DE19736549C2 - Extruder-Antriebsvorrichtung für Doppelschneckenextruder - Google Patents
Extruder-Antriebsvorrichtung für DoppelschneckenextruderInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Extruder-Antriebsvorrichtung für einen
Doppelschneckenextruder gemäß Anspruch 1 und ein Extruder-Antriebsverfahren
gemäß Anspruch 12.
Extruder zum Extrudieren von Kunststoff oder anderen Materialien erfordern sehr
hohe Antriebsleistungen für ihre Extruderwellen. Die Extruderwellen werden
üblicherweise als Schneckenwellen bezeichnet, unabhängig von ihrer Form. Die
Schneckenwellen können je nach Ausführungsform in gleicher Drehrichtung oder
in entgegengesetzten Drehrichtungen rotieren. Es ist bekannt, für Getriebe von
Doppelschneckenextrudern sogenannte Leistungsteilungsgetriebe zu verwenden,
bei welchen die Antriebsleistung auf mehrere Leistungszweige verteilt wird, damit
die einzelnen Getriebelemente nicht zu groß werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Extruder-Antriebsvorrichtung zu entwickeln,
welche weit größere Antriebsleistungen als die bisher bekannten Getriebe
übertragen kann und mit welcher die Drehzahl der Schneckenwellen des
Extruders über einen großen Bereich variiert werden kann, bei konstant
bleibendem Drehmoment der Extruderwellen. In dem
Drehzahlveränderungsbereich, in welchem das Drehmoment konstant bleiben soll,
soll die Drehzahl der Schneckenwellen stufenlos veränderbar sein. Die
Vorrichtung soll eine Baugröße und ein Gewicht haben, die wesentlich niedriger
sind als dies mit bekannten Extruder-Antriebsvorrichtungen möglich ist. Die
Erfindung soll nicht nur auf Doppelschneckenextruder mit großem Abstand der
Schneckenwellen anwendbar sein, sondern auch für solche mit kleinem Abstand,
beispielsweise einem Schneckenwellen-Mittelabstand von nur 300 mm.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine Vorrichtung mit den
Merkmalen von Anspruch 1 und einem Verfahren mit den Merkmalen von
Anspruch 12 gelöst. Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen
enthalten.
Durch die Erfindung ergeben sich insbesondere folgende
Vorteile: Das Getriebe kann Leistungen von mehr als 15000
kW übertragen und gleichzeitig in zwei Drehzahlbereichen
die Drehzahlen der Schneckenwellen verändern, während das
Drehmoment der beiden Schneckenwellen über den gesamten
Drehzahl-Anderungsbereich für alle Drehzahlen konstant
hoch bleibt, beispielsweise auf 350000 Nm je
Schneckenwelle, d. h. auf zusammen 700000 Nm. Ein solches
Getriebe der Erfindung ist anwendbar für sehr kleine
Abstände der Schneckenwellen, beispielsweise für einen
Schneckenwellen-Drehachsen-Abstand von nur ungefähr 300 mm.
Das Getriebe hat eine wesentlich kleinere Baugröße und
ein um nahezu 30 Prozent reduziertes Gewicht,
beispielsweise von nur 52 Tonnen anstelle von ungefähr 70
Tonnen Material, was bekannte Extruder-Getriebetechniken
benötigen würden. Auch das Motor-Gesamtgewicht ist
relativ niedrig, weil anstelle eines einzigen großen
Motors zwei insgesamt kleinere Motoren verwendet werden.
Davon ist ein Motor ein regelbarer Motor. Die Regelung
eines Motors ist einfacher und preiswerter als ein
Schaltgetriebe, welch letzteres durch die Erfindung
vermieden wird. Beide Motoren sind vorzugsweise
Elektromotoren.
Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die
Zeichnungen anhand einer bevorzugten Ausführungsform als
Beispiel beschrieben. In den Zeichnungen zeigen in
verschiedenen Maßstäben
Fig. 1 schematisch eine Extruder-
Antriebsvorrichtung nach der Erfindung mit
einem elektrischen Haupt-Motor und einem
elektrischen regelbaren Zusatzmotor,
Fig. 2 perspektivisch eine Planetengetriebe-
Ausgangswelle und eine zu ihr parallele
zweite Ausgangswelle, welch letztere
durch Leistungsverzweigung und
Leistungssummierung von der
Planetengetriebe-Ausgangswelle angetrieben
wird,
Fig. 3 eine Seitenansicht der Getriebeteile von
Fig. 2 mit eingetragenen Kraft-
Richtungspfeilen,
Fig. 4 eine Stirnansicht des Getriebes von Fig. 1
in Richtung von den Schneckenwellen des
Extruders auf das Getriebe gesehen,
Fig. 5 ein Leistungs-Drehzahl-Diagramm der
Extruder-Schneckenwellen.
