DE69426583T2

DE69426583T2 - Verfahren zur Herstellung von Paddel- und Schaftmontagen für Doppelschraubemisch und/oder Bearbeitungsvorrichtung und daraus resultierender Apparat

Info

Publication number: DE69426583T2
Application number: DE69426583T
Authority: DE
Inventors: James E. Kowalczyk; Bernard A. Loomans
Original assignee: APV Chemical Machinery Inc
Current assignee: APV Chemical Machinery Inc
Priority date: 1993-07-28
Filing date: 1994-02-03
Publication date: 2001-05-31
Anticipated expiration: 2014-02-04
Also published as: US5304000A; EP0637696B1; EP0637696A1; US5439286A; DE69426583D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung bzw. Umrüstung von Antriebsanordnungen nach Anspruch 1 sowie eine Antriebsanordnung, enthaltend eine Welle und ein damit in Antriebsverbindung stehendes Element gemäß Anspruch 6. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Doppelschraubenmischer, -extruder bzw. -bearbeitungsvorrichtungen und dabei vor allem neuartige, vorteilhafte Weiterbildungen von Verfahren zur Herstellung von Schaufel-Wellen-Anordnungen, die eine Erhöhung der Mischkraft ermöglichen, ohne daß es dabei zu einer Verringerung des lichten Volumens im Doppelschraubenmischer bzw. in der Mischvorrichtung und einer daraus resultierenden Verringerung des Volumens des durch derartige kontinuierlich arbeitende Vorrichtungen hindurchgeführten Materialdurchsatzes kommt.
Die vorliegende Erfindung wurde zur Verwendung in Doppelschrauben-Mischvorrichtungen entwickelt, wie sie beispielsweise in der Kunststoffindustrie Verwendung finden und in den US-Patentschriften Nr. 3,195,868 und 4,826,323 derselben Anmelderin beschrieben sind. Bei größeren Vorrichtungen dieses Typs kommen vorzugsweise durch Hydraulikmotoren angetriebene Wellen zum Einsatz, auf denen jeweils getrennte Schaufeln oder Schneckenbereiche vorgesehen sind, die in radialer Richtung miteinander in Eingriff kommen und zusammen eine Abstreiffunktion erfüllen. Im folgenden wird für beide Ausführungsformen der Begriff "Schaufel" verwendet. Bei derartigen Vorrichtungen müssen die die Schaufeln halternden Wellen mit derselben Geschwindigkeit und in derselben Drehrichtung angetrieben werden, damit die Schaufeln sich jeweils gegenseitig und gleichzeitig auch das Innere der Mischtrommelbohrung, in der sie umlaufen, vollständig abstreifen können. Unabhängig davon, ob die verwendete Schaufel dabei ein oder mehrere Schaufelblätter aufweist, muß die Oberflächengestaltung eines Schaufelbauteils immer auf den damit in Eingriff kommenden Schaufelbauteil abgestimmt sein, damit beide zusammen eine Abstreiffunktion erfüllen können, wobei die jeweilige Formgebung in direkter Abhängigkeit vom Verhältnis des Trommelbohrungsdurchmessers zum Mittenabstand der Wellen gewählt wird. Normalerweise ist es zu einer Erhöhung der den Schaufeln derartiger Vorrichtungen zum Mischen zugeführten Energie und damit zur Erhöhung der Arbeitsleistung notwendig, die Abmessungen sowohl der Schaufeln als auch der die Schaufeln antreibenden Wellen zu vergrößern, damit das Beanspruchungsniveau auch bei erhöhten Lasten akzeptabel bleibt. Wenn man allerdings den Wellendurchmesser bei einer Vorrichtung vergrößern will, deren Mischtrommel eine vorgegebene Größe aufweist, so muß das Verhältnis zwischen der Trommelbohrung und dem Mittenabstand der Doppelschrauben-Schaufel-Anordnung verändert werden, was die Breite der Anordnung erhöht. Dementsprechend erhöht sich auch die Wanddicke des Schaufelbauteils relativ zum vergrößerten Wellendurchmesser, wobei sich durch die dickeren Schaufelelemente das lichte Volumen der Vorrichtung bei gleichbleibendem Bohrungsdurchmesser erheblich verringert. Heute übliche Vorrichtungen, die eine erhöhte Produktverarbeitungsrate bieten sollen, sind für die zur entsprechenden Werkstoffbearbeitung notwendige Energieerhöhung nicht ausgelegt.
Heutzutage wird üblicherweise zur Kraftübertragung von den Wellen zu den Schaufeln eine Evolventen-Keilverzahnung eingesetzt, wie sie in der US-PS 4,591,487 beschrieben ist; allerdings wurden auch bereits verschiedene andere Keilverbindungen sowie Hexagonalwellenanordnungen vorgeschlagen. Die folgenden Patente beschreiben hierbei den Stand der Technik, wobei allerdings nur einige dieser Patente das Gebiet der vorliegenden Erfindung betreffen:
- US-PS 2,668,756 von Carney,
- US-PS 2,777,353 von Willis,
- US-PS 3,584,667 von Reiland,
- US-PS 4,073,013 von Blach,
