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Wellenkupplungs-und Dichtungseinrichtung
Die Erfindung betrifft eine Wellenkupplungs- und Dichtungseinrichtung für eine Flüssigkeitspumpe, insbesondere eine Zahnradspinnpumpe, die aus einer Antriebswelle, einer Pumpenwelle und einer die
Wellenenden umfassenden Muffe besteht und so ausgebildet ist, dass sowohl in der Innenwand der Muffe als auch im Wellenende mindestens einer der Wellen drei axial gerichtete Ausnehmungen in Form von
Teilen einer Kreiszylinderfläche vorgesehen sind, in welchen Kugeln-je eine in jeder Ausnehmung eines Wellenendes - gelagert sind. Wellenkupplungen dieser Art sind an sich bekannt.
Gegenstand der Erfindung ist eine einfache Kupplungseinrichtung, welche es gestattet, dass die Wel- len miteinander einen ungewöhnlich grossen Winkel einschliessen können, ohne dass eine Reibung oder eine
Abnützung an Teilen der Pumpe und der Kupplung auftritt.
Die Tatsache, dass unveränderlich drei Kugeln in einer ebenen Fläche einen wesentlich grösseren
Winkel zulassen, als eine grössere Anzahl von Kugeln, die in einer ebenen Fläche im Kreis angeordnet sind, ist vermutlich auf den Umstand zurückzuführen, dass nur drei im Kreis angeordnete Kugeln in ge- nauem geometrischem Kontakt mit einem Zylinder gehalten werden können, der schräg durch diesen Ku- gelkreis hindurchgeht.
Wenn der Kreis mehr als drei Kugeln aufweist, kann ein Zylinder, der schräg durch diesen Kreis geht, theoretisch nur mit drei dieser Kugeln in Berührung stehen. Wenn der Zylinder so bewegt wird, dass seine
Achse eine konische Fläche beschreibt, dann ist es immer eine Kombination von drei Kugeln, die lip Kontakt mit dem Zylinder steht. Darauf ist es zurückzuführen, dass die bekannte Kupplungseinrichtung, deren Wellen mit Kreisen mit mehr als drei Kugeln ausgestattet sind, unbrauchbar sind, da sie ruckweise umlaufen, wenn der Neigungswinkel der Wellen etwas grösser wird.
Die Wirkung der Kupplung als Abdichtung gegen das Ausfliessen von Flüssigkeit wird dadurch erreicht, dass die Stirnflächen der Kupplungsmuffe mit ebenen Dichtungsplatten zusammenwirken, zwischen denen sie eingeschlossen ist. Die hindurchgepumpte Flüssigkeit übt einen Druck auf die der Pumpenwelle zugekehrte Stirnfläche der Kupplungsmuffe aus, was zur Folge hat, dass die Kupplungsmuffe gegen eine der Dichtungsplatten in Richtung nach aussen drückt. In der Praxis hat es sich gezeigt, dass der auf diese Weise erzielte Abdichtungseffekt sehr häufig vollkommen ungenügend ist, weshalb oft äusserst komplizierte Abdichtungssysteme erforderlich sind. Ferner sind Leckverluste praktisch unvermeidbar, wenn der auf das Wellenende ausgeübte Flüssigkeitsdruck zu niedrig ist.
Dieser Übelstand wird durch Anwendung der erfindungsgemässen Konstruktion vermieden. Es wurde demgemäss gefunden, dass ein hervorragender Abdichtungseffekt erreicht werden kann, wenn die Ausnehmungen bei einem Ende oder bei beiden Enden der Muffe oder am Wellenende oder an den Wellenenden längs Schraubenlinien verlaufen, die sich mit einem Winkel von weniger als 50 um die Wellenachse winden, und dass eine Stirnfläche der Muffe in enger Berührung mit dem Pumpengehäuse steht, aus welchem die Pumpenwelle herausragt.
Dadurch, dass die Kraftwirkung zwischen den Kugeln und den Ausnehmungen gegen die Welle nicht in einer Ebene gerichtet ist, die genau senkrecht zu dieser steht, wird die Muffe gegen eine der Dichtungsplatten"geschraubt".
In diesem Sinne sind zahlreiche Varianten ausführbar. So kann z. B. nur die Ausnehmung auf der Seite der Pumpenwelle oder nur diejenige auf der Seite der Antriebswelle schräg angeordnet sein. Ebenso
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können alle Ausnehmungen schräg angeordnet sein. Ausserdem können sie so ausgebildet sein, dass die
Kupplungsmuffe entweder in der Richtung gegen die Pumpe oder in entgegengesetzter Richtung gedrückt wird.