Die in den Zeichnungen dargestelle Extruder-
Antriebsvorrichtung dient zum Antrieb eines
Doppelschneckenextruders, von welchem nur die beiden
paralell zueinander angeordneten Schneckenwellen 2 und 4
dargestellt sind, welche beide in gleicher Drehrichtung 6
angetrieben werden. Die Extruder-Antriebsvorrichtung
enthält eine Planetengetriebeanordnung 8 und ein ihr
nachgeordnetes Leistungsteilungsgetriebe 10. Die
Planetengetriebeanordnung 8 enthält zwei axial
hintereinander angeordnete Planetengetriebestufen 12 und
14. Ein elektrischer Hauptmotor 16 ist über eine
Drehmoment-Sicherheitskupplung 18, ein einstufiges
Stirnradgetriebe mit den beiden Zahnrädern 19 und 20 und
eine Zahnkupplung 21, in dieser Reihenfolge, mit einem
Sonnenrad 22 der ersten Planetengetriebestufe 12
antriebsmäßig verbunden. Gemäß einer abgewandten
Ausführungsform kann der Motor 16, wie in Fig. 1 in
gestrichelten Linien dargestellt und mit der Bezugszahl
16' versehen, axial zum Sonnenrad 22 angeordnet und mit
ihm ohne das einstufige Stirnradgetriebe 19, 20
antriebsmäßig verbunden sein. Das Sonnenrad 22 kann durch
eine Bremse 24 blockiert werden, welche am freien äußeren
Ende einer Welle 25 des zweiten Zahnrades 25 angeordnet
ist.
Ein elektrischer Zusatzmotor 30, welcher bezüglich seiner
Leistung und damit auch bezüglich seiner Abtriebsdrehzahl
stufenlos regelbar ist und eine kleinere
Leistungskapazität als der Hauptmotor 16 hat, ist über
eine Drehmoment-Sicherheitskupplung 32 und ein
einstufiges Stirnradgetriebe mit Zahnrädern 34, 35 und 36,
mit einer Außenverzahnung 38 eines drehbar angeordneten
Hohlrades 40 der ersten Planetengetriebestufe 12
antriebsmäßig verbunden.
Ein drehbar angeordneter Planetenträger 42 der ersten
Planetengetriebestufe 12 trägt Planetenräder 43, die
einerseits mit einer Außenverzahnung des Sonnenrades 22
und andererseits mit einer Innenverzahnung 44 des
Hohlrades 40 in Eingriff sind.
Der Planetenträger 42 der ersten Planetengetriebestufe 12
ist über eine Zahnkupplung 46 mit einem axial neben ihm
angeordneten Sonnenrad 50 der zweiten
Planetengetriebestufe 14 verbunden. Die zweite
Planetengetriebestufe 14 hat ein nicht-drehbar
angeordnetes Hohlrad 52 und einen drehbar angeordneten
Planetenträger 54, welcher Planetenräder 56 trägt, die
einerseits mit einer Außenverzahnung des Sonnenrades 50
und andererseits mit einer Innenverzahnung des Hohlrades
52 in Eingriff sind.
Das Hohlrad 40 der ersten Planetengetriebestufe 12 ist
durch eine Bremse 33 blockierbar, welche im
Antriebsstrang zwischen ihm und dem Zusatzmotor 30
angeordnet ist, vorzugsweise am freien äußeren Ende einer
Welle 37 des ersten vom Zusatzmotor 30 angetriebenen
Zahnrades 34.
Eine Planetengetriebe-Ausgangswelle 60 ist axial zu den
Sonnenrädern und Planetenträgern der beiden
Planetengetriebestufen 12 und 14 und auch axial zur einen
Schneckenwelle 2 angeordnet. Diese Planetengetriebe-
Ausgangswelle 60 kann mehrteilig oder vorzugsweise
einteilig ausgebildet sein und ist an ihrem Antriebsende
mit dem Planetenträger 54 der zweiten
Planetengetriebestufe 14 verbunden und an ihrem
Abtriebsende über eine Kupplung 62 drehfest und axialfest
mit der einen Schneckenwelle 2 verbunden.
Das Leistungsteilungsgetriebe 10 enthält zwei (oder mehr)
zur Planetengetriebe-Ausgangswelle 60 paralell
angeordnete Zweigwellen 62 und 64, deren der zweiten
Planetengetriebestufe 14 nahegelegenen Endabschnitte je
mit einem Zahnrad 63 bzw. 65 drehfest verbunden
sind, welche gleichen Durchmesser haben und mit einer
Schrägverzahnung 66 bzw. 67 mit gleicher Zähnezahl
versehen sind und mit einer korrespondierenden
Schrägverzahnung 68 eines zentrales Zahnrades 70 in
Eingriff sind, welches drehfest auf der Planetengetriebe-
Ausgangswelle 60 angeordnet ist. Das zentrale Zahnrad 70
bildet mit den Zahnrädern 63 und 65 eine
Leistungsverzweigung von der Planetengetriebe-
Ausgangswelle 60 auf die Zweigwellen 62 und 64.
