ES2556482T3

ES2556482T3 - Accionamiento y sistema con al menos un cilindro o tornillo sin fin extrusor accionado

Info

Publication number: ES2556482T3
Application number: ES13167232.1T
Authority: ES
Inventors: Harald Höller
Original assignee: Starlinger and Co GmbH
Current assignee: Starlinger and Co GmbH
Priority date: 2013-05-10
Filing date: 2013-05-10
Publication date: 2016-01-18
Anticipated expiration: 2033-05-10
Also published as: JP2016516619A; EP2801660A1; BR112015027355A2; US20160121518A1; EP2801660B1; CN105209682A; WO2014180617A1; MX2015015196A

Abstract

Accionamiento (20) para un cilindro (30) o tornillo sin fin, comprendiendo un árbol de accionamiento (1) y un motor de accionamiento eléctrico (18) con un rotor (6) y un estator (5) que rodea el rotor, en el que el rotor (6) se puede conectar de forma solidaria en rotación con el árbol de accionamiento (1), el árbol de accionamiento (1) está conectado en un extremo de conexión (1a) de forma solidaria en rotación y coaxialmente con el cilindro o tornillo sin fin y el estator (5) se mantiene de forma solidaria en rotación por un componente estacionario del accionamiento, caracterizado por que el rotor (6) está montado de forma giratoria axialmente en una carcasa de motor (7) con un rodamiento de motor (8) dirigido al extremo de conexión (1a) del árbol de accionamiento y con un rodamiento de motor (9) opuesto al extremo de conexión (1a) del árbol de accionamiento, y por que el árbol de accionamiento (1) está guiado coaxialmente respecto al rotor (6) a través del motor de accionamiento (18) y en el lado opuesto al extremo de conexión (1a) del árbol de accionamiento más allá del motor de accionamiento, donde presenta un extremo libre (1b), estando configurado el árbol de accionamiento como árbol hueco con un canal axial de medio de atemperado (1c) que está acoplado con una conexión de medio de atemperado (12, 13) en el extremo libre (1b) del árbol de accionamiento.

Description

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

DESCRIPCION

Accionamiento y sistema con al menos un cilindro o tornillo sin fin extrusor accionado.

Desde hace mucho tiempo se conocen laminadoras, as^ como calandrias y sirven para la fabricacion de cintas de lamina planas, asf como placas, en particular de plastico, para el procesamiento posterior en una instalacion de termoformado. Para la fabricacion de cintas de lamina planas se usa al menos una disposicion de varios cilindros de laminado, realizandose estos cilindros de laminado la mayona de las veces con canales de refrigerante para posibilitar un enfriamiento rapido del producto o de la masa fundida.

Ademas, se conoce hacer funcionar cilindros semejantes con velocidades de rotacion relativamente bajas en el rango de 1 a 500 vueltas/min. Dado que los motores de accionamiento electricos convencionales presentan la mayona de las veces velocidades de rotacion mas elevadas o no se pueden hacer funcionar optimamente en los rangos de velocidad de rotacion bajos mencionados, se requiere una reduccion de la velocidad de rotacion en forma de un engranaje, accionamiento por cadena o correa convencionales o una combinacion de estos. De forma conocida los engranajes mecanicos, asf como la transmision por cadena presentan tfpicamente un juego debido al dentado, juego que repercute en las asf denominadas marcas de traqueteo en el producto e influye negativamente en la calidad de la lamina obtenible. Ademas, se conoce que el accionamiento por correa presenta adicionalmente un deslizamiento que repercute negativamente de la misma manera en el producto.

Los engranajes, asf como los accionamientos por cadena y correa representan adicionalmente desaffos en cuanto a seguridad, lubricacion y mantenimiento, los cuales resultan ser una desventaja durante el funcionamiento respecto al potencial de peligro y los costes de explotacion.

Ademas, se conoce que en el caso de laminadoras se deben determinar exactamente las velocidades de rotacion del cilindro por razones del aseguramiento de la calidad durante el funcionamiento, para lo que se colocan sensores de velocidad, por ejemplo en forma de un encoder, en el arbol secundario del motor.

