DE10320599B4

DE10320599B4 - Antriebsvorrichtung für Kunststoffextruder mit nach hinten herausnehmbarer Extruderschnecke

Info

Publication number: DE10320599B4
Application number: DE10320599A
Authority: DE
Inventors: Holger Schunk; Andreas Tschanter
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2003-05-08
Filing date: 2003-05-08
Publication date: 2010-04-01
Anticipated expiration: 2023-05-09
Also published as: DE10320599A1; US20040223403A1; US7229205B2

Abstract

Antriebsvorrichtung zum Antrieb eines Kunststoffextruders mit
– einer drehbar gelagerten Aufnahmeeinrichtung (1) zum Aufnehmen einer Extruderschnecke und
– einem Rotor (4, 5) einer elektrischen Maschine, der mittels einer Verbindungseinrichtung (7, 9; 20, 21; 30, 32) mit der Aufnahmeeinrichtung (1) drehfest, abnehmbar verbunden ist,
– der Rotor (4, 5) hohlzylindrisch ausgebildet ist und einen derart großen Innendurchmesser aufweist, dass die Aufnahmeeinrichtung (1) einschließlich der Extruderschnecke vollständig durch den Rotor (4, 5) hindurchziehbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
– die Verbindungseinrichtung (7, 9; 20, 21; 30, 32) überwiegend im Rotor (4, 5) angeordnet ist und
– die Verbindungseinrichtung (7, 9; 20, 21; 30, 32) einen Übertragungsflansch (7), der in den Rotor (4, 5) ragt, und eine Rückhaltemutter (9), die in dem Rotor auf den Übertragungsflansch (7) geschraubt ist und die Aufnahmeeinrichtung (1) axial abstützt, umfasst.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung zum Antrieb eines Kunststoffextruders mit einer drehbar gelagerten Aufnahmeeinrichtung zum Aufnehmen einer Extruderschnecke und einem Rotor einer elektrischen Maschine, der mittels einer Verbindungseinrichtung mit der Aufnahmeeinrichtung drehfest, abnehmbar verbunden ist, wobei der Rotor hohlzylindrisch ausgebildet ist und einen derart großen Innendurchmesser aufweist, dass die Aufnahmeeinrichtung einschließlich der Extruderschnecke vollständig durch den Rotor hindurchziehbar ist.
Die Erfindung betrifft ferner eine Kunststoffspritzmaschine mit einer derartigen Antriebsvorrichtung.
Bei Kunststoffspritzmaschinen nach dem Extruderprinzip besteht das Problem, dass beim Wechseln des Materials oder nach dem Erkalten der Maschine die Extruderschnecke aus der Maschine entfernt und gereinigt werden muss. Dies kann prinzipiell in zwei Richtungen geschehen. Zum einen kann die Extruderschnecke nach vorne, d. h. in Richtung vom Antrieb weg aus dem Extruder entnommen werden. Hierzu muss der Extruder jedoch auseinander gebaut werden. Da diese Art des Ausbaus sehr umständlich ist, wird sie auch kaum praktiziert. Zum anderen kann die Extruderschnecke nach hinten, d. h. in Richtung auf den Antrieb zu aus dem Extruder entnommen werden. Hierzu ist jedoch die Demontage des Antriebs notwendig.
Nach dem Stand der Technik wird eine Extruderschnecke von einem Elektromotor über ein Getriebe angetrieben. Zum Herausziehen der Extruderschnecke ist der Elektromotor von dem Getriebe zu trennen, so dass die Extruderschnecke durch das Getriebe herausgenommen werden kann. Die genannten Kunststoffspritzmaschinen weisen somit den Nachteil auf, dass stets we sentliche Teile der jeweiligen Maschine demontiert werden müssen, um die Extruderschnecke entnehmen zu können.
Die Druckschrift JP 2000108181 A beschreibt eine Kunststoffspritzgussmaschine mit einer Förderschnecke. Es ist eine spezielle Abdichtung des Antriebs vorgesehen, um übermäßigen Verschleiß zu verhindern. Zur Entnahme der Förderschnecke aus der Maschine ist der Antrieb zu zerlegen.
Weiterhin beschreibt die Druckschrift EP 1 182 027 A1 eine Antriebsvorrichtung zum Antrieb eines Kunststoffextruders mit einer drehbar gelagerten Aufnahmeeinrichtung zum Aufnehmen einer Extruderschnecke. Ferner besitzt die Antriebsvorrichtung einen Rotor, der mittels einer Verbindungseinrichtung mit der Aufnahmeeinrichtung drehfest, abnehmbar verbunden ist, wobei der Rotor hohlzylindrisch ausgebildet ist.
In dem Artikel „Ohne Getriebe”; in: PLASTVERARBEITER 2002, Vol. 9, Seiten 84, 85 ist eine Extruderantriebsvorrichtung mit einem Rotor und einer drehbar gelagerten, die Welle umgebenden Aufnahmevorrichtung offenbart. Die Extruderschnecke lässt sich mit der Aufnahmevorrichtung antriebsseitig durch den Rotor entnehmen.
