DD297597B5 - Branching gear, in particular for twin-screw extruders - Google Patents

Description

Hierzu 3 Seiten ZeichnungenFor this 3 pages drawings

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verzweigungsgetriebe zur biegekräftefreien Einleitung eines Drehmomentes in eine Welle, insbesondere für den gleich- oder gegenläufigen Antrieb einer Schneckenwelle in einem Doppelschneckenextruder für die Verarbeitung thermoplastischer Kunststoffe. Das Verzweigungsgetriebe ist auch geeignet, Antriebsmomente von Einzelantrieben symmetrisch in eine Welle einzuleiten, ohne daß dadurch Biegemomente für diese Welle entstehen.The invention relates to a branching gear for bending-force-free introduction of a torque in a shaft, in particular for the same or opposite drive a screw shaft in a twin-screw extruder for the processing of thermoplastic materials. The branching gear is also suitable to initiate drive torques of individual drives symmetrically in a shaft, without causing bending moments for this wave.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Es ist bekannt, daß der Achsabstand der zwei Abtriebswellen bei Doppelschneckenextrudern im Verhältnis zum eingeleiteten Drehmoment sehr gering ist. Die sich daraus ergebenden Platzverhältnisse für die Lagerung dieser Abtriebswellen und den dazu gehörenden Zahnrädern zwingen zu Sondermaßnahmen im Getriebebau. Das Drehmoment muß in die Wellen frei von Biegekräften eingeleitet werden, um nur sehr geringe bzw. keine radialen Lagerkräfte zu erhalten. Als Prinzip der Drehmomentenübertragung ist die Drehmomentenverzweigung bekannt, um die Zahnkräfte in vertretbarer Größe zu halten und die Radialbelastung der Wellen zu verringern bzw. aufzuheben. Die Größe der eingeleiteten Teildrehmomente muß gleich und die Anordnung symmetrisch sein.It is known that the center distance of the two output shafts in twin-screw extruders in relation to the torque introduced is very low. The resulting space for the storage of these output shafts and the associated gears force special measures in gearbox construction. The torque must be introduced into the waves free of bending forces, to obtain only very little or no radial bearing forces. As a principle of torque transmission, the torque split is known to keep the tooth forces in reasonable size and reduce the radial load of the waves or cancel. The magnitude of the introduced partial torques must be the same and the arrangement symmetrical.

Bei den bekanntgewordenen Vorschlägen von Verzweigungsgetrieben, die in den Patenten DD 111 971, DE 3 009 397 und DE 3 009 398 beschrieben sind, erfolgt die gleichmäßige Drehmomentenverzweigung in zwei getrennten Strängen. Um nun in jedem Strang das gleiche Verdrehflankenspiel zu erhalten und damit das gleiche Drehmoment zu übertragen, werden die Achsabstände der im Eingriff stehenden Zahnräder variiert.In the known proposals of branch transmissions, which are described in the patents DD 111 971, DE 3 009 397 and DE 3 009 398, the uniform torque branching takes place in two separate strands. In order to obtain the same backlash in each strand and thus transmit the same torque, the center distances of the meshing gears are varied.

Bei den zum Stand der Technik genannten Patenten erfolgt der Antrieb von einem Ritzel über zwei beiderseitig angeordneter Zwischenräder zu einem Abtriebsritzel.In the patents cited in the prior art, the drive is from a pinion via two mutually arranged intermediate wheels to a driven pinion.

Dabei sind bei den Patenten DD 111 971 und DE 3 009 397 die Zwischenräder in Schwingen gelagert, um so die Achsabstandsänderung zu realisieren, während beim Patent DE 3 009 398 die vier Außenräder starr und das An- bzw. Abtriebsritzel oder beide radialverschiebbar sind und so der Achsabstandsausgleich realisiert wird.In the patent DD 111 971 and DE 3 009 397 the intermediate wheels are mounted in rockers so as to realize the Achsabstandsänderung, while in the patent DE 3 009 398, the four outer wheels are rigid and the input or output pinion or both radially displaceable and so the center distance compensation is realized.

