ДОЗАТОР СТЕКОЛЬНОГО РАСПЛАВА И СПОСОБ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ПЛУНЖЕРА ДОЗАТОРА СТЕКОЛЬНОГО РАСПЛАВА
GLASS MELT BATCHER AND METHOD OF GLASS MELT BATCHER DISPLACEMENT

Настоящее изобретение относится к дозатору стекольного расплава и способу перемещения плунжера дозатора стекольного расплава.
Дозатор стекольного расплава имеет выпускное отверстие для выпуска стекольного расплава. Поперечное сечение выпускного отверстия выполнено для управления потоком стекольного расплава с возможностью его изменения посредством применения так называемого плунжера. Для этой цели плунжер, имеющий коническую форму, устанавливают в трубе и путем его поднятия или опускания изменяют поперечное сечение выпускного отверстия.
Пример такого дозатора стекольного расплава описан как промышленный образец в DE 82 34 918 U1. В этом дозаторе стекольного расплава плунжер имеет привод в виде накаточного шпинделя с приводом от электродвигателя постоянного тока через понижающий редуктор и муфту сцепления.
В другом (незадокументированном) дозаторе стекольного расплава вращающийся постоянно в одном направлении ротационный привод (как правило, трехфазный электродвигатель переменного тока) последовательно соединен с роликовым толкателем. Роликовый толкатель через рычажный механизм поднимает и опускает плунжер в соответствии с профилем ролика. Путем механического изменения установки рычажного механизма можно изменять длину хода и высоту подъема относительно выпускной трубы. Как правило, с помощью дифференциального привода можно регулировать и фазовый сдвиг при движении плунжера относительно последовательно подключенных механизмов.
Недостатком такой системы приводов является, конечно, довольно сложная механическая конструкция. Связанные с этим затраты на техническое обслуживание и ненадежность в эксплуатации также очень велики. Недостатком является также жестко заданный дисковым кулачком цикл движений плунжера.
В качестве следующего (незадокументированного) приводного механизма можно назвать гидравлическую систему. В ней дисковый кулачок также задает расчетный параметр. Этот расчетный параметр можно, однако, изменять с помощью различных рычажных механизмов. Как и в описанной выше системе приводов, в этом случае можно регулировать длину хода, высоту подъема и фазовый сдвиг.
В других (незадокументированных) системах механизм регулировки расчетного параметра посредством роликового толкателя с рычажным механизмом заменен механизмом сервоклапанов. Недостатками гидравлической системы являются относительно сложная конструкция и большое потребление энергии гидравлическим механизмом.
Названные системы приводов, оборудованные двигателями, требуют вследствие наличия большого количества быстроизнашивающихся деталей значительных затрат на техническое обслуживание, а их точность задает определенные границы их применения.
Задачей настоящего изобретения является создание дозатора стекольного расплава нового типа и соответствующего ему способа перемещения плунжера, которые учитывали бы недостатки уровня техники и могли бы, в частности, при незначительных затратах на техническое обслуживание с большой точностью управлять перемещением плунжера.
Эту задачу решают признаки независимых пунктов формулы изобретения. Предметом зависимых пунктов формулы изобретения являются преимущественные усовершенствованные варианты выполнения изобретения.
Изобретение относится к дозатору стекольного расплава, включающему:
- плунжер (плунжерный поршень), выполненный с возможностью качать путем подъема и опускания расплав стекла в сторону выпускного отверстия резервуара стекольного расплава и/или изменять поперечное сечение выпускного отверстия,
- неподвижный шпиндель или резьбовой шток, или трубу с наружной резьбой,
- гайку или конструктивный элемент с внутренней резьбой, находящиеся в зацеплении резьбой со шпинделем для обеспечения возможности движения вдоль шпинделя, и - приводной двигатель для поворота гайки,
причем гайка непосредственно соединена с ротором или бегунком приводного двигателя, а плунжер соединен с кожухом приводного двигателя.
Таким образом, вращательное движение приводного, предпочтительно, электродвигателя синхронизировано с гайкой шпинделя, предпочтительно шарикового ходового винта. Между приводным двигателем и гайкой нет необходимости устанавливать редуктор или другой быстроизнашивающийся механизм. Гайка соединена непосредственно с ротором двигателя и тем самым не имеет с ним зазора. Предпочтительно приводной двигатель конструирую вокруг шариковой винтовой пары или шариковую винтовую пару встраивают в двигатель.
