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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Knetextruder.
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In einem Doppelschnecken-Knetextruder wird im Allgemeinen ein Verbundharzmaterial wie ein Kunststoffverbund durch das Zuführen von makromolekularen Harzpellets, die ein Grundmaterial bestimmen, und einem pulverförmigen Zusatz in einen Zylinder und Befördern der Pellets und des Zusatzes stromabwärts, während diese mittels einem Paar von durch den Zylinder durchgeführten Knetschnecken geknetet werden, hergestellt. Diese Art von Doppelschnecken-Knetextruder verwendet einen Mechanismus, in dem eine Bewegungsleistung eines Antriebsmotors durch ein Getriebe in zwei Teile aufgeteilt wird, und die aufgeteilten Teile der Bewegungsleistung zu den einzelnen Knetschnecken übertragen werden.
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Ein auf die Knetschnecken ausgeübter Drehwiderstand ist nicht konstant, wenn die Knetschnecken gedreht werden. Da dieser Drehwiderstand mit der Art des gekneteten Materials, der Anzahl der Schneckenflügel, die an jeder Knetschnecke ausgebildet sind, und deren Drehzahl variiert, treten wegen Änderungen des Drehwiderstands Lastschwankungen in den Knetschnecken auf.
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Die Frequenz dieser Art von Lastschwankungen korreliert mit der Drehzahl der Knetschnecken. Somit ist die Frequenz der Lastschwankungen umso höher, je höher die Drehzahl der Knetschnecken ist. Insbesondere wird oft ein Doppelschnecken-Knetextruder betrieben, da in vergangenen Jahren ein hoher Bedarf zum Verbessern der Produktivität bestanden hat, während z.B. die Knetschnecken mit einer hohen Drehzahl drehen oder die Drehzahl der Knetschnecken unter Verwendung einer Wandlersteuerungstechnik variiert wird. Daher kann eine Resonanz auftreten, die ein erhöhtes Risiko eines Bruchs der Knetschneckenwellen oder des Getriebes bewirkt, falls es vorkommt, dass die Lastfrequenz mit der Eigenfrequenz der Torsionsbewegung eines Drehwellensystems zusammenfällt, das aus den Schnecken des Doppelschnecken-Knetextruders und einer Welle des Getriebes besteht.
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Ein allgemein verwendetes Mittel zum Vermeiden des Auftretens dieser Art von Resonanz ist es, die Eigenfrequenz zu variieren. Zum Beispiel schlägt die Druckschrift JP H11- 138 528 A ein derartiges Mittel vor, dass eine Torsionsstange oder ein Kopplungsmechanismus an einer Antriebschwelle eines Antriebsmotors angeordnet ist, und die Eigenfrequenz des Drehwellensystems eines Doppelschnecken-Knetextruders durch das Regulieren der Steifigkeit eines Abschnitts variiert wird, durch den eine Antriebskraft von dem Antriebsmotor zu der Seite der Knetschnecken übertragen wird.
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Aus der nachveröffentlichten Druckschrift
JP 2009 -
196 302 A ist ein Knetextruder mit folgenden Elementen bekannt: einem Antriebsmotor; einer Knetschnecke zum Kneten eines Materials, die eine Welle aufweist; einem Bewegungsleistungsübertragungspfad mit einem ersten Drehzahlregler zum Variieren einer durch eine Bewegungsleistungsabgabe von dem Antriebsmotor erzeugten Drehzahl. Der Bewegungsleistungsübertragungspfad dient dazu, die Bewegungsleistung, die eine Drehzahl erzeugt, die durch den ersten Drehzahlregler variiert wird, zu der Welle der Knetschnecke zu übertragen. Ein zweiter Drehzahlregler, der zwischen dem Antriebsmotor und dem ersten Drehzahlregler in dem Bewegungsleistungsübertragungspfad angeordnet ist, weist für die Eingangsdrehbewegung ein größeres Trägheitsmoment als der erste Drehzahlregler auf. Eine Einrichtung (
1, Pos. 4) zum Unterdrücken einer Resonanz, die zwischen dem ersten Drehzahlregler und dem zweiten Drehzahlregler angeordnet ist, ist ausgelegt, eine Torsionsresonanz der Knetschnecke zu unterdrücken, die durch Lastschwankungen verursacht wird, die auf die Knetschnecke ausgeübt werden. Die Einrichtung zum Unterdrücken einer Resonanz dient dazu, einen Resonanzerwiderungsfaktor zu reduzieren, der das Verhältnis einer durch eine Resonanzerwiderung verstärkten Abgabeamplitude der Knetschnecke zu einer durch die Lastschwankungen verursachten Eingangsamplitude der Knetschnecke ist, um die Torsionsresonanz zu unterdrücken.
Die Druckschriften
DE 38 81 243 T2 ,
DE 10 2005 020 961 A1 und
DE 32 37 257 A1 offenbaren ebenfalls gattungsgemäße Knetextruder.
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Jedoch arbeiten wandlergetriebene Doppelschnecken-Knetextruder der Art mit variabler Drehzahl, die in zurückliegenden Jahren ansteigend benutzt werden, nicht mit einer konstanten Knetschneckendrehzahl. Daher besteht sogar, falls die Eigenfrequenz des Doppelschnecken-Knetextruders variiert wird, abhängig von Betriebsbedingungen immer noch ein großes Risiko des Auftretens von Resonanz, und es war noch nicht möglich, das Auftreten der Resonanz auf eine zuverlässige Weise zu verhindern.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Knetextruder bereitzustellen, der die zuvor erwähnten Probleme überwindet, und der es möglich macht, ein Brechen aufgrund einer Resonanz unabhängig von dem Wert der Knetschneckendrehzahl zu verhindern.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen Knetextruder nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden gemäß Anspruch 2 ausgeführt.
