Beschreibung

GETRIEBE FüR EINEN ZWEISCHNECKENEXTRUDER

Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Getriebe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

[0002] Das Problem beim Antrieb von Doppelschneckenextrudern besteht darin, dass auf zwei Abtriebswellen, die nur sehr geringen Abstand zueinander aufweisen, sehr hohe Drehmomente übertragen werden müssen. Man bildet die beiden Abtriebswellen des Getriebes unterschiedlich lang aus. Auf die längere Abtriebs welle kann man ein beliebig großes Antriebszahnrad setzen, sodass die Kräfte auf dieses Antriebszahnrad (infolge des großen Durchmessers) trotz hohen Drehmoments in vernünftigen Grenzen gehalten werden können. Auf der kürzeren Abtriebswelle kann man aber nur ein Ritzel mit relativ geringem Durchmesser aufbringen, weil es andernfalls mit der längeren Abtriebswelle kollidieren würde. Dies bedeutet, dass die Kräfte auf dieses Ritzel bei hohem Drehmoment extrem groß sind. Der Druck auf die Zähne des Ritzels lässt sich auch nur begrenzt durch eine größere Breite des Ritzels (in Längsrichtung der Abtriebswelle) verhindern, weil sich die Abtriebswelle bei hohem Drehmoment verwindet, sodass dann nur ein Teil der Breite des Ritzels an der Kraftübertragung teilnimmt. Aus dem Druck, dem die Zähne des Ritzels standhalten, bzw. den radialen Kräften, die die Radiallager aufnehmen können, einerseits und dem Durchmesser des Ritzels anderseits ergibt sich somit ein maximales Drehmoment, das man auf die kürzere Abtriebswelle übertragen kann.

[0003] Die Drehmomente, denen die Schnecken gewachsen sind, werden infolge von Materialverbesserungen immer größer, sodass immer stärkere Getriebe gefordert werden. Um nun auf die kürzere Abtriebswelle ein höheres Drehmoment übertragen zu können, wurde in der AT 351235 B -. vorgeschlagen, das Ritzel der kürzeren Abtriebswelle nicht durch ein Zahnrad, sondern durch zwei Zahnräder anzutreiben, sodass das übertragbare Drehmoment dadurch etwa verdoppelt wird. Zu diesem Zweck sind zwei Verteilerwellen vorgesehen, die einerseits mit dem Ritzel auf der kürzeren Antriebswelle und anderseits mit dem Antriebszahnrad auf der längeren Antriebswelle kämmen.

[0004] Nachteilig ist dabei, dass die beiden Verteilerwellen nicht in der Teilungsebene des Gehäuses liegen, sodass deren Montage und Demontage aufwändig ist.

[0005] Um dem abzuhelfen, wurde in der

AT 398938 B -. vorgeschlagen, nur eine Verteilerwelle vorzusehen und für den zweiten Kraftfluss ein Ritzel auf der längeren Abtriebswelle vorzusehen, das mit dem Ritzel auf der kürzeren Abtriebswelle in direktem Eingriff steht. Damit wird das Ritzel auf der kürzeren Abtriebswelle wiederum durch zwei Zahnräder angetrieben, sodass hier ebenfalls etwa das doppelte Drehmoment übertragbar ist.

[0006] In der bekannt gemachten österreichischen Patentanmeldung A AT 1690/98 -. (entsprechend der EP 995580 A -.

) sind diese beiden Lösungen miteinander kombiniert worden, d.h. hier wurde vorgeschlagen, sowohl zwei Verteilerwellen vorzusehen als auch ein Ritzel auf der längeren Abtriebswelle, das mit dem Ritzel auf der kürzeren Abtriebswelle in direktem Eingriff steht. Damit ergeben sich drei Kraftflüsse, sodass das übertragbare Drehmoment verdreifacht wird.

[0007] In dieser Patentanmeldung wurde auch noch beansprucht, drei Verteilerwellen vorzusehen, sodass das übertragbare Drehmoment vervierfacht wird. Dazu wurde allerdings kein Ausführungsbeispiel geoffenbart, sodass unklar bleibt, wie drei Verteilerwellen gleichmäßig angetrieben werden können.

