DE19904898B4

DE19904898B4 - Granulier-Vorrichtung

Info

Publication number: DE19904898B4
Application number: DE19904898A
Authority: DE
Inventors: Nicolas Dipl.-Ing. Martin
Original assignee: Coperion GmbH; Coperion Werner and Pfleiderer GmbH and Co KG
Current assignee: Coperion GmbH
Priority date: 1999-02-06
Filing date: 1999-02-06
Publication date: 2007-08-09
Anticipated expiration: 2019-02-07
Also published as: DE19904898A1; JP2000229321A; JP4460703B2; US6261078B1

Abstract

Granulier-Vorrichtung
– mit einem Gehäuse (15),
– mit einer Granulierhaube (12),
– mit einem in der Granulierhaube (12) angeordneten Messerkopf (6),
– mit einer im Gehäuse (15) gelagerten, drehantreibbaren Welle (8),
– die eine mit dem Messerkopf (6) gemeinsame Mittel-Längs-Achse (26) aufweist und
– an der stirnseitig der Messerkopf (6) drehfest und lösbar befestigt ist,
dadurch gekennzeichnet,
– daß die Welle (8) und der Messerkopf (6) mittels einer Zahnkupplung (19) drehfest miteinander gekoppelt sind, die mindestens je einen am Messerkopf (6) und an der Welle (8) angebrachten Zahnring (20, 21) mit einer Stirnverzahnung (22) aufweist, wobei die einander zugewandten Stirnverzahnungen (22) ineinandergreifen und
– daß eine spannzangenartige Spann-Vorrichtung (30) zur lösbaren Verriegelung des Messerkopfes (6) und der Welle (8) in Richtung der Achse (26) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Granulier-Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Es ist durch offenkundige Vorbenutzung bekannt, den Messerkopf einer Granulier-Vorrichtung mittels Schrauben zu befestigen, die stirnseitig in die Welle geschraubt werden. Die Drehmomentübertragung erfolgt mittels Paßfeder oder mittels einer Keilwellenverbindung. Bei großen Granulier-Vorrichtungen sind zur Drehmomentübertragung mehrere Paßfedem notwendig, was zu einer Reduktion der Tragfähigkeit der Welle und des Messerkopfes führt. Bei großen Granulier-Vorrichtungen ist weiterhin die Montage von großen und schweren Teilen sehr aufwendig. Vor der Montage ist eine genaue Ausrichtung der Welle und des Messerkopfes zueinander notwendig. Der Einsatz von Schrauben macht eine Automatisierung des Wechselvorganges aufwendig und teuer.

Aus der DE 41 16 933 A1 ist eine Granulier-Vorrichtung bekannt, bei der der Messerkopf mit der drehantreibbaren Welle mittels einer elastischen Kupplung verbunden ist. Mittel zu einer einfachen und schnellen Montage und Demontage des Messerkopfes sind nicht angesprochen.

Aus der EP 0 136 395 A2 ist eine Sicherheitsverriegelung für Schneidmühlen bekannt, bei der der Schneidrotor über eine Kupplung direkt von einem Antriebsmotor über eine Welle antreibbar ist. Zwischen dem Antriebsmotor und dem Schneidrotor ist eine Kupplung angebracht, die durch Verschieben des Antriebsmotors geöffnet bzw. geschlossen werden kann. Bei geschlossener Kupplung werden die Kupplungshälften mittels Schrauben miteinander verbunden.

