JP2016516619A

JP2016516619A - 駆動機構および少なくとも１つの被駆動ローラまたは押出機スクリューを有するシステム

Info

Publication number: JP2016516619A
Application number: JP2016512259A
Authority: JP
Inventors: ヘラー，ハラルト
Original assignee: スターリンガーアンドコーゲゼルシャフトエム．ベー．ハー．
Priority date: 2013-05-10
Filing date: 2014-04-09
Publication date: 2016-06-09
Also published as: MX2015015196A; US20160121518A1; BR112015027355A2; ES2556482T3; CN105209682A; EP2801660A1; EP2801660B1; WO2014180617A1

Abstract

シリンダ（３０）またはウォームスクリューのための駆動機構（２０）は、駆動シャフト（１）と、回転子（６）および固定子（５）を有する電気駆動モータ（１８）と、を有する。回転子（６）は、共同で回転するため駆動シャフト（１）に固定されている。接続端（１ａ）において、駆動シャフト（１）は、共同で回転するため、シリンダまたはウォームスクリューに接続されている。固定子（５）は、駆動機構の静止構成要素によって回転不能に保持されている。回転子（６）は、駆動シャフトの接続端（１ａ）に面するモータ軸受（８）および駆動シャフトの接続端（１ａ）から離れた方に面するモータ軸受（９）によって、モータハウジング（７）上で軸回転できるように取り付けられている。駆動シャフト（１）は、回転子（６）に対して同軸に、駆動モータ（１８）を通って駆動モータ（１８）を超えるように案内されており、駆動シャフトはそこに自由端（１ｂ）を有する。駆動シャフトは、軸方向温度制御媒体流路（１ｃ）を有する中空のシャフトとして構成されており、軸方向温度制御媒体流路（１ｃ）は、駆動シャフトの自由端（１ｂ）において温度制御媒体接続部（１２、１３）に結合されている。【選択図】図２

Description

スムージングシリンダまたはロールおよびカレンダロールは長い間知られており、熱成形プラントでさらに処理するための、特にプラスチック材料から作られた平箔ウェブ（ｆｌａｔｆｏｉｌｗｅｂ）およびプレートの生産に役立つ。平箔ウェブを生産するため、いくつかのスムージングロールからなる配置がしばしば使用され、これらのスムージングロールは通常、製品または溶融物の急速冷却を可能にするために、冷却材流路を有するように構成される。

さらに、１〜５００ｒｐｍの範囲の比較的に低い回転数でこのようなローラを動作させることが知られている。従来の電気駆動モータは、通常、これよりも高い回転数を有するか、または上記の低回転数の範囲で最適に動作させることができないため、従来の歯車対、チェーン伝動機構もしくはベルト伝動機構、またはこれらの組合せの形態で回転数を下げる必要がある。機械式歯車対およびギヤリング（ｇｅａｒｉｎｇ）によるチェーン伝動機構は一般に公差（ｔｏｌｅｒａｎｃｅ）を有し、この公差は、製品のいわゆるビビリマーク（ｃｈａｔｔｅｒｍａｒｋ）に反映され、達成することができる箔品質に負の影響を及ぼすことが知られている。ベルト伝動機構がさらに滑り（ｓｌｉｐ）を有することも知られており、この滑りも、製品に対して負の結果をもたらす。

歯車対ならびにチェーン伝動機構およびベルト伝動機構はさらに、安全性、潤滑および保守に関する課題を提示し、それらの課題は、運転時に、危険の潜在性および運転費用の面で不利になる。

スムージングロールの場合には、品質保証のために、運転時に、ローラの回転数を正確に決定しなければならないことも知られている。これが、モータの出力シャフトに、インパルス送信器、例えばエンコーダの形態のインパルス送信器が取り付けられる理由である。

スムージングロールなどの駆動列の最近の実施形態は、スムージングロールの駆動シャフトにモータが直接に接続され、それによって間に置かれた歯車対またはチェーン伝動機構もしくはベルト伝動機構がそれぞれ省かれる、いわゆる直接駆動機構を備える。

