DE3600495A1 - Doppelschneckenextrudergetriebe in planetengetriebe-bauart - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe für einen Doppelschneckenextruder.

Aus der DE-PS 32 37 257 ist ein gattungsgleiches Getriebe bekannt, bei dem gemäß kennzeichnenden Text des Hauptanspruchs ein erstes Ritzel eines Verzweigungsgetriebes mit dem einen Ende einer zu beiden Abtriebswellen parallelen Nebenwelle in Antriebsverbindung steht, deren anderes Ende ein Ritzel trägt, welches als Planetenrad sowohl mit dem Hohlrad als auch mit dem auf der ersten Abtriebswelle sitzenden Sonnenrad eines Umlaufgetriebes kämmt, während ein entsprechendes zweites Ritzel des Verzweigungsgetriebes unmittelbar am hinteren Ende der zweiten Abtriebswelle eingreift und diese dabei das Hohlrad berührungsfrei durchsetzt.

Nachteilig an der bekannten Bauweise ist, daß die Lager zur Aufnahme des axialen Drucks der Extruderwellen innerhalb des Gehäuses angeordnet sind. Da erfahrungsgemäß die, den Axialdruck aufnehmenden, Lager hoch beansprucht werden sollten sie deshalb zu Wartungszwecken zugänglich sein. Hier ist jedoch zur Wartung immer nachteilig die Demontage des Getriebes erforderlich. Außerdem sind die Zahneingriffe der zweiten Abtriebswelle ungleichmäßig belastet. Da der Zahneingriff für die höchste Belastung ausgelegt sein muß und der äußere Durchmesser des Antriebsritzels für die zweite Extruderwelle den minimalen Abstand der Extruderwellen bestimmt, wird durch die ungleichmäßige Krafteinleitung in die zweite Extruderwelle der minimal mögliche Abstand der beiden Extruderwellen nachteilig vergrößert. Darüber hinaus weist das bekannte Getriebe eine Vielzahl unterschiedlicher Bauteile auf, so daß das Teilespektrum des Getriebes nachteilig groß ist.

Außerdem ist ein Doppelschneckenextrudergetriebe aus der DE-AS 28 01 138 bekannt, zu dem in DE-PS 32 37 257 ausgeführt wird:

Es ist so aufgebaut, daß die Antriebswelle das Drehmoment direkt auf eine erste getrennte Abtriebswelle und über ein Zwischenrad auf die zweite gegenläufig drehende Abtriebswelle verteilt, wobei die Achsen aller Wellen in einer Achsebene angeordnet sind. Das Zwischenrad ist hier als von der Antriebswelle und den Abtriebswellen durchsetztes Hohlrad ausgebildet, welches mit dem zum Zahnrad der ersten Abtriebswelle axial versetzt angeordneten Zahnrad der zweiten Abtriebswelle kämmt. Das Zahnrad der Antriebswelle und die Zahnräder der beiden Abtriebswellen können dabei gleiche Zähnezahl und gleichen Zahnmodul aufweisen.

Bei dieser Bauart eines Getriebes für Doppelschneckenextruder wird die Aufteilung des von der Antriebswelle eingeleiteten Drehmoment innerhalb des Hohlrades einerseits in die erste Abtriebswelle und andererseits über das vom Hohlrad gebildete Zwischenrad in die zweite Abtriebswelle bewirkt. Hierdurch kann zwar erreicht werden, daß sich die Zahnkräfte am Zahnrad der Abtriebswelle je nach den gewählten Abmessungen der Zahnräder überwiegend oder ganz kompensieren und daher nur kleine oder gar keine Lagerkräfte an der Antriebswelle entstehen. Da jedoch einerseits nur eine mittelbare Zentrierung zwischen dem Sonnenrad und dem Hohlrad des Umlaufgetriebes, nämlich über deren Radiallager im Gehäuse, vorgesehen ist, und andererseits das Zahnrad der zweiten Abtriebswelle axial versetzt zum Sonnenrad und zum Planetenrad des Umlaufgetriebes mit dem Hohlrad kämmt, können sich am Hohlrad unsymmetrische Kraftwirkungen einstellen, welche mindestens die Lebensdauer von dessen Radiallagerungen nachhaltig beeinträchtigen.

