DE3538950C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Spinnpumpe, insbesondere Zahnradpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs.

Derartige Spinnpumpen sind durch das DE-GM 73 18 553 sowie durch die US 28 18 023 bekannt.

Bei ihnen ist die Pumpenwelle in den die Pumpenzahnräder abdec­ kenden Seitenplatten gleitend gelagert und ragt mit einem poly­ gonalen Zapfen aus der antriebsseitigen Seitenplatte axial her­ aus. Die Schmierung der Pumpenwelle erfolgt durch die Schmelze. Dabei besteht das Problem, das Austreten der Schmelze durch das Gleitlager der Antriebswelle zu verhindern.

Bei der in der US 28 18 023 beschriebenen Spinnpumpe ist die Pumpenwelle mit der Antriebswelle über ein Kupplungsglied kar­ danisch verbunden. Hierzu ist eine auf die antriebsseitige Ab­ deckplatte aufgesetzte Seitenplatte aus einem leichter als das der Pumpenplatten bearbeitbaren Material mit einer zur Pumpen­ welle koaxialen Bohrung versehen, in die das Kupplungsglied eingesetzt ist, das zur Verbindung der Pumpenwelle mit der Antriebswelle an beiden Seiten eine polygonale Ausnehmung hat. In die polygonalen Ausnehmungen greift einer­ seits die Pumpenwelle und andererseits die Antriebswelle mit einem entsprechenden polygonalen Ende ein. Dabei besitzt das Kupplungsglied gegenüber beiden Wellen eine gewisse axiale Beweglichkeit. Beide Ausnehmungen sind axial voneinander durch eine Zwischenwand getrennt. Das Kupplungsglied ist mit radia­ lem Spiel und geringer axialer Beweglichkeit nach Art eines Kolbens in die Dichtkammer eingepaßt. Das Kupplungsglied wird auf der Lagerseite in axialer Richtung mit dem Schmelzedruck der aus dem Gleitlager austretenden Schmelze beaufschlagt. Dadurch legt sich das Kupplungsglied mit seiner freien Stirn­ fläche dichtend an die Seitenwand des Seitengehäuses an, und zwar in dem ringförmigen Bereich, der das Loch der Seitenwand umgibt, durch welches die Antriebswelle in das Dichtgehäuse und die entsprechende polygonale Ausnehmung des Kupplungs­ gliedes ragt.

Bei dem Betrieb einer derartigen Spinnpumpe hat sich heraus­ gestellt, daß das Kupplungsglied keine zuverlässige Dichtung der Dichtkammer bewirkt. Der störungsfreie Einsatz einer Viel­ zahl von Spinnpumpen zeigt zwar, daß das Dichtprinzip funktions­ fähig ist. Doch konnte bisher nicht ermittelt werden, warum einige dieser Spinnpumpen im Versuch und bei statischer Druck­ beaufschlagung völlig dicht sind, im Betrieb jedoch eine Le­ kage am Durchtrittsloch für die Antriebswelle zeigen. Dieses Problem konnte nun durch die weitere, überraschend einfache Maßnahme behoben werden, daß die Anlageflächen der polygona­ len Kupplungsstücke in Achsrichtung ballig ausgeführt werden. Das bedeutet, daß die Anlageflächen des polygonalen Endes der Antriebswelle und/oder die Anlageflächen der polygonalen Aus­ nehmung des Kupplungsstückes mit in Achsrichtung konvexer Wölbung ausgebildet werden. Die Mantellinien dieser Anlage­ flächen, die die Pumpenachse senkrecht kreuzen sind Gerade.