Aus der DE 44 27 681 A1 ist eine formschlüssige, schaltbare Kupplung mit einer Hirth-Verzahnung an den beiden Kupplungshälften bekannt. Die bei Granulier-Vorrichtungen auftretenden Probleme eines schnellen Wechsels des Messerkopfes sind nicht angesprochen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Granulier-Vorrichtung der gattungsgemäßen Art so auszugestalten, daß die Montage und Demontage des Messerkopfes schnell und einfach durchführbar ist.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 gelöst. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist eine einfache Montage und Demontage des Messerkopfes auf der Welle möglich. Der Messerkopf muß lediglich auf das zugeordnete Ende der Welle aufgesteckt werden; die Stirnverzahnungen der einander zugewandten und zugeordneten Zahnringe greifen selbsttätig ineinander. Es muß dann lediglich die Spann-Vorrichtung betätigt werden, um den Messerkopf und die Welle in Richtung der Achsen miteinander zu verspannen, wodurch gleichzeitig die Drehmomenten-Verbindung zwischen Messerkopf und Welle, nämlich zwischen den ineinander greifenden Stirnverzahnungen der Zahnringe, fixiert wird. Nach einem Lösen der Spann-Vorrichtung kann der Messerkopf einfach abgezogen werden. Die Stirnverzahnungen haben eine sehr viel größere Fläche als eine mögliche Paßfederverbindung, so daß eine große Tragfähigkeit und damit die Übertragbarkeit großer Drehmomente ermöglicht wird.

