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VORRICHTUNG ZUM ANTRIEB VON ZWEI- ODER MEHRWELLENEXTRUDERN ZUR VERARBEITUNG
VON THERMOPLASTISCHEN MASSEN Die Erfindung betrifft ein astverteilergetriebe zum
Antrieb von Mehrfachschnecken-Fxtrudern flir die Verarbeitung von thermoplastischen
Massen.
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Zahnradergetrieba haben in aller Regel große Kräfte zu übertragen.
Zu diesem Zweck hat man schon lange die Hauptwellen durch paarweise angeordnete
Vorgelege mit unter sich elastisch gekuppelten Zahnrädern entlastet.
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Dabei sind die Zahnräder jedes Vorgeleges auf eine durch gehende Welle
gelagert. Solche Getriebe haben mehr oder weniger Spiel. Die Folge davon ist, daß
sich die Angriffsstellen bald ausschlagen mit der weiteren Folge, daß schon nach
kurzer Betriebsdauer ein toter Gang im Zahnradgetriebe vorhanden ist. Gegen diesen
vorzeitigen Verschleiß hilft mit einiger Sicherheit dieMaßnabme, daß eine elastische
Torsionskuppliing in die Antriebswelle der Zahnräder verlegt ist. Die Vorgelegewelle
wird zwischen den Zahnrädern geteilt und auf den einander zugekehrten Enden sind
durch Federn elastisch gekuppelte Scheiben aufgekeilt. Infolgedessen können die
Teilwellen der Vorgelegewellen eine gewisse Verdrehung ausführen. Die Bewiegung
der treibenden Rades wird durch dieses Getriebe in dein gleichen Drehsinn auf das
getriebene Rad übertragen.
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Man kennt ferner zwei- oder mehrstufige Zahnrndgetriebe mit Schrägverzehnung
der vorhandenen ZahnrMder, bei denen durch die Schrägverzahnung ein frei nach außen
hin wirkender Axialschub herbeigeführt wird. Hierbei kennen zur Erzielung einer
gleichmäßIg gerichteten Weiterleitung der zu übertragenden Kraft 2 Zwischenwellen
vorgesehen sein. Diese Wellen können zwecks gleichmäßiger Lastverteilung auf ein
Hebelsys;tem einwirken, wodurch aber in das ganze System eine gewisse Ungenauigkeit
gelangt, die durch Verschleiß Immer großer wird und somit die W-irkllng des Lastverteilersystems
unzuverlässig macht. Weit besser sind Zahnradgetriebe, hei welchen die Axialschubkräfte
in ihrem Größenverhältnis zueinander an jeder Zwischenwelle durch einstellbare Gegenkräfte,
wie z.B. Federn, veränderbar sind. Hierdurch ist jede gewünschte Verteilung der
Umfangskräfte auf die Zwischenwellen und die auf diesen sitzenden Zahnräder ermöglicht.
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Bekannt -sind Lastverteilergetriebe, z.B. zum Antrieb von umlaufenden
Trommeln, mit einem Antriebsmotor, der ueber ein Verzweigungagetriebe auf 2 Wellenstränge
wirkt, die Uber Ritzel eine Zusammenfessungsgetriebes gemeinsam auf einen Zahnkranz
arbeiten. Zur gleichmäßigen Verteilung des Drehmoments auf beide Wellenstränge sind
entsprechende Mittel vorgesehen.
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Man hat auch schon Zweiweg-ntriebe entwickelt, bei denen ein Antriebsmotor
über ein erzweigungsgetriebe auf 2 Wellenstränge wirkt, die über Ritzel auf den
Zahnkranz eines
Zusammenfassungsgetriebes arbeiten. Bei solchen
Zweiweg Antrieben ist das Wesentliche in der gleichmäßigen Verteilung des Drehmoments
suf beide Wellenstränge zu suchen.
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Bs hat an Vorachlägen zur Lösung des Problems der gleichmäßigen Verteilung
des Drehmoments auf beide Wellenstränge im Betriebe nicht gefehlt. So hat man z.B.
ein Differential als Drebmomentennusgleich vorgeschlagen. Jedoch liegt die Aufwendigkeit
eies solchen Ausgleichsmittels auf der Hand, des sich also praktisch nicht eingeführt
hat. Ferner ist der Finbau elastischer Ausgleichamittel, z.B. Torsionswel -len,
Torsionsstäbe, Federräder od.dgl, in Wellenstränge bekannt. Will man auf einfache
Weise eine gleichmäßige Drehmomentenverteilung auf beide Wellensträge erzielen,
so kann man z.B. zur Grobeinstellung der Drehmomentenverteilung einen WelienstranN
mit einem Verbindungselement versehen. dns im ruhenden Zustand des Antriebs gegenüber
einem benachbarten Verbindungselement verstellbar und festlegbar ist. Zur Feineinstellung
der Drehmomentenverteilung sind übliche Ausgleichselemente vorgesehen. Wenn also
eine Grobeinstellung der Drehmomentenverteilung im zuvor ruhenden Zustand durchgeführt
worden ist, so ben6~ tritt man nur noch verhältnismäßig kleine Ausgleichsbewegungen
im Betriebe, durch die an sich bekannten Ausgleichselemente.
