DE4319058A1 - Schneckenwelle - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schneckenwelle entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Schneckenwellen kommen bekanntlich im Rahmen von Extrudern, z. B. Einschneckenwellen, Zweischnecken­ wellen und dergleichen u. a. bei der Kunststoffverarbei­ tung in unterschiedlichsten Formen zum Einsatz. Die Schneckenwelle rotiert hierbei innerhalb eines Zylinders, an dessen einem Ende der Kunststoff beispielsweise als Pulver oder Granulat aufgegeben wird, der während der Förderung durch die Schnecke verdichtet, entgast, aufge­ schmolzen bzw. plastifiziert wird und ausgangsseitig schließlich in einer Düse geformt wird. Entsprechend diesen unterschiedlichen Funktionen ergeben sich entlang der Schnecke gesehen unterschiedliche Zonen, die dement­ sprechend unterschiedlichen mechanischen, jedoch auch thermischen Belastungen ausgesetzt sind. Um bei einem lediglich zonenweise auftretenden durch die Verfahrensbe­ dingungen verursachten Verschleiß nicht die Schneckenwel­ le als Ganzes verwerfen oder austauschen zu müssen, ist es bekannt, die Schneckenwelle aus einzelnen, stirnsei­ tig aneinandergesetzten, auf eine Welle aufgeschobenen Schneckenelementen auszubilden, die axial gegeneinander verspannt sind und außenseitig das Schneckenprofil tragen. Um im stirnseitigen Anschlußbereich zweier Schneckenelemente einen stetigen Verlauf des Schnecken­ profils zu gewährleisten, müssen die Schneckenelemente - in Umfangsrichtung gesehen - in einer festen Winkelorien­ tierung zueinander gehalten werden, welches beispielswei­ se dadurch erreichbar ist, daß die genannte Welle nach Art einer Keilwelle ausgebildet ist, die mit einem entsprechenden innenseitigen Gegenprofil der Schnecken­ elemente im Eingriff steht. Die einzelnen Schneckenele­ mente können - soweit im Anschlußbereich einer stetiger Verlauf des Schneckenprofils sichergestellt ist - nach Maßgabe der, durch den Extrusionsprozeß bedingten Zonen­ aufteilung unterschiedliche Profilparameter, beispiels­ weise Gangsteigung, Gangtiefe, Gangzahl, jedoch auch Gangprofil aufweisen. Die formschlüssige Sicherung der Schneckenelemente gegenüber der Welle über einen form­ schlüssigen Eingriff nach Art einer Keilwelle bringt jedoch einen beträchtlichen Festigkeitsverlust mit sich, insbesondere mit zunehmender Gangtiefe des Schneckenpro­ fils. Dieser Effekt wird durch die, mit dem Extrusions­ prozeß zwangsläufig verbundene thermische Belastung noch verstärkt.

Alternativ hierzu sind auch sonstige, auf einem Form­ schluß beruhende Verbindungen zwischen den einzelnen Schneckenelementen und der diese tragenden Welle bekannt, die entweder auf Feder-Nut-Verbindungen beruhen oder auf der Verwendung von Wellen, die zumindest abschnittsweise keinen Kreisquerschnitt aufweisen, denen jedoch neben einer aufwendigen Herstellung obige Nachteile in gleicher Weise anhaften.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Schnecken­ welle der eingangs bezeichneten Gattung bei einfacher kostengünstiger Herstellbarkeit dahingehend auszugestal­ ten, daß diese zugleich in ihren Festigkeitseigenschaf­ ten verbessert ist. Gelöst ist diese Aufgabe bei einer gattungsgemäßen Schneckenwelle durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 1.