Formas de realizacion mas recientes del tren de accionamiento de los cilindros de laminado y similares se equipan de los asf denominados accionamientos directos, en los que el motor esta conectado directamente con el arbol de rotor del cilindro de laminado, por lo que se suprimen los engranajes o accionamientos por cadena o correa intercalados.

Por el documento EP 1 340 608 A se conoce un dispositivo de laminado para laminas de plastico con un cilindro de laminado y un accionamiento del cilindro de laminado directo. El accionamiento del cilindro de laminado se compone de una carcasa de accionamiento y un motor de accionamiento con estator y rotor. En la carcasa de accionamiento estan dispuestos coaxialmente uno respecto a otro el estator cilmdrico y el rotor cilmdrico, rodeando el estator al rotor. El rotor esta conectado sin intercalado de un engranaje con un arbol de accionamiento del cilindro de laminado, rodeando el rotor cilmdrico una parte, configurada como cilindro hueco, de un casquillo de conexion con el que esta conectado el rotor de forma solidaria en rotacion, estando conectado el arbol de accionamiento del cilindro de laminado de forma solidaria en rotacion con el casquillo de conexion. En esta laminadora con accionamiento directo es desventajoso que el motor solo este apoyado una vez y por ello su rotor se puede girar solo cuando descansa en la posicion correcta sobre el arbol de accionamiento del cilindro de laminado. Pero esto solo se puede efectuar con dificultades en caso de montaje in situ debido a las elevadas fuerzas magneticas en el motor. En particular una forma de realizacion semejante tiende al apoyo con orientacion erronea perjudicial de motor y arbol de accionamiento.

Otra tarea principal de los cilindros de laminado, colada, calandria o refrigeracion es la de la refrigeracion del producto. Para ello un refrigerante lfquido o gaseoso se conduce a traves de canales de refrigeracion incorporados en el cilindro y por consiguiente se garantiza una retirada de la energfa termica introducida en los rodillos por el producto. La conexion con un suministro de refrigerante se efectua mediante los asf denominados pasos rotativos. Debido a la forma constructiva de los accionamientos directos convencionales, en particular la colocacion del sensor de velocidad, se requiere prever un paso rotativo de 2 vfas. Debido a la potencia de refrigeracion requerida se produce una seccion transversal de flujo minima de los canales de refrigeracion, que debe estar presente en una forma de realizacion doble (ida y retorno) en el extremo del arbol en el que descansa el paso rotativo, y el dimensionado del extremo de arbol y por consiguiente se influye en el alojamiento de los rodillos, de manera que el alojamiento en ambos extremos se debe sobredimensionar correspondientemente y de este modo es mas caro, o se requiere un alojamiento asimetrico, es decir, rodamientos de distinto tamano en ambos extremos del arbol. Los alojamientos asimetricos presentan otras desventajas con vistas a un desgaste desigual y aumento del numero de las piezas de repuestos diferentes. Ademas, los costes de fabricacion de los pasos rotativos de 2 vfas requeridos, referido a la produccion de refrigerante, son esencialmente mayores que en pasos rotativos de 1 via. Por principio los pasos rotativos de 2 vfas tambien son mas costosos en la obturacion respecto al entorno y en el interior de las dos vfas de refrigerante, por lo que los costes de mantenimiento son mayores en comparacion. Otra desventaja es que la refrigeracion del motor requerida solo se efectua a traves del lateral exterior del accionamiento y de este modo se origina una temperatura de devanado mas elevada en el motor, que repercute de nuevo en una vida util menor del accionamiento.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

La presente invencion tiene el objetivo de proporcionar un accionamiento directo que no tenga las desventajas explicadas con anterioridad del estado de la tecnica.

La presente invencion tiene ademas el objetivo de proporcionar un sistema con cilindros de refrigeracion, cilindros de colada, rodillos, cilindros de laminado, cilindros de calandria y/o cilindros de estirado, estando equipados al menos algunos de los cilindros mencionados con un accionamiento directo que no tenga las desventajas explicadas con anterioridad del estado de la tecnica.

En particular un objetivo de la invencion es proporcionar un accionamiento que sirva, junto a la transmision del par de fuerzas de accionamiento necesario, adicionalmente como ayuda de transporte para medios de refrigeracion o calentamiento lfquidos o gaseosos.