Allen hier aufgezeigten Lösungen ist gemeinsam, daß der erstrebte Gleichgewichtszustand und die damit verbundene gleichmäßige Drehmomentenverzweigung erst im Betriebszustand erreicht wird und nach jeder Betriebsunterbrechung durch das Eigengewicht der Bauteile wieder verloren geht. Daraus resultiert, daß bei den An- und Abfahrvorgängen mit erhöhtem Verschleiß der Getriebeelemente zu rechnen ist. Hervorgerufen durch die Radialbewegungen der Ritzel kommt es zu Tripokorrosionserscheinungen an den Kupplungsstellen, die nur durch Sondermaßnahmen wie Bogenzahnkupplungen zu mindern sind. Die freie Radialeinstellung des Abtriebsritzels muß auf Grund der zusätzlich anliegenden hohen Axialbelastung ausgeschlossen werden.All solutions shown here have in common that the desired equilibrium state and the associated uniform torque branching is achieved only in the operating state and is lost again after each interruption by the weight of the components. As a result, increased wear of the transmission elements is to be expected during the startup and shutdown processes. Caused by the radial movements of the pinion it comes to Tripokorrosionserscheinungen at the coupling points, which are to be reduced only by special measures such as Bogenzahnkupplungen. The free radial adjustment of the output pinion must be excluded due to the additionally applied high axial load.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht darin, die Mängel von bekannten Verzweigungsgetrieben für die Drehmomenteneinleitung zu vermeiden und die Kosten sowie den Herstellungsaufwand für ein Verzweigungsgetriebe zu verringern.The object of the invention is to avoid the shortcomings of known branching transmissions for the torque introduction and to reduce the cost and the production cost of a branching transmission.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kinematisch einfach aufgebautes Verzweigungsgetriebe zur symmetrischen Drehmomentenaufteilung zu schaffen, bei dem der erreichte Gleichgewichtszustand unabhängig von den An- und Abfahrvorgängen stets erhalten bleibt.The invention has for its object to provide a kinematically simple structure branching gear for symmetrical torque distribution, in which the equilibrium state is always maintained regardless of the startup and shutdown.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe sieht vor, den Ausgleich des Verdrehflankenspiels der einzelnen Drehmomentenzüge durch die Axialverschiebung je einer Welle im entsprechenden Getriebezug zu erreichen. Die Wellen in den Getriebezügen sind mit schrägverzahnten Stirnrädern versehen, so daß bei der symmetrischen Einleitung des Drehmomentes in die Abtriebsritzelwelle, beispielsweise von zwei diagonal gegenüberliegenden Stellen, der Ausgleichvorgang unter Ausnutzung der Restaxialkraft dieser Wellen erfolgen kann. Dabei wird davon ausgegangen, daß bei jeweils gleicher Räderanzahl und gleichen Radabmessungen auf diesen Wellen bei gleichem zu übertragenden Drehmoment auch die Axialkräfte in diesen Wellen gleich groß sind. Wächst das Drehmoment der einen Welle, so steigt auch die Axialkraft und es kommt zur Axialverschiebung dieser Welle. Die Wellen sind im Getriebegehäuse axial freibeweglich gelagert und die axiale Abstützung erfolgt über ein die Axialverschiebung der Wellen kompensierendes, mechanisch oder hydraulisch wirkendes Ausgleichsystem, das an die Wellen bzw. deren frei verschiebbare Lagerungen angelenkt ist. Das Ausgleichsystem besteht in seiner einfachsten Form aus einem gleicharmigen Hebel, der im Mittelpunkt am Getriebegehäuse gelenkig befestigt und an den Endpunkten mit den Lagerungen der Wellen in zweckentsprechenderweise verbunden ist. Eine andere Lösungsvariante des Ausgleichsystem sieht die Anordnung von hydraulisch beaufschlagbaren Druckdosen mit elastischer Membrane oder Kurzhubzylindern mit Verdrängerkolben vor, die einerseits am Getriebegehäuse befestigt und andererseits mit den Wellen bzw. deren axialverschiebbaren Lagerungen gekoppelt sind.The achievement of the object according to the invention provides to achieve the compensation of the backlash of the individual torque trains by the axial displacement of each shaft in the corresponding gear train. The shafts in the gear trains are provided with helical spur gears, so that in the symmetrical introduction of the torque in the output pinion shaft, for example, from two diagonally opposite points, the balancing process can take place using the residual axial force of these waves. It is assumed that at the same number of wheels and the same wheel dimensions on these waves at the same torque to be transmitted and the axial forces in these waves are the same size. If the torque of one shaft increases, so does the axial force and it comes to the axial displacement of this shaft. The shafts are axially freely movable in the gear housing and the axial support via a axial displacement of the waves compensating, mechanically or hydraulically acting compensation system, which is articulated to the waves or their freely movable bearings. The balancing system, in its simplest form, consists of an arm of the same type, articulated at the center of the transmission housing and suitably connected at the end points to the bearings of the shafts. Another solution variant of the compensation system provides for the arrangement of hydraulically loadable pressure cans with elastic membrane or Kurzhubzylindern with displacer before, on the one hand attached to the gear housing and on the other hand coupled to the shafts or their axially displaceable bearings.