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Gemäß der Erfindung umfasst ein Knetextruder einen Antriebsmotor, eine Knetschnecke zum Kneten eines Materials, und die Knetschnecke weist einen Schaft, einen Bewegungsleistungsübertragungspfad mit einem ersten Getriebe zum Variieren einer Drehzahl, die durch die Bewegungsleistungsabgabe von dem Antriebsmotor erzeugt wird, und der Bewegungsleistungsübertragungspfad dient zum Übertragen der Bewegungsleistung, die eine Drehzahl erzeugt, die durch das erste Getriebe variiert wird, zu der Welle der Knetschnecke, und eine Einrichtung zum Unterdrücken einer Resonanz, um Torsionsresonanzen der Knetschnecke zu unterdrücken, die durch Lastschwankungen verursacht werden, die auf die Knetschnecke ausgeübt werden, und die Einrichtung zum Unterdrücken der Resonanz dient zum Reduzieren eines Resonanzerwiderungsfaktors, der das Verhältnis einer Abtriebsamplitude (Abgabeamplitude) der Knetschnecke, die durch die Resonanzerwiderung verstärkt wird, zu einer Eingangsamplitude der Knetschnecke, die durch die Lastschwankungen zum Unterdrücken des Drehwiderstands verursacht wird, ist.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Querschnittsansicht eines Doppelschnecken-Knetextruders gemäß einer ersten Ausführungsform von vorne;
- 2 ist eine Querschnittsansicht eines anderen Doppelschnecken-Knetextruders gemäß einem nicht unter den Bereich der Erfindung fallenden Vergleichsbeispiels von vorne, dessen Einrichtung zum Unterdrücken einer Resonanz an einer zu dem Doppelschnecken-Knetextruder der 1 unterschiedlichen Montageposition angeordnet ist;
- 3 ist eine Querschnittsansicht noch eines anderen Doppelschnecken-Knetextruders gemäß einem nicht unter den Bereich der Erfindung fallenden Vergleichsbeispiels von vorne, dessen Einrichtung zum Unterdrücken einer Resonanz an einer zu der Doppelschnecken-Knetextruder der 1 unterschiedlichen Montageposition angeordnet ist;
- 4 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Einrichtung zum Unterdrücken einer Resonanz, die an der ersten Ausführungsform anwendbar ist;
- 5 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht einer anderen Einrichtung zum Unterdrücken einer Resonanz, die an der ersten Ausführungsform anwendbar ist;
- 6 ist eine Querschnittsansicht eines Bewegungsleistungserzeugungs-/Übertragungsmechanismus von vorne gemäß einer zweiten Ausführungsform;
- 7 ist eine Seitenansicht eines Phasenunterschiedsdämpfers;
- 8 ist eine perspektivische Ansicht des Phasenunterschiedsdämpfers;
- 9 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Einrichtung zum Unterdrücken einer Resonanz, der an der zweiten Ausführungsform anwendbar ist;
- 10 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht einer anderen Einrichtung zum Unterdrücken einer Resonanz, der an der zweiten Ausführungsform anwendbar ist;
- 11 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht noch einer anderen Einrichtung zum Unterdrücken einer Resonanz, der an der zweiten Ausführungsform anwendbar ist; und
- 12 ist eine Querschnittsansicht eines Bewegungsleistungserzeugungs-/Übertragungsmechanismus von vorne, der verwendet wird, wenn Drehrichtungen eines Schneckenwellenpaars sich voneinander unterscheiden.
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Beste Arten zum Ausführen der Erfindung
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Ausführungsform
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Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
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Wie aus 1 schematisch ersichtlich ist, ist ein Doppelschnecken-Knetextruder 2 der ersten Ausführungsform von einer zusammen drehenden und kämmenden Art. Der Doppelschnecken-Knetextruder 2 umfasst einen Zylinder 24, der innen eine Höhlung aufweist, ein Paar Knetschnecken 3, die innerhalb des Zylinders 24 eingepasst sind und einen Bewegungsleistungserzeugungs/Übertragungsmechanismus 1 zum Antreiben der Knetschnecken 3, damit sie drehen.
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In der folgenden Abhandlung wird eine linke Seite, die aus 1 ersichtlich ist, als stromabwärts liegende Seite des Doppelschnecken-Knetextruders 2 bezeichnet, und eine rechte Seite, die aus 1 ersichtlich ist, wird als stromaufwärts liegende Seite davon bezeichnet. Ebenfalls wird eine Richtung von links nach rechts, die aus 1 ersichtlich ist, als axiale Richtung des Doppelschnecken-Knetextruders 2 bezeichnet.
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Der Doppelschnecken-Knetextruder 2 ist derart ausgelegt, dass eine Drehantriebskraft (Bewegungsleistung), die durch den Bewegungsleistungserzeugungs-/Übertragungsmechanismus 1 erzeugt wird, zu der stromabwärts liegenden Seite übertragen wird, um das Paar Knetschnecken 3 zum Kneten eines Rohmaterials in dem Zylinder 24 zu drehen. Von diesem Paar Knetschnecken 3 weist eine Knetschnecke 3 eine erste Schneckenwelle 12 auf, während die andere Knetschnecke 3 eine zweite Schneckenwelle 16 aufweist.