- US-PS 4,236,833 von Blach,
- US-PS 4,269,246 von Larson et al.
- US-PS 4,591,487 von Fritsch und
- US-PS 5,171,117 von Seidl.
Darüber hinaus ist in der DE 36 35 916 ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Keilverbindung beschrieben, die in Fig. 4 allgemein dargestellt ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft nun die erhöhte Energiezuführung zu in Mischertrommeln mit vorgegebenen Abmessungen angeordneten Mischerschaufeln bei gleichzeitiger Erzielung geringerer Beanspruchungsniveaus, wobei bei derartigen Mischerschaufeln derzeit die momentan den einschlägigen Stand der Technik bildenden Keilschaftverbindungen mit Evolventenverzahnung zum Einsatz kommen. Beim Verfahren und der Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung wird in den Schaufeln eine angemessene Ringfestigkeit aufrechterhalten, wobei die Innenbohrungen der Mischerschaufeln eine Reihe von Vorsprüngen aufweisen, die abwechselnd zu Fußvertiefungen angeordnet und mit diesen tangential verbunden sind. Diese Vorsprünge und Fußvertiefungen sind als Gegenstücke der auf dem Außenumfang der Mischerwellen ausgebildeten Vorsprünge und Fußvertiefungen ausgebildet.
Dabei lassen sich bei Mischern bzw. Entdampfungsvorrichtungen vorgegebener Größe und mit vorgegebenen Trommelabmessungen höhere Leistungen erzielen. Da die Bearbeitung in derartigen Anordnungen weitgehend von der Anzahl der PS-Stunden pro Gewichtseinheit abhängt, läßt sich bei einer erhöhten Leistung mehr Material zur Bearbeitung durch die Bearbeitungsanordnung transportieren.
Eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, die gelieferte Leistung zu erhöhen, ohne dabei das lichte Volumen des Mischers zu verringern und den Materialdurchsatz zu behindern.
Darüber hinaus liegt der vorliegenden Erfindung auch die Aufgabe zugrunde, eine zuverlässigere Ausrüstung zu schaffen, bei der weder das Risiko einer erhöhten Lastbeanspruchung, noch aufgrund des Einsatzes von potentiell unzuverlässiger Ausrüstung die Gefahr eines vorzeitigen Ausfalls besteht.
Daneben besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung auch darin, einen Doppelschraubenmischer zu beschreiben, dessen Wellen-Schaufel-Anordnungen in der Lage sind, bei einem geringeren Beanspruchungsniveau, als es bei herkömmlichen Vorrichtungen auftritt, eine größere Leistung zu liefern und die Produktionsraten erheblich zu erhöhen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Doppelschraubenmischer zu beschreiben, der eine Wellen-Schaufel-Anordnung aufweist, bei der durch die später noch beschriebene Vorsprungsform auf bestimmte kritische Stellen an den Schaufeln geringere Scherkräfte einwirken, wobei zwar die Beanspruchung an anderen Stellen ansteigt, es insgesamt aber zu einem verringerten Beanspruchungsverhältnis kommt, wobei Paßtoleranzen bei der Montage sowie in der Praxis übliche Herstellungstoleranzen berücksichtigt werden.
Daneben liegt der vorliegenden Erfindung auch die Aufgabe zugrunde, Wellen- und Schaufelanordnungen mit erhöhter Festigkeit zu beschreiben, wobei durch den Einsatz einer optimalen Anzahl von neuartigen Vorsprüngen und Vorsprungfußvertiefungen in der Anordnung bei der Kraftübertragung insgesamt geringere Beanspruchungen auftreten.
Weiterhin ist es auch Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung vorzusehen, die die Übertragung höherer Drehmomente ermöglicht, als dies bisher möglich war, ohne daß hierfür die Größe der Mischer verändert werden müßte.
Schließlich besteht eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein System der genannten Art zu beschreiben, bei dem die Schaufeln eine angemessene Ringfestigkeit aufweisen, um die empfangenen erhöhten Drehmomente aufzunehmen und zu übertragen, ohne daß es dabei zu einer Dehnung der Schaufeln und einer entsprechenden Behinderung ihrer Arbeit beim Abstreifen der Trommelwände kommt.
Die genannten Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 6 gelöst. Alternative Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 eine schematische, teilweise geschnittene Seitenansicht eines Doppelschraubenmischers, wie er in einigen der genannten älteren Patente derselben Anmelderin beschrieben ist;
Fig. 2 eine vergrößerte, schematische und entlang der Linie 2-2 in Fig. 1 geschnittene Teilansicht einer Evolventenverzahnungsanordnung für die Schaufelbohrungen und Wellenumfangsflächen;