Die von der zweiten Planetengetriebestufe 14 weiter
entfernten Endabschnitte der Zweigwellen 62 und 64 sind
je mit einem Zahnrad 73 bzw. 75 drehfest verbunden,
welche je gleichen Durchmesser und einen schräg
verzahnten Außenzahnkranz 76 bzw. 77 mit einer gleichen
Anzahl von Zähnen haben. Diese Zahnräder 73 und 75 sind
mit einem Zahnrad 80 in Eingriff, welches eine
entsprechende schräg verzahnte Außenverzahnung 78 hat und
mit einer zweiten Ausgangswelle 84 drehfest verbunden
ist. Die Zahnräder 73, 75 und 80 bilden am entfernten
Ende der Zweigwellen 62 und 64 eine Leistungssummierung
von den beiden Zweigwellen 62 und 64 auf die zweite
Ausgangswelle 84 der Extruder-Antriebsvorrichtung. Diese
zweite Ausgangswelle 84 ist parallel zur
Planetengetriebe-Ausgangswelle 60 und axial zur zweiten
Schneckenwelle 4 angeordnet und an ihrem von der zweiten
Planetengetriebestufe 14 weiter entfernten Ende über eine
Kupplung 86 mit der zweiten Schneckenwelle 4 drehfest und
axialfest verbunden.
Damit beide Zweigwellen 62 und 64 und ihre Zahnräder in
Fig. 1 ersichtlich sind, sind sie in eine gemeinsame Ebene
geklappt dargestellt, während sie in Wirklichkeit nicht
in einer gemeinsamen Ebene mit der Planetengetriebe-
Ausgangswelle 60 liegen, damit beide Zahnräder 73 und 75
am entfernten Ende der Zweigwelle 62 und 64 mit dem
gemeinsamen Zahnrad 80 in Eingriff sind, wie dies in
Fig. 1 durch einen Pfeil 82 angedeutet und in Fig. 2 der
Praxis entsprechend richtig dargestellt ist.
Damit entspricht die Drehrichtung 6 der Schneckenwellen 2
und 4 auch der Drehrichtung 6 der beiden Ausgangswellen
60 und 84.
Axiale Schubkräfte der einen Schneckenwelle 2 werden über
die Planetengetriebe-Ausgangswelle 60 auf ein
Axialdrucklager 88 und von diesem auf einen
Getriebegehäuseteil 90 übertragen. Das Axialdrucklager 88
befindet sich zwischen dem treibenden Zahnrad 70 der
Leistungsverzweigung 63, 65, 70 und dem Planetenträger 54
der zweiten Planetengetriebestufe 14.
Die axialen Schubkräfte der zweiten Schneckenwelle 4
werden über die zweite Ausgangswelle 84 auf ein zweites
Axialdrucklager 92 und von diesem ebenfalls auf einen
Getriebegehäuseteil 94 übertragen. Das zweite
Axialdrucklager 92 befindet sich neben den Wellen 60, 62
und 64 in einem Zwischenraum zwischen den Zahnrädern
63, 65, 70 der Leistungsverzweigung und den Zahnrädern
73, 75, 80 der Leistungssummierung der Zweigwellen 62 und
64. Der Ort der Axialdrucklager 88 und 92 ist von
besonderer Bedeutung, wenn man bedenkt, daß in einem
solchen Getriebe, in welchem über 15000 kW und 700000 Nm
übertragen werden sollen, der Mitten-Abstand der beiden
Ausgangswellen 60 und 64 beispielsweise nur 300 mm
betragen darf, entsprechend dem gleich kleinen Mitten-
Abstand der Schneckenwellen 2 und 4.