[0008] In der öffentlichen Beschwerdeverhandlung über den Einspruch gegen diese Patentanmeldung AT 1690/98 -. am 15.6.2005 wurde der Vorschlag gemacht, die drei Verteilerwellen über ein Hohlrad anzutreiben. Dies ist der gattungsbildende Stand der Technik. Es ist jedoch auch nicht einfach, mit einem Hohlrad drei Verteilerwellen gleichmäßig anzutreiben. Wenn man das Hohlrad an der Innen Verzahnung mit einem Zahnrad antreibt, so ergeben sich dadurch sehr hohe radiale Kräfte, die das Hohlrad minimal im Lager verschieben und so zumindest eine Verteilerwelle dadurch entlasten (diese läuft dann leer mit). Dies ist selbst dann der Fall, wenn man davon ausgeht, dass das Hohlrad ein ideal starrer Körper ist. Wenn man auch noch in Betracht zieht, dass sich das Hohlrad elastisch verformt, werden die Verhältnisse noch ungünstiger.

Darstellung der Erfindung

[0009] Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und ein Getriebe der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, bei dem eine optimale Verteilung der Drehmomente sichergestellt ist.

[0010] Erfindungsgemäß wird dies bei einem Getriebe der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 erreicht.

[0011] Durch den Antrieb der drei Verteilerwellen über die Innen Verzahnung des

Hohlrades, das seinerseits über dessen Außen Verzahnung und zwei Zwischen wellen angetrieben wird, kann man die Lage der Zwischenwellen beliebig optimieren (die Verteilerwellen sind nicht im Weg). Außerdem heben sich die radialen Kräfte der beiden Zwischenwellen zumindest teilweise auf. Auf diese Weise können Querkräfte und elastische Verformungen weitgehend vermieden werden. Dadurch ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen Getriebe eine sehr gute Verteilung der zu übertragenden Drehmomente, wodurch die Belastungen für die einzelnen Bauteile gering gehalten werden können und auch bei beengten Platzverhältnissen keine übermäßigen Spannungen in den einzelnen Bauteilen zugelassen werden müssen. Dadurch ergibt sich eine hohe Betriebssicherheit des Getriebes.

[0012] In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, die Merkmale des Anspruchs 2 vorzusehen. Durch diese Maßnahmen heben sich die bei der übertragung des Drehmoments auftretenden Querkräfte weitgehend gegenseitig auf, sodass das Hohlrad kaum aus der Soll-Position gebracht wird. Der optimale Winkel zwischen den Axialebenen der äußeren Verteilerwellen und den Axialebenen der Zwischenwellen beträgt ca. 20°, wenn die Dicke des Hohlrades vernachlässigbar klein ist, und steigt mit der Dicke des Hohlrades an. Der optimale Winkel liegt daher zwischen 20° und 30°.

[0013] Um die beim Extrudieren mittels der Schnecken auftretenden axialen Kräfte besser aufnehmen zu können ist es vorteilhaft, die Merkmale des Anspruchs 4 vorzusehen. Da die Verzahnungen des Hohlrades in einander entgegengesetzten Richtungen schräg ausgebildet sind, bleibt das Hohlrad in axialer Richtung kräftefrei.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0014] Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt: Fig. 1 schematisch das erfindungsgemäße Getriebe von der Antriebsseite her; Fig. 2 schematisch das Getriebe nach Fig. 1 von der Abtriebsseite her; Fig. 3 das Getriebe nach Fig. 1 und 2 von der Antriebsseite her, jedoch ohne Hohlrad und Zwischenwellen; Fig. 4 das Getriebe nach Fig. 1 und 2 von der Abtriebsseite her, jedoch ohne Hohlrad und Zwischenwellen; und Fig. 5 schematisch die Lagerung der längeren und der kürzeren Abtriebswellen.

Bester Weg zur Ausführung der Erfindung

[0015] Auf einer längeren Abtriebswelle 1 sitzt ein mit dieser drehfest verbundenes Antriebszahnrad 3, das mit einem nicht dargestellten Ritzel eines Motors kämmt, oder die längere Abtriebswelle 1 ist mit einem Antriebsmotor gekuppelt. Weiters sitzt auf der längeren Abtriebs welle 1 ein Axiallager 4 sowie ein drehfest gehaltenes Ritzel 5, das mit einem mit der kürzeren Abtriebswelle 2 drehfest verbundenen Ritzel 6 kämmt. Auch die kürzere Abtriebswelle 2 weist ein Axiallager 9 auf. Dieses ist wegen der

Nähe der längeren Abtriebswelle 1 im Durchmesser beschränkt und vorzugsweise als Tandemlager ausgebildet.