En otro aspecto la invencion se refiere a un extrusor con al menos un tornillo sin fin extrusor calentado o refrigerado. Extrusores semejantes tienen la misma problematica que las laminadoras conocidas y explicadas con anterioridad con cilindros de laminado. La presente invencion tambien tiene por consiguiente el objetivo de equipar un tornillo sin fin extrusor de un extrusor semejante de un accionamiento directo, que no tenga las desventajas explicadas con anterioridad del estado de la tecnica de los accionamientos de extrusor convencionales.

La invencion consigue los objetivos planteados mediante la facilitacion de un accionamiento con las caractensticas de la reivindicacion 1, asf como la facilitacion de un sistema con al menos un cilindro de refrigeracion, cilindro de colada, rodillo, cilindro de laminado, cilindro de calandria y/o cilindro de estirado o de un extrusor con un tornillo sin fin extrusor, estando conectado al menos un cilindro o un tornillo sin fin extrusor con un accionamiento segun la invencion.

El accionamiento segun la invencion para un cilindro o tornillo sin fin comprende un arbol de accionamiento y un motor de accionamiento electrico con un rotor y un estator que rodea el rotor. El rotor se puede conectar o esta conectado de forma solidaria en rotacion con el arbol de accionamiento. El arbol de accionamiento esta conectado en un extremo de conexion de forma solidaria en rotacion y coaxialmente con el cilindro o tornillo sin fin, incluyendo el termino “conectado” tambien que el arbol de accionamiento esta configurado en una pieza con el cilindro o tornillo sin fin. El estator se mantiene de forma solidaria en rotacion por un componente estacionario del accionamiento. El rotor esta montado de forma giratoria axialmente en una carcasa de motor con un rodamiento de motor dirigido al extremo de conexion del arbol de rotor y con un rodamiento de motor opuesto al extremo de conexion del arbol de accionamiento. El arbol de accionamiento esta guiado coaxialmente respecto al rotor a traves del motor de accionamiento y en el lado opuesto al extremo de conexion del arbol de accionamiento mas alla del arbol de motor, donde presenta un extremo libre. El arbol de accionamiento esta configurado como arbol hueco con un canal de medio de atemperado axial que esta acoplado con una conexion de medio de atemperado en el extremo libre del arbol de accionamiento.

El accionamiento segun la invencion para un cilindro o tornillo sin fin ofrece la gran ventaja de que el rotor se puede girar libremente, aun cuando no esta girado con el arbol de accionamiento. Esto posibilita una colocacion sencilla y una sustitucion in situ sin que durante el montaje se deban llevar a cabo ajustes geometricos complicados y a realizar con dificultades de la posicion del rotor en referencia al arbol de accionamiento. El accionamiento segun la invencion es esencialmente mas duradero que los accionamientos directos conocidos, dado que los requerimientos geometricos se pueden satisfacer mas exactamente que en el estado de la tecnica, por lo que se reduce significativamente la carga del rodamiento. Ademas, se vuelve menor la influencia de las tolerancias de los componentes que en el estado de la tecnica.

En algunos sistemas de cilindros, pero en particular tambien en extrusores, los cilindros o tornillos sin fin extrusor estan apoyados solo de un lado en el lado del accionamiento. En tales formas de realizacion, el accionamiento apoyado bilateralmente puede ofrecer una estabilidad adicional para el arbol de accionamiento.

Dado que el arbol de accionamiento esta configurado como arbol hueco que presenta un canal de medio de atemperado axial, que esta acoplado con una conexion de medio de atemperado en el extremo libre del arbol de accionamiento, es posible mantener el motor dentro de un rango de temperatura de funcionamiento deseado mediante el medio de atemperado.

Cuando el canal de medio de atemperado del arbol de accionamiento se acopla con al menos un canal de medio de atemperado del cilindro o tornillo sin fin, entonces el medio de atemperado que fluye a traves del canal de medio de atemperado del arbol de accionamiento puede mantener el cilindro o tornillo sin fin dentro de un rango de temperatura de funcionamiento deseado.