Erfindungswesentlich ist hiernach, daß in Abweichung von dem Stand der Technik eine glatte, einen Kreisquerschnitt aufweisende Welle als Träger für die Schneckenprofile benutzt wird, welche Schneckenprofile ihrerseits Stirn­ seitig formschlüssig unverdrehbar aneinandergehalten sind. Diese formschlüssige Fixierung erfolgt erfindungs­ gemäß durch axiale Verspannung der Schneckenelemente gegeneinander und nicht durch eine - in Umfangsrichtung wirksame unmittelbare Fixierung der Schneckenelemente gegenüber der Welle. Dies bedeutet auch, daß die Schneckenelemente ihrerseits mit im Querschnitt kreisför­ migen Bohrungen versehen sind, so daß zwischen der Welle und den Schneckenelementen keine, Kerbwirkungen und damit Festigkeitsminderungen mit sich bringenden Kon­ struktionselemente wirksam sind. Die Schneckenelemente werden axial gegeneinandergepreßt, welches beispielswei­ se dadurch bewirkt werden kann, daß die Welle an ihrem einen Ende ein Anschlagteil und an ihrem anderen Ende einen Gewindeabschnitt, so daß die axial aneinanderliegen­ den Schneckenelemente mittels einer auf den Gewindeab­ schnitt aufgeschraubten Mutter gegenüber dem Anschlag­ teil verspannt werden können. Es entfallen somit die bisher üblichen, herstellungstechnisch aufwendigen formschlüssigen Verbindungen zwischen dem Schneckenele­ ment einerseits und der Welle andererseits.

Die Merkmale des Anspruchs 2 sind auf die praktisch häufigste Ausführungsform einer Schneckenwelle gerichtet, die außerdem sehr einfach herstellbar ist. Die glatt aneinanderliegenden, untereinander parallelen Stirnflä­ chen, die unter einem Winkel zur Achse der Welle verlau­ fen, sind im montierten Zustand mit geringstmöglichen Eingriffen in das, insbesondere im Anschlußbereich zwischen zwei Schneckenelementen stetige Schneckenprofil verbunden.

Die Merkmale der Ansprüche 3 und 4 sind auf alternative Ausführungsformen der Schneckenelemente gerichtet, welche hiernach durch eine zueinander komplementäre Ausbildung aneinanderliegender Stirnflächen gekennzeich­ net sind, durch deren Eingriff eine Verdrehsicherung und in gleicher Weise ein stetiger Verlauf des Schneckenpro­ fils im Anschlußbereich sichergestellt werden.

Das erfindungsgemäße Prinzip des Aufbaus einer Schnecken­ welle kann grundsätzlich bei allen Arten von Extruder­ schnecken Verwendung finden, z. B. bei solchen, deren Schneckenprofil - in Achsrichtung gesehen - gleichförmig ist, jedoch auch bei solchen, deren Schneckenprofil, insbesondere deren Gangsteigung - in Achsrichtung gese­ hen - nicht gleichförmig ist. Die erfindungsgemäße Schneckenwelle ist aufgrund ihrer Formgestaltung als beanspruchungsgerechte Ausführungsform anzusehen, welche gegenüber dem eingangs dargelegten Stand der Technik zu wesentlich verbesserten Festigkeitswerten und damit einer höheren Lebensdauer führt.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Teils einer dem Stand der Technik zuzuordnenden Schneckenwelle, deren beide Schneckenelemente axial geringfügig voneinander getrennt sind;

Fig. 2 eine Darstellung eines Radialschnitts der Schnecke gemäß Fig. 1 entsprechend einer Ebene II-II;

Fig. 3 eine Seitenansicht eines Teils einer erfindungs­ gemäßen Schneckenwelle, deren beide Schneckenelemente axial geringfügig voneinander entfernt sind;

Fig. 4 eine Ansicht einer alternativen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schneckenwelle mit zwei Schneckenelementen;

Fig. 5 eine Seitenansicht der Enden einer erfindungsge­ mäßen Schneckenwelle.

Es wird im folgenden zunächst auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen.

Mit 1 ist in den Fig. 1 und 2 eine Welle bezeichnet, auf welche eine Reihe von hohl ausgebildeten Schneckenelemen­ ten aufgeschoben sind. Die einzelnen Schneckenelemente können entsprechend dem Verarbeitungsprozeß in einem Extruder entsprechend der erforderlichen Schneckenzonen­ aufteilung unterschiedliche Längen, Gangsteigungen, Gangtiefen usw. aufweisen. Sämtliche Schneckenelemente 2 enden axial in Stirnflächen 3, die sich senkrecht zur Achse 4 der Welle 1 erstrecken und untereinander gleich beschaffen sind, so daß im montierten Zustand, in wel­ chem die Stirnflächen 3 aneinanderliegen, ein stetiger Übergang des Schneckenprofils in der Trennebene gegeben ist. Letzteres setzt naturgemäß voraus, daß die Schneckenelemente 2 auf der Welle 1 - in Umfangsrichtung gesehen - in einer vorgegebenen Winkelorientierung gehalten werden und es ist die Welle 1 zu diesem Zweck nach Art einer Keilwelle ausgebildet, die mit einem entsprechenden Gegenprofil der Schneckenelemente 2 im Eingriff steht. Zur Herstellung einer vollständigen Schneckenwelle werden zwei oder mehr derartiger Schneckenelemente 2 stirnseitig auf der Welle 1 zusammen­ gesetzt und in axialer Richtung mittels in Fig. 1 zeich­ nerisch nicht dargestellter, an sich bekannter Konstruk­ tionselemente verspannt.