Auch die nachveröffentlichte Druckschrift WO 2004/005005 A1 zeigt eine Extruderschnecke, die durch die Hohlwelle, also auch durch den Rotor der Motoreinrichtung, geschoben werden kann. Dabei stellt eine Hülse die Aufnahmeeinrichtung dar.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine Antriebsvorrichtung für einen Kunststoffextruder vorzuschlagen, bei dem die Entnahme der Extruderschnecke einfacher durchgeführt werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gemäß Anspruch 1 gelöst durch eine Antriebsvorrichtung zum Antrieb eines Kunststoffextruders mit einer drehbar gelagerten Aufnahmeeinrichtung zum Aufnehmen einer Extruderschnecke und einem Rotor einer elektrischen Maschine, der mittels einer Verbindungseinrichtung mit der Aufnahmeeinrichtung drehfest, abnehmbar verbunden ist, wobei der Rotor hohlzylindrisch ausgebildet ist und einen derart großen Innendurchmesser aufweist, dass die Aufnahmeeinrichtung einschließlich der Extruderschnecke durch den Rotor hindurchziehbar ist.
Durch den erfindungsgemäßen Hohlwellendirektantrieb mit ausreichend großer Durchführung besteht die Möglichkeit, die Extruderschnecke mit einfachen Handgriffen durch den Antrieb nach hinten zu entnehmen. Gegebenenfalls kann die Schnecke aber auch nach vorne herausgenommen werden.
Die Verbindungseinrichtung ist überwiegend im Rotor angeordnet. Speziell umfasst die Verbindungseinrichtung einen Übertragungsflansch, der in den Rotor ragt, und eine Rückhaltemutter, die in dem Rotor auf den Übertragungsflansch geschraubt ist und die Aufnahmeeinrichtung axial abstützt. Durch Abschrauben der Rückhaltemutter von der der Extruderschnecke abgewandten Seite durch die Hohlwelle des Rotors kann die Extruderschnecke entnommen werden.
Die Verbindungseinrichtung kann aber auch an der der Extruderschnecke zugewandten Seite des Rotors angeordnet sein. In diesem Fall kann die Verbindungseinrichtung beispielsweise einen oder mehrere herausnehmbare Mitnehmer aufweisen, die zur Drehmomentübertragung und axialen Fixierung in die Aufnahmeeinrichtung eingreifen. Zur Herausnahme der Extruderschnecke nach vorne oder nach hinten sind dann lediglich die Mitnehmer z. B. aus einem Rotorfortsatz herauszunehmen.
Die Verbindungseinrichtung kann alternativ auch an der der Extruderschnecke abgewandten Seite des Rotors angeordnet sein. In diesem Fall kann die Verbindungseinrichtung eine Scheibe umfassen, die mit der Aufnahmeeinrichtung insbesondere einteilig verbunden und an den Rotor abnehmbar montiert ist. Durch diese Scheibe kann die Aufnahmeeinrichtung flanschartig an den Rotor angeschraubt werden. Nach Abschrauben dieser Scheibe kann die Extruderschnecke nach hinten durch den Rotor gezogen werden.
Der Rotor und die Aufnahmeeinrichtung können in beiden axialen Richtungen speziell gelagert sein. Dies ist notwendig, wenn die Extruderschnecke auf die Aufnahmeeinrichtung sowohl Zug- als auch Druckkräfte ausübt. Für die axiale Lagerung zur Aufnahme von Druckkräften in Richtung von der Extruderschnecke zum Rotor kann ein separates Axiallager eingesetzt werden. Die Zugkräfte an die Aufnahmeeinrichtung sind in der Regel deutlich geringer als die Druckkräfte. Daher kann für die axiale Lagerung zur Aufnahme von Zugkräften in Richtung von dem Rotor zur Extruderschnecke auch ein Radiallager, das Axialkräfte aufnehmen kann, verwendet werden. Dadurch kann auf ein zweites Axiallager zur Aufnahme von Zugkräften verzichtet werden.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
1 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Direktantrieb;
2 eine Querschnittsskizze zu einer Variante der Verbindungseinrichtung zwischen Rotor und Aufnahmeeinrichtung; und
3 eine Querschnittsskizze zu einer weiteren Variante der Verbindungseinrichtung.
Die nachfolgend geschilderten Ausführungsformen stellen bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar.
In 1 ist der Kopf eines erfindungsgemäßen Direktantriebs im Querschnitt wiedergegeben. In eine Hülse 1, die als Aufnahmeeinrichtung dient, ist eine nicht dargestellte Extruderschnecke von der auf die Zeichnung bezogen linken Seite einsteckbar. Eine Verzahnung 2 dient zur Drehmomentübertragung. Die Extruderschnecke wird axial von einer Schulter 3 abgestützt.
Die Hülse 1 ragt axial in das Innere einer Hohlwelle 4, auf die die Rotorwicklung 5 der elektrischen Maschine aufgebracht ist. Radial über dem Rotor befindet sich der Stator 6 des Direktantriebs.
Ein Übertragungsflansch 7 ist an die zur Extruderschnecke weisende Stirnseite der Rotorhohlwelle 4 angeschraubt. Der in das Innere der Hohlwelle ragende Teil des Übertragungsflansches 7 besitzt ein Außengewinde 8. Auf dieses Außengewinde 8 ist eine Rückhaltemutter 9 aufgeschraubt, an der sich die Hülse 1 axial abstützt. Die Rückhaltemutter 9 besitzt im Zentrum eine Vierkantöffnung 10. Diese dient zum Abschrauben der Rückhaltemutter 9 von der der Extruderschnecke abgewandten Seite des Rotors.