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Die' Extruder großer Leistung werden bekanntlich in ihren Drucklagern
stark überbeansprucht und nach kurzer Betriebsdauer beschädigt0 Bei solchen Extrudern
sind nGmlich mit dem Antrieb der Hauptantriebawelle für eine Schnecke die
weltsre(n)
Schnecken über mehrere Nebenwellen angetrieben.
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Diese Nebenantriebswellen werden durch starke Zahnräder von der Hauptantriebswelle
angetrieben. Der hohe Axialdruck im Raum der Preßschnecken wird von den Schnecken
orrf die Antriebswelle übertragen iind macht daher große Axiallager erforderlich,
die sich aber in dem engen Raum zwischen Haupt- und Nebenwellen nur mit Schwierigkeiten
anbringen lassen. Es ist nun vorgeschlagen worden, die Nebenwellen mit der Hauptwelle
silber Schrägzahnnäder mit entsprechend nach Größe und Richtung gewähltem Zahnschrägungewinkel
zu verbinden. Diese Schrägzähne werden also zur Ausnutzung ihrer axialen Kraftkomponente
als Gegenkraft mit den Nebenwellen angewendet, Man kann hierbei auch noch ein Hauptaxiallager
in der Huptw,elle zur Aufnahme des durch die Schrägverzahnung vermehrten Achsschubes
vorsehen.
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Die Erfindung befaßt sich allgemein ebenfalls mit einer Antriebsvorrichtung
für Extruder zum verarbeiten von Thermoplasten, mit zwei oder mehreren in einem
Arbeitszylinder umlaufenden, parallel zueinander gelagerten Schneckenwellen, bei
welchen eine Schneckenspjndel primär angetrieben ist und ihrerseits die rotierende
Bewegung auf eine andere bzw. mehrere Schneckenspindeln sekundär überträgt.
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Die erfindungagemäße Ausbildung des Verteilergetriebes ermöglicht
maximale Ausstößt ohne thermische ttberbean spruchung der Kunststoffe. Seit längerer
Zeit ist man
nämlich bestrebt, die Durchsätze und damit die Wirtschaftllchkeit
von Extrudern ganz wesentlich zu erhöhen. Man hat festgestellt, daß mit der einfachen
Erhöhung der Umfangsgeschwindigkeiten der Schneckenwellen zumindest eine thermische
Überbeanspruchung der thermoplastischen Kunststoffe einhergeht. Mithin konnte durch
hohe Geschwindigkeiten der Welle eine gewünschte Erhöhung der Ausstöße bei Extrudern
nicht erzielt werden.
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Der Erfinder hat sich daher die Aufgabe gestellt, diese Nachteile
der bekannten Extruder zu beheben. Ein Lösungsweg für diese Aufgabe wird weder durch
Verlängerung der Schnecken noch durch Erhöhung der Schnockendrehzahl, sondern durch
die Ausbildung eines Lastverteilergetriebes erzielt, welches die Übertragung großer
Leistung bei kleiner Bauweise ermöglicht. Durch die Anordnung mohrerer Radsätze
ur das Antriebsrad ergeben sich kleine Zahngeschwindigkeiten und ein sehr guter
Wirkungsgrad, wobei gleiche Zahnkräfte zwischen den Zahnrädern der einzelnen Radsätze
über elastische Außgleichsmittel gewährleistet sind. Mit geringe. Acheabstand der
Schneckenwelle und hohen Drchmoment ist die erfindungsgemäß entwickelte Vorrichtung
zum Antrisb von Extrudern besonders gesignet, die Mongondurchsätze ganz erheblich
zu erhöhen, ohne daß eine Strukturminderung der Kunststoffmischungen zu befürchten
ist. Die gestellte Aufgabe wird erfindungagemäß in wesentlichen dadurch gelöst,
daß bei einer Vorrichtung zum Antrieb von Zwei- oder Mohrwellen-Extrudern zur Bearbeitung
von thermoplastischen oder ähmlichen Massen, wobei
eine Plastizierschnecke
über ein Stirnrad durch die Hauptwelle direkt angetrieben ist und die andere Plastizierschnecke
ihren Antrieb über mehrere Zahnräder erhält, erfindungsgemäß das auf der Hauptwelle
aufgekeilte Ritzel seine Kraft je zur Hälfte auf die Hauptwelle mit Abtriebsschaft
für die eine Plastizierschnecke und auf die beiden gegenüberliegenden Stirnräder
überträgt, welch' letztere auf Torsionswellen sitzen, die am freien Ende Zahnräder
antreiben, deren Drehmoment über Zwischenräder auf das Ritzel mit Abtriebsschaft
für die zweite Plastizierschnecke übertragen wird.