Значительным преимуществом такой системы являются, конечно, и ее конструктивные размеры. В известных системах постоянно было необходимо устанавливать механические элементы привода отдельно от двигателя. Это неизбежно приводит к наличию излишних узлов, что необходимо уравновешивать элементами сочленения. В дозаторе стекольного расплава нового типа местоположение двигателя является, предпочтительно, одновременно и местоположением механических узлов привода, т.е. гайки шариковой винтовой пары. Это исключает возможность возникновения реактивных сил.
Следующим предпочтительным вариантом выполнения является соединение кожуха приводного двигателя через подъемную пластину с плунжером. Подъемную пластину можно устанавливать непосредственно на кожух приводного двигателя для передачи на нее через кожух линейного движения приводного двигателя. Кроме этого подъемная пластина может являться зажимным устройством плунжера или пилоном для зажимного устройства плунжера.
Кроме этого подъемную пластину устанавливают на, по меньшей мере, одной линейной направляющей в направлении оси шпинделя. Эта направляющая имеет, по меньшей мере, один, в частности, вертикальный шток, проходящий внутри подъемной пластины или внутри установленной на подъемной пластине гильзы или т.п. Таким образом, подъемная пластина выполнена с возможностью движения в направлении оси шпинделя, а вращение подъемной пластины вокруг шпинделя исключается. Вариантом выполнения, в частности предпочтительным, является установка наряду со шпинделем двух штоков в качестве линейных направляющих.
Следующим предпочтительным вариантом выполнения является исполнение плунжера с возможностью вращения и/или выполнение ребер по его окружности. Таким образом, если ребра выполнены винтообразно или в форме спирали, можно регулировать движение расплава стекла поворотом плунжера.
Предпочтительным вариантом выполнения является подача расплава стекла по питающему трубопроводу в резервуар стекольного расплава и расположение питательного трубопровода предпочтительно над плунжером.
Статор приводного двигателя в предпочтительном варианте выполнения имеет охлаждающие каналы для прохода охлаждающей жидкости, предпочтительно воды.
В предпочтительном варианте выполнения шпиндель проходит сквозь приводной двигатель. Таким образом, местоположение ротора или бегунка двигателя может служить одновременно местоположением гайки. Приводной двигатель в этом предпочтительном варианте выполнения сконструирован как бы вокруг шпинделя. Для отвода из шпинделя тепла от расплава стекла шпиндель выполнен предпочтительно полым, таким образом, охлаждающая вода или другой хладагент может быть направлен сквозь шпиндель.
Предпочтительно приводной двигатель имеет датчик вращения для фиксации пройденного угла поворота, в частности, относительно исходного положения. Таким образом, возможно точное управление приводным двигателем для точной регулировки подъема плунжера. Для дальнейшего повышения точности предпочтительным вариантом является регулирование точки остановки ротора в приводном двигателе в замкнутом регулирующем контуре.
В обычных сервоустановках с ротационной измерительной системой имеет место фланцевый монтаж датчика на тыльной стороне привода. Это имеет два недостатка. С одной стороны, система относительно неточна, так как между измерительной системой и механическими частями привода (например, шариковой винтовой парой) расположен редуктор. Необходимый в редукторе люфт обуславливает неточности и кроме этого в процессе эксплуатации подвержен изменению вследствие износа. Кроме этого возникают излишние узлы, так как датчик и двигатель расположены отдельно друг от друга.
В предпочтительном варианте выполнения изобретения система датчика непосредственно связана с ротором двигателя и гайкой шариковой винтовой пары для обеспечения точности измерения и исключения излишних конструктивных узлов.
В следующем предпочтительном варианте выполнения приводной двигатель является возбуждаемым от постоянных магнитов электродвигателем постоянного тока с большим числом полюсов, подключенным синхронным реактивным электродвигателем или асинхронным электродвигателем, имеющим до двухсот полюсов.
В следующем предпочтительном варианте выполнения плунжер расположен на подъемной пластине с возможностью вращения для обеспечения повышенной степени свободы при управлении плунжером, при этом соответствующая компоновка плунжера обеспечивает возможность управления или регулировки поперечного сечения выпускного отверстия путем поворота плунжера.
С другой точки зрения обеспечен способ приведения в движения плунжера дозатора стекла, включающий следующие этапы:
- установка неподвижного шпинделя,
- установка гайки в зацеплении резьбой со шпинделем для обеспечения движения при вращении вдоль оси шпинделя,
- соединение гайки с ротором приводного двигателя для обеспечения вращения гайки и
- соединение плунжера с кожухом приводного двигателя.