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Der Bewegungsleistungserzeugungs-/Übertragungsmechanismus 1 hat einen Antriebsmotor 4 zum Erzeugen der Bewegungsleistung, ein zweites Getriebe 5 zum Erhöhen oder Reduzieren der Drehzahl des Antriebsmotors 4, und ein erstes Getriebe 6, um die Bewegungsleistung, die eine Drehzahl erzeugt, die durch das zweite Getriebe 5 geregelt wird, in zwei Teile zu unterteilen, und die unterteilten Teile der Bewegungsleistung zu den einzelnen Knetschnecken 3 überträgt.
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Entsprechend weist der Bewegungsleistungserzeugungs-/Übertragungsmechanismus 1 einen Bewegungsleistungsübertragungspfad auf, der eine Antriebswelle 7, das zweite Getriebe 5 und das erste Getriebe 6 hat. Die durch den Antriebsmotor 4 erzeugte Bewegungsleistung wird durch die Antriebswelle 7 in das zweite Getriebe 5 eingeführt, die Bewegungsleistung, die die Drehzahl erzeugt, die durch das zweite Getriebe 5 reguliert wird, wird durch eine Abtriebswelle 9 des zweiten Getriebes 5 in das erste Getriebe 6 eingeführt, die Bewegungsleistung wird durch das erste Getriebe 6 in zwei Teile unterteilt, und ein unterteilter Teil der Bewegungsleistung wird zu der ersten Schneckenwelle 12 übertragen, während ein anderer unterteilter Teil der Bewegungsleistung zu der zweiten Schneckenwelle 16 übertragen wird.
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Der Antriebsmotor 4 ist ein einen Hochdruck erzeugender Motor, der in der Lage ist, die Bewegungsleistung zu erzeugen, die hoch genug ist, um die Knetschnecken 3 zu drehen. Die durch den Antriebsmotor 4 erzeugte Bewegungsleistung wird durch die Antriebswelle 7 zu dem zweiten Getriebe 5 übertragen.
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Zwischen dem Antriebsmotor 4 und dem ersten Getriebe 6 bereitgestellt weist das zweite Getriebe 5 einen Mechanismus zum Variieren der Drehzahl der Antriebswelle 7 und zum Übertragen von deren Drehbewegungen zu der Abtriebswelle 9 auf. Deswegen wird das Moment der Antriebswelle 7, das durch die Drehzahlregelung durch das zweite Getriebe 5 erhöht wird, durch die Abtriebswelle 9 zu dem ersten Getriebe 6 abgegeben.
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Ein erstes Zahnrad 8 und ein zweites Zahnrad 10, die das zweite Getriebe 5 bestimmen, sind von größerem Gewicht, Dicke und Radius als ein drittes Zahnrad 11, ein viertes Zahnrad 14, ein fünftes Zahnrad 15 und ein sechstes Zahnrad 17 des ersten Getriebes 6, das später beschrieben werden wird. Aus diesem Grund weist das zweite Getriebe 5 ein größeres Drehzahlmoment für das Einführen der Drehbewegung auf als das erste Getriebe 6.
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Das erste Getriebe 6 hat das dritte Zahnrad 11, eine schwimmende Welle 13, das vierte Zahnrad 14, das fünfte Zahnrad 15 und das sechste Zahnrad 17. In diesem ersten Getriebe 6 wird das durch die Abtriebswelle 9 eingeführte Moment durch das dritte Zahnrad 11 in zwei Teile unterteilt, und ein unterteilter Teil des Moments wird durch das vierte Zahnrad 14, die schwimmende Welle 13, das fünfte Zahnrad 15 und das sechste Zahnrad 17 zu der zweiten Schneckenwelle 16 abgegeben, während der verbleibende Teil des Moments zu der ersten Schneckenwelle 12 abgegeben wird. Das erste Getriebe 6 überträgt das Moment aufgrund des Variierens der Drehzahl des Moments (Bewegungsleistung), das von der Abtriebswelle 9 eingeführt wird, zu der zweiten Schneckenwelle 16.
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Der Bewegungsleistungserzeugungs-/Übertragungsmechanismus 1 dieser Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass er einen Einrichtung 18 zum Unterdrücken einer Resonanz aufweist, der in dem Bewegungsleistungsübertragungspfad angeordnet ist, um eine Resonanz zu unterdrücken, die wegen der Lastschwankungen auftreten kann, die auf jede Knetschnecke 3 ausgeübt wird, indem ein Resonanzerwiderungsfaktor einer Torsionsschwingung betreffend die Lastschwankungen reduziert wird.
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Die Lastschwankungen treten auf, wenn jede Knetschnecke 3 dreht, an der ein Gang in einem vorbestimmten Winkel ausgebildet ist, um das Rohmaterial zu kneten, da die auf jede Knetschnecke 3 ausgeübte Last mit Änderungen der Drehphase des Gangs variiert. Die Lastschwankungen werden in Form von Variationen des Moments gemessen.