En una forma de realizacion preferente, la conexion de medio de atemperado esta configurada como paso rotativo de 1 via, por lo que el diametro del arbol de accionamiento se puede reducir y se pueden usar rodamientos de motor simetricos. La afluencia o evacuacion del medio de atemperado lfquido o gaseoso se realiza a traves del paso rotativo de 1 via, la evacuacion o afluencia del medio de atemperado a traves de los canales de atemperado del cilindro o tornillo sin fin.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Pese a las ventajas descritas de los pasos rotativos de 1 via, en algunas aplicaciones del accionamiento segun la invencion puede resultar ser favorable que la conexion de medio de atemperado este configurada como paso rotativo de 2 vfas con ida y retorno. Esto es aplicable en particular en extrusores en las que no es posible proveer el extremo del lado de entrada del tornillo sin fin extrusor de una conexion de medio de atemperado. Por otro lado, el diametro del arbol de accionamiento de los tornillos sin fin extrusor es la mayona de las veces tan grande que se puede asumir el modo constructivo mayor de pasos rotativos de 2 vfas.

Segun otro aspecto de la invencion, la direccion de flujo del medio de atemperado se puede conmutar al o fuera del canal de medio de atemperado del arbol de accionamiento. Esto se puede usar, por ejemplo, para proteger el motor en el caso de condiciones ambiente frfas frente a la formacion de condensado.

Dado que en el accionamiento segun la invencion el arbol de accionamiento presenta un extremo libre, es posible prever un sensor de velocidad de rotacion que rodea el arbol de accionamiento para la supervision de la velocidad de rotacion del arbol de accionamiento y del cilindro o tornillo sin fin conectado con el. Esta disposicion anular del sensor de velocidad de rotacion, que esta montado por ejemplo en un rodamiento de motor, no prolonga la forma constructiva del accionamiento y no impide, al contrario de las disposiciones de sensores de velocidad de rotacion axiales en el estado de la tecnica, la colocacion en el lado final de un paso rotativo para el medio de atemperado.

En una forma de realizacion preferente del accionamiento segun la invencion, el estator esta conectado de forma solidaria en rotacion con la carcasa de motor y la carcasa de motor se puede conectar de forma solidaria en rotacion con exactamente un soporte estacionario. Esto posibilita una sustitucion sencilla del motor in situ, sin que sean necesarios trabajos de ajuste complicados, y garantiza un asiento seguro, orientado geometricamente del motor de accionamiento. Cuando la carcasa de motor esta conectada con el soporte estacionario a traves de un elemento de tope elastico intercalado, se compensan las tolerancias de los componentes y se impiden las tensiones de apoyo.

Para una conexion a efectuar rapidamente in situ, pero no obstante fiable, realizable con pocos componentes y que presente una baja necesidad de espacio, entre el rotor y el arbol de accionamiento esta previsto ademas que el rotor se conecte con el arbol de accionamiento mediante un dispositivo de apriete que descansa sobre la superficie lateral del arbol de accionamiento. El dispositivo de apriete posibilita una conexion centrada, sin juego entre el rotor y el arbol de accionamiento.

Un casquillo de ajuste entre el rotor y el arbol de accionamiento, que esta dispuesto en el lado del extremo libre del arbol de accionamiento, sirve para la conservacion de la disposicion coaxial del rotor y arbol de accionamiento.

La invencion se explica ahora mas en detalle mediante un ejemplo de realizacion en referencia a los dibujos. En los dibujos muestran:

Fig. 1 una vista frontal de un sistema con un cilindro y un accionamiento directo segun la invencion del cilindro; y Fig. 2 una seccion a lo largo de la lmea A-A de la fig. 1.

La fig. 1 muestra un sistema 40 con un cilindro 30 y un accionamiento 20. El cilindro 30 esta configurado como cilindro de refrigeracion, cilindro de colada, rodillo, cilindro de laminado, cilindro de calandria y/o cilindro de estirado. Alternativamente al cilindro tambien podrfa estar prevista un extrusor con un tornillo sin fin extrusor accionada por el accionamiento 20.