ＥＰ１３４０６０８Ａから、スムージングロールとスムージングロール直接駆動機構とを有するプラスチック箔スムージング装置が知られている。このスムージングロール駆動機構は、駆動機構ハウジングと、固定子および回転子を有する駆動モータとから構成されている。駆動機構ハウジング内には、円筒状の固定子と円筒状の回転子が互いに同軸で配置され、固定子が回転子を取り囲む。回転子は、歯車対を間に置くことなしにスムージングロールの駆動シャフトに接続され、円筒状の回転子は、中空の円筒として構成された接続スリーブの部分を取り囲み、接続スリーブには回転子が回転不能に固定され、スムージングロールの駆動シャフトは、接続スリーブに回転不能に接続される。直接駆動機構を有するこのスムージングシステムは、モータが取り付けられるのが一度だけであり、したがって、回転子は、スムージングローラの駆動シャフト上の正確な位置にある場合にしかモータの回転子が回転することができないことに限り不利である。しかしながら、モータ内の高い磁力のため、現場での取り付けにおいてこれを実現することは困難である。特に、このような実施形態は、軸受に影響を及ぼすモータと駆動シャフトとの間の不良位置合せを起こしやすい。

スムージングロール、キャスティングロール、カレンダロールまたは冷却ロールの他の主な課題は製品の冷却である。そのため、ロールと一体化された冷却流路を通して液体または気体の冷却材が導かれ、それによって製品によってロール内へ導入される熱エネルギーの排出を保証する。冷却材供給源への接続は、いわゆる回転フィードスルーによって実現される。従来の直接駆動機構の外形、特にインパルス送信器の配置のため、回転２方向フィードスルーを提供する必要がある。必要な冷却性能のため、回転フィードスルーが２連で（供給および戻り系）位置するシャフト端に存在しなければならない冷却流路の最小流動面積が達成され、この最小流動面積は、それに応じて両方の軸受の寸法を過大にしなければならず、したがって軸受が高価になる限り、または非対称な軸受が必要となる限り、シャフト端、したがってシャフト軸受の寸法決定に影響する。非対称な軸受は、シャフト両端に、サイズの等しくない軸受があることを意味する。非対称な軸受は、不均一な摩耗および異なる交換構成部品の数の増大に関する別の欠点を有する。さらに、冷却材流量に対して必要な回転２方向フィードスルーの生産費用は、回転１方向フィードスルーよりも本質的に高い。さらに、原理上、回転２方向フィードスルーは、環境に対する密封および２つの冷却材経路内の密封においてより複雑であり、それによって、それと比較した保守費用はより高くなる。他の欠点は、モータの必要な冷却が、駆動機構の外側シェルを介してしか実現できないこと、および、より高い巻線温度がモータ内で生じ、これが、駆動機構のより短い寿命に反映されることである。

本発明は、上で説明した先行技術の欠点を示さない直接駆動機構を提供するという課題に基づく。

本発明はさらに、冷却ロール、キャスティングロール、ローラ、スムージングロール、カレンダロールおよび／またはストレッチングロール（ｓｔｒｅｔｃｈｉｎｇｒｏｌｌ）を有するシステムであって、上述のロールのうちの少なくともいくつかのロールが、上で説明した先行技術の欠点を示さない直接駆動機構を備えるシステムを提供するという課題に基づく。

特に、本発明の課題は、必要な駆動トルクを伝達することに加えて、液体もしくは気体の冷却材または加熱媒体の輸送支持体としても機能する駆動機構を提供することにある。

他の態様において、本発明は、加熱または冷却された少なくとも１つの押出機スクリューを有する押出機に関する。このような押出機は、上で説明したスムージングロールを有する公知のスムージングシステムと同じ問題を有する。したがって、本発明はさらに、上述の従来の押出機駆動機構の先行技術の欠点を示さない直接駆動機構を備える、このような押出機の押出機スクリューを提供するという課題に基づく。

本発明は、設定されたこれらの課題を、請求項１の特徴を有する駆動機構を提供することによって、また、少なくとも１つの冷却ロール、キャストロール、ローラ、スムージングロール、カレンダロールおよび／もしくはストレッチングロールを有するシステムまたは押出機スクリューを有する押出機であって、少なくとも１つのロールまたは押出機スクリューが本発明に基づく駆動機構に接続されたシステムまたは押出機を提供することによって解決する。