Aus diesem Grunde sind die Schrägverzahnungen des
Leistungsteilungsgetriebes 10 derart gewählt, daß zwar
die Axialkräfte F63 und F65, welche wegen der
Schrägverzahnung von den getriebenen Zahnrädern 63 und 65
auf ihr treibendes Zahnrad 70 der Leistungsverzweigung
wirken, in die gleiche Richtung gegen das eine
Axialdrucklager 88 gerichtet sind wie die axialen
Schubkräfte der einen Schneckenwelle 2, jedoch die
Axialkräfte F73 und F75, welche wegen der
Schrägverzahnung von den treibenden Zahnrädern 73 und 75
auf das von ihnen getriebene Zahnrad 78 der
Leistungssummierung wirken, entgegengesetzt zur
Axialschubrichtung der anderen Schneckenwelle 4 gerichtet
sind und damit die Axialkraft dieser anderen
Schneckenwelle 4 teilweise kompensieren, so daß auf das
davon betroffene andere Axialdrucklager 92 der zweiten
Ausgangswelle 84 eine geringere resultierende axiale
Kraft wirkt als über die Planetengetriebe-Ausgangswelle
60 auf das ihr zugeordnete eine Axialdrucklager 88. Damit
ist berücksichtigt, daß für das Axialdrucklager 92 der
zweiten Ausgangswelle 84 noch weniger Raum zur Verfügung
steht als für das eine Axialdrucklager 88 der einen
Planetengetriebe-Ausgangswelle 60. Innerhalb der
Zweigwellen 62 und 64 sind die Axialkräfte ihrer
Zahnräder 63 und 73 bzw. 65 und 75 gegeneinander
gerichtet, so daß sie sich gegenseitig aufheben und in
diesen Zweigwellen 62 und 64 keine resultierenden
Axialkräfte entstehen. In Fig. 3 sind die in den
Zahnrädern 63, 65, 73 und 75 entstehenden Umfangskräfte
jeweils mit 96 bezeichnet. Der schräge Verlauf der Zähne
der Schrägverzahnungen dieser Zahnräder 63, 65, 73 und 75
ist jeweils durch einen in ihnen schräg gezogenen Strich
angedeutet, welcher mit der gleichen Bezugzahl wie die
zugehörige Schrägverzahnung 66, 67, 68, 76, 77 bzw. 78
bezeichnet ist.
Das Axialdrucklager 88 der Planetengetriebe-Ausgangswelle
60 ist in Fig. 3 nur schematisch angedeutet. Ferner ist
zu beachten, daß die Zweigwellen 62 und 64 und die zweite
Ausgangswelle 84 in Fig. 3 nur zum besseren Verständnis
der Kräfteverhältnisse in der gleichen Ebene wie die
Planetengetriebe-Ausgangswelle 60 dargestellt sind,
jedoch in Wirklichkeit um deren Umfang herum entsprechend
Fig. 2 verteilt angeordnet sind.
Wie Pfeile 6 in Fig. 1 zeigen, drehen sich die Sonnenräder
22 und 50 der beiden Planetengetriebestufen 12 und 14 in
gleicher Drehrichtung wie die Schneckenwellen 2 und 4.
Die Anordnung der Drehmoment-Sicherheitskupplungen 18 und
32 an den in Fig. 1 dargestellten Stellen hat den Vorteil,
daß ihnen zur Betätigung erforderliche Druckluft vom frei
zugänglichen Ende der Welle 17 bzw. 37 her zugeführt
werden kann, welche durch die Sicherheitskupplung 18 bzw.
32 mit dem Motor 16 bzw. 30 verbunden ist.
Eine in Fig. 1 schematisch dargestellte elektronische
Regeleinrichtung 100 dient zur Einstellung und Regelung
der Leistung und damit auch der Drehzahl des regelbaren
Zusatzmotors 30 und zum Einschalten und Ausschalten des
Hauptmotors 16 und der Bremsen 24 und 33 in Abhängigkeit
von der geforderten Betriebsart der Schneckenwellen 2 und
4.
Die verschiedenen Betriebsarten, die mit der
erfindungsgemäßen Extruder-Antriebsvorrichtung möglich
sind, werden im folgenden mit Bezug auf Fig. 5
beschrieben. Hierbei wird eine praktische Ausführungsform
beschrieben, bei welcher der Drehachsenabstand oder
Schneckenwellen-Mittenabstand "a" nur 316 mm beträgt; die
Extruderleistung 14661 kW beträgt und hierfür der
elektrische Hauptmotor 16 eine Antriebsleistung von 10996 kW
und der regelbare elektrische Zusatzmotor 30 eine
Leistung von 3665 kW hat; die Betriebsdrehzahl des
Hauptmotors 16 beträgt 1500 U/min. die Drehzahl des
Zusatzmotors 30 ist zwischen 0 und 50 U/min stufenlos
einstellbar durch entsprechende Einstellung seiner
Leistung zwischen 0 und 3665 kW; im regelbaren
Drehzahlbereich des Zusatzmotors 30 wird das Drehmoment
jeder Extruder-Schneckenwelle 2 und 4 konstant auf 350000 Nm
gehalten, auch wenn die Drehzahl der Schneckenwellen 2
und 4 durch den Zusatzmotor 30 über einen Drehzahlbereich
von beispielsweise 50 U/min stufenlos verändert wird; der
gesamte Drehzahlbereich der Schneckenwellen 2 und 4 liegt
zwischen 0 und 200 U/min. die Drehzahl des Sonnenrades 22
der ersten Planetengetriebestufe 12 beträgt 0, wenn ihre
Bremse 24 geschlossen ist, oder 1500 U/min. wenn diese
Bremse 24 geöffnet ist und der Hauptmotor 16
läuft. Hieraus ist ersichtlich, daß die Drehzahl von 1500 U/min
des Sonnenrades 22 der ersten Planetengetriebestufe
12 selbst dann auf einfache Weise aufrechterhalten werden
kann, wenn wahlweise verschiedene Hauptmotoren 16
verwendet werden, beispielsweise Motoren mit einer
Drehzahl von 1200 oder 1000 U/min. da zur
Drehzahlanpassung lediglich die Zahnräder 19 und 20 gegen
entsprechende andere Zahnräder ausgetauscht zu werden
brauchen, oder bei einem Motor mit 1500 U/min auch
weggelassen werden können, wenn dieser Motor entsprechend
dem Motor 16' axial zum Sonnenrad 22 angeordnet wird.