El accionamiento comprende un arbol de accionamiento 1 y un motor de accionamiento electrico 18 con un rotor 6 y un estator 5 cilmdrico con los devanados, que rodea coaxialmente el rotor. El rotor 6 esta conectado de forma solidaria en rotacion con el arbol de accionamiento 1 mediante un dispositivo de apriete 4 que descansa sobre la superficie lateral del arbol de accionamiento 1. El dispositivo de apriete 4 esta configurado como elemento de sujecion conico para el montaje con union por friccion y por consiguiente sin juego. El arbol de accionamiento 1 esta integrado en una pieza en un extremo de conexion 1a y por consiguiente de forma solidaria en rotacion con el cilindro 30. El estator 5 se sujeta de forma solidaria en rotacion, en tanto que esta conectado de forma solidaria en rotacion con la carcasa de motor 7 y la carcasa de motor esta conectada de forma solidaria en rotacion con exactamente un soporte 3 estacionario. La base por la que la carcasa de motor 7 solo esta conectada en un punto con el soporte 3, consiste en evitar las tensiones que aparecenan en caso de conexion multiple. Ademas, entre la carcasa de motor 7 y el soporte 3 estacionario esta intercalado un elemento de tope 10 elastico. Debido a la fijacion de la carcasa de motor 7 en el soporte 3, el par de fuerzas introducido por el motor proporciona un movimiento rotativo del arbol de accionamiento 1. El soporte 3 indicado sirve de manera razonable adicionalmente para la recepcion de un rodamiento de cilindro 2 del lado de accionamiento. En algunos sistemas con cilindros o extrusores, el cilindro o tornillo sin fin extrusor solo se apoya mediante un rodamiento de cilindro 2 del lado de accionamiento, frente a lo cual en otros sistemas el cilindro o tornillo sin fin extrusor esta apoyado dos o multiples veces.

El rotor 6 esta montado de forma rotativa axialmente dos veces en la carcasa de motor 7 y concretamente, por un lado, con un rodamiento de motor 8 dirigido al extremo de conexion 1a del arbol de accionamiento y, por otro lado, con un

5

10

15

20

25

rodamiento de motor 9 opuesto al extremo de conexion 1a del arbol de accionamiento. Ambos rodamientos de motor 8, 9 estan configurados como rodamiento. El arbol de accionamiento 1 esta guiado coaxialmente respecto al rotor 6 a traves del motor de accionamiento 18 y en el lado opuesto al extremo de conexion 1a del arbol de accionamiento mas alla del motor de accionamiento, donde desemboca en un extremo libre 1b. Un casquillo de ajuste 11 dispuesto en el extremo libre 1b entre el rotor 6 y el arbol de accionamiento 1 sirve para el centrado coaxial.

El arbol de accionamiento 1 esta configurado como arbol hueco y presenta un canal de medio de atemperado 1c, que esta acoplado en el extremo libre 1b del arbol de accionamiento con una conexion de medio de atemperado 12, 13, a traves de la que un medio de atemperado 16 lfquido o gaseoso, es decir, medio refrigerante y/o medio calefactor, como por ejemplo agua, se puede alimentar al y/o derivar del canal de medio de atemperado 1c mediante una bomba 17. De este modo el calor originado en el accionamiento 20 se puede evacuar directamente a traves del medio de atemperado 16. El canal de medio de atemperado 1c del arbol de accionamiento 1 esta acoplado con un canal de medio de atemperado 31 del cilindro 30, de modo que el medio de atemperado 16 puede fluir al y fuera del canal de medio de atemperado 31 del cilindro 30. La conexion de medio de atemperado esta realizada en dos partes y presenta un paso rotativo de 1 via 12, que esta conectado de forma estanca con el canal de medio de atemperado 1c y gira coaxialmente con el arbol de accionamiento 1. El extremo opuesto del paso rotativo de 1 via 12 desemboca en una carcasa 13 estacionaria que dispone de una entrada para el medio de atemperado 16. Preferentemente la direccion de flujo del medio de atemperado 16 se puede conmutar al o fuera del canal de medio de atemperado 1c del arbol de accionamiento 1, por ejemplo, mediante la inversion de la direccion de impulsion de la bomba 17. En algunas aplicaciones, en particular en el caso de extrusores, tambien puede estar previsto un paso rotativo de 2 vfas con ida y retorno para el medio de atemperado 16.