Fig. 3 eine vergrößerte, schematische und geschnittene Teilansicht der Evolventenkeilverbindungsanordnung bei Schaufelbohrungen gemäß dem derzeitigen Stand der Technik;
Fig. 4 eine vergrößerte Querschnittsansicht ähnlich Fig. 2, die allerdings eine andere, eine genaue Sinuswelle beschreibende Vorsprungsform darstellt, wie sie beispielsweise im Dokument DE 3 635 916 beschrieben ist;
Fig. 5 eine Schemadarstellung ähnlich Fig. 2 einer erfindungsgemäßen Wellen-Schaufel-Anordnung zur Verwendung in einer Mischtrommel, die in etwa dieselbe Größe aufweist wie in Fig. 2, wobei sich der Darstellung die Vergrößerung des zur Verfügung stehenden Durchsatzvolumens entnehmen läßt;
Fig. 6 eine vergrößerte Querschnittsansicht je einer bevorzugten Schaufel und Welle, wobei das Verhältnis der Radien, die die Vorsprungs- und Fußeckbereiche bestimmen, 5 : 1 beträgt; und
Fig. 7 eine vergrößerte Querschnitts-Teilansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels, wobei die Radien, auf denen tangential komplementäre Eckbereiche angeordnet sind, zueinander ein Verhältnis von 3 : 1 aufweisen.
Wie sich den Fig. 1 und 2 entnehmen läßt, enthält gemäß dem Stand der Technik eine Mischbearbeitungsanordnung M eine Basis 10 mit eine Mischtrommel MB halternden Ständern 10a. Wie sich insbesondere Fig. 2 entnehmen läßt, ist die Mischtrommel MB in Form der Zahl 8 ausgebildet und weist eine 8-förmige Mischkammer 11 auf, in der ein Paar von Mischwellen 12 und 13 umläuft.
Auf den Wellen 12 und 13 sind Schaufeln in Form von Schrauben bzw. Schnecken 20 und 21 angebracht, die zusammen eine Abstreiffunktion erfüllen. Als Schaufeln dienen zudem an den Wellen 12 und 13 befestigte und beim Abstreifen zusammenwirkende Elemente 22 und 23, welche die in Fig. 2 gezeigte Linsenform aufweisen können. Natürlich sind die Paare aus radial beim Abstreifen zusammenwirkenden Elementen 22 und 23 zueinander winklig versetzt, so daß eine abgestufte Schraubenformation entsteht, wobei sich die in Fig. 2 gezeigte linsenartige Gestalt nur bei einer Querschnittsdarstellung der Elemente 20 und 21 ergibt.
Wie sich insbesondere Fig. 2 entnehmen läßt, sind die Wellen 12 und 13 mit einer äußeren Evolventenverzahnung versehen, die mit einer in den Bohrungen der Schaufeln 22 und 23 vorgesehenen Evolventenverzahnung in Eingriff steht. Die Evolventenverzahnung umfaßt dabei an den Wellen 12 und 13 ausgebildete Zähne 24 und Vertiefungen 25 sowie mit diesen Elementen in Eingriff kommende und in den Bohrungen BR der Schaufelbereiche 20 und 21 bzw. 22 und 23 vorgesehene Zähne 26 bzw. Vertiefungen 27. Wie sich insbesondere Fig. 3 entnehmen läßt, weisen bei den an den Wellen- bzw. Schaufelbohrungen vorgesehenen Evolventenzähnen 24 und 26 die Zähne 24 konvexe Seitenwände 28 und die Zähne 26 konkave Seitenwände 29 auf. Die konvexen Seitenwände 28 verbinden die äußeren Umfangsflächen 30 der Zähne 24 mit den inneren Umfangsflächen 31 bzw. den Fußvertiefungen der Evolventenanordnung, wobei die Flächen 30 und 31 jeweils auf einem vom Wellenmittelpunkt c ausgehenden Radius liegen. In entsprechender Weise verbinden bei den Schaufelbohrungen jeweils die konkaven Flächen 29 die Umfangsflächen 32 der Zähne 26 mit den Fußflächen 33. Die Flächen 32 und 33 sind komplementär zu den Flächen 31 bzw. 30 ausgebildet, wie sich dies Fig. 3 entnehmen läßt, wobei jedoch eine geringfügige Gleittoleranz zwischen den Flächen verbleibt, die die Herstellung und Montage erleichtert.
Fig. 4 zeigt eine alternative Anordnung, wobei allerdings für entsprechende Vorrichtungsteile dieselben Bezugsziffern verwendet wurden wie zuvor. Die Wellen 12 und 13 sind gemäß der Darstellung in Fig. 4 mit Vorsprüngen 34 versehen, die durch Vertiefungen 35 voneinander getrennt sind, welche komplementär zu abwechselnd zueinander in der Schaufelbohrung BR angeordneten Vorsprüngen 36 bzw. Vertiefungen 37 ausgeführt sind. Diese Vorsprünge und Vertiefungen sind sinuswellenförmig gestaltet, wobei die Vorsprünge 34 und die Vertiefungen 35 als Kurven ausgebildet sind, die denselben Kurvenradius aufweisen, zueinander vollständig tangential verlaufen und tangential ineinander übergehen. Die Bohrungsflächen 36 und 37 sind in gleicher Weise gestaltet und als Gegenstücke ausgebildet, wobei allerdings wiederum die bereits erwähnten Herstellungs- und Montagetoleranzen eingehalten werden. Mit den in Fig. 4 gezeigten Anordnungen läßt sich ein Drehmoment größerer Energie übertragen, als mit den in den Fig. 1 bis 3 verwendeten Evolventenanordnungen, wobei an kritischen Bereichen der gezeigten, zwölf Vorsprünge aufweisenden Anordnung geringere Beanspruchungen auftreten.
