so dass Zuganker 210 und Bolzen 150 zugfest miteinander verbunden sind. Um die Extruderschneckensegmente 110, 112 auf dem Dorn 120 zu spannen, wird in dem Hydraulikzylinder 230 ein definierter hydraulischer Druck aufgebaut und dadurch ein Druck auf die Extruderschneckensegmente 110, 112 sowie gleichzeitig ein Zug am Dorn 120 bzw. Bolzen 150 jeweils in axialer Richtung ausgeübt. Auf diese Weise werden die Extruderschneckensegmente 110, 112 zusammengepresst, während der Dorn 120 gelängt wird. Die Längung des Dornes erfolgt im elastischen Bereich. Dabei ist es möglich, die Materialstreckgrenzen bis auf 90 Prozent der Materialfestigkeit auszunutzen. Der am Hydraulikzylinder einzustellende Druck richtet sich vor allem nach dem Schneckendurchmesser und -material sowie dem Dorndurchmesser und -material und der Dornlänge.
-
Wenn der gewünschte Druck und damit die gewünschte Spannung erreicht ist, wird die Mutter 160 auf dem Bolzen 150 festgezogen, beispielsweise mittels eines Stiftes, welcher durch die Feststellöffnung 250 in die Ausnehmungen 162 im Kopf der Mutter 160 gesteckt wird. Anschließend wird der Druck im Hydraulikzylinder 230 abgelassen und der Zuganker 210 vom Bolzen 150 abgeschraubt. Die hydraulische Spannvorrichtung 200 mit der Buchse 240 kann nun von der Extruderschnecke 100 entfernt werden. Die Extruderschnecke 100 ist nun mit der erforderlichen Vorspannkraft montiert. Auf das freie Ende des Bolzens 150 wird abschließend noch zum Schutz eine Schneckenkuppe 170 aufgeschraubt. Die Extruderschnecke 100 ist somit für den Einbau in einem Extruder bereit.
-
Bezugszeichenliste
-
- 100
- Extruderschnecke
- 110
- erstes Extruderschneckensegment
- 112
- letztes Extruderschneckensegment
- 114
- erste Stirnfläche des ersten Extruderschneckensegmentes
- 116
- letzte Stirnfläche des letzten Extruderschneckensegmentes
- 120
- Schneckendorn
- 130
- Verbindungsmuffe
- 140
- Schraube
- 150
- Bolzen
- 160
- Mutter
- 162
- Ausnehmung
- 170
- Schneckenkuppe
- 200
- Hydraulische Spannvorrichtung
- 210
- Zuganker
- 220
- Stützflansch
- 230
- Hydraulikzylinder
- 240
- Buchse
- 250
- Feststellöffnung
- 260
- Führungsflansch