A traves de la superficie lateral del arbol de accionamiento 1, tomado exactamente en el rotor 5 cerca del rodamiento de motor 9, un sensor de velocidad 14 descansa en forma de un encoder de arbol hueco anular, que rodea anularmente el arbol de accionamiento 1 y transmite la informacion sobre la velocidad de rotacion del arbol de accionamiento 1 a traves de la conexion electrica 14 del accionamiento 20 a un control de maquina no representado.

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

REIVINDICACIONES

1. - Accionamiento (20) para un cilindro (30) o tornillo sin fin, comprendiendo un arbol de accionamiento (1) y un motor de

accionamiento electrico (18) con un rotor (6) y un estator (5) que rodea el rotor, en el que el rotor (6) se puede conectar de forma solidaria en rotacion con el arbol de accionamiento (1), el arbol de accionamiento (1) esta conectado en un extremo de conexion (1a) de forma solidaria en rotacion y coaxialmente con el cilindro o tornillo sin fin y el estator (5) se mantiene de forma solidaria en rotacion por un componente estacionario del accionamiento, caracterizado por que el rotor (6) esta montado de forma giratoria axialmente en una carcasa de motor (7) con un rodamiento de motor (8) dirigido al extremo de conexion (1a) del arbol de accionamiento y con un rodamiento de motor (9) opuesto al extremo de conexion (1a) del arbol de accionamiento, y por que el arbol de accionamiento (1) esta guiado coaxialmente respecto al rotor (6) a traves del motor de accionamiento (18) y en el lado opuesto al extremo de conexion (1a) del arbol de accionamiento mas alla del motor de accionamiento, donde presenta un extremo libre (1b), estando configurado el arbol de accionamiento como arbol hueco con un canal axial de medio de atemperado (1c) que esta acoplado con una conexion de medio de atemperado (12, 13) en el extremo libre (1b) del arbol de accionamiento.
2. - Accionamiento segun la reivindicacion 1, caracterizado por que el canal de medio de atemperado (1c) del arbol de

accionamiento se puede acoplar con al menos un canal de medio de atemperado (31) del cilindro o tornillo sin fin.
3. - Accionamiento segun la reivindicacion 2, caracterizado por que la conexion de medio de atemperado (12) esta

configurada como paso rotativo de 1 via.
4. - Accionamiento segun la reivindicacion 2, caracterizado por que la conexion de medio de atemperado (12) esta

configurada como paso rotativo de 2 vfas.
5. - Accionamiento segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la direccion de flujo del medio de

atemperado (16) se puede conmutar al o fuera del canal de medio de atemperado (1c) del arbol de accionamiento, por ejemplo mediante una bomba (17).
6. - Accionamiento segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por un sensor de velocidad de rotacion

(14) que rodea el arbol de accionamiento.
7. - Accionamiento segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el estator (5) esta conectado de

forma solidaria en rotacion con la carcasa de motor (7) y la carcasa de motor se puede conectar de forma solidaria en rotacion con exactamente un soporte (3) estacionario.
8. - Accionamiento segun la reivindicacion 7, caracterizado por que la carcasa de motor (7) esta conectada con el

soporte (3) estacionario a traves de un elemento de tope (10) elastico intercalado.
9. - Accionamiento segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el rotor (6) esta conectado con el

arbol de accionamiento (1) mediante un dispositivo de apriete (4) que descansa sobre la superficie lateral del arbol de accionamiento (1).
10. - Accionamiento segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que entre el rotor y el arbol de

accionamiento esta dispuesto un casquillo de ajuste (11).
11. - Sistema (40) con al menos un cilindro de refrigeracion, cilindro de colada, rodillo, cilindro de laminado, cilindro de

calandria y/o cilindro de estirado, caracterizado por que al menos un cilindro (30) esta conectado con un arbol de accionamiento (1) de un accionamiento (20) segun una de las reivindicaciones 1a 10.
12. - Extrusor con un tornillo sin fin extrusor, caracterizada por que el tornillo sin fin extrusor esta conectado con un arbol

de accionamiento (1) de un accionamiento (20) segun una de las reivindicaciones 1 a 10.