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Wenn die Frequenz der Variationen des Moments (Lastschwankungen) sich der Eigenfrequenz der Torsionsbewegung eines Drehwellensystems des Doppelschnecken-Knetextruders 2, das aus den Knetschnecken 3 und den Getriebewellen (der Abtriebswelle 9 und der schwimmenden Welle 13) ausgebildet ist, annähert, gerät der Doppelschnecken-Knetextruder 2 in einen Zustand nahe einem Resonanzzustand. Wenn der Doppelschnecken-Knetextruder 2 in den Zustand nahe einem Resonanzzustand gerät, vibriert der Doppelschnecken-Knetextruder 2 auf eine solche Weise (Art), dass die stromaufwärts liegende Seite, an der der Antriebsmotor 4 und das erste Getriebe 6 ein großes Trägheitsmoment aufweisen, soweit nicht vibrieren, während die Knetschnecken 3 an der stromabwärts liegenden Seite beeinträchtigend vibrieren.
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Somit ist in dieser Ausführungsform die Einrichtung 18 zum Unterdrücken einer Resonanz in dem Bewegungsleistungsübertragungspfad zwischen dem ersten Getriebe 6 und dem zweiten Getriebe 5 angeordnet, und der Resonanzerwiderungsfaktor der Knetschnecken 3 wird durch das Verringern der Vibrationen mittels der Einrichtung 18 zum Unterdrücken einer Resonanz reduziert.
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Der Resonanzerwiderungsfaktor ist das Verhältnis der Amplitude der Vibration (Abtriebsamplitude) von jeder Knetschnecke 3 zu der Lastschwankung (Eingangsamplitude) von jeder Knetschnecke 3 während der Resonanz. Mit anderen Worten ausgedrückt ist die Resonanzerwiderung das Verhältnis der Abtriebsamplitude von jeder Knetschnecke 3, die durch die Resonanzerwiderung verstärkt ist, zu der Eingangsamplitude von jeder Knetschnecke 3, die durch die auf jede Knetschnecke 3 ausgeübte Lastschwankung verursacht wird. Die Eingangsamplitude wird als Amplitude der Variationen des Moments gemessen, die wegen der Lastschwankungen an jeder Knetschnecke 3 auftreten, und die Abtriebsamplitude ist die Amplitude der Vibration von jeder Knetschnecke 3 während der Resonanz.
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Es ist möglich, die zuvor erwähnte Einrichtung 18 zum Unterdrücken einer Resonanz in beliebigen verschiedenen Positionen in dem Bewegungsleistungsübertragungspfad anzuordnen.
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Die Einrichtung 18 zum Unterdrücken einer Resonanz kann z.B. stromabwärts des Antriebsmotors 4 in dem Bewegungsleistungsübertragungspfad angeordnet sein, wie aus 1 ersichtlich ist. Der Antriebsmotor 4 weist eine größere Masse (Trägheitsmoment) auf als andere Teile in dem Bewegungsleistungsübertragungspfad, und er ist ausgelegt, als ein festes Ende zu wirken, wenn er vibriert. Somit ist es bevorzugt, dass die Einrichtung 18 zum Unterdrücken einer Resonanz stromabwärts des Antriebsmotors 4 in dem Bewegungsleistungsübertragungspfad angeordnet ist, in dem es wahrscheinlich ist, dass Vibrationen auftreten.
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In einem Fall, in dem das zweite Getriebe 5, das in dem Bewegungsleistungsübertragungspfad angeordnet ist, ein großes Trägheitsmoment aufweist wie der Antriebsmotor 4, kann die Einrichtung 18 zum Unterdrücken einer Resonanz zwischen dem Antriebsmotor 4 und dem zweiten Getriebe 5 in dem Bewegungsleistungsübertragungspfad angeordnet sein, wie aus 2 ersichtlich ist.
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Falls das zweite Getriebe nicht in dem Bewegungsleistungserzeugungs-/Übertragungsmechanismus 1 angeordnet ist, und die Bewegungsleistung des Antriebsmotors 4 direkt in das ersten Getriebe 6 eingebracht wird, kann die Einrichtung 18 zum Unterdrücken einer Resonanz in dem Bewegungsleistungsübertragungspfad ebenfalls zwischen dem Antriebsmotor 4 und dem ersten Getriebe 6 angeordnet sein, wie aus 3 ersichtlich ist.
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Die in der 2 und 3 dargestellten Knetextruder sind Vergleichsbeispiele und fallen nicht unter den Bereich der Erfindung.
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Darüber hinaus hat der Bewegungsleistungsübertragungspfad eine Eingangswelle, durch die die Bewegungsleistung in die Einrichtung 18 zum Unterdrücken einer Resonanz eingeführt wird, und eine Abtriebswelle, durch die die Bewegungsleistung von der Einrichtung 18 zum Unterdrücken einer Resonanz abgegeben wird, und die Einrichtung 18 zum Unterdrücken einer Resonanz ist ausgelegt, die Eingangswelle und die Abtriebswelle durch ein viskoelastisches Medium oder ein viskoses Medium miteinander zu koppeln. Eine reifenartige Kopplung 19, die aus 4 ersichtlich ist, oder eine Hydraulikkopplung 23, die aus 5 ersichtlich ist, sind als diese Art von Einrichtung 18 zum Unterdrücken einer Resonanz verwendbar.
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Wie aus 4 ersichtlich ist, hat die reifenartige Kopplung 19 ein erstes Kopplungselement 20, das an der Eingangswelle angeordnet ist, die der Abtriebswelle 9 des zweiten Getriebes 5 entspricht, ein zweites Kopplungselement 21, das an einer Abtriebswelle 9a angeordnet ist, die eine Abtriebswelle der Einrichtung zum Unterdrücken einer Resonanz ist, und ein viskoelastisches Element 22, das zwischen dem ersten Kopplungselement 20 und dem zweiten Kopplungselement 21 eingefügt ist.