Nach Anspruch 2 ist es besonders vorteilhaft, eine Hirth-Verzahnung einzusetzen. Die Weiterbildung nach Anspruch 3 führt zu einer besonders kompakten Bauweise. Dies gilt besonders für die Weiterbildung nach Anspruch 4, da die fluidische Betätigung der Spann-Vorrichtung durch die Welle möglich ist. Die Spann-Vorrichtung bringt hierbei eine durch den Druck des Druck-Fluids genau definierte, in Richtung der Achse wirkende Spannkraft auf, so daß Montagefehler vermieden werden, wie sie durch falsch angezogene Schrauben entstehen können. Diese Ausgestaltung ermöglicht weiterhin eine automatische Montage und Demontage des Messerkopfes; sie erleichtert aber auch das manuelle Auswechseln des Messerkopfes.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
1 eine Granulier-Anlage in Seiten-Längs-Ansicht,
2 einen Längsschnitt durch eine Spann-Vorrichtung zur Verbindung von Messerkopf und Welle in verriegeltem Zustand der Spann-Vorrichtung,
3 einen Längsschnitt durch die Spann-Vorrichtung in entriegeltem Zustand,
4 eine Draufsicht auf einen Zahnring und
5 einen Teil-Querschnitt durch eine Spann-Einrichtung der Spannvorrichtung.
Die in 1 dargestellte Granulier-Anlage weist eine Granulier-Vorrichtung 1 auf, die einem Extruder 2 in Produktionsrichtung 3 nachgeordnet ist, von dem nur ein Granulierkopf 4 mit einer feststehenden Lochplatte 5 dargestellt ist.
Die Granulier-Vorrichtung 1 weist einen Messerkopf 6 auf, der von einem als Elektromotor ausgebildeten Antrieb 7 über eine Welle 8, in die eine Kupplung 9 eingefügt ist, antreibbar ist. Der Antrieb 7 und die Granulier-Vorrichtung 1 sind auf einem Wagen 10 angeordnet, der auf dem, beispielsweise durch Schienen gebildeten, Untergrund 11 aus der in 1 dargestellten Betriebsstellung in Produktionsrichtung 3 in eine vom Granulierkopf 4 beabstandete Stellung verfahrbar ist.
Die Granulier-Vorrichtung weist eine den Messerkopf 6 umgebende Granulierhaube 12 auf, die mit einem unteren Wasserzulauf 13 und einem oberen Wasserablauf 14 versehen ist. In Richtung zum Antrieb 7 schließt sich an die Granulierhaube 12 ein Lagergehäuse 15 an, in dem die Welle 8 in üblicher Weise gelagert ist. Soweit die Granulier-Anlage bis hierher beschrieben ist, ist sie in der Praxis allgemein bekannt und verbreitet.
Der Messerkopf 6 weist einen in der Praxis wegen des flügelartigen Aufbaus als Messerflügel bezeichneten Messerhalter 16 auf, der an seiner dem Granulierkopf 4 zugewandten Stirnseite mit Messern 17 versehen ist, die beim Granulieren an der ihnen zugewandten Stirnseite der Lochplatte 5 mit hoher Geschwindigkeit entlangstreichen und hierdurch aus dem Extruder 2 durch die Lochplatte 5 austretende Kunststoff-Schmelze-Stränge in Granulat zerschneiden, das mit dem durch den Wasserzulauf 13 in die Granulierhaube 12 eintretenden Wasser zum Wasserablauf 14 und aus diesem heraus gefördert wird. Auch dies entspricht der in der Praxis allgemein verbreiteten Technik.
Der Messerhalter 16 weist eine Nabe 18 auf, die topfförmig ausgebildet und zur Welle 8 hin offen ausgebildet ist, so daß das zugewandte Ende der Welle 8 in die Nabe 18 eingeführt werden kann. Eine drehfeste Verbindung zwischen Welle 8 und Nabe 18 und damit Messerkopf 6 wird durch eine Zahnkupplung 19 erreicht. Diese Zahnkupplung 19 weist im wesentlichen zwei Zahnringe 20, 21 auf, die jeweils mit einer Stirnverzahnung 22 versehen sind, bei der es sich jeweils um eine sogenannte Hirth-Verzahnung handelt. Ein Zahnring 20 ist mittels Schrauben 23 am Boden 24 der Nabe 18 befestigt, während der andere Zahnring 21 ebenfalls mittels Schrauben 23 an der Stirnseite 25 der Welle 8 befestigt ist. Die beiden Zahnringe 20, 21 haben gleichen Durchmesser und eine gleichartige, radial zur Mittel-Längs-Achse 26 von Messerkopf 6 und Welle 8 verlaufende Stirnverzahnung 22, wie aus 4 hervorgeht. Die Welle 8 befindet sich mit ihrem der Stirnseite 25 benachbarten zylindrischen Kupplungsende 28 in der in 2 dargestellten Betriebsstellung radial zur Achse 26 zentriert in der angepaßten zylindrischen Ausnehmung 29 der Nabe 18, wobei die Stirnverzahnungen 22 der beiden Zahnringe 20,21 ineinandergreifen. Die Nabe 18 und damit der Messerkopf 6 wird mit dem Kupplungsende 28 und damit der Welle 8 in der in 2 dargestellten Betriebsstellung in Richtung der Achse 26 mittels einer Spann-Vorrichtung 30 fest aber lösbar verbunden.
Die radial innerhalb der Zahnringe 20, 21 und konzentrisch zur Achse 26 angeordnete Spann-Vorrichtung 30 weist einen Verriegelungs-Zapfen 31 auf, der am Boden 24 der Nabe 18 fest angebracht ist und in Richtung zur Welle 8 hin über diesen vorsteht. Zur Verriegelung des Zapfens 31 weist dieser an seinem dem Kupplungsende 28 zugewandten Ende einen radial zur Achse 26 vorstehenden ringförmigen Verriegelungs-Vorsprung 32 auf.