В предпочтительном варианте выполнения изобретения способ включает следующие этапы: сквозной монтаж шпинделя внутри приводного двигателя и/или охлаждение шпинделя путем выполнения шпинделя в виде пустотелой трубы и подачи сквозь него охлаждающей воды.
В следующем предпочтительном варианте выполнения способ включает кроме этого следующие этапы:
- измерение пройденного угла поворота, в частности, относительно исходного положения и/или регулировка тока остановки в замкнутом регулирующем контуре.
Изобретение более подробно на основе прилагаемых фигур объясняет пример его выполнения.
Фиг.1 - продольный разрез приводного двигателя с установленным внутри него неподвижным шпинделем согласно примеру выполнения изобретения.
Фиг.2 - вид сбоку на дозатор стекла согласно примеру выполнения по Фиг.1.
Фиг.3 - вид сверху на дозатор стекла согласно Фиг.2.
Фиг.4 - чертеж резервуара стекольного расплава с плунжером в разрезе.
Как изображено на Фиг.4, плунжер 20 или погружной поршень расположен в резервуаре 40 стекольного расплава таким образом, что плунжер 20 погружен, по меньшей мере, частично в стекольный расплав G. Стекольный расплав G подают по питающему трубопроводу 30 в резервуар 40 стекольного расплава. Посредством движений плунжера 20 вверх и вниз стекольный расплав G выкачивают из резервуара 40 стекольного расплава через выпускное отверстие 42.
Альтернативно или дополнительно к этому фронтальная сторона 24 плунжера 20 может изменять поперечное сечение выпускного отверстия 42 для управления потоком стекольного расплава или его регулировки.
На Фиг.1 изображен вариант выполнения согласно настоящему изобретению приводного двигателя дозатора стекольного расплава машины для производства стекла, предназначенного для подъема и опускания плунжера 20 с помощью прямого привода. Статор 1 электродвигателя прочно соединен с кожухом 8 двигателя. Ротор 2 электродвигателя прочно соединен с гайкой 3 шариковой винтовой пары. При повороте ротора 2 поворачивается и гайка 3. Прочное закрепление шпинделя 4 шариковой винтовой пары обеспечивает подъем или опускание всей конструктивной группы целиком в зависимости от направления вращения ротора 2. Кроме названной шариковой винтовой пары можно использовать и другой вид шариковой винтовой передачи, например треугольную или трапецеидальную резьбу.
Таким образом, вращение ротора 2 преобразуют в линейное движение двигателя вдоль оси шпинделя. Управление линейным движением с повышенной точностью может быть обеспечено высокоточным управлением ротором 2 относительно его углового положения внутри двигателя. Иначе говоря, точка остановки ротора 2 может быть определена с точностью до одной угловой секунды.
Результирующее тангенциальное усилие на статоре 1 улавливает кожух 8 двигателя, смонтированный без возможности вращения. Это обеспечивают предпочтительно линейные направляющие 12, 12, расположенные параллельно оси шпинделя согласно Фиг.2. При этом линейные направляющие 12, 12 и шпиндель 4 закреплены предпочтительно между нижней пластиной 10 и верхней пластиной 1.
Подъемная или центральная пластина 13 установлена между пластинами 10, 11 вдоль направляющих 12, 12 и вдоль шпинделя 4 с возможностью сдвига или перемещения. На этой подъемной пластине 13 неподвижно установлены кожух 8 двигателя и зажимное устройство 14 для плунжера, что обеспечивает их совместное движение, преимущественно, в вертикальном направлении.
Ротор 2 смонтирован с возможностью вращения в приводном двигателе предпочтительно над т.н. фиксированным подшипником 5 и т.н. плавающим подшипником 6. Фиксированный подшипник 5 принимает на себя нагрузки как в осевом, так и в радиальном направлении, а плавающий подшипник 6 принимает на себя только нагрузки в радиальном направлении. Это обеспечивает нивелирование технологических допусков и тепловых расширений в осевом направлении приводного двигателя или ротора 2.
Внутреннее кольцо фиксированного подшипника 5 закреплено предпочтительно накидной гайкой 7 на гайке 3 шариковой винтовой пары. Внешнее кольцо фиксированного подшипника 5 прочно соединено с кожухом 8 двигателя. Выбранное расположение подшипников 5, 6 обеспечивает тем самым, с одной стороны, перехват шариковой винтовой парой всех нагрузок, а с другой стороны, безупречную подвеску статора 1 и ротора 2 приводного двигателя.