Dieser Lösung liegt folgende Theorie zugrunde, die inzwischen durch Versuche verifiziert wurde: trotz geringer Fertigungs- und Einbautoleranzen ist es nicht vermeidbar, daß Antriebs­ welle und Pumpenwelle nicht genau miteinander fluchten. Im Gegenteil: das Kupplungsglied dient gerade der Korrektur sol­ cher Fluchtfehler. Beim Verkanten der Antriebswelle gegenüber der Pumpenwelle dürften sich die Anlageflächen des polygona­ len Endes der Antriebswelle einerseits und der polygonalen Ausnehmung andererseits nicht mehr in einer zur Achse paral­ lelen Linie berühren, sondern lediglich noch in zwei Punk­ ten oder eingegrenzten Flächenbereichen. Diese Punkte bzw. Flächenbereiche dürften einen relativ großen axialen Abstand haben; daher verursachen die in diesen Punkten bzw. Flächenbe­ reichen angreifenden Antriebskräfte auch ein auf das Kupplungs­ glied einwirkende Kippmoment um eine die Pumpenachse kreuzende Kippachse. Durch die ballige Ausführung der polygonalen Anlage­ flächen gelingt es nun, die Angriffspunkte bzw. Flächenbereiche axial so nah zusammenzurücken, daß das ausgeübte Kippmoment nicht mehr groß genug ist, um die dichtende Anlage der Stirnfläche des Kupplungsgliedes an der Seitenwand der Dichtkammer aufzuheben.

Aus der DD 958 ist eine Zahnradspinnpumpe bekannt, die eine aus dem Pumpengehäuse herausragende, innerhalb des Pumpengehäuses geteilte Welle aufweist, deren Teile gekuppelt sind. Um eine Verringerung der Abnutzung der Antriebswelle zu erreichen, ist der Grund einer im treibenden Wellenteil vorgesehenen Längsbohrung kegelig, kugelig oder ähnlich ausgebildet. In die Längsbohrung greift der getriebene Wellenteil mit seinem mit dem Längsbohrungs­ grund zusammenwirkenden Kugelkopf kraftschlüssig ein. Die beschriebene Gelenkverbindung steht zu der axial von der Wellen­ verbindung entfernten Wellenabdichtung, die durch eine umlaufende Dichtung gebildet wird, in keiner Beziehung.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der ein Ausführungs­ beispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt einer Zahnradpumpe gemäß der Erfindung;

Fig. 2 den Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1 mit der Polygonkupplung in der Ansicht (aus­ schnittvergrößert)

Fig. 3a einen Schnitt gemäß Fig. 2, jedoch mit um 90° gedrehter Kupplung nach dem Stand der Technik;

Fig. 3b, Fig. 3c die Polygonkupplung mit ballig ausgebildeten Anlageflächen gemäß der Erfindung.

Die Zahnradpumpe nach dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist aus den ebenen Platten 1, 2, 3, 4, 5 und 6 aufgebaut. Die Platten 2 und 4 sind die sogenannten Brillenplatten und weisen sich teilweise überschneidende Bohrungen auf, in denen die miteinander kämmenden Zahnräder 9 bis 12 liegen. Die bei­ den Pumpensätze werden durch die Platten 1 und 5 sowie die Zwischenplatte 3 abgeschlossen. Die Zahnräder 9 und 17 sind mit der Pumpenwelle 7 durch Paßfedern drehfest verbunden. Die Pumpenwelle 7 wird von der Motor- oder Getriebewelle 20 über ein Kupplungsglied 16 angetrieben, worauf später noch eingegangen wird. Die Zahnräder 10 und 12 sind frei drehbar auf einer in den Platten 1, 3 und 5 befestigten Hohlwelle 8 gelagert. Die Pumpenauslässe für die beiden Pumpensätze sind mit 13 und 14 bezeichnet. Die weiteren Kanäle, insbesondere die Saugkanäle für die beiden Pumpensätze sind in Fig. 1 nicht dargestellt; sie sind jedoch durch das eingangs erwähnte DE-GM 73 18 553 bekannt und daher Stand der Technik.