In den Fig. 5 und 6 ist die erfindungsgemäße Anordnung gezeigt, wobei wiederum dieselben Bezugszeichen für die entsprechenden Bauteile verwendet wurden. Wie sich den Fig. 5 und 6 entnehmen läßt, weist die Bohrung BR jeder Schaufel 22 bzw. 23 zwölf abwechselnd zueinander angeordnete Elementvorsprünge und Elementfußvertiefungen 38 bzw. 39 auf. Die mittigen Umfangsflächenbereiche 39a der Elementfußvertiefungen 39 liegen auf einem vom Bohrungsmittelpunkt 41 ausgehenden Radius 40. Die Welle 12 umfaßt hierzu komplementäre Wellenvorsprünge 42 und Wellenfußvertiefungen 43. Wie sich Fig. 6 entnehmen läßt, weist dabei jede Wellenfußvertiefung 43 einen mittigen Umfangsflächenbereich 43a auf, der auf einem vom Wellenmittelpunkt 41 ausgehenden Radius 55 liegt, wobei die Radien 55 an den Enden eines jeden mittigen Umfangsflächenbereichs 43a zwischen sich einen Winkel von 7,5º einschließen. Die Elementvorsprünge 38 umfassen hierzu komplementäre mittige Umfangsflächenbereiche 38a, die denselben Winkel abdecken, wie sich dies Fig. 6 entnehmen läßt.
Natürlich sind zwischen den ineinandergreifenden Flächen an den Schaufeln und Wellen die üblichen, für die Herstellung und Montage dieser Bauteile nötigen Betriebs-Gleittoleranzen vorhanden. Zur Verbindung der auf Radien 40 angesiedelten mittigen Umfangsflächenbereiche 42a der Welle und der jeweils auf Radien 55 angesiedelten mittigen Umfangsflächenbereiche 43a weisen die Wellenvorsprünge 42 bogenförmige Eckbereiche 42b auf, die tangential in bogenförmige Eckbereiche 43b übergehen, welche ihrerseits wiederum tangential in die mittigen Umfangsflächenbereiche 43a übergehen. An den Schaufelbohrungen BR finden sich hierzu komplementäre bogenförmig ineinander übergehende Eckbereiche 38b und 39b.
Bei dem in Fig. 6 gezeigten Schaufelbeispiel, bei dem zur Verdeutlichung der speziellen Ausgestaltung von Schaufel und Welle Abmessungen angegeben sind, liegen die bogenförmigen Eckbereiche 42b auf einem Radius von 0,376 mm (0,0148 inches) um einen auf einem Radius 54 angeordneten Punkt 44, während die bogenförmigen Eckbereiche 38b auf von Punkten 45 ausgehenden Radien von 1,88 mm (0,0741 inches) angeordnet sind, wobei die Lage der Punkte 45 so gewählt ist, daß die Bereiche 39b und 38a zueinander tangential verlaufen. Die Beziehung zwischen den Radien, die die bogenförmigen Eckbereiche 42b und 38b festlegen, ist linear und beträgt beim bevorzugten Ausführungsbeispiel 5 : 1. Natürlich sind auch zu den bogenförmigen Schaufelbohrungsflächen 38b und den bogenförmigen Schaufeleckflächen 42b komplementäre Wellenflächen 43b bzw. Schaufelflächen 39b vorgesehen.
Die Schaufelaußenflächen umfassen im übrigen durch Radien 46 festgelegte mittige Flächen 56 und sich von den Enden der Flächen 56 weg erstreckende und auf (von den Punkten 49 ausgehenden) Radien 48 angesiedelte bogenförmige Bereiche 47; wobei die Radien 48 jeweils mit dem Radius 46 einen Winkel von 11,25º einschließen. Die Endflächen 50 liegen auf vom Mittelpunkt 41 ausgehenden Radien 51.
In Fig. 7 ist eine Schaufel-Wellen-Anordnung gezeigt, die derjenigen gemäß Fig. 6 stark ähnelt, wobei allerdings das Verhältnis zwischen den bogenförmigen Eckbereichen 38b und 39b der Schaufel nicht 5 : 1 beträgt wie in Fig. 6, sondern 3 : 1. Die bei den Bauteilen auftretende Übertragungsbeanspruchung wurde bei der Ausführung gemäß Fig. 6 durch eine lineare Veränderung des Fußradius bei 43b in Abhängigkeit vom Spitzenradius des Vorsprungs bei 42b verringert. Bei der Ausführungsvariante gemäß Fig. 6 wurden dabei bessere Ergebnisse erzielt, als bei der Variante gemäß Fig. 7. Allerdings ist die Ausführung gemäß Fig. 7 ihrerseits der bekannten Sinuswellenanordnung gemäß Fig. 4 überlegen, die wiederum bessere Eigenschaften aufweist, als die bekannte Evolventenanordnung gemäß den Fig. 1 bis 3.
Wenn man nun die Fig. 2 und 5 miteinander vergleicht, die zwar nicht denselben, jedoch einen sehr ähnlichen Maßstab aufweisen, so wird deutlich, daß bei Fig. 5 ein erheblich größeres lichtes Volumen, d. h. ein um etwa 23 % vergrößertes Nettovolumen, in der Kammer 11 vorhanden ist. Die Wellen und Schaufeln in den Fig. 2 und 5 übertragen dieselbe Kraft, wobei allerdings aufgrund der verbesserten Beanspruchungseigenschaften die Wellen 12 und 13 bei der Ausführung gemäß Fig. 5 etwas kleiner sein können, wodurch sich der Mittenabstand zwischen den Wellen 12 und 13 gemäß Fig. 5 reduzieren läßt und dementsprechend die Schaufeln 22 und 23 erheblich dünner ausgeführt sein können.