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Wie aus 5 ersichtlich ist, hat die hydraulische Kopplung 23 ein erstes Kopplungselement 20, das an der Eingangswelle angeordnet ist, die der Abtriebswelle 9 des zweiten Getriebes 5 entspricht, ein zweites Kopplungselement 21, das an der Abtriebswelle 9a angeordnet ist, die eine Abtriebswelle der Einrichtung zum Unterdrücken einer Resonanz ist, ein Dichtteil 26, das zwischen dem ersten Kopplungselement 20 und dem zweiten Kopplungselement 21 zum Abdichten eines äußeren Umfangsteils eines Raums zwischen den zwei Kopplungselementen 20, 21 dient, ein viskoses Fluid 27, das in dem Raum zwischen den zwei Kopplungselementen 20, 21 durch das Dichtteil 26 gedichtet ist, und eine Torsionsstange 28, die das erste Kopplungselement 20 und das zweite Kopplungselement 21 mit einer Fähigkeit, die Bewegungsleistung zwischen den zwei Kopplungselementen 20, 21 zu übertragen, koppeln (flexibel fügen) kann.
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Entweder in der reifenartigen Kopplung 19 oder der hydraulischen Kopplung 23 sind das erste Kopplungselement 20 und das zweite Kopplungselement 21 mit einem festen Abstand dazwischen zueinander gerichtet angeordnet, und die beiden Kopplungselemente 20, 21 durch das viskoelastische Element 22 oder das viskose Fluid 27 gekoppelt. Entsprechend tritt sogar, falls das zuvor erwähnte Drehwellensystem wegen Lastschwankungsmomenten, die auf jede Schnecke ausgeübt werden, Torsionsresonanzen erzeugt, in dem viskoelastischen Element 22 oder in dem viskosen Fluid 27 eine elastische Verformung oder eine Wärmeerzeugung auf, wodurch eine Vibrationsenergie in eine Wärmeenergie umgewandelt wird und eine Vibration gedämpft wird. Als Folge können sowohl die reifenartige Kopplung 19 wie auch die hydraulische Kopplung 23 den Resonanzerwiderungsfaktor reduzieren.
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Zweite Ausführungsform
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Als nächstes wird ein Doppelschnecken-Knetextruder 2 beschrieben, der mit einem Bewegungsleistungserzeugungs-/Übertragungsmechanismus 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform bereitgestellt ist.
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Wie aus 6 bis 11 ersichtlich ist, unterscheidet sich der Doppelschnecken-Knetextruder 2 der zweiten Ausführungsform von dem der ersten Ausführungsform in der Anordnung des Bewegungsleistungserzeugungs-/Übertragungsmechanismus 1. Der Bewegungsleistungserzeugungs-/Übertragungsmechanismus 1 der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von dem der ersten Ausführungsform darin, dass ein Paar Schneckenwellen 12, 16 mit einer Einrichtung 18 zum Unterdrücken einer Resonanz bereitgestellt ist, die sich von der der ersten Ausführungsform unterscheidet. Es ist anzumerken, dass die Anordnung und die Betriebs- und Arbeitseffekte des Bewegungsleistungserzeugungs-/Übertragungsmechanismus 1 der zweiten Ausführungsform ansonsten gleich wie die der ersten Ausführungsform sind.
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Die in dem Bewegungsleistungserzeugungs-/Übertragungsmechanismus 1 bereitgestellte Einrichtung 18 zum Unterdrücken einer Resonanz der zweiten Ausführungsform ist aus einem Phasenunterschiedsdämpfer 29 zum Reduzieren eines Phasenunterschieds von Lastschwankungen (Variationen des Moments) zwischen der ersten Schneckenwelle 12 und der zweiten Schneckenwelle 16 aufgebaut. Wie aus 7 und 8 ersichtlich ist, hat der Phasenunterschiedsdämpfer 29 ein erstes synchronisierendes Rad 30, das synchron mit der ersten Schneckenwelle 12 dreht, ein zweites synchronisierendes Rad 31, das zu dem ersten synchronisierenden Rad 30 gerichtet angeordnet ist und in Synchronisation mit der zweiten Schneckenwelle 16 dreht, und ein viskoelastisches Element 34, das zwischen den zwei synchronisierenden Rädern 30, 31 platziert ist. Das erste synchronisierende Rad 30 ist mit einem ersten Übertragungsrad 32 in Kämmeingriff, das an der ersten Schneckenwelle 12 montiert ist, und das zweite synchronisierende Rad 31 ist mit einem zweiten Übertragungsrad 33 in Kämmeingriff, das an der zweiten Schneckenwelle 16 montiert ist.
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Das erste Übertragungsrad 32 und das zweite Übertragungsrad 33 sind um einen bestimmten Abstand in einer Richtung der Wellenachse versetzt. Deswegen sind das erste synchronisierende Rad 30, das mit dem ersten Übertragungsrad 32 kämmt, und das zweite synchronisierende Rad 31, das mit dem zweiten Übertragungsrad 33 kämmt, ebenfalls um einen vorbestimmten Abstand voneinander in der axialen Richtung versetzt. Sowohl das erste Übertragungsrad 32 wie auch das zweite Übertragungsrad 33 weisen eine Vielzahl Zähne auf, die an einem äußeren Umfang ausgebildet sind, und diese zwei Übertragungsräder 32, 33 weisen dieselbe Anzahl von Zähnen, dieselbe Teilung von Zahn zu Zahn und denselben Außendurchmesser auf, der durch die Zähne der zwei Übertragungsräder 32, 33 definiert ist. Sowohl das erste synchronisierende Rad 30 wie auch das zweite synchronisierende Rad 31 weisen ebenfalls eine Vielzahl Zähne auf, die an einem äußeren Umfang ausgebildet sind, und diese zwei synchronisierenden Räder 30, 31 weisen dieselbe Anzahl von Zähnen, dieselbe Teilung von Zahn zu Zahn und denselben Außendurchmesser auf, der durch die Zähne der zwei synchronisierenden Räder 30, 31 definiert ist.