Ein Nachteil des zuletzt erläuterten, bekannten Getriebes für Doppelschneckenexruder liegt auch darin, daß das Hohlrad des Umlaufgetriebes in einer Baulänge Verwendung finden muß, welche - bedingt durch die axial versetzte Anordnung des Zahnrades der zweiten Antriebswelle und die in einem in das Hohlrad hineinragenden Gehäusehals sitzenden Radiallager für alle Wellen - mehr als doppelt so große wie die Länge des Sonnenrades und des Planetenrades bemessen ist. Die Herstellung eines solchen überlangen Hohlrades erfordert aber einen beträchtlichen Aufwand.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Bauweisen zu vermeiden und statt dessen ein Doppelschneckenextrudergetriebe anzugeben, das den beim heutigen Stand der Extrudertechnik wesentlichen Erfordernissen gerecht wird, nämlich bei möglichst geringen - vorgegebenen - Achsabstand zwischen den beiden Extruderschnecken höhere Drehmomente bereitzustellen und daraus resultierende Axialkräfte aufzufangen. Außerdem soll es ein möglichst geringes Spektrum unterschiedlicher Teile aufweisen. Es soll leicht zu warten sein und eine hohe Lebensdauer der einzelnen Teile ermöglichen.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Extruderwellen durch zwei symmetrisch ausgebildete Umlaufgetriebe angetrieben werden, die jeweils eine Extruderwelle antreiben.

Erfindungsgemäß ermöglicht das Getriebe die besonders nahe Anordnung der Extruderwellen. Es gestattet bei geringem Achsabstand der Extruderwellen die Übertragung besonders großer Momente. Die am Zahnkranz der Extruderwellen wirkenden Zahnpaarungen sind vorteilhaft gleichmäßig belastet. Die Radialkräfte werden durch die symmetrisch angeordneten Zahneingriffe besonders gering. Insgesamt weisen die Getriebewellen eine vorteilhaft hohe Lebenserwartung auf. Die Axiallager können außerhalb des Getriebes angeordnet werden. Außerdem ist das Teilespektrum des Getriebes vorteilhaft reduziert.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Extruderwellen über Planetenräder durch die Hohlräder angetrieben ausgebildet sind. Erfindungsgemäß wird durch diese Anordnung jede Extruderwelle einzeln von den Planetenrädern zentriert. Die radialen Kraftkomponenten heben sich auf, so daß die Radiallager der Extruderwellen vorteilhaft gering belastet werden. Sie weisen somit besonders hohe Lebensdauer auf. Die Extruderwellen können vorteilhaft mit einem höheren Drehmoment beaufschlagt werden. Bei mehreren Planetenrädern wird das Antriebsmoment durch die einzelnen Zahnpaarungen, die vorteilhaft gleichmäßig belastet werden, jeweils nur ein Teil des Gesamtmoments ertragen müssen. Dadurch können die Zahnpaarungen für geringere Zahnkräfte ausgelegt werden, die zu einem geringeren Außendurchmesser der Extruderwellenverzahnung führen. Diese Maßnahme erlaubt es, die Extruderwellen auf einen noch geringeren Abstand voneinander anzuordnen oder die Extruderwellen mit größerem Durchmesser auszuführen. Hierdurch können Drehmomentvergrößerungen bis zu 50% bei unveränderten Außenabmessungen erreicht werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß den Umlaufgetrieben ein Leistungsverzweigungsgetriebe vorgeschaltet ist. Das Leistungsverzweigungsgetriebe teilt das Antriebsmoment des Motors vorteilhaft gleichmäßig auf zwei Getriebezüge auf, die ihrerseits die Extruderwellen antreiben. Die Belastung der einzelnen Getriebezüge wird dadurch vorteilhaft gleichmäßig, so daß die Teile eine gleichmäßig hohe Lebensdauer aufweisen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Hohlräder, Planetenräder