Vorzugsweise sollen die Kugeln so in die Ausnehmungen eingepasst sein, dass sie in axialer Richtung ein Spiel besitzen, das weniger als 50/0 des Kugeldurchmessers beträgt. Dieses Spiel gestattet, dass die
Kugeln sich durch Abrollen an bedeutende Winkelabweichungen anpassen können, ist aber trotzdem im- mer noch so klein, dass die Kugeln praktisch ständig in einer Ebene liegen, die zur Achse der Kupplungs- muffe senkrecht steht.
In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung schematisch veranschaulicht. Fig. 1 zeigt, teil- weise im Längsschnitt, eine Zahnradpumpe mit der Wellenkupplung, Fig. 2 zeigt ein Detail der Kupp- lung in Seitenansicht längs der Linie lI-lI der Fig. 1, Fig. 3 ist ein Längsschnitt durch dieses Detail.
Wie Fig. 1 erkennen lässt, bilden planparallele Platten 1, 2 und 3 das Gehäuse einer Zahnradspinn- pumpe, die einer allgemein verwendeten Bauart entspricht und zum Pumpen einer Polymerschmelze dient. Die Platten 1, 2 und 3 werden durch (nicht dargestellte) Schrauben zusammengehalten. Das gesamte Pumpenaggregat ist durch (ebenfalls nicht dargestellte) Schrauben an einer Spinnmaschine befe- stigt.
Im Inneren der Zwischenplatte 2 befindet sich ein frei drehbares Zahnrad 4, das mit einem Zahnrad
5 kämmt, das auf der Welle 7 mit Hilfe eines Keiles 6 befestigt und von dieser angetrieben ist. Ein zylindrischer Ring 8 und eine ringförmige Scheibe 9 sind durch Schrauben 10 flüssigkeitsdicht mit der Platte 3 verbunden. Im Inneren des Ringes 8 befindet sich die Muffe 11, welche dazu dient, die Pumpenwelle
7 mit der Antriebswelle 12 zu kuppeln. Mit Ausnahme der Zwischenwand 13 ist die Kupplungsmuffe 11 auf beiden Seiten mit Bohrungen versehen, die sich von den Stirnflächen nach innen erstrecken.
Die Kupplungsmuffe 11 ist mit der Pumpenwelle durch drei Kugeln 14, und mit der Antriebswelle 12 durch drei Kugeln 15 gekuppelt. Ein mit Nocken versehener Ring 16 dient zum Fixieren der Kugeln 15 gegenüber der Scheibe 9, wenn die Antriebswelle aus der Kupplungsmuffe 11 herausgezogen wird. Die Muffe 11 passt zwischen die Platte 3 und die Scheibe 9, so dass nur ein sehr kleiner Zwischenraum verbleibt, wodurch ein sehr geringer Druck in axialer Richtung gegen die Muffe ausreicht, um zu verhüten, dass Flüssigkeit aus der Einrichtung austritt.
Die Fig. 2 und 3 zeigen, dass das Wellenende 12 mit drei Ausnehmungen 17 und die Innenwand der Muffe 11 mit drei Ausnehmungen 18 versehen sind, in welchen die Kugeln 15 liegen. In Fig. 2 ist der zylindrische Ring 8 weggelassen. Die Welle 12 rotiert im Sinne des Pfeiles. Der Ring 16 ist mit drei Nocken 19 versehen, die zusammen mit der Scheibe 9 die Kugeln 15 umschliessen und in axialer Richtung etwas Spiel lassen, das ungefähr 4% des Kugeldurchmessers beträgt.
Die Ausnehmungen 18 in der Innenwandung der Muffe und 17 an den Enden der Wellen 7 und 12 verlaufen längs Schraubenlinien, die sich unter einem Winkel von 30 um die Achsen der Wellen bzw. der Muffe winden. Hiedurch wird die Mufte 11 gegen die Platte 3"geschraubt"und eine Abdichtung erzielt.
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Shaft coupling and sealing device
The invention relates to a shaft coupling and sealing device for a liquid pump, in particular a gear spinning pump, which consists of a drive shaft, a pump shaft and a die
There is a sleeve comprising shaft ends and is designed so that at least one of the shafts has three axially directed recesses in the form of at least one of the shafts in the inner wall of the sleeve as well as in the shaft end
Parts of a circular cylinder surface are provided in which balls - one in each recess of a shaft end - are mounted. Shaft couplings of this type are known per se.
The subject of the invention is a simple coupling device which allows the shafts to form an unusually large angle with one another without causing friction or a
Wear on parts of the pump and coupling occurs.
