DE8600760U1

DE8600760U1 - Zahnradpumpe

Info

Publication number: DE8600760U1
Application number: DE19868600760
Authority: DE
Original assignee: Barmag AG
Current assignee: Oerlikon Barmag AG
Priority date: 1986-01-15
Filing date: 1986-01-15
Publication date: 1987-05-21

Description

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BESCHREIBUNG

Zahnradpumpe

Die Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe zur Förderung von Flüssigkeiten, insbesondere hochviskoser Medien gegen einen hohen Druck, insbesondere eine Spinnpumpe für schmelzfiüssige Polymere.

Insbesondere die Antriebswelle der Zahnradpumpe ist in Gleitlagern gelagert. Die Gleitlager werden durch das geförderte Medium geschmiert. Hierzu ist die Antriebswelle in einer Bohrung gelagert, in welche das geförderte Medium infolge Leckage oder durch bewußt angelegte Schmierkanäle eindringt,,

Dabei muß jedoch auch vermieden werden, daß die Flüssigkeit^ insbesondere das Polymer, aus den Lageraugen nach außen dringt. Aus diesem Grunde ist die Lagerbohrung als Sackloch ausgeführt und an den offenen Enden dieses Sacklochs ist eine rotierende Dichtung zwischen der Antriebswelle und der Lagerbohrung vorgesehen.

Dabei muß weiterhin verhindert werden, daß an den beiden entgegengesetzten Enden der Lagerbohrung unterschiedliche Drücke herrschen. Aus diesem Grunde wird - wie bekannt - in der Pumpenwelle eine Entlasfcungsbohrung vorgesehen, die durch entsprechende radiale Stichbohrungen die beiden Enden der Lagerbohrung miteinander verbindet. Bei einer solchen Entlastungsbohrung besteht jedoch die Gefahr des Verstopfens insbesondere bei der Förderung von polymeren Schmelzen. Wird die Entlastungsbohrung sehr groß ausgeführt, so ist der Schmelzefluß in der Entlastungsbohrung gering und es besteht die Gefahr, daß die Schmelze in der Entlastungsbohrung einfriert. Wird die Entlastungsbohrung sehr eng ausgeführt.

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sn ist die Ableitung der Wärme aus der Schmelze sehr hoch. Daher ist hier die Gefahr des Einfrierens besonders groß .

Bei einer bekannten Spinnpumpe ragt ein ortsfester * stillstehender Stift von der Stirnseite des geschlossenen Endes der Lagerbohrung her in die Entlastungsbohrung. Dieser Stift besitzt auf seinem Umfang eine schraubenförmige Wendel. Buren diese Anordnung soll - nach Art eines Extruders eine Zwangsforderung in der Entlastungsbohrung von dem Ende hohen Drucks zu dem entlasteten Ende durchgeführt werden. Diese Anordnung ist indes nicht wirksam, da die Fördergeschwindigkeit der Schmelze nicht erhöht werden kann. Die Scherwirkung, die durch die Zwangsförderung hervorgerufen wird, führt zu weiterer Wärmeentwicklung und erhöht die Gefahr, daß die Entlastungsbohrung durch Vercrackung der Schmelze verstopft wird.

Es besteht die Aufgabe, das Verstopfen der Entlastungsbohrung in der Pumpenwelle zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der in die Enillastungsbohrung hineinragende, stillstehende Stift keine Förderwirkung hat. Bevorzugt kann es sich um einen glatten, zylindrischen Stift handeln.

Es können jedoch auch nockenartige oder warzenartige Vorsprünge auf dem Umfang des Stiftes angeordnet sein.

Der Stift bildet mit der Entlastungsbohrung einen Spalt in Form eines Zylindermantels, dessen Wanddicke größenordnungsmäßig im Bereich von einem Millimeter liegt.

Durch die Erfindung wird zum einen bei geringem Durchflußquerschnitt der Entlastungsbohrung eine hohe Strömungsgeschwindigkeit und geringe Verweilzeit der strömenden

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Schmelze bewirkt. Zum anderen entsteht durch die Relativbewegung zwischen dem stillstehenden Stift und der Wandung der umlaufenden Entlastungsbohrung eine Rührwirkung. Durch diese Rührwirkung wird verhindert, daß sich in der Entlaetungsbohrung stabile Totzonen ausbilden, in denen keine oder eine nur geringe Strömungsgeschwindigkeit besteht. Damit kann das Einfrieren der Schmelze einerseits und das

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Brfindungsgemäß erstreckt sich die Entlastungsbonrung von der Stirnfläche des freien Endes der Pumpenwelle bis in den axialen Bereich der Pumpenwelle, in dem die Lagerbohrung endet. Wie bereits gesagt, ist das offene Ende der Lagerböhrung durch, eine rotierende Dichtung zwischen Lagerbohrung und Pumpenwelle abgedichtet.