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Wie aus 9 ersichtlich ist, ist das viskoelastische Element 34, das in dem Phasenunterschiedsdämpfer 29 verwendet wird, durch ein elastisches Material wie z.B. Gummi ausgebildet, und fügt das erste Synchronisierendes Rad 30 und das zweite Synchronisierendes Rad 31 elastisch aneinander.
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Wenn die erste Schneckenwelle 12 und die zweite Schneckenwelle 16 mit der gleichen Drehzahl unter Bedingungen drehen, wo keine Torsionsvibrationen vorhanden sind, drehen das erste Übertragungsrad 32 und das zweite Übertragungsrad 33 ebenfalls mit derselben Drehzahl. In diesem Fall drehen das erste Synchronisierendes Rad 30, das mit dem ersten Übertragungsrad 32 kämmt, und das zweite Synchronisierendes Rad 31, das mit dem zweiten Übertragungsrad 33 kämmt, in dem Phasenunterschiedsdämpfer 29 mit derselben Drehzahl.
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Falls andererseits zu unterschiedlichen Zeiten schwankende Momente in die erste Schneckenwelle 12 und die zweite Schneckenwelle 16 eingeführt werden, wenn die erste Schneckenwelle 12 und die zweite Schneckenwelle 16 in der gleichen Richtung drehen, wie aus 8 ersichtlich ist, dreht das erste Synchronisierendes Rad 30 mit einer Drehzahl ω1, während das zweite Synchronisierendes Rad 31 z.B. wegen Torsionsvibrationen mit einer Drehzahl ω2 dreht, und verursachen dabei einen Unterschied in der Momentvariationszeit zwischen dem ersten Synchronisierendes Rad 30 und dem zweiten Synchronisierendes Rad 31. Es folgt, dass ein Unterschied der Drehzahl zwischen der ersten Schneckenwelle 12 und der zweiten Schneckenwelle 16 auftritt, und als Ergebnis ein Unterschied in der Drehzahl zwischen dem ersten synchronisierenden Rad 30 und dem zweiten synchronisierenden Rad 31 auftritt. In dieser Ausführungsform entsteht in dem viskoelastischen Element 34 dort eine elastische Kraft oder Wiederherstellungskraft in einer Richtung, in der die Drehzahl des ersten Synchronisierendes Rads 30 und die Drehzahl des zweiten Synchronisierendes Rads 31 zueinander gepasst wären, nämlich, in einer Richtung, in der der Unterschied der Drehzahl zwischen dem ersten Synchronisierendes Rad 30 und dem zweiten Synchronisierendes Rad 31 ausgeglichen wird. Als Folge wird der Unterschied der Drehzahl zwischen der ersten Schneckenwelle 12 und der zweiten Schneckenwelle 16 ausgeglichen, und der Resonanzerwiderungsfaktor der Knetschnecken 3 wird reduziert.
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Im Übrigen kann in dem Phasenunterschiedsdämpfer 29 anstelle des viskoelastischen Elements 34 ein viskoses Teil verwendet werden, das aus einem viskosen Material hergestellt ist. Falls in diesem Fall ein Unterschied der Drehzahl zwischen den zwei Schneckenwellen 12, 16 auftritt, der einen Unterschied in der Drehzahl zwischen den zwei Synchronisierenden Rädern 30, 31 erzeugt, übt das viskose Teil eine Viskositätskraft oder Dämpfkraft auf die zwei synchronisierenden Räder 30, 31 in einer Richtung aus, in der der Unterschied der Drehzahl zwischen den zwei synchronisierenden Rädern 30, 31 reduziert wird. Als Folge wird der Unterschied der Drehzahl zwischen den zwei Schneckenwellen 12, 16 reduziert und der Resonanzerwiderungsfaktor der Knetschnecken 3 wird reduziert.
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Neben einer in 9 dargestellten Anordnung kann der Phasenunterschiedsdämpfer 29 ausgelegt sein, wie z.B. aus 10 oder 11 ersichtlich ist.
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Insbesondere kann zwischen dem ersten synchronisierenden Rad 30 und dem zweiten synchronisierenden Rad 31 ein Dichtteil 35 angeordnet sein, um ein äußeres Umfangsteil eines Raums zwischen den zwei synchronisierenden Rädern 30, 31 abzudichten, wie auch ein viskoelastisches Fluid 36, das in dem Raum zwischen den zwei synchronisierenden Rädern 30, 31 über das Dichtteil 35 abgedichtet ist, wie aus 10 ersichtlich ist, so dass das viskoelastische Fluid 36 eine Dämpfkraft erzeugt, die zwischen dem ersten synchronisierenden Rad 30 und dem zweiten synchronisierenden Rad 31 wirkt, um einen Unterschied in der Drehzahl zwischen den synchronisierenden Rädern 30, 31 zu reduzieren.