Die Druckdosen bzw. Zylinder sind durch eine Rohrleitung miteinander kommunizierend verbunden, so daß die auftretenden Axialverschiebungen der Walzen durch wechselseitiges Verdrängen des in den Druckdosen eingeschlossenen hydraulischen Mediums kompensiert werden können.The pressure cans or cylinders are communicatively connected to each other by a pipe, so that the axial displacements of the rolls occurring can be compensated by mutual displacement of the hydraulic medium enclosed in the pressure cans.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verzweigungsgetriebes gegenüber dem bekannten Stand der Technik bestehen in dem einfachen Aufbau des Getriebes und der sicheren Wirkungsweise des Ausgleichsystems zur Kompensation der Axialverschiebung der Wellen. Durch die Anordnung des Ausgleichsystems stellt sich im Verzweigungsgetriebe bereits unter Leerlaufbedingungen ein Kräftegleichgewicht der Wellen in den Getriebezügen und damit eine gleichmäßige Drehmomentenaufteilung ein, wobei der erreichte Gleichgewichtszustand unabhängig von den An- und Abfahrvorgängen des Getriebes stets erhalten bleibt. Der Antrieb der Wellen kann von einem Zentralrad oder von Einzelantrieben erfolgen und ist praktisch an keine bestimmte Anzahl von Drehmomenteneinleitungsstellen gebunden.The advantages of the branching gear according to the invention over the known prior art consist in the simple structure of the transmission and the safe operation of the compensation system to compensate for the axial displacement of the shafts. As a result of the arrangement of the compensation system, an equilibrium of forces of the shafts in the gear trains and thus a uniform distribution of torque already arise under idle conditions in the branching transmission, the equilibrium state always being maintained independently of the starting and stopping operations of the transmission. The drive of the shafts can be done by a central wheel or by individual drives and is practically tied to no specific number of torque introduction points.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigtThe invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. In the accompanying drawing shows

Fig. 1: das Verzweigungsgetriebe mit mechanischem AusgleichsystemFig. 1: the branching gear with mechanical compensation system

Fig. 2: das Verzweigungsgetriebe mit hydraulischem AusgleichsystemFig. 2: the branching gear with hydraulic compensation system

Fig. 3: das Getriebeschema mit zentraler Ein- und Ausleitung des Drehmomentes Fig. 4: das Getriebeschema mit doppelseitigem EinzelantriebFig. 3: the transmission diagram with central inlet and outlet of the torque Fig. 4: the transmission scheme with double-sided single drive

Fig. 5: das Getriebeschema mit doppelseitigem Einzelantrieb durch Getriebemotoren Fig. 6: das Getriebeschema mit Mehrfachantrieb.Fig. 5: the transmission scheme with double-sided single drive by geared motors Fig. 6: the transmission scheme with multiple drive.