Erste Betriebsmöglichkeit gemäß Fig. 5: Hauptmotor 16 ist
abgeschaltet, Sonnenrad 22 der ersten
Planetengetriebestufe 12 ist durch ihre Bremse 24
blockiert; die Schneckenwellen 2 und 4 werden nur vom
Zusatzmotor 30, dessen Bremse 33 geöffnet ist,
angetrieben mit einer stufenlos regelbaren
Schneckenwellen-Drehzahl im Bereich zwischen 0 und 50 U/min.
wobei bei jeder Drehzahl das Schneckenwellen-
Drehmoment konstant auf 350000 Nm je Schneckenwelle 2 und
4 gehalten wird.
Zweite Betriebsmöglichkeit: Der regelbare Zusatzmotor 30
ist zunächst abgeschaltet und durch seine Bremse 33
blockiert; der Hauptmotor 16 wird eingeschaltet und hebt
die Drehzahl der Extruder-Schneckenwelle 2 und 4 in
kurzer Zeit von 0 auf 150 U/min. wobei er mit einer
vorbestimmten Dauerbetriebsleistung von 10996 kW
arbeitet. Nach Erreichen dieser Drehzahl von 150 U/min
wird auch der Zusatzmotor 30 eingeschaltet und seine
Bremse 33 geöffnet und seine Leistung der Leistung des
Hauptmotors 16 über die erste Planetengetriebestufe 12
durch Überlagerung zuaddiert, so daß jetzt die Drehzahl
der Schneckenwellen 2 und 4 im Bereich zwischen 150 und
200 U/min auf jede beliebige Drehzahl stufenlos
eingestellt und in diesem Bereich, unabhängig von der
Drehzahl, das Moment der Schneckenwellen 2 und 4 je
konstant auf 350000 Nm gehalten wird. Das Abschalten der
Schneckenwellen 2 und 4 kann in umgekehrter Weise
erfolgen, indem zunächst ihre Drehzahl von 200 auf 150 U/min
durch Herunterfahren des regelbaren Zusatzmotors 30
reduziert wird; danach wird bei Drehzahl "Null" des
Zusatzmotors mit der ihm zugeordneten Bremse 33 das
Hohlrad 40 der ersten Planetengetriebestufe 12 blockiert,
anschließend wird der Hauptmotor 16 abgeschaltet, wodurch
die Drehzahl der Schneckenwellen 2 und 4 auf 0 abfällt.
Dritte Betriebsmöglichkeit: Anfahren der Schneckenwellen
2 und 4 mit dem bezüglich Leistung und Drehzahl
regelbaren Zusatzmotor 30 bei geöffneter Bremse 33 und
damit dreh-freiem Hohlrad 40 der ersten
Planetengetriebestufe 12, während deren Sonnenrad 22
durch die andere Bremse 24 blockiert ist; nach Erreichen
der Schneckenwellen-Drehzahl von 50 U/min. bei der
vorbestimmten maximalen Motorleistung des Zusatzmotors 30
von 3665 kW, wird der Hauptmotor 16 eingeschaltet und die
Bremse 24 des Sonnenrades 22 der ersten
Planetengetriebestufe 12 freigegeben, so daß die Drehzahl
der Schneckenwellen 2 und 4 von 50 auf 150 U/min steigt,
wobei gemäß Fig. 5 die Leistung des Zusatzmotors 30 linear
bis auf 0 zurückgenommen wird. Nachdem die
Schneckenwellen 2 und 4 eine Drehzahl von 150 U/min
erreicht haben, kann der Zusastzmotor 30 wieder
hinzugeschaltet werden, um die Drehzahl der
Schneckenwelle 2 und 4 von 150 bis 200 U/min zu erhöhen
oder in diesem Bereich auf beliebige Werte stufenlos
einzustellen bei konstantgehaltenem Drehmoment der
Schneckenwellen 2 und 4 von je 350000 Nm (oder einem
anderen gewünschten Wert), wie dies vorstehend bei der
zweiten Betriebsmöglichkeit beschrieben wurde. Die
Reduzierung der Drehzahl der Schneckenwellen 2 und 4
unter 150 U/min kann entweder wie bei der beschriebenen
zweiten Betriebsmöglichkeit erfolgen oder in umgekehrter
Weise wie bei der Drehzahlerhöhung, indem jetzt zur
Drehzahlreduzierung unter 150 U/min der Hauptmotor 16
abgeschaltet und der Zusatzmotor 30, in gleichem Maße wie
die Drehzahl des Hauptmotors 16 abfällt, hochgefahren
wird bis zu seiner vorbestimmten maximalen Leistung von
3665 kW, womit die Drehzahl der Schneckenwellen von 150
auf 50 U/min reduziert wird. Im Bereich von 50 bis 0 U/min
kann jetzt die Drehzahl der Schneckenwellen 2 und 4
unter Beibehaltung eines konstanten Drehmomentes durch
Regelung des Zusatzmotors 30 reduziert werden, oder im
gewünschten Falle wieder bis auf 50 U/min erhöht werden.