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Ebenfalls kann ein zylindrisches Teil 37 an einer Oberfläche des zweiten synchronisierenden Rads 31, die zu dem ersten synchronisierenden Rad 30 gerichtet ist, angeordnet sein, ein anderes zylindrisches Teil 37, das lose in das erste zylindrische Teil 37 an einer Oberfläche des ersten synchronisierenden Rads 30 einzupassen ist, die zu dem zweiten synchronisierenden Rad 31 gerichtet ist, und außerdem ein viskoelastisches Element 34 zwischen dem Paar innerer und äußerer zylindrischer Teilen 37, wie aus 11 ersichtlich ist, so dass das viskoelastische Element 34 eine Dämpfkraft erzeugt, die zwischen dem ersten synchronisierenden Rad 30 und dem zweiten synchronisierenden Rad 31 wirkt, um einen Unterschied in der Drehzahl zwischen den synchronisierenden Rädern 30, 31 zu reduzieren.
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Darüber hinaus kann der Bewegungsleistungserzeugungs-/Übertragungsmechanismus 1 der zweiten Ausführungsform ebenfalls in einem Fall verwendet werden, in dem die erste Schneckenwelle 12 und die zweite Schneckenwelle 16 sich in gegenüberliegenden Richtungen drehen, wie aus 12 ersichtlich ist.
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Insbesondere kann dort ein drittes Übertragungsrad 38 zwischen dem zweiten Übertragungsrad 33 und dem zweiten synchronisierenden Rad 31 so angeordnet sein, dass das dritte Übertragungsrad 38 und der Phasenunterschiedsdämpfer 29 zusammen die Einrichtung 18 zum Unterdrücken einer Resonanz bestimmen. Darüber hinaus kann das dritte Übertragungsrad 38, das aus 12 ersichtlich ist, so zwischen dem ersten Übertragungsrad 32 und dem ersten synchronisierenden Rad 30 positioniert sein, dass das dritte Übertragungsrad 38 und der Phasenunterschiedsdämpfer 29 zusammen die Einrichtung 18 zum Unterdrücken einer Resonanz bestimmen.
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Diese Anordnung ermöglicht es, zu verursachen, dass das erste synchronisierende Rad 30 und das zweite synchronisierende Rad 31 mittels des dritten Übertragungsrads 38 in die gleiche Richtung drehen, und den Resonanzerwiderungsfaktor der Knetschnecken 3 sogar reduzieren, wenn die erste Schneckenwelle 12 und die zweite Schneckenwelle 16 in gegenüberliegenden Richtungen drehen.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die zuvor erwähnten einzelnen Ausführungsformen beschränkt, sondern ist in Bezug auf Begriffe von Form, Struktur und Material der einzelnen Teile wie auch Kombinationen aus diesen variabel, soweit derartige Variationen nicht die grundlegende Natur der Erfindung ändern.
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Zum Beispiel zeigen die voranstehend beschriebenen Ausführungsformen vollständig kämmende Doppelschnecken-Knetextruder 2 als darstellende Beispiele von Knetextrudern. Die Erfindung kann jedoch an einem Knetextruder mit einer einzelnen Schnecke, oder drei oder mehr Schnecken wie auch auf einen Doppelschnecken-Knetextruder einer anderen Art als der vollständig kämmenden Art angewendet werden. Zusätzlich ist die Erfindung ebenfalls auf einen kontinuierlichen Knetextruder anwendbar.
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Im Übrigen ist es wünschenswert, wenn die Erfindung an einem Einzelschnecken-Knetextruder angewendet ist, die Knetschnecke 3, die die erste Schneckenwelle 12 aufweist, von dem Doppelschnecken-Knetextruder 2 wegzulassen, der in der voranstehend beschriebenen ersten Ausführungsform dargestellt wurde, während die Knetschnecke 3, die die zweite Schneckenwelle 16 aufweist, belassen wird, und den Zylinder 24 in einer geeigneten Form zu strukturieren, in der das Rohmaterial durch die einzelne Knetschnecke 3 innerhalb des Zylinder 24 geknetet werden kann. Wenn die Erfindung an einem Knetextruder mit drei oder mehr Schnecken angewendet wird, ist es ebenfalls erwünscht, die Anzahl der Knetschnecken 3 in dem Doppelschnecken-Knetextruder 2 zu erhöhen, der in der voranstehend beschriebenen ersten Ausführungsform dargestellt ist, den Zylinder 24 in einer geeigneten Form zu strukturieren, in der das Rohmaterial durch die erhöhte Anzahl von Knetschnecken 3 innerhalb des Zylinders 24 geknetet werden kann, und dann die Anzahl der Zweige zu erhöhen, in die die Bewegungsleistung durch das erste Getriebe 6 unterteilt wird, so dass die Bewegungsleistung zu den einzelnen Knetschnecken 3 verteilt wird.
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Zusammenfassung der Ausführungsformen
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Die voranstehend beschriebenen Ausführungsformen können zusammengefasst werden, wie im Folgenden beschrieben ist.