In der Fig. 1 ist das Verzweigungsgetriebe in elementarer Anordnung der Getriebezüge mit mechanischem Ausgleichsystem zur Kompensation der Axialverschiebung der Getriebewellen dargestellt. Der Antrieb erfolgt von dem Ritzel 9 auf die Zahnstirnräder 4 und 4' der Wellen 2 und 2' weiter auf die schrägverzahnten Räder 3 und 3' zur symmetrischen Einleitung des Drehmomentes von zwei diagonal gegenüberliegenden Seiten in die Abtriebsritzelwelle 1. Die Wellen 2 und 2' sind in den Lagern 5 und 5' sowie β und 6' axial verschiebbar gelagert. Bei der Einleitung des Drehmomentes werden die verbleibenden Restaxialkräfte in den Wellen 2 und 2' zum Lastausgleich im Verzweigungsgetriebe genutzt, indem die Festlager 6 und 6' der Wellen 2 und 2' die Axialkräfte auf den am Getriebegehäuse 10 im Gelenk 8 angeordneten Ausgleichhebel 7 übertragen. Der Drehmomentenausgleich stellt sich im Verzweigungsgetriebe wie folgt ein.In Fig. 1, the branching gear is shown in elementary arrangement of the gear trains with mechanical compensation system to compensate for the axial displacement of the gear shafts. The drive takes place from the pinion 9 on the spur gears 4 and 4 'of the shafts 2 and 2' on the helical gears 3 and 3 'for the symmetrical introduction of torque from two diagonally opposite sides in the output pinion shaft 1. The waves 2 and 2' are stored in the bearings 5 and 5 'and β and 6' axially displaceable. When the torque is initiated, the remaining residual axial forces in the shafts 2 and 2 'are utilized for load balancing in the branching gear by the fixed bearings 6 and 6' of the shafts 2 and 2 'transmitting the axial forces to the balancing lever 7 arranged in the joint 8 on the gearbox housing 10. The torque compensation adjusts itself in the branching gear as follows.

Ist in einem der Laststränge das zu übertragende Drehmoment größer als in den anderen Laststrängen, so ist auch die Restaxialkraft größer. Es tritt eine axiale Verschiebung der Welle 2 ein, die über den Ausgleichhebel 7 die andere Welle 2' derartig verschiebt, daß sich deren Verdrehflankenspiele verändern und es somit in kürzester Laufzeit zum Drehmomentenausgleich in dem Getriebe kommt. Wenn die Drehmomente, die über die Räder 3 und 3' in die Abtriebsritzelwelle 1 eingeleitet werden, gleich groß sind und durch die Anordnung der Räder die Teildrehmomenteneinleitung symmetrisch erfolgt, treten für die Abtriebsritzelwelle 1 keine Biegemomente ein und die Lagerkräfte für diese Welle werden Null.If the torque to be transmitted is greater in one of the load strings than in the other load strings, then the residual axial force is greater. It enters an axial displacement of the shaft 2, the other shaft 2 'moves over the balance lever 7 such that change their Verdrehflankenspiele and thus it comes in the shortest time for torque compensation in the transmission. If the torques that are introduced via the wheels 3 and 3 'in the output pinion shaft 1, are the same size and the arrangement of the wheels, the partial torque introduction takes place symmetrically, occur for the output pinion shaft 1 no bending moments and the bearing forces for this wave are zero.