Diese elementweise Zusammensetzung der Schnecke trägt den Umstand Rechnung, daß der Verschleiß des Schnecken­ profils - entsprechend den einzelnen, in axialer Rich­ tung aufeinanderfolgenden, durch den Extrusionsprozeß bedingten Zonen - ungleichmäßig ausfällt, so daß im Verschleißfall - durch den Verarbeitungsprozeß bedingt - einzelne Schneckenelemente einfach austauschbar sind.

Das in Fig. 3 gezeigte erfindungsgemäße Ausführungsbei­ spiel einer Extruderschnecke unterscheidet sich von demjenigen der Fig. 1 und 2 darin, daß nunmehr eine im Querschnitt kreisförmige, außenseitig glatte Welle 5 Verwendung findet, auf welche einzelne, mit einer dement­ sprechend kreisförmigen Bohrung versehene, innenseitig somit glatte Schneckenelemente 6 aufgeschoben werden. Die zur axialen Anlage aneinander bestimmten Stirnflä­ chen 7 der Schneckenelemente 6 verlaufen nunmehr jedoch unter einem Winkel 8 zur Achse 9 der Welle 5. Dieser Winkel 8 sollte größer als 0 Grad und kleiner als der Gangsteigungswinkel sein. Wesentlich ist, daß die Stirn­ flächen 7 zweier zum Aneinanderliegen bestimmter Schneckenelemente 6 jeweils zueinander komplementäre Schrägflächen bilden, durch welche sich im Fall des planen Aneinanderliegens ein im Bereich der Trennstallen zwischen den Schneckenelementen 6 stetiges Schneckenpro­ fil ergibt. Zur Montage einer kompletten Extruderschnecke werden die Schneckenelemente 6 wiederum mittels in Fig. 3 zeichnerisch nicht dargestellter, an sich bekannter Konstruktionselemente axial verspannt und auf diese Weise im Bereich ihrer Stirnflächen 7 formschlüssig in Anlage gehalten.

Bei dem in Fig. 4 gezeigten alternativen Ausführungsbei­ spiel einer Schneckenwelle wird wiederum eine außensei­ tig glatte, im Querschnitt kreisförmige Welle 5 einge­ setzt, wobei die, zum stirnseitigen Aneinandersetzen zweier Schneckenelemente 10 bestimmten Stirnflächen 11 eine nach Art zueinander komplettierende, einander jeweils zu einer Vollschale komplementierende gestufte Ausbildung erfahren haben, und zwar derart, daß im stirnseitig aneinandergesetzten Zustand das Schneckenpro­ fil der Schneckenelemente 10 im Bereich der Trennstelle stetig ist. Durch axiales Verspannen der Schneckenelemen­ te 10 auf der Welle 5 wird wiederum eine komplett mon­ tierte Schneckenwelle bereitgestellt.

In einer zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 analogen Weise können auch andere, durch ein stirnseitiges Inein­ andergreifen charakterisierbare Stirnflächenprofile zur Anwendung kommen, über welche einander benachbarte Schneckenelemente - in Umfangsrichtung gesehen - auf einer im Querschnitt kreisförmigen Welle - unter Mitwir­ kung axial wirkender Verspannungselemente - in einer festen Winkelorientierung zueinander gehalten werden, um einen stetigen Verlauf des Schneckenprofils sicherzustel­ len.

Fig. 5 zeigt beispielhaft die Ausbildung der Enden einer erfindungsgemäßen Schneckenwelle und läßt insbesondere erkennen, auf welche Weise die axiale Verspannung der einzelnen Schneckenelemente 6, 10 konstruktiv realisier­ bar ist.