An den Übertragungsflansch 7 ist in axialer Verlängerung in Richtung zur Extruderschnecke koaxial eine Zughülse 11 angeschraubt. Diese ist mit Hilfe eines Radiallagers 12 und eines Axiallagers 13 in drei koaxial aneinander montierten Lagerschildkomponenten 14, 15 und 16 gelagert. Die beiden Lager 12 und 13 sind axial hintereinander angeordnet. Das Axiallager 13 dient dazu, die Druckkräfte, die von der Extruderschnecke auf den Direktantrieb ausgeübt werden, aufzunehmen.
Die radiale Lagerung des Rotors erfolgt auf der der Extruderschnecke zugewandten Seite durch das Radiallager 12 und auf der anderen Seite des Rotors ebenfalls durch ein Radiallager (nicht dargestellt), dessen Durchmesser größer ist als der des Radiallagers 12. Der Grund für den Größenunterschied liegt darin, dass auf der Seite des Radiallagers 12 Radialkräfte auch teilweise durch das Axiallager 13 aufgenommen werden und das Radiallager 12 selbst daher kleiner dimensioniert werden kann. Beide Radiallager sind typischerweise als Rillenkugellager ausgebildet.
Wenn nun eine axiale Druckkraft D durch die Bewegung der Extruderschnecke entsteht, ergibt sich der in 1 mit Doppellinie dargestellte Kraftfluss. Er beginnt bei der Schulter 3 der Hülse 1 und geht über die Rückhaltemutter 9, den Übertragungsflansch 7, die Zughülse 4 und das Axiallager 13 zu den Lagerschildkomponenten 14, 15 und 16.
Bei Beginn des Betriebs des Extruders können auch Zugkräfte auf die Lagerung ausgeübt werden. Diese sind deutlich geringer als die Druckkräfte und werden wie oben geschildert von den Radiallagern aufgenommen. Hinsichtlich der Zugkräfte ergibt sich der mit gestrichelter Doppellinie in 1 angedeutete Kraftfluss Z. Dieser Zugkraftfluss Z beginnt in einer der Lagerschildkomponenten 14, 15 oder 16 und geht über das Radiallager 12, die Zughülse 4 und den Übertragungsflansch 7 zur Hülse 1, in der die Extruderschnecke steckt.
Die Extruderschnecke hat einen geringeren Durchmesser als die Hülse 1. Daher kann sie aus dem Extruder entnommen werden, indem die Hülse 1 durch die Rotorhohlwelle 4 entnommen wird. Hierzu wird die Rückhaltemutter 9, wie oben beschrieben, von dem Übertragungsflansch 7 abgeschraubt.
Eine alternative Befestigungsform der Hülse 1 in der Rotorhohlwelle 4 ist in 2 vereinfacht skizziert. In diesem Fall ist die Verbindungseinrichtung an der der Extruderschnecke zugewandten Stirnseite des Rotors angeordnet. Sie besteht im Wesentlichen aus Mitnehmern 20, die durch einen Rotorfortsatz 21 in Bohrungen 22 der Hülse 1 ragen. Über diese Mitnehmer wird das notwendige Drehmoment übertragen und die axiale Fixierung gewährleistet. Auch bei dieser Ausführungsform ist die Extruderschnecke leicht nach vorne und hinten herauszunehmen. Hierzu sind lediglich die Mitnehmerstifte 20 aus der Hülse 1 zu entnehmen.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ebenfalls vereinfacht skizziert in 3 dargestellt. Durch die Rotorhohlwelle 4 ragt die Hülse 1 vollständig hindurch. An dem der Extruderschnecke abgewandten Stirnseite der Rotorhohlwelle 4 ist eine Scheibe 30 angeordnet. Diese ist mit der Rotorhohlwelle 4 verschraubt. Die Hülse 1 ist durch einen Mehrkantdurchbruch 31, der das Drehmoment von der Rotorhohlwelle 4 auf die Hülse 1 überträgt, in die Scheibe 30 eingesteckt. Mit einer zweiten Scheibe 32 ist die Hülse 1 axial an der Scheibe 30 fixiert.
Zur Herausnahme der Extruderschnecke nach vorne ist lediglich die zweite Scheibe 32 von der Hülse 1 zu lösen. Für die Herausnehme der Extruderschnecke nach hinten ist die erste Scheibe 30 von der Rotorhohlwelle 4 abzumontieren. Falls die erste Scheibe 30 mit der Hülse 1 einteilig ausgeführt ist, kann die Extruderschnecke lediglich nach hinten aus dem Antrieb entnommen werden.
Dadurch, dass bei sämtlichen Ausführungsformen die Extruderschnecke ohne weitere Komponenten zumindest nach hinten aus dem Extruder herausgenommen werden kann, ohne dass der Extruder demontiert werden muss, ist ein direkt angetriebener Extruder mit verbesserter Handhabbarkeit geschaffen. Eine Rotorhohlwelle kann aber auch bei Antrieben vorgesehen sein, die die Extruderschnecke indirekt über ein Getriebe antreiben. Auch hier kann dann das Entnehmen der Extruderschnecke nach hinten erfolgen, ohne dass der Motor vom Getriebe abgenommen wird.

