DE69614067T2 - Vorrichtung zur Extrusion von Kunststoffen und ähnlichen Materialien mit konvergierenden Schnecken, wobei jede mit eigenem Antriebsmotor angetrieben wird - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Maschine für die Extrusion von Polymeren und dergleichen in der Bauweise mit zwei mit Gewinde versehenen und konvergierenden Rotoren, die jeweils mit ihrem eigenen Antriebsmotor, zum Beispiel einem Hydraulikmotor, gedreht werden.
• Auf dem technischen Gebiet der Elastomer- und Plastomerverarbeitung sind sogenannte konische Doppelschnecken-Extrudiermaschinen bekannt, bei denen zwei mit Gewinde versehene Schnecken, einfach als Rotoren bezeichnet, mit zueinander konvergierenden Achsen innerhalb eines Aufnahmegehäuses angeordnet sind.
• Es ist außerdem bekannt, daß solche Rotoren bei geringer Drehzahl in Drehung versetzt werden müssen und sich in zueinander synchronisierter Weise drehen müssen, um die Winkelphasendifferenz beizubehalten, die beim Zusammenbau der Maschine vorab festgelegt wird, um eine Kollision zwischen den Gewinden der beiden Rotoren zu vermeiden, da eine solche Kollision die Drehung der Rotoren insbesondere dann verhindern würde, wenn die Rotoren vom interpenetrierenden Typ sind.
• Aus den Schriften EP 0 472 431 und EP 0 598 376 sind außerdem Vorrichtungen zum Betätigen der Rotoren bekannt, welche beinhalten: Getriebe vom Endlosschneckentyp, Schneckenrad und Kegelräder zur direkten Übertragung der Bewegung und zur Synchronisation zwischen den Teilen bei mit geringer Drehzahl drehenden Wellen - im Fall der erstgenannten Schrift; und Getriebe mit Untersetzung für jeden Rotor sowie konische Antriebe zur Bewegungsübertragung und Synchronisation über Hochgeschwindigkeitswellen - im Fall der zweiten Schrift.
• Die im Stand der Technik bekannten Extruder besitzen eine einzige Bewegungsquelle, typischerweise bestehend aus einem Elektromotor, dessen Ausgangswelle über geeignete Getriebemittel an die beiden Rotoren gekoppelt ist, um diese drehend zu betätigen.
• Obschon eine einzige Bewegungsquelle vorhanden ist, erfordert ein solcher Aufbau dennoch die Verwendung von Vorrichtungen zum Reduzieren der Drehzahl in Verbindung mit jedem Rotor, außerdem Vorrichtungen zur synchronisierten Bewegungsübertragung, angeordnet zwischen der Hochgeschwindigkeitswelle des Motors und der Hochgeschwindigkeitswelle des Untersetzers. Dieser Stand der Technik ist in der EP-A-0 166 008 offenbart.
• Dies führt zu dem Erfordernis, eine Struktur zur Halterung und Aufnahme der Übertragungsvorrichtungen vorzusehen, die große Abmessungen und beträchtliche bauliche Komplexität aufweist, was eine einfache Montage bei der Installation ebenso verhindert wie einen späteren leichten Zugang für Routine-Wartungsarbeiten.
• Zusätzlich hierzu führt die große Anzahl von Bauteilen des Bewegungsübertragungssystems zu einer Erhöhung der Wahrscheinlichkeit von Störungen, die die Maschine insgesamt betreffen.
• Es stellt sich daher das technische Problem, eine Maschine für die Extrusion von Polymeren des Typs mit zwei mit Gewinde versehenen und konvergierenden Rotoren anzugeben, die vereinfachte Mittel zur synchronisierten Betätigung der Rotoren selbst aufweist, was eine Verringerung der Anzahl von Bauteilen ermöglicht, insbesondere Bauteilen für die Bewegungsübertragung und Drehzahluntersetzung, während die charakteristischen Eigenschaften der Arbeitssicherheit und Leistung unverändert bleiben.
• Im Rahmen dieses Problems ergibt sich eine weitere Notwendigkeit insofern, als der Extruderaufbau geringe Gesamtabmessungen aufweisen soll, während er dabei aber äußerst stabil bleibt, und daß die Möglichkeit bestehen sollte, die verschiedenen Bauteile einfach aus der Maschine zwecks normaler Wartungsarbeiten zu entnehmen, ohne daß das Erfordernis besteht, den größten Teil des Übertragungssystems zur Durchführung dieser Arbeiten auseinanderzunehmen.
• Erreicht wird dies durch die vorliegende Erfindung, die eine Maschine für die Extrusion von Polymeren und dergleichen gemäß Anspruch 1 schafft.
• Die Motoren zum Betätigen der Rotoren sind Motoren vom Hydrauliktyp.
• Weitere Einzelheiten und besondere Merkmale des erfindungsgemäßen Extruders werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels deutlich, welches unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren vorgestellt wird. Es zeigen:
• Fig. 1 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Extruders;
• Fig. 2 eine Draufsicht auf den Extruder, der im Bereich der Rotoren teilweise offen ist;
• Fig. 3 eine Draufsicht auf den Extruder, der in der Zone aufgeschnitten ist, in der die beiden die Rotoren bildenden Teile miteinander vereint sind.