Im ebenfalls topfförmig ausgebildeten, zur Nabe 18 hin offenen Kupplungsende 28 ist eine in der Praxis als Spannzange bezeichnete Spann-Einrichtung 33 angeordnet. Diese weist ein zylindrisches Gehäuse 34 auf, das in das Kupplungsende 28 eingesetzt ist und dort mittels in die Stirnseite 25 geschraubter Schrauben 35 gehalten wird. In dem Gehäuse 34, und zwar benachbart zu dessen Boden 36 ist ein topfförmiger Verriegelungs-Kolben 37 in Richtung der Achse 26 verschiebbar geführt, der gegenüber der In nenwand des Gehäuses 34 abgedichtet ist. Er ist zum Boden 36 hin geschlossen. Auf der zur Stirnseite 25 hin offenen Seite des Innenraumes 38 des Verriegelungs-Kolbens 37 ist ein Führungselement 39 der Spann-Einrichtung 33 angeordnet, das konzentrisch zur Achse 26 ausgebildet ist. Es weist in dem der Stirnseite 25 zugewandten Bereich eine Umfangsnut 40 auf, in der Zangen-Elemente 41 in Richtung der Achse 26 fest, radial zu dieser aber verschiebbar gehalten und geführt sind. Diese Zangen-Elemente 41 weisen an ihrem zum Verriegelungs-Zapfen 31 vorstehenden freien Ende Spannbacken 42 auf, die den Verriegelungs-Vorsprung 32 des Verriegelungs-Zapfens 31 hintergreifen können, wie in 2 dargestellt ist. Die Zangen-Elemente 41 sind von einer Verriegelungs-Buchse 43 umgeben, die wiederum radial zur Achse 26 unverschiebbar, aber axial verschiebbar auf dem Führungselement 39 angeordnet ist. Die Verriegelungs-Buchse 43 ist gegenüber der Innenwand des Gehäuses 34 abgedichtet und liegt außerdem abgedichtet an dem Führungselement 39 an, so daß damit der Innenraum 38 in Richtung zur Stirnseite 25 hin abgeschlossen ist. An ihrem dem Verriegelungs-Kolben 37 zugewandten Ende sind an der Verriegelungs-Buchse 43 nur radial zur Achse 26 und relativ zur Buchse 43 verschiebbare Führungsbacken 44 angebracht, die mit einer Schrägfläche 45 auf einer kegelstumpfförmig sich zum Verriegelungs-Kolben 37 hin erweiternden Führungsfläche 46 des Führungselementes 39 anliegen und geführt sind. An ihrem Außenumfang sind die Führungsbacken 44 mit der Innenfläche 47 des Verriegelungs-Kolbens 37 angepaßten Druckflächen 48 versehen. Wie 5 entnehmbar ist, sind die Führungsbacken 44 mittels vorgespannter Zug-Federn 49 miteinander verbunden, die auf die Führungsbacken 44 eine radial zur Achse 26 hin gerichtete resultierende Kraft ausüben. Zwischen dem Führungselement 39 und den Zangen-Elementen 41 sind – beispielsweise in der Umfangsnut 40 – ebenfalls vorgespannte Druck-Federn 50 angeordnet, die auf die Zangen-Elemente 41 eine radial von der Achse 26 weg gerichtete Kraft ausüben.
Im Lagergehäuse 15 ist eine die Welle 8 umgebende und dicht auf dieser angeordnete Drucköl-Zuführung 51 zur Zuführung bzw. Abführung von Druckfluid angebracht, wie sie handelsüblich ist. Sie ist an zwei in der Welle 8 ausgebildete Kanäle angeschlossen, nämlich einen Verriegelungs-Kanal 52 und einen Entriegelungs-Kanal 53. Der Verriegelungs-Kanal 52 führt in das Gehäuse 34, und zwar zwischen dessen Boden 36 und den Verriegelungs-Kolben 37. Der Entriegelungs-Kanal 53 führt in den Innenraum 38, und zwar im Bereich der Verriegelungs-Buchse 43.
Zum Lösen der in 2 dargestellten drehfesten Verbindung zwischen Welle 8 und Messerkopf 6 wird über den Entriegelungs-Kanal 53 Drucköl als Druckfluid in den Innenraum 38 gedrückt. Gleichzeitig ist der Verriegelungs-Kanal 52 offen, so daß im Gehäuseraum 54 zwischen dem Boden 36 des Gehäuses 34 und dem Verriegelungs-Kolben 37 befindliches Drucköl entweichen kann. Der Verriegelungs-Kolben 37 wird in Richtung zum Boden 36 des Gehäuses 34 verschoben, während das Führungselement 39 in Richtung zur Stirnseite 25 der Welle 8 verschoben wird. Hierdurch kommen die Spannbacken 42 der Zangen-Elemente von der Verriegelungs-Buchse 43 frei, so daß die Zangen-Elemente 41 von den Druck-Federn 50 radial zur Achse 26 nach außen geschoben werden. Dadurch geben die Spannbacken 42 den Verriegelungs-Vorsprung 32 des Verriegelungs-Zapfens 31 frei; der Messerkopf 6 kann in Richtung der Achse 26 und entgegen der Produktionsrichtung 3 vom Kupplungsende 28 der Welle 8 abge zogen werden. Die Führungsbacken 44 sind hierbei gegen die Kraft der Zug-Federn 49 auf der Führungsfläche 46 des Führungselementes 39 nach außen verschoben worden.
Zur Herstellung einer Verbindung zwischen Messerkopf 6 und Kupplungsende 28 der Welle 8 wird der Messerkopf 6 auf das Kupplungsende 28 aufgeschoben, bis der Verriegelungs-Zapfen 31 mit seinem Verriegelungs-Vorsprung 32 zwischen die Zangen-Elemente 41 gelangt ist. Die Stirnverzahnungen 22 der Zahnringe 20, 21 greifen hierbei in Richtung der Achse 26 ineinander. Nunmehr wird Drucköl auf den Verriegelungs-Kanal 52 gegeben, wobei der Entriegelungs-Kanal 53 geöffnet ist. Der Verriegelungs-Kolben 37 wird jetzt in Richtung zum Führungselement 39 hin verschoben, wobei das im Gehäuseraum 54 befindliche Drucköl durch den Entriegelungs-Kanal 53 abfließen kann. Der Verriegelungs-Kolben 37 umgreift mit seiner Innenfläche 47 die äußeren Druckflächen 48 der Führungsbacken 44, wodurch diese – unterstützt von den Zug-Federn 49 – radial zur Achse 26 hinwandern und durch ihre Schrägbewegung auf der Führungsfläche 46 des Führungselementes 39 dieses in Richtung zum Verriegelungs-Kolben 37, also in dessen Innenraum 38 hinein, verschieben. Hierdurch werden die Zangen-Elemente 41 ebenfalls in Richtung zum Boden 36 hin bewegt und durch die Verriegelungs-Buchse 43 radial nach innen verschoben, so daß ihre Spannbacken 42 den jeweiligen Verriegelungs-Vorsprung 32 hintergreifen und gleichzeitig in Richtung der Achse 26 verspannen.