Das gesamte Getriebe, 8, 10 hat, im Vergleich mit seiner
hohen übertragbaren Leistung, eine extrem kleine Masse.
Das gibt ein niedriges Getriebegewicht, benötigt wenig
Antriebsleistung, und hat auch den Vorteil, daß die
Bremsen 24 und 33 nur wenig Verschleiß haben, so daß ihre
Bremsbelege eine lange Betriebsdauer haben.
Abgewandelte Ausführungsformen der Erfindung können unter
anderem sein, ohne darauf beschränkt zu sein:
Der Hauptmotor 16 oder 16' kann ein bezüglich seiner abgegebenen Leistung und Drehzahl regelbarer Motor sein, vorzugsweise ein Elektromotor. In diesem Fall kann die Drehzahl der Schneckenwellen 2 und 4 mit dem Hauptmotor 16 oder 16' stufenlos geregelt und dadurch auf einen beliebigen Wert zwischen Null und einem Höchstwert eingestellt werden, welcher der höchsten Drehzahl des Hauptmotors entspricht, beispielsweise in dem genannten Bereich von Null bis 150 U/min oder von 50 bis 150 U/min. Wenn bei dieser abgewandelten Ausführungsform der Zusatzmotor 30 nicht geregelt wird oder ein nicht- regelbarer Motor ist, kann die als Beispiel angegebene maximale Drehzahl von 200 U/min ebenfalls erreicht werden, indem beide Motoren eingeschaltet werden.
Der Hauptmotor 16 oder 16' kann ein bezüglich seiner abgegebenen Leistung und Drehzahl regelbarer Motor sein, vorzugsweise ein Elektromotor. In diesem Fall kann die Drehzahl der Schneckenwellen 2 und 4 mit dem Hauptmotor 16 oder 16' stufenlos geregelt und dadurch auf einen beliebigen Wert zwischen Null und einem Höchstwert eingestellt werden, welcher der höchsten Drehzahl des Hauptmotors entspricht, beispielsweise in dem genannten Bereich von Null bis 150 U/min oder von 50 bis 150 U/min. Wenn bei dieser abgewandelten Ausführungsform der Zusatzmotor 30 nicht geregelt wird oder ein nicht- regelbarer Motor ist, kann die als Beispiel angegebene maximale Drehzahl von 200 U/min ebenfalls erreicht werden, indem beide Motoren eingeschaltet werden.
Eine andere Möglichkeit, die Drehzahl der Schneckenwellen
2 und 4 einstellbar zu machen in einem Bereich, welcher,
unter Berücksichtigung der Getriebeübersetzung oder
Getriebeuntersetzung, dem Drehzahlbereich von Null bis
Maximal des Hauptmotors 16 oder 16' entspricht, besteht
darin, den regelbaren oder nicht-regelbaren Hauptmotor 16
oder 16' bezüglich seiner Leistung und Drehzahl auf einen
Maximalwert einzustellen und den Zusatzmotor 30 als
geregelten elektrischen Generator zu betreiben, so daß
dessen verbrauchte Leistung und dessen Drehzahl in der
Planetengetriebeanordnung 8 von der Leistung und Drehzahl
des Hauptmotors subtrahiert wird. Dieser Generator-
Betrieb hat aber einen größeren Energieverbrauch zur
Folge im Vergleich zum Motor-Betrieb, bei welchem beide
Motoren nur motorisch, nicht generatorisch benutzt
werden. Auch bei einem Zusatzmotor 30, welcher wahlweise
als regelbarer elektrischer Motor oder regelbarer
elektrischer Generator betreibbar ist, kann durch den
gleichzeitigen motorischen Betrieb des Hauptmotors 16
oder 16' und des Zusatzmotor 30 die Drehzahl der
Schneckenwellen 2 und 4 über den bei alleiniger Benutzung
des Hauptmotors möglichen Bereich hinaus erweitert
werden, z. B. von 150 auf 200 U/min. wie dies mit Bezug
auf Fig. 5 beschrieben wurde.