In einer bevorzugten Ausführung ist diese Dichtung das Kupplungsstück, mit dem die Pumpenwelle und die Antriebswelle gekuppelt sind. Hierzu ist das Kupplungsstück als zylindrischer Kolben ausgeführt, der in dtir Lagerbohrung geführt ist. Dieser Kolben besitzt an seinen beiden Stirnflächen Ausnehmungen, in die die Pumpenwelle einerseits und die Antriebswelle andererseits hineinragen, so daß eine ] drehfeste Mitnahme besteht, gleichzeitig aber das Kupplungsstück axial verschiebbar ist. Mit seiner der Antriebswelle zugewandten Stirnseite stoßt das Kupplungsstück vor eine Stirnscheibe, die die Lagerbohrung abschließt. Diese Stirnscheibe und das Kupplungsstück bewirken hier die Abdichtung der Lagerbohrung. Die andere Stirnseite des Kupplungsstückes ist ittit dem Druck in dem angrenzenden Ende der Lagerbohrung beaufschlagt.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.

Die Zahnradpumpe nach Fig. 1 ist aus den ebenen Platten 1, 2, 3, 4, 5 und 6 aufgebaut. Die Platten 2 und 4 sind die sogenannten Brillenplatten. Sie weisen sich teilweise überschneidende Bohrungen auf, in denen die miteinander kämmenden Zahnräder 9 bis 12 liegen. Die beiden Pumpensätze werden durch die Platten 1 und i> sowie die Zwischenplatte 3 abgeschlossen. Die Zahnräder 9 und 11 sind mit der Pumpenwelle 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 Puiapensätse sind mit 13 und bezeichnet.

Der Pumpeneinlaß 25 liegt in der Platte 1 und fluchtet mit der Pumpenwelle 7. Vom Einlaß geht der Einlaßkanal 26 ab, der in den Einlaßbereich der beiden Zahnradpaare 9, 10 bzw. 11, 12 führt. 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 zwischen den Zahnrädern 9, 10 ausgehende FÖrderstrom wird durch die Hohlwelle 8 zum Auslaß 13 geführt. Die Druckseite des Zahnradpaares 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 beispielsweise als Vier- oder i-chskant ausgebildet ist. Er ragt in eine entsprechende Ausnehmung in der einen Stirnseite des Kupplüngsgliedes 16* In der anderen Stirnseite liegt eine weitere Ausnehmung, in die daö polygonale Wellenende 22 der Antriebswelle 20 hineinragt. Die Ausnehmungen

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des Kupplungsgliedes einerseits und die entsprechenden polygonalen Wellenenden der Pumpenwelle 7 bzw. der Antriebswelle 20 sind so ausgestaltet, daß zwischen beiden Wellen eine drehfeste Verbindung besteht, daß jedoch das Kupplungsglied ein axiales Spiel hat. Die Polygonkupplung der Antriebswelle 20 mit dem Kupplungsglied 6 ist so ausgebildet, daß die Anlagefläche der Ausnehmung 19 und/oder die Anlageflä;*"^en des Wellenendes 22 der Antriebswelle einseitig ballig ausgebildet sind. Die Folge dieser balligen Ausbildung der Anlageflächen ist, daß bei einer Winkelverlagerung der Antriebswelle 20 gegenüber der Pumpenwelle 7 das Kippmoment auf das Kupplungsglied 16 sehr klein ist und das durch den Schmelzedruck ausgeübte Gegenmoment das Kippmoment überwiegt. Dadurch wird das Verkanten des Kupplungsstücks 16 vermieden. Das Kupplungsstück wird gegen die Dichtscheibe 21 auf ihrem gesamten Umfang stets gleichmäßig, und zwar auch bei Fluchtfehlern der Wellen 7 sowie 20, angepreßt und es tritt keine Schmelze aus. Um dies zu bewerkstelligen, ist das Kupplungsglied 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 besteht aus einer Dichtscheibe 21, die mit der Abdeckplatte 6 verschraubt ist. Um den Austritt der Schmelze aus der Dichtkammer zu verhindern, ist das Kupplungsglied 16 nach Art eines Kolbens in der Dichtkammer beweglich. Das Kupplungsglied 16 wird durch den Druck der aus dem benachbarten Gleitlager der Pumpenwelle austretenden Schmelze gegen die Dichtscheibe 21 gedruckt. Dadurch liegt der ringförmige Bereich der Stirnfläche des Kupplungsgliedes, welcher die polygonale Ausnehmung umgibt, dichtend an dem ringförmigen Bereich der Dichtscheibe _t die das Durchtrittsloch für die Antriebswelle 20 umgibt. In diesem Bereich können die Dichtscheiben und/oder das Kupplungsglied mit Materialien besetzt sein _t die auch bei Trockenlaüf gute Gleit- und Verschleißeigenschaften haben.