Die Fig. 2 zeigt das Verzweigungsgetriebe mit hydraulischem Ausgleichsystem zur Kompensation der Axialverschiebung der Getriebewellen. Dieses Ausgleichsystem sieht die Anordnung von hydraulisch beaufschlagbaren Druckdosen mit elastischen Membranen oder Kurzhubzylindern mit Verdrängerkolben vor. Die Druckdosen 11 und 1V sind einerseits am Getriebegehäuse 10 befestigt und andererseits mit den Membranen 12 und 12' an die axialverschiebbaren Wellen 2 und 2' bzw. an deren Lagerungen 6 und 6' gekoppelt. Die Druckdosen 11 und 11' sind mittels der Rohrleitung 13 miteinander kommunizierend verbunden, so daß die auftretenden Axialverschiebungen der Wellen 2 und 2' die Membranen 12 und 12' bewegen, wodurch ein wechselseitiges Verdrängen des in den Druckdosen eingeschlossenen Mediums eintritt, welches die Axialverschiebungen der Wellen kompensiert.Fig. 2 shows the branching gear with hydraulic compensation system for compensating the axial displacement of the transmission shafts. This compensation system provides for the arrangement of hydraulically loadable pressure cans with elastic membranes or short-stroke cylinders with displacer. The pressure cans 11 and 1V are fixed on the one hand to the transmission housing 10 and on the other hand with the membranes 12 and 12 'to the axially displaceable shafts 2 and 2' and at their bearings 6 and 6 'coupled. The pressure cans 11 and 11 'are communicatively connected by means of the pipe 13 so that the axial displacements occurring waves 2 and 2', the membranes 12 and 12 'move, whereby a mutual displacement of the medium enclosed in the pressure cans medium enters, which the axial displacements of Compensated waves.

Zwecks Füllung des Ausgleichsystems mit einem zweckentsprechenden hydraulischen Medium ist an der Rohrleitung 13 der Verschlußstopfen 14 angeordnet.For the purpose of filling the compensation system with a suitable hydraulic medium, the closure plug 14 is arranged on the pipe 13.

In den Fig. 3; 4; 5 und 6 sind die Getriebeschemata für die unterschiedlichen Möglichkeiten zur Ein- und Ausleitung des Drehmomentes in dem Verzweigungsgetriebe dargestellt. So zeigt die Fig. 3 die Ein- und Ausleitung des Drehmomentes in die Zahnstirnräder 4 und 4' durch die zentrale Anordnung des Antriebsritzels 9 in der axialen Ebene der Abtriebsritzelwelle 1. Die Wellen 2 und 2' der beiden Getriebezüge sind mittels des im Gelenkpunkt 8 des Getriebegehäuses angeordneten Ausgleichhebels 7 axial abgestützt.In Fig. 3; 4; Figures 5 and 6 show the transmission schemes for the different ways of introducing and removing the torque in the branching gear. Thus, Fig. 3 shows the input and output of the torque in the spur gears 4 and 4 'by the central arrangement of the drive pinion 9 in the axial plane of the output pinion shaft 1. The shafts 2 and 2' of the two gear trains are by means of the pivot point in the eighth the transmission housing arranged balance lever 7 axially supported.

Einen doppelseitigen Einzelantrieb zeigt die Fig. 4.A double-sided single drive is shown in FIG. 4.

Die Antriebsritzel 9 und 9' sind symmetrisch an der Peripherie der Zahnstirnräder 4 und 4' zur diagonal gegenüberliegenden Einleitung des Drehmomentes angeordnet.The drive pinions 9 and 9 'are arranged symmetrically on the periphery of the sprockets 4 and 4' for diagonally opposite introduction of the torque.

Eine weitere Möglichkeit des doppelseitigen Einzelantriebs durch Getriebemotoren ist in Fig. 5 dargestellt.Another possibility of the double-sided single drive by geared motors is shown in Fig. 5.

Die axialverschiebbaren Ritzel 9 und 9' der Getriebemotoren leiten das Drehmoment an zwei diagonal gegenüberliegenden Stellen in das zentral angeordnete Rad der Abtriebswelle 1 ein.The axially displaceable pinions 9 and 9 'of the geared motors introduce the torque at two diagonally opposite points in the centrally arranged wheel of the output shaft 1 a.