und die Zahnkränze der Extruderwellen schrägverzahnt ausgebildet sind, wobei insbesondere die Schrägverzahnung eine Axialkraftkomponente aufweist, die der Axialkraft der Extruderwellen entgegen wirkend ausgebildet ist. Erfindungsgemäß wird durch diese Ausgestaltung die axiale Kraftkomponente, die durch die Axiallager, z. B. Tandemlager, aufzufangen sind, vorteilhaft reduziert. Die Tandemlager weisen bei gleicher Dimensionierung dadurch eine höhere Lebensdauer auf. Außerdem arbeiten die Getriebe vorteilhaft geräuscharm, bei besonders gleichmäßiger Übertragung des Momentes.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Hohlräder eine Außenverzahnung aufweisen, die insbesondere schrägverzahnt ausgebildet ist. Außerdem ist vorgesehen, daß die Außenverzahnung des Hohlrades einen Winkel von 10° aufweist. Des weiteren ist auch zwischen Verzweigungsgetriebe und je Umlaufgetriebe ein Stirnradgetriebesatz angeordnet, insbesondere bei einer Schrägverzahnung unter einem bevorzugten Winkel von 10°. Die erfindungsgemäß vorgesehene Ausgestaltung der Schrägverzahnung weist den Vorteil auf, daß sie das eingeleitete Moment gleichmäßiger und darüber hinaus auch geräuschärmer als eine Gradverzahnung übertragen kann. Es hat sich herausgestellt, daß die genannten Winkel das Optimum darstellten, bei dem sich die erwähnten Vorteile schon voll bemerkbar machen und deren nachteilig wirkende Kostenfolgen noch ertragbar sind. Die Richtung der Schrägverzahnung ist dabei so ausgebildet, daß sie vorteilhaft geringe Axialkräfte bewirkt. Die Lager erhalten dadurch eine vorteilhaft hohe Lebensdauer.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Verzweigungsgetriebe und/oder die Stirnradgetriebe in der Ebene der Umlaufgetriebe angeordnet ist. Das gesamte Getriebe baut dadurch erfindungsgemäß besonders kurz. Die Gewichtskräfte des Getriebes brauchen nicht über das Gehäuse des Extruders in die Fundamentierugn geleitet werden. Die Bauhöhe des Getriebes erleichtert es, das Getriebe auf ein eigenes Fundament zu setzen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Extruderwellen Drucklager aufweisen, die außerhalb des Getriebegehäuses angeordnet sind. Erfindungsgemäß sind so die hoch beanspruchten Drucklager, die meist als Tandemlager ausgebildet sind, von außen leicht zugänglich. Bei der Wartung braucht das übrige Getriebe nicht demontiert zu werden. Über Zuganker werden die Lagerkräfte abgefangen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß anstatt eines Umlaufgetriebes ein normales Rädergetriebe wirkend angeordnet ist. Ohne auf die Vorteile des kleinen Extruderwellenabstandes verzichten zu müssen, kann auch ein normales Rädergetriebe angeordnet werden, das dann die übersetzende Wirkung des Hohlrades auf dem Zahnkranz der Extruderwelle nicht aufweist. Unter bestimmten Umständen kann durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung das Gesamtgetriebe kostengünstiger gefertigt werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Extruderwellen mit Führungsnadellagern beidseitig der Zahnkränze ausgerüstet sind. Die erfindungsgemäße Konstruktion erlaubt es, die Extruderwellen vorteilhaft beidseitig zu zentrieren. Die dazu verwendeten Nadellager weisen eine überraschend hohe Lebensdauer auf. Ihre Anwendung erlaubt es vorteilhaft, auf nachteilig wirkende Wellenabstufungen als Lagersitze zu verzichten. Der Gesamtquerschnitt der Extruderwellen steht dadurch voll zur Übertragung des Drehmomentes zur Verfügung und kann außerdem erhöht werden.