ローラまたはスクリューのための本発明に基づく駆動機構は、駆動シャフトと、回転子および回転子を取り囲む固定子を有する電気駆動モータと、を含む。回転子は、駆動シャフトに回転不能に接続可能であり、または駆動シャフトに回転不能に接続されている。駆動シャフトは、接続端においてローラまたはスクリューに回転不能かつ同軸に接続されている。用語「接続されている」は、駆動シャフトが、ローラまたはスクリューと一体に形成されていることも含む。固定子は、駆動機構の静止構成要素によって回転不能に保持されている。回転子は、駆動シャフトの接続端に面するモータ軸受および駆動シャフトの接続端から離れた方に面するモータ軸受によって、モータハウジング上に軸回転可能に取り付けられている。駆動シャフトは、駆動モータを通って駆動シャフトの接続端から離れた方に面する側において駆動モータを超えるように、回転子に対して同軸で案内されており、駆動シャフトは、駆動シャフトの接続端から離れた方に面する側において自由端を有する。駆動シャフトは、軸方向調節媒体流路（ａｘｉａｌｔｅｍｐｅｒｉｎｇｍｅｄｉｕｍｃｈａｎｎｅｌ）を有する中空のシャフトとして構成されており、この軸方向調節媒体流路は、駆動シャフトの自由端において調節媒体接続部（ｔｅｍｐｅｒｉｎｇｍｅｄｉｕｍｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）に結合されている。

ローラまたはスクリューのための本発明に基づく駆動機構は、駆動シャフトに回転子が接続されていない場合であっても、回転子が自由に回転することができるという大きな利点を有する。このことは、複雑で取付け時に実現することが難しい駆動シャフトに対する回転子の位置の幾何学的な調整を実行する必要のない現場での単純な取付けおよび交換を可能にする。本発明に基づく駆動機構は、先行技術よりも正確に幾何学的要件を満たすことができ、それによって軸受応力がかなり低減されるため、本質的に、知られている直接駆動機構よりも耐久性が高い。さらに、先行技術よりも、構成部品の公差の影響が小さくなる。

いくつかのローラシステム、特に押出機をさらに含むシステムでは、ローラまたは押出機スクリューが、駆動機構の側面の片側だけに取り付けられる。このような実施形態では、２つの側で取り付けられた駆動機構が、駆動シャフトに対するさらなる安定性を提供することができる。

駆動シャフトは、軸方向調節媒体流路を有する中空のシャフトとして構成されており、軸方向調節媒体流路は、駆動シャフトの自由端において調節媒体接続部に結合されているため、調節媒体によってモータを、所望の動作温度範囲内に維持することが可能である。

駆動シャフトの調節媒体流路が少なくとも、ローラまたはスクリューの調節媒体流路に結合されている場合、駆動シャフトの調節媒体流路の中を流れている調節媒体は、ローラまたはスクリューを、所望の動作温度範囲内に維持することができる。

好ましい一実施形態では、調節媒体接続部が回転１方向フィードスルーとして構成され、それによって駆動シャフトの直径を小さくすることができ、対称なモータ軸受を使用することができる。気体または液体の調節媒体の供給または排出は、この回転１方向フィードスルーを通して実現され、調節媒体の排出または供給は、ローラまたはスクリューの調節流路を通して実現される。

回転１方向フィードスルーの前述の利点にもかかわらず、本発明に基づく駆動機構のいくつかの用途では、調節媒体接続部が、供給および戻り系を有する回転２方向フィードスルーとして構成されている場合に有利である。このことは特に、押出機スクリューの出口側端に調節媒体接続部を提供することができない押出機に対して当てはまる。他方で、押出機スクリューの駆動シャフトの直径は通常、大きいため、回転２方向フィードスルーのより大きな外形を受け入れることができる。

本発明の他の態様によれば、駆動シャフトの調節媒体流路に流入または流出する調節媒体の流動方向が切替え可能である。このことを利用して、例えば、寒冷環境条件の場合に凝縮物が形成することを防いでモータを保護することができる。

本発明に基づく駆動機構では駆動シャフトが自由端を有するため、駆動シャフトの回転速度、したがって駆動シャフトに接続されたローラまたはスクリューの回転速度を監視するために、駆動シャフトを取り囲むインパルス送信器を提供することが可能である。例えばモータ軸受に取り付けられたインパルス送信器のこのリング状の配置は、駆動機構の外形を大きくせず、先行技術の軸インパルス送信器の配置とは対照的に、調節媒体用の回転フィードスルーを端に取り付けることを妨げない。

本発明に基づく駆動機構の好ましい一実施形態では、固定子が、モータハウジングに回転不能に接続されており、モータハウジングが、正確に１つの静止支持体に回転不能に接続可能である。このことは、複雑な調整作業を実行する必要がない現場でのモータの単純な交換を容易にし、このことは、駆動モータの固定された幾何学的に位置合せされた位置を保証する。モータハウジングが、固定された支持体に、間に置かれた弾性緩衝要素を介して接続されている場合、構成部品の公差が補償され、軸受の引張りが防止される。