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Insbesondere umfasst ein Knetextruder gemäß der vorliegenden Erfindung einen Antriebsmotor, eine Knetschnecke zum Kneten eines Materials, und die Knetschnecke weist eine Welle auf, einen Bewegungsleistungsübertragungspfad mit einem ersten Getriebe zum Variieren einer Drehzahl, die durch eine Bewegungsleistungsabgabe von dem Antriebsmotor erzeugt wird, und der Bewegungsleistungsübertragungspfad dient zum Übertragen der Bewegungsleistung, die eine Drehzahl erzeugt, die durch das erste Getriebe variiert wird, zu der Welle der Knetschnecke, und eine Einrichtung zum Unterdrücken einer Resonanz, um eine Torsionsresonanz der Knetschnecke zu unterdrücken, die durch Lastschwankungen verursacht wird, die auf die Knetschnecke ausgeübt werden, und die Einrichtung zum Unterdrücken einer Resonanz dient zum Reduzieren eines Resonanzerwiderungsfaktors, der das Verhältnis einer Abgabeamplitude der Knetschnecke, die durch die Resonanzerwiderung verstärkt wird, zu einer durch Lastschwankungen verursachte Eingangsamplitude der Knetschnecke ist, um die Torsionsresonanz zu unterdrücken.
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Die Erfinder haben herausgefunden, dass es möglich sein kann, ein Brechen der Welle der Knetschnecke und des Getriebes zu verhindern, falls die Amplitude der Vibration der Knetschnecke reduziert werden könnte, wenn die Knetschnecke in einem Zustand nahe einem Resonanzzustand ist. Die Erfinder waren dann darin erfolgreich, die Ausführungsformen unter dem Wissen zu vervollständigen, dass ein Brechen des Knetextruders mit der Anordnung der Einrichtung zum Unterdrücken einer Resonanz zum Reduzieren des Resonanzerwiderungsfaktors der Knetschnecke wirkungsvoll vermieden werden kann.
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Um genauer zu sein, würde die Resonanz, die in der Knetschnecke auftritt, sogar falls der Knetextruder wegen der Lastschwankungen in den Zustand nahe einem Resonanzzustand gerät, nie zu einem derartigen Ausmaß ansteigen, dass ein Bruch des Knetextruders verursacht wird, da der Resonanzerwiderungsfaktor der Knetschnecke durch die Einrichtung zum Unterdrücken einer Resonanz in dem Knetextruder der voranstehend beschriebenen Ausführungsformen reduziert wird. Entsprechend ist es möglich, in den Ausführungsformen das Brechen des Knetextruders wegen der Resonanz unabhängig von der Drehzahl der Knetschnecke zu verhindern.
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Im Übrigen ist es bevorzugt, dass die Einrichtung zum Unterdrücken einer Resonanz zwischen dem Antriebsmotor und dem ersten Getriebe in dem Bewegungsleistungsübertragungspfad bereitgestellt ist.
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Falls der Bewegungsleistungsübertragungspfad ebenfalls ein zweites Getriebe hat, das zwischen dem Antriebsmotor und dem ersten Getriebe bereitgestellt ist, und das zweite Getriebe ein größeres Trägheitsmoment aufweist als das erste Getriebe für die Eingangsdrehbewegung, ist es bevorzugt, dass die Einrichtung zum Unterdrücken einer Resonanz in dem Bewegungsleistungsübertragungspfad zwischen dem ersten Getriebe und dem zweiten Getriebe angeordnet ist.
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Darüber hinaus kann der Knetextruder derart gestaltet sein, dass der Bewegungsleistungsübertragungspfad eine Eingangswelle aufweist, durch die die Bewegungsleistung in die Einrichtung zum Unterdrücken einer Resonanz eingeführt wird, und eine Abtriebswelle, durch die die Bewegungsleistung von der Einrichtung zum Unterdrücken einer Resonanz abgegeben wird, und die Einrichtung zum Unterdrücken einer Resonanz koppeln die Eingangswelle und die Abtriebswelle miteinander, und die Einrichtung zum Unterdrücken einer Resonanz hat ein viskoelastisches Medium oder ein viskoses Medium, das eine relative Drehbewegung der Eingangswelle und der Abtriebswelle erlaubt.
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Falls andererseits der Knetextruder ein Paar Knetschnecken umfasst, unterteilt das erste Getriebe die Bewegungsleistung, die von dem Antriebsmotor abgegeben wird, in zwei Teile und der Bewegungsleistungsübertragungspfad überträgt die zwei Teile der Bewegungsleistung, die durch das erste Getriebe unterteilt wurde, zu den Wellen der entsprechenden Knetschnecken, und die Einrichtung zum Unterdrücken einer Resonanz kann mit einem Phasenunterschiedsdämpfer zum Reduzieren eines Phasenunterschieds der Lastschwankungen zwischen den Wellen der zwei Knetschnecken ausgelegt sein.
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Darüber hinaus kann der Knetextruder derart gestaltet sein, dass der Phasenunterschiedsdämpfer ein Paar synchronisierende Räder hat, die in Synchronisation mit den entsprechenden Wellen drehen, und zueinander gerichtet angeordnet sind, und ein viskoelastisches Element, das zwischen den zwei synchronisierenden Rädern platziert ist, und eine Kraft auf die zwei synchronisierenden Räder in einer Richtung ausübt, um einen Unterschied der Drehzahl auszugleichen, der zwischen den zwei synchronisierenden Rädern bewirkt ist.
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Darüber hinaus kann der Knetextruder derart gestaltet sein, dass der Phasenunterschiedsdämpfer ein Paar synchronisierende Räder hat, die in Synchronisation mit den entsprechenden Wellen drehen und zueinander gerichtet angeordnet sind, und ein viskoses Teil, das zwischen den zwei synchronisierenden Rädern platziert ist, und eine Kraft auf die zwei synchronisierenden Räder in einer Richtung ausübt, um einen Unterschied der Drehzahl zu reduzieren, der zwischen den zwei synchronisierenden Rädern verursacht ist.