So ist die im Querschnitt kreisförmige, glatte Welle 5 an einem Ende mit einem Anschlagteil 12 versehen, wel­ ches einstückig mit der Welle 5 ausgebildet sein kann oder auch als separates Bauteil mit der Welle 5 in fester, wenngleich lösbarer Verbindung stehen kann. Das Anschlagteil 12 weist an einem Ende ein Schneckenprofil auf, welches in einer Stirnfläche 13 endet, die unter einem Winkel 8 zur Achse 9 der Welle 5 verläuft.

Mit 14 ist ein Schneckenelement bezeichnet, welches sich an dem, dem Anschlagteil 12 gegenüberliegenden Ende der Schneckenwelle befindet und insoweit den Abschluß des Schneckenprofils bildet. Das Schneckenelement 14 ist an seinem einen, dem Anschlagteil 12 zugekehrten Ende mit einer, sich wiederum unter einem Winkel 8 zur Achse 9 erstreckenden Stirnfläche 15 versehen und es sind zwi­ schen den Stirnflächen 13, 15 weitere, in Fig. 5 zeich­ nerisch nicht dargestellte Schneckenelemente vorgesehen, deren Stirnseiten schräg, d. h. unter einem Winkel 8 zu der Achse verlaufen und deren Schneckenprofile derart angelegt sind, daß sich im Bereich einer Trennstelle zwischen zwei Stirnflächen ein stetiger Verlauf des Schneckenprofils ergibt.

Die, der Stirnfläche 15 gegenüberliegende Stirnfläche 16 des Schneckenelements 14 verläuft senkrecht zu der Achse 9 und dient in Verbindung mit einer, auf einen Gewinde­ abschnitt 17 der Welle 5 aufgeschraubten Mutter 18 der axialen Verspannung sämtlicher Schneckenelemente gegen­ einander.

Das oben dargestellte Prinzip zur axialen Verspannung der mit schräg zur Achse der Welle verlaufenden Schnecken­ elemente ist lediglich als eine konstruktiv mögliche Ausführungsform zu verstehen und es können die Schnecken­ elemente grundsätzlich auf beliebige Weise axial ver­ spannt werden.

Claims (8)

1. Schneckenwelle, bestehend aus wenigstens zwei, zum koaxialen Aufschieben auf eine Welle (1, 5) bestimm­ ten, außenseitig ein Schneckenprofil tragenden, zum stirnseitigen verdrehungsfreien und im Anschlußbe­ reich ein stetiges Schneckenprofil bildenden Aneinan­ dersetzen bestimmten, axial gegeneinander verspannten Schneckenelementen (2, 6, 10), dadurch gekennzeichnet,

• - daß zumindest die mit den Schneckenelementen (6, 10) zusammenwirkenden Teile der Welle (5) glatt ausgebildet sind sowie einen Kreisquerschnitt aufweisen und
• - daß jeweils zwei, aneinanderliegende Stirnflächen (7, 11) einander benachbarter Schneckenelemente (6, 10) formschlüssig unverdrehbar aneinander gehal­ ten sind.

2. Schneckenwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die aneinanderliegenden Stirnflächen (7) zweier Schneckenelemente (6) glatte, zueinander parallele, sich unter einem Winkel (8) zur Achse (9) der Welle (5) erstreckende Flächen sind.

3. Schneckenwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die aneinanderliegenden Stirnflächen zweier Schneckenelemente (10) zueinander komplementär profi­ lierte, einen formschlüssigen, in Umfangsrichtung wirksamen Eingriff ermöglichende Flächen sind.

4. Schneckenwelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Stirnflächen (11) zweier aneinanderlie­ gender Schneckenelemente (10) nach Art zweier, einan­ der komplettierender Halbschalen ausgestaltet sind.

5. Schneckenwelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Winkel (8) größer als 0° ist, höchstens jedoch dem Gangsteigungswinkel des Schneckenprofils entspricht.

6. Schneckenwelle nach einem der vorangegangenen Ansprü­ che 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (5) an ihrem einen Ende mit einem Anschlagteil (12) für die aufzuschiebenden Schneckenelemente (6, 10) und an ihrem anderen Ende mit einem Gewindeabschnitt (17) versehen ist, über welchen die Schneckenelemente gegenüber dem Anschlagteil (12) axial verspannbar sind.

7. Schneckenwelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß das Anschlagteil (12) einstückig mit der Welle (5) ausgebildet ist.

8. Schneckenwelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß der Anschlagteil (12) lösbar mit der Welle (5) in Verbindung steht.