Claims

Antriebsvorrichtung zum Antrieb eines Kunststoffextruders mit – einer drehbar gelagerten Aufnahmeeinrichtung (1) zum Aufnehmen einer Extruderschnecke und – einem Rotor (4, 5) einer elektrischen Maschine, der mittels einer Verbindungseinrichtung (7, 9; 20, 21; 30, 32) mit der Aufnahmeeinrichtung (1) drehfest, abnehmbar verbunden ist, – der Rotor (4, 5) hohlzylindrisch ausgebildet ist und einen derart großen Innendurchmesser aufweist, dass die Aufnahmeeinrichtung (1) einschließlich der Extruderschnecke vollständig durch den Rotor (4, 5) hindurchziehbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass – die Verbindungseinrichtung (7, 9; 20, 21; 30, 32) überwiegend im Rotor (4, 5) angeordnet ist und – die Verbindungseinrichtung (7, 9; 20, 21; 30, 32) einen Übertragungsflansch (7), der in den Rotor (4, 5) ragt, und eine Rückhaltemutter (9), die in dem Rotor auf den Übertragungsflansch (7) geschraubt ist und die Aufnahmeeinrichtung (1) axial abstützt, umfasst.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Verbindungseinrichtung (7, 9; 20, 21; 30, 32) an der der Extruderschnecke zugewandten Seite des Rotors angeordnet ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Verbindungseinrichtung (7, 9; 20, 21; 30, 32) einen oder mehrere herausnehmbare Mitnehmer (20) umfasst, die zur Drehmomentübertragung und axialen Fixierung in die Aufnahmeeinrichtung (1) eingreifen.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Verbindungseinrichtung (7, 9; 20, 21; 30, 32) an der der Extruderschnecke abgewandten Seite des Rotors (4, 5) angeordnet ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Verbindungseinrichtung (7, 9; 20, 21; 30, 32) eine Scheibe (30) umfasst, die mit der Aufnahmeeinrichtung (1) insbesondere einteilig verbunden und an den Rotor (4, 5) abnehmbar montiert ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Rotor (4, 5) und die Aufnahmeeinrichtung (1) in beiden axialen Richtungen axial gelagert sind.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die axiale Lagerung zur Aufnahme von Druckkräften in Richtung von der Extruderschnecke zum Rotor (4, 5) durch ein separates Axiallager (13) erfolgt.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die axiale Lagerung zur Aufnahme von Zugkräften in Richtung von dem Rotor (4, 5) zur Extruderschnecke durch ein Radiallager (12), das auch Axialkräfte aufnehmen kann, erfolgt.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verbindungseinrichtung (7, 9; 20, 21; 30, 32) zwischen dem Rotor (4, 5) und der Aufnahmeeinrichtung (1) ein Getriebe umfasst.
Kunststoffspritzmaschine mit einer Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.