Claims

Granulier-Vorrichtung – mit einem Gehäuse (15), – mit einer Granulierhaube (12), – mit einem in der Granulierhaube (12) angeordneten Messerkopf (6), – mit einer im Gehäuse (15) gelagerten, drehantreibbaren Welle (8), – die eine mit dem Messerkopf (6) gemeinsame Mittel-Längs-Achse (26) aufweist und – an der stirnseitig der Messerkopf (6) drehfest und lösbar befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, – daß die Welle (8) und der Messerkopf (6) mittels einer Zahnkupplung (19) drehfest miteinander gekoppelt sind, die mindestens je einen am Messerkopf (6) und an der Welle (8) angebrachten Zahnring (20, 21) mit einer Stirnverzahnung (22) aufweist, wobei die einander zugewandten Stirnverzahnungen (22) ineinandergreifen und – daß eine spannzangenartige Spann-Vorrichtung (30) zur lösbaren Verriegelung des Messerkopfes (6) und der Welle (8) in Richtung der Achse (26) vorgesehen ist.
Granulier-Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnverzahnung (22) jeweils als Hirth-Verzahnung ausgebildet ist.
Granulier-Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spann-Vorrichtung (30) innerhalb der Zahnringe (20, 21) angeordnet ist.
Granulier-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spann-Vorrichtung (30) fluidisch betätigbar ist.
Granulier-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zahnring (20) am Boden (24) einer topfförmig ausgebildeten Nabe (18) des Messerkopfes (6) angebracht ist.
Granulier-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zahnring (21) an der Stirnseite (25) der Welle (8) angebracht ist.
Granulier-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (8) mit ihrer zylindrischen Außenfläche in einer zylindrischen Ausnehmung (29) des Messerkopfes (6) zentriert ist.
Granulier-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spann-Einrichtung (33) der Spann-Vorrichtung (30) in einem dem Messerkopf (6) zugewandten Kupplungsende (28) der Welle (8) angeordnet ist und daß im Messerkopf (6) ein in die Spann-Einrichtung (33) eingreifender Verriegelungs-Zapfen (31) angebracht ist.
Granulier-Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Welle (8) ein Verriegelungs-Kanal (52) und ein Entriegelungs-Kanal (53) zur Zuführung und Abführung von Druck-Fluid ausgebildet sind, die mit der Spann-Einrichtung (33) verbunden sind.