Измерительная система 9, предназначенная для измерения угла поворота ротора 2, также соединена непосредственно, т.е. без наличия быстроизнашивающихся механических деталей или деталей с люфтом, с ротором 2 и гайкой 3.
На Фиг.2 изображен вариант размещения приводного узла для подъема и опускания плунжера в дозаторе стекольного расплава машины для производства стекла, изображенной на Фиг.1. С этой целью раскрытый в Фиг.1 приводной узел установлен в колончатой опоре, состоящей из двух систем линейных направляющих 12, нижней пластины 10 и верхней пластины 11. Шпиндель 4 приводного узла неподвижно соединен с нижней пластиной 10 и верхней пластиной 11 без возможности вращения. Кожух 8 двигателя неподвижно соединен с центральной пластиной 13. Центральная пластина 13 установлена с возможностью совершения движений в направлении оси плунжера над системой направляющих 12.
Тем самым при повороте ротора 2 происходит необходимый перехват нагрузок на статор 1. При повороте ротора 2 центральная пластина 13 вместе со всеми установленными на ней деталями совершает перемещение, преимущественно вверх или вниз, в зависимости от направления вращения. Зажимное устройство 14 плунжера неподвижно соединено в осевом направлении с центральной пластиной 13. Зажимное устройство плунжера может быть также таким образом закреплено на центральной пластине 13 с возможностью вращения, что плунжер может дополнительно совершать вращательное движение.
На Фиг.3 изображен вид сверху на дозатор стекольного расплава, изображенный на Фиг.2. В данном варианте выполнения изобретения дозатор стекольного расплава включает две линейных направляющих 12, 12 и шпиндель 4, расположенных на расстоянии друг от друга под углом, преимущественно 120°. По понятным причинам может быть установлена только одна линейная направляющая 12. Кроме этого от одной линейной направляющей можно полностью отказаться, если линейная направляющая установлена только на шпинделе 4 и вращение кожуха 8 двигателя стопорит другой (не показан) стопор вращения, предназначенный для перехвата вращательного момента ротора.
Таким образом, настоящее изобретение относится преимущественно к дозатору стекольного расплава машина для производства стекла, имеющего для подъема и опускания плунжера электродвигатель с ротором и статором, шариковой винтовой парой, гайкой шариковой винтовой пары, кожухом двигателя и установленной на общей колончатой направляющей подвеске подшипниковой опорой, расположенной преимущественно параллельно к оси движения плунжера и предназначенной для перехвата реактивных нагрузок от орбитального движения гайки, причем гайка шариковой винтовой пары соединена непосредственно, т.е. без наличия редуктора или другой механической детали с люфтом, с ротором электродвигателя (предпочтительно серводвигателем или моментным двигателем), и обеспечивает, таким образом, движение плунжера вверх и вниз.
В предпочтительном варианте выполнения подвеска ротора одновременно выполняет роль подвески гайки шариковой винтовой пары, что исключает возможность возникновения реактивных нагрузок.
В предпочтительном варианте выполнения система датчика непосредственно соединена с ротором и гайкой шариковой винтовой пары, что обеспечивает высокую точность измерительной системы и исключает возможность возникновения реактивных нагрузок внутри системы.
В предпочтительном варианте выполнения шпиндель с водяным охлаждением проходит насквозь внутри двигателя, что обеспечивает водяное охлаждение двигателя.
Несмотря на то, что ротор или бегунок согласно настоящему изобретению установлен внутри статора, возможна также установка статора внутри ротора. Иначе говоря, не смотря на то, что ротор согласно настоящему изобретению выполнен в виде т.н. внутреннего бегунка, он может быть выполнен и в виде т.н. наружного бегунка.
Список условных обозначений
1. Статор
1a. Охлаждающий канал
2. Ротор
3. Гайка
4. Шпиндель
5. Фиксированный подшипник
6. Плавающий подшипник
7. Накидная гайка
8. Кожух
9. Измерительная система
10. Нижняя пластина
11. Верхняя пластина
12. Линейная направляющая
13. Центральная или подъемная пластина
14. Зажимное устройство плунжера
20. Плунжер
22. Ребро
24. Фронтальная сторона
30. Питающий трубопровод
40. Резервуар стекольного расплава
42. Выпускное отверстие
G. Стекольный расплав
T. Капли стекольного расплава.