Die von der Anmelderin entwickelten Anordnungen sind im übrigen das Ergebnis eines Ausgleichs zwischen den verschiedenen Beanspruchungskräften, die im Betrieb auf die Anordnungen einwirken. Dabei wurde im Versuch festgestellt, daß es bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung gemäß Fig. 6 zu einem Belastungsausgleich kommt, was die Übertragung einer größeren Kraft ermöglicht. Im Hinblick auf die Vermarktung der Doppelschraubenausrüstung sind die Torsionsprüfung und die sogenannte Scherkonzentration von besonderer Bedeutung, wobei die Scherkonzentration der Scherbelastung an einem Punkt B dividiert durch die Scherbelastung an einem Punkt A entspricht. Bei der Evolventenanordnung gemäß Fig. 3 und dem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 befindet sich der Punkt A dabei auf der Fußdurchmesservertiefung, während Punkt B am Fuß des Zahnes angesiedelt ist.
Die Belastungskonzentration lag dabei in der Prüfung bei der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Evolventeriausführung bei 12,48 KPa (1,81 psi) und war bei einer Evolventenausführung mit zwölf Keilnuten noch höher, wobei sie 14,55 KPa (2,11 psi) betrug. Hingegen betrug die entsprechende Belastungskonzentration bei der Anordnung gemäß Fig. 4 9,45 KPa (1,37 psi). Bei einer Anordnung mit einem Zahnfußradius-Spitzenradius-Verhältnis von 3 : 1 (gemäß Fig. 7) betrug die Beanspruchungskonzentration 8,76 KPa (1,27 psi), während bei einem Zahnfußradius-Spitzenradius-Verhältnis von 5 : 1 die Beanspruchungskonzentration auf 8,48 KPa (1,23 psi) sank. Beim bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 wurde die Größe des Radius am Punkt B am Fuß des Vorsprungs erheblich erhöht, um ein Versagen zu vermeiden, wenn die Scherbeanspruchung am Punkt B so hoch wird, daß die Dehngrenze bei einer Scherbeanspruchung überschritten wird. Zudem wurde auch die Ringfestigkeit der Schaufelelemente 22 und 23 berücksichtigt, da diese innerhalb zulässiger Grenzen gehalten werden mußte. Bei den erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist zwischen den Vorsprüngen der Welle und den Schaufelwandbereichen 56 genügend Material vorhanden, um eine ausreichende Ringfestigkeit zu erzielen.
Im folgenden wird davon ausgegangen, daß die vorliegende Erfindung bei der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung zum Einsatz kommt. Hierbei wird kontinuierlich zu mischendes Material durch eine Öffnung 17 zugeführt, durch Schaufeln 20 und 21 vorwärtsbewegt, durch Schaufeln 22 und 23 stärker vermischt und am Punkt 20 wieder kontinuierlich abgegeben. Anordnungen gemäß dem Stand der Technik können eine Leistung von maximal 75 PS erbringen, wobei sich eine Produktionsrate von etwa 907 kg pro Stunde erzielen läßt. Mit dem neuen, erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich bei gleichbleibender Größe der Mischkammerwellen und der Schaufeln sowie unveränderter Betriebsgeschwindigkeit die Leistung gefahrlos in etwa verdoppeln, so daß die doppelte Materialmenge durch die Öffnung 17 aufgegeben und mit erhöhter Leistung vermischt werden kann. Während bisher etwa 50% des zur Verfügung stehenden Volumens mit Material befüllt wurden, können es jetzt 75% sein. Die Beziehung zwischen Mischleistung und Ausbeute ist hierbei linear.
Insgesamt sind die hier beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungen im Hinblick auf die Schaufeltorsionsbelastung deutlich überlegen. Dabei wird eine ausreichende Ringfestigkeit beibehalten und dasselbe gilt für die sogenannte Kontaktbelastungsfestigkeit bei Toleranzen in der Größenordnung von 0,127 mm (0,005 inches). Erfindungsgemäß wird das erhöhte Durchsatzvolumen dabei im wesentlichen durch Anordnungen erzielt, die sich bei der Torsionsbelastungsanalyse als überlegen erwiesen haben, während gleichzeitig die anderen einwirkenden Belastungskräfte innerhalb akzeptabler Grenzen gehalten wurden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung oder Umrüstung von Antriebsanordnungen, enthaltend eine Welle (12, 13) und ein mit der Welle in Antriebsverbindung stehendes Element (22, 23), wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte umfaßt:

a) Ausbilden des Elements (22, 23) mit einer Bohrung (BR), die abwechselnd zueinander angeordnete Elementvorsprünge (38) und Elementfußvertiefungen (39) aufweist, deren einander abwechselnde Umfangsflächenbereiche (38a, 39a) auf einem von der Achse (41) der Bohrung (BR) ausgehenden größeren bzw. kleineren Radius (40, 55) liegen,

b) Ausbilden der Welle (12, 13) mit zu den Elementvorsprüngen und Elementfußvertiefungen komplementären und mit diesen in Eingriff kommenden Wellenvorsprüngen (42) und Wellenfußvertiefung (43) und Anbringen des Elements (22, 23) an der Welle in einer Weise, daß die Vorsprünge (38) und die Fußvertiefungen (39) des Elements (22, 23) mit den Fußvertiefungen (43) bzw. Vorsprüngen (34, 42) der Welle (12, 13) in Eingriffsverbindung kommen,

c) Ausbilden der abwechselnd zueinander angeordneten Elementvorsprünge (38) und Elementfußvertiefungen (39) der Elementbohrung (BR) mit bogenförmigen Eckbereichen (38b, 39b), die zusammen die Oberflächen der Elementvorsprünge (38) mit denen der Elementfußvertiefungen (39) verbinden und ein Paar entgegengesetzt gebogener und tangential ineinander übergehender Eckbereiche (38b, 39b) bilden, die zudem tangential in die Umfangsflächenbereiche (38a, 39a) der Elementvorsprünge (38) bzw. Elementfußvertiefungen (39) übergehen;

d) wobei durch die Ausbildung der bogenförmigen Eckbereiche (38b) der Elementvorsprünge (38) auf größeren Radien, die ein Vielfaches der Radien betragen, auf denen die gebogenen Eckbereiche (39b) der Elementfußvertiefungen (39) angeordnet sind, Belastungskonzentrationen verringert werden