Die Erfindung wird in Zeichnungen in einer bevorzugten Ausführungsform gezeigt, wobei aus den Zeichnungen weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung entnehmbar sind.

Die Zeichnungen zeigen im einzelnen:

Fig. 1 eine Frontalansicht auf die Abtriebsseite des Getriebes,

Fig. 2 einen Horizontalschnitt durch die Ebene der Extruderwellen,

Fig. 3 einen Schnitt durch die Ebene der Hohlradantriebs- Zahnräder,

Fig. 4 einen Schnitt durch die Stirnradgetriebesätze und

Fig. 5 ein Schema des Getriebes.

In Fig. 1 bedeutet 34 das dreigeteilte Getriebegehäuse, deren zwei Trennungsebenen mit den Schnittebenen II - II und IV - IV zusammenfallen. Die Teilkreise des Verzweigungsgetriebes und der Stirnradstufen sowie der Außenverzahnungen der Hohlräder sind gestrichelt dargestellt. Die Extruderantriebswellen 19 und 33 sind im Lagerflansch 35 gelagert und durch Dichtflansch 36 mit Brille 37 abgedichtet.

Fig. 2 stellt einen Schnitt durch das Getriebe entsprechend Schnittebene II - II aus Fig. 1 dar. Gleiche Teile sind wie in Fig. 1 gekennzeichnet. Die Pfeile deuten die Drehrichtungen an. Die Extruderwelle 19 trägt einen Zahnkranz 18, während die Extruderwelle 33 den Zahnkranz 32 trägt. Beide Extruderwellen sind beidseitig der Zahnkränze durch Nadellager 39 gelagert. Die Extruderwelle 19 weist darüber hinaus ein drittes Nadellager 39 im hinteren Lagerflansch 38 auf, während die Extruderwelle 33 ein weiteres Nadellager im vorderen Lagerflansch 35 aufweist. Die Extruderwellen 19 und 33 durchsetzen die beiden Hohlräder 12 und 26. Zwischen Hohlrad 26 und dem Zahnkranz 32 der Extruderwelle 33 sind an die Planetenräder 29 und in dieser Darstellung nicht sichtbaren Planetenräder 30 und 31 angeordnet. Auf den Zahnkranz 18 der Extruderwelle 19 wirken die Planetenräder 15 und die ebenfalls nicht sichtbaren Planetenräder 16 und 17. Die Hohlräder 12 und 26 tragen die Bezeichnung 13 bzw. 27. Durch die auf den Verzahnungen dargestellten Querstriche ist die Lage der Schrägverzahnungen angedeutet, die so gewählt ist, daß die aus dem Zahneingriff sich ergebende Axialkraftkomponente der Axialkraft der Extruderwellen entgegengerichtet ist. Die Hohlräder der Planetenräder sind in Wälzlagern 40 bzw. 41 gelagert. Die Extruderwellen 19 und 33 durchsetzen das Gehäuse auf der gesamten Länge, so daß die axialen Lagerkräfte vorteilhaft außerhalb des Gehäuses abgefangen werden können.

Fig. 3 zeigt einen Horizontalschnitt durch das Getriebe entsprechend Schnittebene III - III aus Fig. 1. Gegenüber den anderen Schnitten gemäß Fig. 2 und 4, die deren Schnittebene mit Flanschebenen des Gehäuses decken, ist in Fig. 3 das Gehäuse 34 angeschnitten. Die Ritzel 11 und 25 liegen sich in der Darstellung diagonal gegenüber. Das Zahnrad 11 treibt das in dieser Darstellung nicht sichtbare Hohlrad 12 (Fig. 2) über die Außenverzahnung an, während das Zahnrad 25 das Hohlrad 26 über die Außenverzahnung antreibt. Nicht geschnitten in dieser Darstellung sind die tiefer gelegenen Zahnräder 8 bzw. 22 sowie die Verzahnungen 7 und 21 der Wellen 6 und 20 mit ihren Zahnrädern 5 und 3, die alle Teile eines Untersetzungsgetriebes darstellen. Die zahnräder 11 und 25 werden von in dieser Ansicht verdeckten Verzahnungen 10 und 24 der Wellen 9 und 23 (Fig. 4) getrieben.

In Fig. 4, die einen Schnitt durch die Schnittebene IV - IV aus Fig. 1 darstellt, ist der wesentliche Teil des Untersetzungsgetriebes sowie des Verzweigungsgetriebes erkennbar. Die Verzahnungen 10 und 24 der Wellen 9 bzw. 23 treiben die in Fig. 3 beschriebenen Ritzel 11 bzw. 25 an. Auf der Welle 9 bzw. der Welle 23 sind drehfest die Zahnräder 8 bzw. 22 angeordnet. Dabei ist die Verzahnung der Welle 9 zur Abtriebsseite des Getriebes gerichtet, während die Verzahnung der Welle 33 zur Antriebsseite des Getriebes gerichtet ist. Durch diese Anordnung, die dem Versatz der hintereinander angeordneten Umlaufgetriebe Rechnung trägt, lassen sich die übrigen Stufen des Untersetzungsgetriebes vorteilhaft direkt unterhalb der Umlaufgetriebe plazieren. Mit den Zahnrädern 8 bzw. 22 kämmen die Verzahnungen 7 bzw. 21 der Wellen 6 und 20. Die Wellen 6 bis 20 weisen wiederum drehfest verbundene Zahnräder 5 und 3 auf, die die Abtriebsseite der Leistungsverzweigungsstufe bilden. Unterhalb der Zahnräder 3 und 5 ist der Zahnkranz 2 der Antriebswelle 1 angeordnet und noch weiter darunter ein Zwischenzahnrad 4, das bedarfsweise vorgesehen wird, je nach gewünschtem Drehsinn der Extruderwellen. Das Zahnrad 3 kämmt direkt mit dem Zahnkranz der Antriebswelle 1, während das Zahnrad 5 keinen direkten Eingriff mit dem Zahnkranz 2 der Antriebswelle 1 aufweist, sondern nur mittelbar über das Zwischenrad 4.

In Fig. 5 sind die einzelnen Stufen des Leistungsverzweigungsgetriebes sowie der, den Umlaufgetrieben vorgeschalteten, Untersetzungsgetriebe und eines der beiden Umlaufgetriebe schematisch dargestellt. Von dem zweiten Umlaufgetriebe ist der Übersichtlichkeit halber nur die zweite Extruderwelle 33 dargestellt. Das Schema zeigt die Räderpaarungen aus der antriebsseitigen Ansicht des Getriebes.