The fact that invariably three spheres in a flat surface make a much larger one
Allowing angles than a larger number of spheres arranged in a circle on a flat surface is probably due to the fact that only three spheres arranged in a circle can be kept in precise geometric contact with a cylinder that runs obliquely through goes through this spherical circle.
If the circle has more than three balls, a cylinder that goes obliquely through this circle can theoretically only be in contact with three of these balls. When the cylinder is moved so that its
If the axis describes a conical surface, it is always a combination of three spheres that makes lip contact with the cylinder. It can be attributed to this that the known coupling device, the shafts of which are equipped with circles with more than three balls, are unusable, since they revolve jerkily when the angle of inclination of the shafts becomes somewhat larger.
The effect of the coupling as a seal against the outflow of liquid is achieved in that the end faces of the coupling sleeve cooperate with flat sealing plates between which it is enclosed. The liquid pumped through exerts a pressure on the end face of the coupling sleeve facing the pump shaft, with the result that the coupling sleeve presses against one of the sealing plates in an outward direction. In practice it has been shown that the sealing effect achieved in this way is very often completely inadequate, which is why extremely complicated sealing systems are often required. Furthermore, leakage losses are practically unavoidable when the fluid pressure exerted on the shaft end is too low.
This disadvantage is avoided by using the construction according to the invention. It has accordingly been found that an excellent sealing effect can be achieved if the recesses at one end or at both ends of the sleeve or at the shaft end or at the shaft ends run along helical lines which wind around the shaft axis at an angle of less than 50, and that one end face of the sleeve is in close contact with the pump housing from which the pump shaft protrudes.
Because the force between the balls and the recesses against the shaft is not directed in a plane that is exactly perpendicular to the shaft, the sleeve is "screwed" against one of the sealing plates.
In this sense, numerous variants can be implemented. So z. B. only the recess on the side of the pump shaft or only that on the side of the drive shaft can be arranged at an angle. As well
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all recesses can be arranged at an angle. They can also be designed so that the
Coupling sleeve is pressed either in the direction against the pump or in the opposite direction.
The balls should preferably be fitted into the recesses in such a way that they have a play in the axial direction that is less than 50/0 of the ball diameter. This game allows the
Balls can adapt to significant angular deviations by rolling, but they are still so small that the balls are practically always in a plane that is perpendicular to the axis of the coupling sleeve.
The subject of the invention is illustrated schematically in the drawing. 1 shows, partly in longitudinal section, a gear pump with the shaft coupling, FIG. 2 shows a detail of the coupling in a side view along the line III-II in FIG. 1, FIG. 3 is a longitudinal section through this detail.
As can be seen from FIG. 1, plane-parallel plates 1, 2 and 3 form the housing of a gear spinning pump, which corresponds to a generally used type and is used to pump a polymer melt. The plates 1, 2 and 3 are held together by screws (not shown). The entire pump assembly is attached to a spinning machine by screws (also not shown).
In the interior of the intermediate plate 2 is a freely rotatable gear 4, which with a gear
5 meshes, which is attached to the shaft 7 by means of a wedge 6 and driven by this. A cylindrical ring 8 and an annular disk 9 are connected to the plate 3 in a liquid-tight manner by screws 10. Inside the ring 8 is the sleeve 11, which serves to support the pump shaft
7 to be coupled to the drive shaft 12. With the exception of the intermediate wall 13, the coupling sleeve 11 is provided on both sides with bores which extend inwards from the end faces.
The coupling sleeve 11 is coupled to the pump shaft by three balls 14 and to the drive shaft 12 by three balls 15. A ring 16 provided with cams is used to fix the balls 15 in relation to the disk 9 when the drive shaft is pulled out of the coupling sleeve 11. The sleeve 11 fits between the plate 3 and the disc 9 so that only a very small gap remains, whereby a very low pressure in the axial direction against the sleeve is sufficient to prevent liquid from leaking out of the device.
2 and 3 show that the shaft end 12 is provided with three recesses 17 and the inner wall of the sleeve 11 is provided with three recesses 18 in which the balls 15 are located. In Fig. 2, the cylindrical ring 8 is omitted. The shaft 12 rotates in the direction of the arrow. The ring 16 is provided with three cams 19 which, together with the disk 9, enclose the balls 15 and allow some play in the axial direction, which is approximately 4% of the ball diameter.
The recesses 18 in the inner wall of the sleeve and 17 at the ends of the shafts 7 and 12 run along helical lines which wind at an angle of 30 about the axes of the shafts or the sleeve. As a result, the sleeve 11 is "screwed" against the plate 3 and a seal is achieved.