Claims (15)
1. Extruder-Antriebsvorrichtung für einen Doppelschneckenextruder, die
umfasst: Eine Planetengetriebeanordnung (8) mit zwei Antriebseingängen
(22, 40), welche von zwei verschiedenen Motoren (16, 30) antreibbar sind,
mit einer Planetengetriebe-Ausgangswelle (60), die sich axial zur Mittelachse
der Planetengetriebe-Anordnung (8) von ihr wegerstreckt und an ihrem
entfernten Ende Anschlussmittel (62) für eine zu ihr axial angeordnete
Schneckenwelle (2) des Doppelschneckenextruders aufweist; sowie mit
mindestens zwei Zweigwellen (62, 64), welche parallel neben der
Planetengetriebe-Ausgangswelle (60) angeordnet sind; sowie mit
Leistungsverzweigungs-Zahnrädern (63, 65, 70) zur Leistungsverzweigung
von der Planetengetriebe-Ausgangswelle (60) auf diejenigen Endabschnitte
der Zweigwellen (62, 64), welche der Planetengetriebeanordnung (8) näher
sind; und mit Leistungssummierungs-Zahnrädern (73, 75, 80) zur
Leistungssummierung an denjenigen Endabschnitten der Zweigwellen (62,
64), welche von der Plantetengetriebeanordnung (8) weiter entfernt sind, auf
eine zweite Ausgangswelle (84), welche parallel zur Plantetengetriebe-
Ausgangswelle (60) angeordnet ist und an ihrem von der Planetengetriebe-
Anordnung (8) weiter entfernten Ende Anschlussmittel (86) für eine andere
Schneckenwelle (4) aufweist, welche zu ihr axial angeordnet ist.
2. Extruder-Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die Planetengetriebe-Anordnung (8) zwei axial hintereinander
angeordnete, antriebsmäßig miteinander verbundene
Planetengetriebestufen (12, 14) aufweist, die jeweils ein zentrales
Sonnenrad (22, 50), ein Hohlrad (40, 52) und einen Planetenträger (42, 54)
mit Planetenrädern (43, 56) enthalten, wobei die beiden Antriebseingänge
der Planetengetriebeanordnung (8) durch das Sonnenrad (22) und das
Hohlrad (40) der ersten Planetengetriebestufe (12) gebildet sind.
3. Extruder-Antriebsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
dass der Planetenträger (42) der ersten Planetengetriebestufe (12) mit dem
Sonnenrad (50) der zweiten Planetengetriebestufe (14) verbunden ist, dass
das Hohlrad (52) der zweiten Planetengetriebestufe (14) nicht-drehbar
angeordnet ist, und dass der Planetenträger (54) der zweiten
Planetengetriebestufe (14) mit der Planetengetriebe-Ausgangswelle (60)
verbunden ist, die zu ihm axial angeordnet ist.
4. Extruder-Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass Blockiermittel (24, 33) zum Blockieren einer
Drehbewegung des einen und/oder des anderen Antriebseinganges (22, 40)
vorgesehen sind.
5. Extruder-Antriebsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
dass die Blockiermittel Bremsen (24, 33) sind.
6. Extruder-Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass dem einen und/oder anderen Antriebseingang (22,
40) der Planetengetriebeanordnung (8) ein Stirnradgetriebe (19, 20; 34, 35,
36) vorgeschaltet ist.
7. Extruder-Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, dass die Planetengetriebe-Ausgangswelle (60) an einer
zwischen der Planetengetriebeanordnung (8) und den
Leistungsverzweigungs-Zahnrädern (63, 65, 70) gelegenen Stelle mit einer
Axialdrucklager-Anordnung (88) zur Übertragung von Axialkräften von der
Planetengetriebe-Ausgangswelle (60) und ihrer Schneckenwelle (2) auf
ein Gehäuseteil (90) versehen ist.
8. Extruder-Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, dass die zweite Ausgangswelle (84) an einer zwischen
den Leistungsverzweigungs-Zahnrädern (63, 65, 70) und den
Leistungssummierungs-Zahnrädern (73, 75, 80) gelegenen Stelle mit einer
Axialdrucklageranordnung (92) zur Übertragung von Axialkräften der zweiten
Ausgangswelle (84) und ihrer Schneckenwelle (4) auf ein Gehäuseteil (94)
versehen ist.