Der Leistungsfluß im Getriebe stellt sich wie folgt dar:

Über die Antriebswelle 1 wird das Antriebsmoment durch einen nicht gezeichneten Motor in das Getriebe eingeleitet. Die Antriebswelle 1 weist eine Außenverzahnung 2 auf, die mit dem Zahnrad 3 kämmt und außerdem über das Zwischenzahnrad 4 auch das Zahnrad 5 antreibt. Dadurch ist bereits in der ersten Stufe eine Aufteilung der Leistung auf zwei Zweige erfolgt.

Die Leistung wird von Zahnrad 5 über die Welle 6 mit Verzahnung 7 zum Zahnrad 8 geleitet. Das Zahnrad 8 seinerseits sitzt fest auf der Welle 9 mit der Verzahnung 10, die mit Zahnrad 11 kämmt. Zahnrad 11 übergibt die Leistung an das Hohlrad 12 über die Außenverzahnung 13. Die Innenverzahnung 14 des Hohlrades 12 kämmt mit den Planetenrädern 15, 16 und 17, die den als Sonnenrad angeordneten Zahnkranz 18 antreiben.

Der andere Leistungszweig der mit Zahnrad 3 beginnt, ist analog ausgebildet. Zahnrad 3 wirkt über die Welle 20 mit Verzahnung 21 auf das Zahnrad 22, das seinerseits auf der Welle 23 befestigt ist. Die Verzahnung 24 der Welle 23 treibt das Zahnrad 25, das seinerseits die nicht gezeichnete Außenverzahnung 27 des Hohlrades 26 treibt. Die Innenverzahnung 28 des Hohlrades 26 ist im Eingriff mit den Planetenrädern 29, 30 und 31, die ihrerseits mit dem Zahnkranz 32 der wieder dargestellten Extruderwelle 33 kämmen.

Je nach gewünschter Drehrichtung der Extruderwellen, kann die Antriebswelle 1 auch so angeordnet werden, daß sie direkt mit den Zahnrädern 3 und 5 kämmt, wobei auf das Zwischenrad 4 verzichtet wird. Die Drehrichtungen der Extruderwellen sind bei dieser Alternative gleichgerichtet.

Claims (12)

1. Getriebe für einen Doppelschneckenextruder, dadurch gekennzeichnet, daß die Extruderwellen (19, 33) durch zwei symmetrisch ausgebildete Umlaufgetriebe angetrieben werden, die jeweils eine Extruderwelle (19, 33) antreiben.

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Extruderwellen (19, 33) Zahnkränze (18, 32) aufweisen, die über Planetenräder (15, 16, 17, 29, 30, 31) durch Hohlräder (12, 26) angetrieben ausgebildet sind.

3. Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß den Umlaufgetrieben ein Leistungsverzweigungsgetriebe (1, 3, 4, 5) vorgeschaltet ist.

4. Getriebe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräder (12, 26), Planetenräder (15, 16, 17, 29, 30, 31) und die Zahnkränze der Extruderwellen (19, 33) schrägverzahnt ausgebildet sind, wobei insbesondere die Schrägverzahnung eine Axialkraftkomponente aufweist, die der Axialkraft der Extruderwellen (19, 33) entgegen wirkend ausgebildet ist.

5. Getriebe nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägverzahnung des Umlaufgetriebes 11° beträgt.

6. Getriebe nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräder (12, 26) eine Außenverzahnung (13, 27) aufweisen, die insbesondere schrägverzahnt ausgebildet ist.

7. Getriebe nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenverzahnung des Hohlrades einen Winkel von 10° aufweist.

8. Getriebe nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Verzweigungsgetriebe und je Umlaufgetriebe ein Stirnradgetriebesatz angeordnet ist, insbesondere mit einer Schrägverzahnung unter einem bevorzugten Winkel von 10°.

9. Getriebe nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verzweigungsgetriebe und/oder die Stirnradgetriebe in der Ebene der Umlaufgetriebe angeordnet ist.

10. Getriebe nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Extruderwellen (19, 33) Drucklager aufweisen, die außerhalb des Getriebegehäuses (34) angeordnet sind.

11. Getriebe nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß anstatt eines Umlaufgetriebes ein normales Rädergetriebe wirkend angeordnet ist.

12. Getriebe nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Extruderwellen (19, 3) mit Führungsnadellagern (39) beidseitig der Zahnkränze (18, 32) ausgerüstet sind.