さらに、現場で手早く取り扱うことができるが、依然として信頼性が高く、少数の構成部品だけを使用して実現することができ、スペースをとらない回転子と駆動シャフトの間の接続のため、回転子が、駆動シャフトのシェル面に配置されたクランプ装置によって駆動シャフトに接続されることが提供される。このクランプ装置は、回転子と駆動シャフトとの間のバックラッシのない中心接続を可能にする。

回転子と駆動シャフトとの同軸配置を維持するため、回転子と駆動シャフトの間で適合スリーブが使用される。この適合スリーブは、駆動シャフトの自由端側に配置される。

次に、図面に関する例示的な実施形態を使用して本発明を詳細に説明する。

ローラとローラの直接駆動機構とを有する本発明に基づくシステムの正面図である。図１の線Ａ−Ａに沿った断面図である。

図１は、ローラ３０と駆動機構２０とを有するシステム４０を示す。ローラ３０は、冷却ロール、キャストロール、スムージングロール、カレンダロールまたはストレッチングロールとして構成されている。このロールの代わりに、駆動機構２０によって駆動される押出機スクリューを有する押出機を提供することもできる。

駆動機構は、駆動シャフト１と、回転子６および回転子を同軸で取り囲む固定子５を有する電気駆動モータ１８とを含み、固定子５は巻線を有する。回転子６は、駆動シャフト１のシェル面に配置されたクランプ装置４によって、駆動シャフト１に回転不能に接続されている。クランプ装置４は、摩擦適合のための、したがってバックラッシの無い組立てのための円錐形のテンショニング要素として構成されている。駆動シャフト１は、接続端１ａと一体であり、したがってローラ３０と回転不能に一体化されている。固定子５は、固定子がモータハウジング７に回転不能に接続されていること、およびモータハウジングが正確に１つの静止支持体３に回転不能に接続されていることによって、回転不能に保持されている。モータハウジング７が１箇所でしか支持体３に接続されないのは、複数の接続がある場合に生じるであろう張力の発生を防ぐためである。さらに、モータハウジング７と静止支持体３との間には弾性緩衝要素１０が置かれている。モータハウジング７が支持体３に取り付けられていることにより、モータによって導入されるトルクが、駆動シャフト１を回転運動させる。有用には、前記支持体３はさらに、駆動機構側のころ軸受２を収容する役目も果たす。ローラを有するいくつかのシステムまたは押出機では、ローラまたは押出機スクリューがそれぞれ、駆動機構側のころ軸受２によって取り付けられるだけであるが、他のシステムでは、ローラまたは押出機スクリューがそれぞれ２回以上取り付けられる。

回転子６は、モータハウジング７上で軸回転できるように、一方の側では駆動シャフトの接続端１ａに面するモータ軸受８によって、もう一方の側では駆動シャフトの接続端１ａから離れた方に面するモータ軸受９によって、２重に装着されている。モータ軸受８、９の両方は、ころ軸受として構成されている。駆動シャフト１は、駆動モータ１８を通って駆動シャフトの接続端１ａから離れた方に面する側で駆動モータを超えるように、回転子６に対して同軸に案内されており、駆動シャフトは、駆動シャフトの接続端１ａから離れた方に面する側において自由端１ｂに至る。自由端１ｂの回転子６と駆動シャフト１との間に配置された適合スリーブ１１は、同軸中心位置合せを達成することが意図されている。

駆動シャフト１は、軸方向調節媒体流路１ｃを有する中空の軸として構成されており、軸方向調節媒体流路１ｃは、駆動シャフトの自由端１ｂにおいて調節媒体接続部１２、１３に結合されており、調節媒体接続部１２、１３を通して、液体または気体の調節媒体１６、すなわち例えば水などの冷却媒体および／または加熱媒体を、ポンプ１７によって調節媒体流路１ｃに導入しかつ／または調節媒体流路１ｃから排出することができる。このようにすると、駆動機構２０内で発生した熱を、調節媒体１６を介して直接に排出することができる。駆動シャフト１の調節媒体流路１ｃは、調節媒体１６がローラ３０の調節媒体流路３１に流入し、調節媒体流路３１から流出することができるような態様で、ローラ３０の調節媒体流路３１に結合されている。調節媒体接続部は、２つの部分で構成されており、回転１方向フィードスルー１２を有する。回転１方向フィードスルー１２は、調節媒体流路１ｃに密封接続されており、駆動シャフト１と同軸に回転する。回転１方向フィードスルー１２の反対端は、静止ハウジング１３内にあり、静止ハウジング１３は、調節媒体１６が入る入口を有する。駆動シャフト１の調節媒体流路１ｃに流入し、または調節媒体流路１ｃから流出する調節媒体１６の流動方向は、例えばポンプ１７の供給方向の反転によって切替え可能であることが好ましい。いくつかの用途、特に押出機を用いる用途では、調節媒体１６の供給および戻り系を有する回転２方向フィードスルーを提供することもできる。