f) und wobei die Wellenvorsprünge (42) und die Wellenfußvertiefungen (43) der Welle (12, 13) so gestaltet sind, daß sie mit den Elementfußvertiefungen (39) bzw. den Elementvorsprüngen (38) in Eingriff kommen können, wodurch sich eine komplementäre Eingriffsverbindung zwischen den Vorsprüngen (38, 42) und den Fußvertiefungen (39, 43) an der Welle (12, 13) bzw. der Elementbohrung (BR) ergibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Element als eine Schaufel (22, 23) für Mischer und Bearbeitungsvorrichtungen ausgebildet ist und auf parallelen Wellen (12, 13) radial fluchtende Schaufeln angeordnet sind, die mit derselben Geschwindigkeit und in derselben Drehrichtung umlaufen und jeweils sowohl einander als auch das Innere der Trommel (MB) des Mischers bzw. der Bearbeitungsvorrichtung abstreifen, die eine Mischkammer (11) aus miteinander verbundenen zylindrischen Bohrungen aufweist, in die nahe dem einem Ende (17) kontinuierlich Material aufgegeben und aus denen nahe dem anderen Ende (20a) kontinuierlich Material abgegeben wird,

gekennzeichnet durch die folgenden weiteren Verfahrensschritte:

c) Vorsehen eines Paars von mit den Wellenvorsprüngen (42) und Wellenfußvertiefung (43) versehenen Wellen (12, 13),

d) Ausbilden einer Vielzahl von die Elementvorsprünge (38) und die Elementfußvertiefungen (39) aufweisenden Schaufeln (22, 23),

e) Anbringen einer Vielzahl dieser Schaufeln (22, 23) an den Wellen (12, 13), wobei die Elementvorsprünge (36, 38) bzw. die Elementfußvertiefungen (37, 39) der Schaufeln und die Wellenvorsprünge (42) bzw. die Wellenfußvertiefungen (43) der Wellen komplementär zueinander in Eingriffsverbindung stehen,

f) Installieren der Wellen (12, 13) parallel und mit Abstand zueinander in der Mischkammer (11), wobei ihre Achsen zur Ausbildung eines bestimmten Mittenabstands zwischen ihnen einen bestimmten Abstand aufweisen, der ein vollständiges Abstreifen der Mischerkammer (MB) mit Hilfe der Schaufeln (22, 23) ermöglicht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Element- und Wellenvorsprünge (38, 42) und die Element- und Wellenfußvertiefung (39, 43) jeweils mittige Umfangsflächenbereiche (38a, 39a, 42a, 43a) zwischen den bogenförmigen Eckbereichen (38b, 39b, 42b, 43b) aufweisen, die jeweils auf vom Mittelpunkt (41) der Bohrung (BR) ausgehenden Radien (40, 55) angeordnet sind und tangential in die bogenförmigen Element- bzw. Welleneckbereiche übergehen, wobei die Bohrung (BR) an den Elementvorsprüngen (38) mittige Umfangsflächenbereiche (38a) aufweist, die eine größere Länge besitzen, als die mittigen Umfangsflächenbereiche (39a) an den Elementfußvertiefungen (39) der Bohrung, und wobei zwölf derartige Elementvorsprünge und zwölf derartige Elementfußvertiefungen vorgesehen sind.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Vielfache 3 : 1 beträgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Vielfache 5 : 1 beträgt.

6. Antriebsanordnung, enthaltend eine Welle (12, 13) und ein mit der Welle in Antriebsverbindung stehendes Element (22, 23), wobei

a) das Element (22, 23) mit einer Bohrung (BR) versehen ist, deren Achse (41) der Wellenachse entspricht, wobei die Bohrung so gestaltet ist, daß sie die Welle (12, 13) aufnehmen und dabei zu ihr in einer Antriebsbeziehung stehen kann,

b) die Bohrung so gestaltet ist, daß sie einander abwechselnde Elementvorsprünge (38) und Elementfußvertiefungen (39) aufweist, die einander abwechselnde Umfangsflächenbereiche (38a, 39a) umfassen, welche auf einem von der Achse (41) der Bohrung (BR) ausgehenden größeren bzw. kleineren Radius (40, 55) liegen,

c) die Welle (12, 13) komplementäre Wellenvorsprünge (42) und Wellenfußvertiefungen (43) aufweist, die von den Elementfußvertiefungen (39) bzw. den Elementvorsprüngen (38) der Bohrung (BR) aufgenommen werden und mit diesen in Eingriffsverbindung stehen,

d) die abwechselnd angeordneten Elementvorsprünge (38) und Elementfußvertiefungen (39) bogenförmige Eckbereiche (38b, 39b) umfassen, welche zusammen die Flächen der Elementvorsprünge (38) und der Elementfußvertiefungen (39) miteinander verbinden und ein Paar entgegengesetzt gebogener, tangential ineinander übergehender Bogenflächen (38b, 39b) bilden, die zudem tangential in die Umfangsflächenbereiche (38a, 39a) der Elementvorsprünge (38) bzw. der Elementfußvertiefungen (39) übergehen, wobei die bogenförmigen Eckbereiche (38b) der Elementvorsprünge (36, 38) auf größeren Radien angesiedelt sind, die ein Vielfaches der Radien betragen, auf denen die bogenförmigen Eckbereiche (39b) der Elementfußvertiefungen liegen; und