• Wie in Fig. 1 gezeigt ist, enthält der erfindungsgemäße Extruder eine Basis 1, auf der Stützen 2 und 3 angeordnet sind, deren jeweilige Oberseiten 2a und 3a parallel zueinander verlaufen und in Richtung zum vorderen Teil der Maschine in einem geeigneten Winkel geneigt sind. Die vorderen Stützen 2 tragen das Gehäuse 4, welches die Rotoren 5 aufnimmt, während die hinteren Stützen 3 ein Gehäuse 6 tragen, welches Mittel 7 zur Übertragung der Bewegung aufnimmt, die zu jedem Rotor 5 gehören. Die gesamte Anordnung der oben beschriebenen Teile des Extruders ist derart realisiert, daß ein Konvergenzwinkel durch die Achsen der beiden Rotoren 5 und eine Abwärtsneigung des gesamten Mischteils 4 und des Extrudierteils 9 der Maschine gebildet wird, entsprechend dem vorderen Teil der Maschine selbst, um einen Materialstau während der Verarbeitung zu vermeiden.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, und wie es deutlicher in Fig. 3 dargestellt ist, sind die Rotoren 5 in zwei getrennten Teilen ausgebildet, bestehend aus einer Welle 5a zur Aufnahme des Antriebsmoments und einem mit Gewinde versehenen Teil 5b mit einem veränderliche Steigung aufweisenden Gewinde und fixiert an der Welle 5a, wie es unten detaillierter beschrieben werden wird.
• Die Welle 5a ist hinten durch zugehörige Radiallager 6a und durch ein in dem Gehäuse 6 sitzendes Längsdrucklager 6c gehaltert.
• Die Welle 5a besitzt einen vorderen Flansch 5c mit einem von ihm ausgehenden konischen Lagerzapfen 5d zur Kopplung mit einem entsprechenden konischen Sitz 5f, der in dem mit Gewinde versehenen Teil 5b des Rotors 5 ausgebildet ist, so daß dessen Aufsetzen auf die Welle mit einer Selbstzentrierung und dem Zustandekommen von Reibung einhergeht, was zur Bewegungsübertragung beiträgt.
• Die Winkelanordnung und Verriegelung des mit Gewinde versehenen Teils 5b an der Welle 5a erfolgt mit Hilfe von Zapfen 11 und Schrauben 12, die zwischen den zugehörigen frontseitig aneinanderliegenden Flanschen der miteinander zu verbindenden Teile 5a und 5b des Rotors angeordnet sind.
• Wie aus den Figuren ersichtlich, wird jeder Rotor 5 von seinem eigenen Motor 8 gedreht, der koaxial und direkt an der zugehörigen Antriebswelle 5a gelagert ist.
• Beim dargestellten Beispiel sind die Motoren 8 jeweils als Hydraulikmotor mit einer Hohlwelle ausgebildet, was an sich bekannt und deshalb hier nicht im einzelnen zu beschreiben ist. Der Hydraulikmotor 8 besitzt einen koaxialen Flansch 8a, der sich nach unten erstreckt, und der an seinem unteren Ende am freien Ende eines Zapfens 8b angebunden ist, dessen anderes Ende an der Stütze 3 fixiert ist.
• Der Flansch 8a und der Anschlag 8b bilden eine Drehsperre für den Motor 8, der ohne eine solche Sperrvorrichtung nicht ein Drehen des Rotors 5 bewirken könnte.
• Die erwähnte Zapfen/Flansch-Verbindung läßt sich auch über eine Zwischen-Gelenkanordnung realisieren, um jegliches Durchbiegen des Rotors durch Lasten, denen er ausgesetzt ist, aufzufangen.
• Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist an jeder Welle 5a ein zugehöriges Zahnrad 7a, 7b gelagert, die radial miteinander kämmen, wodurch ein Kegelgetriebe 7 gebildet wird. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht dieses Getriebe aus Zahnrädern vom sogenannten "FACE"-Typ, welche sich einfacher realisieren lassen.
• Mit Hilfe jenes Getriebes läßt sich gleichzeitig Synchronisierung und eine Sicherheitsprüfung zum Korrigieren des Betriebs der beiden Motoren 8 erreichen. Wenn einer der beiden Motoren blockieren sollte, kann das entsprechende Zahnrad 7a, 7b, welches stehenbleibt, das andere Zahnrad 7b, 7a anhalten und blockiert halten, wodurch ein Stoß zwischen den beiden mit Gewinde versehenen Teilen 5b der Rotoren 5 verhindert wird, die, da sie nicht mehr synchron miteinander drehen, die Anfangs-Winkeldifferenz nicht mehr beibehalten könnten und in Berührung miteinander träten.
• Wie in Fig. 1 durch gestrichelte Linien dargestellt, kann die Motorwelle auch mit einer Vorrichtung 10, beispielsweise eine Vorrichtung in Form eines "Kodierers" versehen sein, um die Winkelstellung des zugehörigen Rotors 5 zu überprüfen, da es für den Fall, daß eines der beiden Zahnräder des Getriebes beschädigt sein sollte, beispielsweise ein Zahn fehlen sollte, eine Abweichung des Anfangswinkels der Phasendifferenz zwischen den beiden Rotoren 5 gäbe, was wiederum zu einer Beschädigung der Rotoren 5 führen würde.
• Aus der oben beschriebenen Konfiguration ist daher ersichtlich, wie der erfindungsgemäße Doppelschneckenextruder eine geringe Anzahl von Bauteilen aufweist, welche die mechanische Kraftübertragung bilden, was zu einer erhöhten Kompaktheit und Zuverlässigkeit der Maschine führt, deren sicherer Betrieb sowohl durch den speziellen Typ von Kegelradgetriebe für die Bewegungsübertragung zwischen den langsam drehenden Wellen als auch durch jegliche Vorrichtungen zum Prüfen der Winkelstellung jedes Rotors garantiert wird.
• Demzufolge besitzt die Maschine die charakteristischen Merkmale extremer Kompaktheit und einfacher Zugangs- und Wartungsmöglichkeit, insbesondere im Fall von aus zwei Teilen bestehenden Rotoren, was den Austausch des mit Gewinde bestückten Teils ohne Auseinandernehmen des Getriebes ermöglicht.
• Es sind zahlreiche Abwandlungen in der Ausführung der die Erfindung bildenden Teile möglich, ohne dabei vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, der durch die beigefügten Ansprüche festgelegt wird.