駆動シャフト１のシェル面、特に回転子５のモータ軸受９の近くのシェル面に、リング状の中空シャフトエンコーダの形態のインパルス送信器１４が位置し、このエンコーダは、駆動シャフト１をリングのように取り囲み、駆動シャフト１の回転数に関する情報を、駆動機構２０の電気接続１４を介して図示されていない機械制御機構に送信する。

Claims

ローラ（３０）またはスクリューのための駆動機構（２０）であって、駆動シャフト（１）と、回転子（６）及び前記回転子を取り囲む固定子（５）を有する電気駆動モータ（１８）と、を備え、前記回転子（６）は、前記駆動シャフト（１）に回転不能に接続可能であり、前記駆動シャフト（１）は、接続端（１ａ）において前記ローラまたは前記スクリューに回転不能かつ同軸に接続されており、前記固定子（５）は、前記駆動機構の静止構成要素によって回転不能に保持されており、前記回転子（６）は、前記駆動シャフトの前記接続端（１ａ）に面するモータ軸受（８）および前記駆動シャフトの前記接続端（１ａ）から離れた方に面するモータ軸受（９）によって、モータハウジング（７）上に軸回転可能に取り付けられており、前記駆動シャフト（１）は、前記駆動モータ（１８）を通って前記駆動シャフトの前記接続端（１ａ）から離れた方に面する側において前記駆動モータ（１８）を超えるように、前記回転子（６）に対して同軸に案内されており、前記駆動シャフトは、前記駆動シャフトの前記接続端（１ａ）から離れた方に面する側において自由端（１ｂ）を有し、前記駆動シャフトは、軸方向調節媒体流路（１ｃ）を有する中空のシャフトとして構成されており、前記軸方向調節媒体流路（１ｃ）は、前記駆動シャフトの前記自由端（１ｂ）において調節媒体接続部（１２、１３）に結合されている、ことを特徴とする駆動機構。
前記駆動シャフトの前記調節媒体流路（１ｃ）が、前記ローラまたは前記スクリューの少なくとも１つの調節媒体流路（３１）に接続可能である、ことを特徴とする請求項１に記載の駆動機構。
前記調節媒体接続部（１２）は、回転１方向フィードスルーとして構成されている、ことを特徴とする請求項２に記載の駆動機構。
前記調節媒体接続部（１２）は、回転２方向フィードスルーとして構成されている、ことを特徴とする請求項２に記載の駆動機構。
前記駆動シャフトの前記調節媒体流路（１ｃ）に流入または流出する前記調節媒体（１６）の流動方向は、それぞれ、例えばポンプ（１７）によって、切替え可能である、ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の駆動機構。
前記駆動シャフトを取り囲むインパルス送信器（１４）を特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の駆動機構。
前記固定子（５）は、前記モータハウジング（７）に回転不能に接続されており、前記モータハウジングは、正確に１つの静止支持体（３）に回転不能に接続可能である、ことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の駆動機構。
前記モータハウジング（７）は、中間弾性緩衝要素（１０）を介して前記静止支持体（３）に接続されている、ことを特徴とする請求項７に記載の駆動機構。
前記回転子（６）は、前記駆動シャフト（１）のシェル面上に配置されたクランプ装置（４）によって前記駆動シャフト（１）に接続されている、ことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の駆動機構。
適合スリーブ（１１）が前記回転子と前記駆動シャフトとの間に配置されている、ことを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の駆動機構。
少なくとも１つの冷却ローラ、キャスティングロール、ロール、スムージングロール、カレンダロールおよび／またはストレッチングロールを有するシステム（４０）であって、少なくとも１つのローラ（３０）は、請求項１から１０のいずれかに記載の駆動機構（２０）の駆動シャフト（１）に接続されている、ことを特徴とするシステム（４０）。
押出機スクリューを有する押出機であって、前記押出機スクリューは、請求項１から１０のいずれかに記載の駆動機構（２０）の駆動シャフト（１）に接続されている、ことを特徴とする押出機。