Der Auslaß 14 der Druckseite des ersten Pumpensatzes, der durch die Zahnräder 11 und 12 gebildet ist, wird durch eine Bohrung gebildet, die in der Seitenplatte 1 verläuft. Der von der Druckseite des zweiten Pumpensatzes zwi­ schen den Zahnräder 9 und 10 ausgehende Förderstrom wird durch die Hohlwelle 8 zum Auslaß 13 geführt. Die Druckseite des Zahn­ radpaares 9, 10 und die Hohlwelle 8 sind durch Sacklochbohrungen 15 verbunden, die in die Seitenplatte 5 eingebracht sind und in dieser V-förmig aufeinandertreffen, ohne die Stirnwand der Seitenplatte 5 zu durchstoßen.

Die Pumpenwelle 7 trägt einen polygonalen Zapfen 17, der beispiels­ weise als Vier- oder Sechskant ausgebildet ist. Er ragt in eine entsprechende Ausnehmung des Kupplungsgliedes 16. Das Kupplungs­ glied 16 ist in eine kreiszylindrische Dichtkammer 18 mit axialem und radialem Spiel eingepaßt. Die Dichtkammer 18 wird als Loch in der Abdeckplatte 6 gebildet. Die Seitenwand der Dichtkammer 18 besteht aus einer Dichtscheibe 21, die mit der Abdeckplatte 6 verschraubt ist. Um den Austritt der Schmelze aus der Dicht­ kammer 18 zu verhindern, ist das Kupplungsglied 16 nach Art eines Kolbens in der Dichtkammer 18 beweglich. Das Kupplungsglied 16 wird durch den Druck der aus dem benachbarten Gleitlager der Pumpenwelle 7 austretenden Schmelze gegen die Dichtscheibe 21 gedrückt. Dadurch liegt der ringförmige Bereich der Stirnfläche des Kupplungsgliedes 16, welcher die polygonale Ausnehmung 19 umgibt, dichtend an dem ringförmigen Bereich der Dichtscheibe 21, die das Durchtrittsloch für die Antriebswelle 20 umgibt. In diesem Be­ reich können die Dichtscheibe 21 und/oder das Kupplungsglied 16 mit Materialien besetzt sein, die auch bei Trockenlauf gute Gleit- und Verschließeigenschaften haben.

Die Fig. 2 und die dem Stand der Technik entsprechende Fig. 3a sollen nun insbesondere zur Veranschau­ lichung der dieser Erfindung zugrunde liegenden Theorie dienen.

Fig. 2 zeigt den Querschnitt des Wellenendes 22 in der Poly­ gonkupplung 16, welche mit radialem Spiel in die Seiten­ platte 6 der Pumpe eingebaut ist. Zur Übertragung des Dreh­ momentes der Motor- oder Getriebewelle 20 auf die Pumpenwel­ le 7 stützt letztere sich entsprechend der Darstellung in Fig. 2 in der Ausnehmung 19 ab. Sofern die beiden Wellen gleichach­ sig angeordnet sind, liegt dabei an den Stellen, an denen das Kräftepaar K1 angreift, Linienpressung über die Länge in die Ausnehmung 19 eingetauchten Wellenendes 22 vor. So­ bald jedoch Fluchtungsfehler der beiden Wellen 7 und 20 ent­ sprechend einem Winkel alpha in Fig. 3a bis 3c vorliegen, die bei der Montage der Antriebswelle 20 nur mit großem Auf­ wand vermieden werden können, tritt gem. Fig. 3a ein Kippmoment mit den Kräften K2 auf, welches zu einem Verkanten des Kupplungsglieds 16 in der Dichtkammer 18 führt. Hierbei hebt das Kupp­ lungglied 16 die Dichtungsscheibe 21 teilweise ab, so daß unter Druck stehende Schmelze austreten kann.