Claims (6)

1. Maschine für die Extrusion von Polymeren und dergleichen, umfassend ein Paar mit Gewinde versehene Rotoren (5), deren Achsen zueinander konvergieren, wobei jeder Rotor direkt von einer zugehörigen Antriebswelle angetrieben wird, und eine Einrichtung (7) zur synchronisierten Übertragung der Bewegung auf die Rotoren, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Rotor (5) mittels eines eigenen Betätigungsmotors (8) vom Hydrauliktyp gedreht wird, der koaxial und direkt an der zugehörigen Antriebswelle (5a) des Rotors (5) angebracht ist.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydraulikmotor (8) mit externen Mitteln (8a, 8b) ausgestattet ist, um eine Drehung des Motorgehäuses selbst zu verhindern.

3. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das System zur synchronisierten Übertragung der Bewegung aus einem Kegelgetriebe (7) besteht.

4. Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe (7) vom FACE-Typ ist.

5. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotoren als zwei separate Teile (5a, 5b) ausgebildet sind, die auseinandernehmbar mittels zugehöriger Zentriermittel (5d, 5f), Winkelpositioniermittel (11) und Verriegelungsmittel (12) vereint sind, wobei eines der Teile aus einer Welle (5a) zum Aufnehmen der Antriebsbewegung und das andere Teil (5b) das variable Steigung aufweisende Gewinde aufweist.

6. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem Mittel (10) zum Prüfen der Winkelposition jedes Rotors (5) vorhanden sind.