e) die Wellenvorsprünge (42) und Wellenfußvertiefung (43) komplementär zu den sich abwechselnden Elementfußvertiefungen (39) bzw. Elementvorsprüngen (38) gestaltet sind, so daß die Vorsprünge (38; 42) und die Fußvertiefungen (39; 43) auf der Welle (12, 13) bzw. an der Elementbohrung (BR) miteinander in komplementärer Eingriffsverbindung stehen.

7. Anordnung nach Anspruch 6, wobei ein Wellenpaar (12, 13) vorgesehen und eine Vielzahl der als Schaufeln (22, 23) ausgebildeten Elemente an jeder der Wellen radial fluchtend gehaltert ist und wobei ein Antriebsmittel vorgesehen ist, um die Wellen mit gleicher Geschwindigkeit und in derselben Drehrichtung anzutreiben, wobei die Wellen und Schaufeln in einer Mischtrommel (MB) angeordnet sind, die durch mehrere zur axialen Aufnahme der Wellen dienende, miteinander verbundene, parallele, zylindrische Bohrungen gebildet wird.

8. Anordnung nach Anspruch 6, wobei zwölf der genannten Elementvorsprünge (38) vorgesehen sind.

9. Anordnung nach Anspruch 6, wobei die Elementvorsprünge (38) und die Elementfußvertiefungen (39) mittige Umfangsflächenbereiche (38a, 39a) aufweisen, die auf von der Achse (41) der Bohrung (BR) ausgehenden Radien (40, 55) angesiedelt sind, und wobei die Umfangsflächen der mittigen Flächenbereiche (38a) der Elementvorsprünge (38) wesentlich größer sind als die Umfangslängen der mittigen Flächenbereiche (39a) der Elementfußvertiefungen (39).

10. Anordnung nach Anspruch 6, wobei die Anordnung als Doppelschraubenmischer bzw. Doppelschrauben-Bearbeitungsvorrichtung ausgebildet ist und eine Mischtrommel (BR) mit einem Materialeinlaß (17) an einem Ende und einem Materialauslaß (20a) am anderen Ende umfaßt und wobei die Anordnung die folgenden Bestandteile enthält:

a) ein Paar von Wellen (12, 13), die sich in Längsrichtung in der Trommel (MB) erstrecken;

b) einen Mechanismus, der die Wellen (12, 13) mit der gleichen Geschwindigkeit in derselben Drehrichtung antreibt;

c) wobei die Elemente durch Schaufeln (22, 23) gebildet werden, die mit Bohrungen (BR) versehen sind, deren Achsen (41) im wesentlichen den Wellenachsen entsprechen, wobei die Bohrungen so gestaltet sind, daß sie die Wellen (12, 13) aufnehmen und dabei mit ihnen in einer Antriebsbeziehung stehen können;

dadurch gekennzeichnet,

d) daß die Schaufelbohrungen (BR) die einander abwechselnden Elementvorsprünge (38) und Elementfußvertiefungen (39) aufweisen und daß durch bogenförmige Eckbereiche (38b, 39b) gebildete bogenförmige Verbindungsbereiche die Elementvorsprünge und die Elementfußvertiefungen miteinander verbinden, wobei die bogenförmigen Verbindungsbereiche (38b) der Elementvorsprünge (38) tangential in die bogenförmigen Verbindungsbereiche (39b) der Elementfußvertiefungen (39) übergehen; und

e) daß die Wellen (12, 13) mit komplementären Wellenvorsprüngen (42) und Wellenfußvertiefungen (43) versehen sind, die mit den Elementfußvertiefungen (39) bzw. den Elementvorsprüngen (38) der Schaufeln (22, 23) in Eingriff kommen.

11. Anordnung nach Anspruch 10, wobei die bogenförmigen Eckbereiche (38b) der Elementvorsprünge (38) zur Verringerung der Belastungskonzentration an den Schaufeln (22, 23) auf größeren Radien angesiedelt sind, die ein Vielfaches der Radien betragen, auf denen die bogenförmigen Eckbereiche (39b) der Elementfußvertiefungen (39) liegen.

12. Anordnung nach Anspruch 6, wobei das Vielfache 3 : 1 beträgt.

13. Anordnung nach Anspruch 6 oder 11, wobei das Vielfache 5 : 1 beträgt.