Die Fig. 6 zeigt den Mehrfachantrieb des Rades der Abtriebswelle 1 durch eine symmetrische Anordnung von drei Getriebezügen mit den Antriebsritzeln 9 und den Zahnstirnrädern 4. Bei dem mechanischen Ausgleichhebel 7 ist zu beachten, daß im Falle von mehr als zwei Getriebesträngen das Gelenk 8 des Ausgleichhebels 7 den entsprechenden Freiheitsgrad besitzt. Während bei zwei Strängen ein einfaches Gelenk ausreicht ist bei drei und mehr Strängen zur Ein- und Ausleitung des Drehmomentes ein Kreuz- oder Kugelgelenk 8 für den Ausgleichhebel 7 erforderlich.Fig. 6 shows the multiple drive of the wheel of the output shaft 1 by a symmetrical arrangement of three gear trains with the drive pinions 9 and the spur gears 4. In the mechanical balance lever 7 is to be noted that in the case of more than two gear strands the joint 8 of the balance lever 7 has the corresponding degree of freedom. While in two strands a simple joint is sufficient for three and more strands for introducing and removing the torque, a cross or ball joint 8 for the balance lever 7 is required.

Claims (1)

Verzweigungsgetriebe, insbesondere für Doppelschneckenextruder, umfassend mehrere Getriebezüge zur verteilten, biegekräftefreien Einleitung eines Drehmomentes in ein Abtriebsritzel einer Schneckenwelle, gekennzeichnet dadurch, daß in einem Getriebegehäuse (10) wenigstens zwei Schrägzahnräder (3 und 3') symmetrisch zu einer Abtriebsritzelwelle (1) im Eingriff stehend auf Wellen (2 und 2') angeordnet sind, und weitere auf den Wellen (2 und 2') befindliche Stirnzahnräder (4 und 4') mit wenigstens einem Antriebsritzel (9) im Eingriff stehen, wobei die Wellen (2 und 2') in Loslagern (5 und 5') und Festlagern (6 und 6') axial bewegbar angeordnet und mit einem die Axialverschiebung der Wellen (2 und 2') kompensierbaren Ausgleichsystem verbunden sind, das entwederBranching transmission, in particular for twin-screw extruder, comprising a plurality of gear trains for distributed, bending force-free introduction of a torque in an output gear of a worm shaft, characterized in that in a transmission housing (10) at least two helical gears (3 and 3 ') symmetrically to a driven pinion shaft (1) in engagement standing on shafts (2 and 2 ') are arranged, and further on the shafts (2 and 2') located spur gears (4 and 4 ') with at least one drive pinion (9) are engaged, said waves (2 and 2' ) in floating bearings (5 and 5 ') and fixed bearings (6 and 6') arranged axially movable and with a axial displacement of the shafts (2 and 2 ') compensable compensation system are connected, either a) aus einem am Getriebegehäuse (10) an einem Gelenk (8) angeordneten gleicharmigen Ausgleichhebel (7), dessen Enden mit den Lagerungen (6 und 6') der Wellen (2 und 2') verbunden sind, besteht, odera) consists of a on the gear housing (10) on a joint (8) arranged equal-arm balance lever (7), whose ends with the bearings (6 and 6 ') of the shafts (2 and 2') are connected, or b) aus einer Anordnung von hydraulisch beaufschlagbaren und durch eine Rohrleitung (13) miteinander verbundenen Druckdosen (11 und 11') mit elastischen Membranen (12 und 12') oder Kurzhubzylindern mit Verdrängerkolben, die einerseits am Getriebegehäuse (10) befestigt und andererseits an die Lagerungen (6 und 6') der Wellen (2 und 2') gekoppelt sind, besteht.b) from an array of hydraulically loadable and through a pipe (13) interconnected pressure cans (11 and 11 ') with elastic membranes (12 and 12') or Kurzhubzylindern with displacer, on the one hand attached to the transmission housing (10) and on the other hand to the Bearings (6 and 6 ') of the shafts (2 and 2') are coupled exists.