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Aus der vorangegangenen Beschreibung ergibt sich, daß das eine sog. Kupplungsende 33 der Lagerbohrung durch das Kapplungsstück 16 abgedichtet ist. Das geforderte Medium, z.B. die polymere Schmelze, die aus dem Druckbereich der Zahnradpaare 9, 10 bzw. 11, 12 in den Lagerbereieh der Pumpenwelle 7 gelangt und dort zur Schmierung der Pumpenwelle dient, sammelt sich an diesem Ende 33 der Lagerbohrung und steht dabei unter einem verhältnismäßig hohen Druck. Das andere Ende 34 der Lagerbohrung läuft als Sackloch in der Seitenplatte 1 aus und ist daher ebenfalls abgeschlossen. Es ist durch Stichkanal 35 mit dem Einlaß 25 der Pumpe verbunden. Daher steht das geschlossene Ende 34 der Lagerbohrung unter dem Einlaßdruck des geförderten Mediums, der wesentlich niedriger als der Förderdruck und damit auch wesentlich niedriger als der Druck im anderen Ende 33 der Lagerbohrung ist.

In der Pumpenwelle 7 verläuft eine axiale und konzentrische Entlastungsbohrung 31. Diese Entlastungsbohrung 31 ist von der Stirnseite, die von der Antriebskupplung 17 abgewandt ist, in die Pumpenwelle 7 eingebracht und reicht bis in den Bereich des freien Endes 33 der Lagerbohrung. Hier steht die Entlastungsbohrung 31 mit der Lagerbohrung 33 durch einen radialen Stichkanal 32 in Verbindung.

In die Entlastungsbohrung 31 ragt ein Stift 30. Der Durchmesser dieses Stiftes 30 ist 1,5 mm kleiner als der Durchmesser der Entlastungsbohrung 31. Der Stift weist einen ovalen Kopf 28 auf, wie sich aus der Nebenfigur ergibt. Dieser Kopf 28 liegt frei in einer entsprechenden Ausnehmung 27, die in die Stirnseite der Lagerbohrung an deren geschlossenem Ende 34 eingebracht ist* Durch eine Nut 29 wird gewährleistet, daß eine Strömungsverbindung zwischen dem geschlossenen Ende 34 der Lagerbohrung und dem Einlaß besteht. Da der Kopf 28 mit seiner Nut 29 gegenüber der

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Ausnehmung 27 nur eine drosselnde Verbindung zwischen dem Ende 34 der Lagerbohrung und dem Einlaß 25 freiläßt, ist gewährleistet, daß auf der Vorseite und Rückseite des Kopfes 28 ein Druckunterschied besteht, durch den der Kopf gegen die Stirnseite der Ausnehmung 27 gedruckt wird. Im übrigen ist die Ausnehmung 27 so groß, daß der Stift 30 in der Entlastungsbohrug 31 sich von selbst konzentrisch einstellen und ausrichten kann.

Der Stift 30 besitzt eine glatte, zylindrische Oberfläche. Der Stift 30 bewirkt zum einen eine Querschnittsverminderung des Krümmungskanals in der Entlastungsbohrung 31. Dadurch ist gewährleistet, daß die verhältnismäßig geringen Mengen des Fördermediums, z.B. der polymeren Schmelze, die aus dem unter Druck stehenden Ende 33 der Lagerbohrung in das drucklose Ende 34 abströmen, eine hohe Stromungsgeschwindigkeit und geringe Verweilzeit haben. Da der Stift nicht mitdreht, ist gleichzeitig gewährleistet, daß dem Fluß des Mediums auch Querkomponenten aufgeprägt werden, die zum einen eine Rühr- und zum anderen eine Spülwirkung haben. Es wird dadurch gewährleistet, daß sich keine Totzonen mit keiner oder nur geringer Stromungsgeschwindigkeit bilden, daß sich keine Schmelzeansammlungen und insbesondere vercrackende Schmelzeansammlungen bilden und daß stets ein gleichmäßiger Fluß über den gesamten Umfang der Entlastungsbohrung 31 bzw. des Stiftes 30 gewährleistet ist.