Bei der Ausbildung der Polygonkupplung nach der Erfindung, beispielsweise entsprechend den Fig. 3b bzw. 3c, ist die Anlagefläche der Ausnehmung 19 für das Wellenende 22 der Motor- oder Getriebe­ welle 20 einseitig ballig ausgebildet, wie dies mit der Be­ zugszahl 23 verdeutlicht ist. Die Folge der balligen Aus­ bildung der Anlagefläche ist, daß bei gleicher Winkelver­ lagerung alpha der Wellen 7 und 20 das Kippmoment auf das Kupplungsglied 16 erheblich kleiner wird, da der zwischen den Angriffspunkten der Kippkräfte K3 bzw. K4 ausgebildete Hebelarm gegenüber der Situation der Fig. 3a stark verkleinert ist. Dadurch überwiegt das durch den Schmelzedruck ausgeübte Gegenmoment zu diesem Kippmoment.

Das Verkanten des Kupplungsglieds 16 wird vermieden. Das Kupplungs­ glied 16 wird gegen die Dichtscheibe 21 auf ihrem gesamten Um­ fang gleichmäßig angepreßt. Es tritt keine Schmelze mehr aus.

Fig. 3c zeigt eine modifizierte Ausführung der Anlagefläche der Kupplung. Hier sind die Anlageflächen der Ausnehmung 19 im Querschnitt stark gekrümmt und als Wülste 24 ausgebildet. Hierdurch wird eine noch stärkere Verringerung des Kippmoments an Kupplungsglied 16 erzielt. Eine solche Ausführung, die in Fig. 3c bewußt übertrieben dargestellt ist, wird gewählt, wenn zur Dichtung nur ein geringer Schmelzedruck zur Verfü­ gung steht.

Es sei erwähnt, daß alternativ oder zusätzlich die Anlageflä­ chen des polygonalen Wellenendes 22 der Antriebswelle 20 in Achsrichtung ballig ausgeführt werden können.

Bezugszeichenaufstellung

 1 Platte, Seitenplatte
 2 Platte, Seitenplatte
 3 Platte, Seitenplatte
 4 Platte, Seitenplatte
 5 Platte, Seitenplatte
 6 Platte, Seitenplatte, Abdeckplatte
 7 Pumpenwelle
 8 Hohlwelle
 9 Zahnrad
10 Zahnrad
11 Zahnrad
12 Zahnrad
13 Pumpenauslaß
14 Pumpenauslaß
15 V-förmige Sacklochbohrungen in Platte 5
16 Kupplungsglied
17 Zapfen
18 Bohrung, Dichtkammer
19 Ausnehmung
20 Motor-, Getriebewelle, Antriebswelle
21 Dichtungsscheibe, Seitenwand
22 Wellenende, polygonales Wellenende
23 ballige Anlagefläche
24 Wulst

Claims (1)

1. Spinnpumpe, insbesondere Zahnradpumpe für die Schmelze thermoplastischer Kunststoffe, deren Pumpenwelle in Gleitla­ gern gelagert ist, die mit Schmelze geschmiert sind, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:
   die Pumpenwelle (7) ist durch ein Kupplungsglied (16) karda­ nisch mit der Antriebswelle (20) verbunden;
   das Kupplungsglied (16) ist nach Art eines Kolbens in einem mit der Pumpenwelle (7) fluchtenden Dichtgehäuse (18, 21) mit radialem und axialem Spiel untergebracht und mit der Pumpenwelle (7) axial beweglich verbunden,
   das Dichtgehäuse (18, 21) besitzt ein mit der Pumpenwelle (7) fluchtendes Loch, durch welches die Antriebswelle (20) mit einem polygonalen Ende (22) in eine entsprechend geformte Ausnehmung (19) in der Stirnfläche des Kupplungsgliedes (16) hineinragt;
   das Kupplungsglied (16) liegt mit seiner die Ausnehmung (19) umgebenden Stirnfläche an der das Loch umgebenden Seitenwand (21) des Dichtgehäuses (18, 21) dichtend an;
   die Anlageflächen der polygonalen Ausnehmung (19) des Kupp­ lungsgliedes (16) und/oder die Anlageflächen des polygonalen Endes (22) der Antriebswelle (20) sind über die axiale Länge des gegenseitigen Eingriffs einseitig ballig ausgebildet.