[0016] Die Ritzel 5, 6 weisen eine Schrägverzahnung auf. Diese Schrägverzahnung ist so gewählt, dass die kürzere Antriebswelle 2 in Richtung Schnecke gedrückt wird und so die auf das Lager 9 der kürzeren Antriebswelle wirkenden axialen Kräfte bei ansteigendem Drehmoment verhältnismäßig kleiner werden. Dadurch steigen zwar die axialen Kräfte auf die längere Antriebswelle 1, doch ist dies nicht problematisch, da das Axiallager 4 größer gebaut werden kann.

[0017] Wie aus Fig. 5 zu ersehen ist, sind neben dem Ritzel 5 Radiallager 7 auf der längeren Abtriebswelle 1 angeordnet. Axial zu diesen versetzt sind Radiallager 8 auf der kürzeren Abtriebswelle 2 angeordnet. Der axiale Versatz ist notwendig, um die Radiallager 7, 8 möglichst groß dimensionieren zu können. Der Abstand der Radiallager 8 vom Ritzel 6 stört nur wenig, weil sich die radialen Kräfte auf das Ritzel 6 ohnehin weitestgehend aufheben, wie noch erläutert werden wird.

[0018] Aus Gründen einer besseren übersichtlichkeit sind die Lager 4, 7, 8 und 9 in den Fig. 1 bis 4 nur zum Teil dargestellt.

[0019] Mit dem Ritzel 6 der kürzeren Abtriebswelle 2 kämmen weiters Zahnräder 10, 11, 12, die drehfest mit Verteilerwellen 13, 14, 15 verbunden sind. Auf diesen Verteilerwellen 13, 14, 15 sitzen weiters drehfest gehaltene Zahnräder 16, 17, 18, die mit einer Innen Verzahnung 19 eines Hohlrades 20 kämmen.

[0020] Dieses Hohlrad 20 ist weiters mit einer Außenverzahnung 21 versehen, wobei die Innen Verzahnung 19 und die Außen Verzahnung 21 als gegensinnige Schrägverzahnungen ausgebildet sind.

[0021] Die Verteilerwellen 13, 14 bzw. 14, 15 schließen Winkel von jeweils ca. 90° ein, wobei die längere Abtriebswelle 1, die kürzere Abtriebswelle 2 und die Verteilerwelle 14 in einer Ebene liegen. Damit wird das Ritzel 6 von vier Zahnrädern, die gleichmäßig über dessen Umfang verteilt sind, angetrieben, sodass sich die radialen Kräfte aufheben.

[0022] Die Außen Verzahnung 21 des Hohlrades 20 kämmt mit Zahnrädern 22, 23, die drehfest mit Zwischenwellen 24, 25 verbunden sind. Auf diesen Zwischenwellen 24, 25 sind weiters Zahnräder 26, 27 drehfest gehalten, die mit dem Antriebszahnrad 3 kämmen.

[0023] Die Zwischenwellen 24, 25 sind gegenüber den Verteilerwellen 13, 15, bezogen auf die Achse der kürzeren Abtriebswelle 2, um einen Winkel von 20°-30° gegen die Verteilerwelle 14 zu versetzt angeordnet, um das Hohlrad 20 weitgehend frei von Querkräften zu halten. Dadurch wird eine gleichmäßige Aufteilung des Drehmoments auf die Verteilerwellen 13, 14, 15 erreicht.

[0024] Die sämtlichen Zahnräder sind - wie an sich bekannt - als Schrägzahnräder

ausgebildet, um die axialen Kräfte, die auf die kürzere Abtriebswelle von der zugehörigen Schnecke übertragen werden, teilweise zu kompensieren und so das Axiallager 9, das im Durchmesser beschränkt ist, zu entlasten. Aufgrund der Ausbildung des Getriebes nach den Fig. 1 bis 5 werden die Belastungen der einzelnen Zahnräder und Wellen gering gehalten, sodass über das Getriebe hohe Drehmomente auf die Schnecken über die beiden Abtriebswellen 1, 2 übertragen werden können. Dadurch kann die hohe Belastbarkeit der Schnecken voll genutzt werden, ohne dass die Gefahr eines Versagens des Getriebes besteht.