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BEZUGSZEICHENAÜPSTELLUNG

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3 ) Platte- Seitenplatte

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7 Pumpenwelle

8 Hohlwelle

9 )

10 )

11 ) Zahnrad

12 )

13 Pumpenauslaß

14 Pümpenauslaß

15 V-förmige Sacklochbohrungen in Platte

16 Kupplung, Polygonkupplüng, Küpplüngsglied

17 Zapfen

18 Bohrung

19 Ausnehmung, Dichtkammer

20 Motor-, Getriebewelle, Antriebswelle

21 Dichtungsscheibe, Seitenwand

22 Wellenende, polygonales Wellenende

23 ballige Anlagefläche

24 Wulst

25 Einlaß

26 Einlaßkanal

27 Ausnehmung

28 Kopf

29 Nut

30 Stift

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31 Entlastungsbohrung

32 Stiöhkanal, Verbindungskanal

33 freies Ende der Lagerbohrung, Küpplungsende

34 geschlossenes Ende der Lagerbohrung

35 Sticihkanal

Claims

III Anlage zum Schreiben vom 5.1.1987 Aktenzeichen G 86 00 760.2 0-1506 Ansprüche

1. Zahnradpumpe, insbesondere Spinnpumpe für die Schmelze thermoplastischer Kunststoffe,

deren Pumpenwelle in Gleitlagern gelagert ist, die von der Schmelze geschmiert sind,

wobei die Pumpenwelle eine Ausgleichsbohrung zur Druckentlastung zwischen den beiden Lagerenden besitzt und wobei ein im Gehäuse ortsfest gelagerter, nicht drehender Stift in die Entlcistungsbohrung hineinragt, dadurch gekennzeichnet, daß
der Stift (30) ein glatter Kreiszylinder ist.

2. Zahnradpumpe nach Anspruch 1,
Kennzeichen:

Die Pumpenwelle (7) ist in einem Sackloch als Lagerbohrung gleitgelagert, welches an seinem geschlossenen Ende (34) mit dem Pumpeneinlaß (25) verbunden ist; der Stift (30) ist in der Stirnseite des geschlossenen Endes (34) der Lagerbohrung angebracht und ragt von dieser Seite fliegend in die konzentrische Entlastungsbohrung (31) der Pumpenwelle (7) bis in den Bereich des Kupplungsendes;

das Kupplungsende (33) der Lagerbohrung wird nach außen durch eine gleitende Dichtung abgedichtet und ist über Stichkanäle (32) in der Pumpenwelle (7) mit der Entlastungsbohrung (31) verbunden.

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3. Zahnradpumpe nach Anspruch 2,
Kennzeichen:

Das Dichtelement ist ein Kupplungsglied (16), das nach Art eines Kolbens in einem mit der Pumpenwelle (7) fluchtenden Dichtgehäuse (19) mit radialem und axialem Spiel untergebracht ist und das mit der Pumpenwelle (7) axial beweglich verbunden ist;

das Dichtgehäuse (19) besitzt ein mit dem Sackloch fluchtendes Loch, durch welches die Antriebswelle (20) mit einem polygonalen Ende in eine entsprechend geformte Ausnehmung der freien Stirnfläche des Kupplungsgliüdes (16) hineinragt;

das Kupplungsglied (16) liegt mit seiner die Ausnehmung umgebenden Stirnfläche dichtend an der das Loch umgebenden Seitenwand (21) des Dichtgehäuses an; das Kupplungsglied (16) ist mit der Pumpenwelle (7) und der Antriebswelle (20) kardanisch sowie axial beweglich verbunden.

4. Zahnradpumpe nach Anspruch 3,
Kennzeichen;

Die Anlageflächen der polygonalen Ausnehmung des Kupplungsglxedes (16) und/oder die Anlageflächen des polygonalen Endes (22) der Antriebswelle (20) sind über die axiale Länge des gegenseitigen Eingriffs einseitig billig ausgebildet.

5. Zahnradpumpe nach Anspruch 3 oder 4, Kennzeichen;

Die Entlastungsbohrung (31) ragt bis in den Bereich des Kupplungsglxedes.

6. Zahnradpumpe nach einem der vorangegangenen Ansprüche* Kennzeichen;

Der Stift (30) ist glatt und zylindrisch ausgebildet.

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7. Zahnradpumpe nach Anspruch 6,
Kennzeichen;

Die Durchmesserdiffei'enz der¹ Entlastungsbohrung (31) und des Stiftes (30) betragt weniger als 2 mm, vorzugsweise weniger als 1 mm.

8. Zahnradpumpe nach Anspruch 6 oder 7,

Der Stift (30) ist in def Stirnwand des Sackloches axial und radial lose, jedoch drehgesichert gelagert.

9. Zahnradpumpe nach Anspruch 8,
Kennzeichen:

Der Verbindungskanal (32) des Sackloches mit dem Pumpeneinlaß (25) mündet auf der Stirnseite des Stiftes, welche von der Entlastungsbohrung abgewandt ist.

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