9. Extruder-Antriebsvorrichtung nach einen der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, dass die Planetengetriebe-Ausgangswelle (60), die zweite
Ausgangswelle (84), und die Zweigwellen (62, 64) bezüglich ihrer Länge,
ihres Durchmessers und ihres Materials derart ausgebildet sind, dass durch
Drehmoment-Belastung verursachte Torsionen dieser Wellen sich
gegenseitig derart kompensieren, dass diese Torsionen keine Verdrehung
der Schneckenwellen (2, 4) relativ zueinander zur Folge haben.
10. Extruder-Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, dass ein elektrischer Hauptmotor (16; 16') vorgesehen ist,
welcher mit dem Sonnenrad (22) der Planetengetriebeanordnung (8)
antriebsmäßig verbunden ist, dass ein bezüglich seiner abgegebenen
Leistung und Drehzahl regelbarer elektrischer Zusatzmotor (30) vorgesehen
ist, welcher mit dem Hohlrad (40) der Planetengetriebeanordnung (8)
antriebsmäßig verbunden ist, dass eine elektronische Regeleinrichtung (100)
vorgesehen ist, welche den Zusatzmotor (30) derart regelt, dass die beiden
Ausgangswellen (60, 84) und damit auch die Schneckenwellen (2, 4) über
einen von dem regelbaren Drehzahlbereich des Zusatzmotors (30)
abhängigen Drehzahlbereich mit einer Vielzahl von verschiedenen,
stufenlosen einstellbaren Drehzahlen antreibbar sind, wobei unabhängig von
den Drehzahlen das Drehmoment der Ausgangswellen (60, 84) und ihrer
Schneckenwellen (2, 4) konstant bleibt.
11. Extruder-Antriebsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
dass der Hauptmotor (16; 16') eine größere maximale Leistung hat als der
regelbare Zusatzmotor (30).
12. Extruder-Antriebsverfahren zum Antrieb der Schneckenwellen (2, 4) eines
Doppelschneckenextruders nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, dass die Antriebsleistungen eines Hauptmotors (16, 16')
und eines leistungs-kleineren regelbaren Zusatzmotors (30) in einer
Planetengetriebeanordnung (8) überlagert werden und ein Teil der
Ausgangsleistung der Planetengetriebeanordnung (8) einerseits direkt, ohne
eine weitere Getriebestufe, über eine Planetengetriebe-Ausgangswelle (60)
auf eine zu ihr axial angeordnete Schneckenwelle (2) abgegeben wird und
der andere Teil der Ausgangsleistung über Leistungsverzweigungs-
Zahnräder (63, 65, 70) von der Planetengetriebe-Ausgangswelle (60) auf
mindestens zwei zu ihr parallele Zweigwellen (62, 64) verteilt wird und von
diesen über Leistungssummierungs-Zahnräder (73, 75, 80) auf eine parallele
zweite Ausgangswelle (84), die mit der zu ihr axial angeordneten anderen
Schneckenwelle (4) verbunden ist, zusammengeführt wird, wobei die
Drehzahl der Schneckenwellen (2, 4) durch Regeln der Leistungsabgabe,
und damit der Drehzahl des Zusatzmotors (30) verändert wird, und dass das
Drehmoment an den Schneckenwellen (2, 4) bei allen, durch den
Zusatzmotor (30) einstellbaren, Drehzahlen der Schneckenwellen (2, 4)
konstant bleibt.
13. Extruder-Antriebsverfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
dass die abgegebene Antriebsleistung, und damit die Drehzahl, des
Hauptmotors (16, 16') auf einem konstanten Wert gehalten wird, wenn mit
dem regelbaren Zusatzmotor (30) die Planetengetriebeanordnung (8)
angetrieben wird, wobei der konstante Leistungswert des Hauptmotors Null
sein kann, so dass die Extruderwellen nur vom Zusatzmotor (30) angetrieben
werden, und wobei bei einem Leistungsbedarf der Extruderwellen (2, 4),
welcher oberhalb der maximal abgebbaren Leistung des Hauptmotors (16,
16') liegt, die Leistung des Zusatzmotors (30) der maximalen Leistung des
Hauptmotors (16, 16') geregelten hinzuaddiert wird durch Überlagerung der
Leistungen der beiden Motoren in der Planetengetriebeanordnung (8).
14. Extruder-Antriebsverfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
dass der Zusatzmotor (30) abgeschaltet und der mit ihm verbundene
Antriebseingang (40) der Planetengetriebeanordnung (8) dreh-blockiert ist,
wenn der Hauptmotor (16) mit einer kleineren als einer vorbestimmten
maximalen Leistung läuft.
15. Extruder-Antriebsverfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
dass der Antriebseingang (22) der Planetengetriebeanordnung (8), welcher
mit dem Hauptmotor (16, 16') antriebsmäßig verbunden ist, dreh-blockiert ist,
wenn der regelbare Zusatzmotor (30) eingeschaltet ist und die
Planetengetriebeanordnung (8) antreibt.
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