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In weiterer zweckmäßiger Ausführungsform der Erfindung verdreht sich
die durchgehende Hauptwelle bei gleichem Drehmoment wie das beider Ausgleichsmittel
(Torsionswellen) zusammen um den selben Winkel - mit der Wirkung, daß die Stellung
der Abtriebsschäfte für die Verkupplung mit den Plasizierschnecken zueinender gesichert
ist.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegen standes der
Erfindung dargestellt, und zwer zeigt: FIG I die Vorrichtung zum Antrieb in Draufsicht
(im Schnitt) FIG II die Vorrichtung in Seitenansicht (im Schnitt) FIG III das 5-Wellen-Getriebe
(schematisch) Der Antrieb der Vorrichtung gemäß der Erfindung erfolgt über das Zahnrad
6, das mitsamt dem Zahnrad 5 auf die
durchgehende Hauptwelle 8 aufgekeilt
ist. Vom Zahnrad 5 wird die Kraft in drei Komponenten aufgeteilt, und zwar bleibt
die halbe Kraft auf der Hauptwelle 8, während je 1/4 der Kraft auf die beiden gegenüberliegenden
Stirnräder 4 übertragen wird, die auf Ausglerchsmitteln, z.B.
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Torsionswellen 7, aufgekeilt sind. Auf dem freien Ende dieser Torsionswellen
sind die Zahnräder 3 vorgesehen, welche das Drehmoment über die Zwischenräder 2
auf das Ritzel 1 übertragen. Die Abtriebsschäfte 9, 1o zur direkten Verkupplung
mit den Plastizierschnecken I, II stehen mit der Hauptwelle 8 einerseits und dem
Ritzel 1 andererseits in fester Verbindung. Der Rückdruck der Plastizierschnecken
wid 9 aon den Axiallagern 11, 12 aufgenommen, das Ritzel 1 wird durch die Radiallager
13 gehalten. Durch den vorgegebenen Achsabstand A (FIG III) der wegen der kämmenden
Plastizierschnecken sehr klein gehalten wird, stellt das Ritzel 1 bei Lastverteilgetrieben,z.B.
Zwei- und Dreiwellen-Getrieben für Extruder ein gewisses Kriterium dar, das durch
die Verzahnung und Lagerung des Ritzels wegen Platzmangel nur eine beschränkte Größe
aufweisen darf, womit eine kurze Lebensdauer bei höherer Drehzahl einhergeht.
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Gegenüber dem Stand der Technik weist die Vorrichtung zum Antrieb
von Zwei- oder Mehrwellen-Getrieben für Extruder gemäß der Erfindung in Gestalt
des 5-Wellen-Getriebes erhebliche technische Fortschritte auf. Zunächst ist die
wesentlich erhöhte Lebensdauer der Radiallager 13 anzuführen, weil theoretisch kein
Lagerdruck entsteht, sofern nur die Zwischenräder 2 genau gegenüberliegen. Ferner
ist
die Oberflächenbelastung der Zahnflanken von Ritzel 1 gering, weil die Zahnüberdeckung
durch die großen Zwischenräder 2 verhältnismäßig günstig ist und zudem die Belastung
durch zwei Antriebsräder zusätzlich halbiert wird.
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Damit eine gleiche Belastung des Ritzels 1 beiderseits gesichert ist,
sind die Ausgleichsmittel, z.B. als Torsionswellen 7 ausgebildet, und damit die
Schnecken~ stellung zueinander aufrecht erhalten bleibt, muß die durchgehende Hauptwelle
8 bei doppelter Belastung als bei einer Torsionswelle 7 um das gleiche Maß verdrehen.
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Schließlich kann die durch die Ausgleichsmittel (Torsionswellen) verlängerte
Bauweise des Extrudergehäuses für die Anordnung mehrerer hintereinander geschalteter
Axiallager 12 ausgenutzt werden.
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Die Belastung der Ritzellager ist meist höher als die des Ritzels
selbst, so daß die Lebensdauer des Getriebes von dem C/P-Verhältnis dieser Lager
abhängt. Durch den geringen Achsabstand bei Zwei- oder Mehrwellen-Getrieben können
aus Platzgründen keine größeren Lager eingebaut werden. Lange Gleitlager oder mehrere
Nadellager führen nur zu einer Verklemmung bei nur geringer Durchbiegung der Abtriebsschäfte
für die Verkupplung der Plastizierschnecken.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung sieht vor, daß der Zahndruck,
hervorgerufen durch zwei oder mehrere Antriebsritzel, keine resultierende Kraft
auf die Lager des getriebenen Ritzels auslöst und somit auch theoretisch keine Belastung
der
Lager auftreten kann. Ebenso ist eine Durchbiegung des Ritzels in praktischer Hinsicht
weitgehendst ausgeschaltet.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung in Gestalt des 5-Wellen-Getriebes
zum Antrieb von Zwei- oder Mehrwellen-Extrudern ist geeignet, bei kleinstem Achsabstand
hohe Drehmomente zu übertragen und gleichzeitig große Mengendurchsätze zu gewährleisten.