CN1449328A - 高粘度介质的螺旋挤压机－齿轮泵装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种螺旋挤压机(15)－齿轮泵(18)装置，用于高粘度介质，尤其用于塑料熔体和橡胶混合物，该装置包括一根或多根蜗杆轴(17)以及一台与一根或多根蜗杆轴(17)机械地传动连接的齿轮泵(18)，齿轮泵的泵壳(4)是螺旋挤压机外壳(16)的组成部分或直接与之连接。

Description

高粘度介质的 螺旋挤压机-齿轮泵装置
技术领域
本发明涉及一种用于高粘度介质的螺旋挤压机-齿轮泵装置。
背景技术
由DE-A2100403已知一种液压泵，它设计为行星齿轮传动装置的形式，包括一个太阳齿轮，多个可旋转地支承在行星齿轮架上的行星齿轮以及一个空心齿轮，它们全都制有齿。在互相啮合的行星齿轮与空心齿轮之间以及在同样互相啮合的行星齿轮与太阳齿轮之间交替构成抽吸腔部分和压力腔部分，它们通过行星齿轮架弧形相切的壁密封，此外行星齿轮架充填齿轮之间的空隙。行星齿轮架、空心齿轮和太阳齿轮的平侧分别紧密地支靠在两个彼此隔开距离地设置的平的外壳壁上，外壳壁制有壁孔，壁孔使齿轮间的各抽吸腔部分和压力腔部分与一个设有液压输入管并起收集器作用的抽吸腔或与一个设有液压排出管并同样起收集器作用的压力腔连通。在此已知的称为行星齿轮泵的齿轮泵中，行星齿轮架优选地是固定的，而太阳齿轮和空心齿轮旋转。这种泵原则上不太适用于输送高粘度介质，因为泵必须以很高的入口压供给并因而不能自动净化。
由DE3631527C1已知的一种类似的齿轮泵允许与转速无关地改变其输送量。这种泵仍有制有齿的行星齿轮、行星齿轮架以及制有齿的空心齿轮和制有齿的太阳齿轮，它们被泵壳从外部包围。为了改变输送量，可与被驱动的太阳齿轮的转速无关地停止行星齿轮架的旋转运动或空心齿轮的旋转运动。行星齿轮架设有一个具有多个进口的进口密封壁和一个与之隔开轴向距离的具有多个出口的出口密封壁，它们可旋转和密封地装在圆柱形泵壳内。在泵壳内沿输送方向在进口密封壁之前设一个抽吸腔，以及沿输送方向在进口密封壁之后设一个压力腔。抽吸腔通过这些进口延伸到各个一直到达出口密封壁的抽吸腔部分，而压力腔通过这些出口延伸到各个一直到达进口密封壁的压力腔部分。抽吸腔部分和压力腔部分分别设在行星齿轮、空心齿轮和太阳齿轮之间的空隙内，并通过进口及出口密封壁或通过设在进口及出口密封壁之间设计为实心的行星齿轮架充填在空隙中的部分彼此密封。用于要输送的介质的输入管按纵向孔的形式(此纵向孔过渡为横向孔)，在行星齿轮架通过泵壳的壁导引的旋转轴线范围内延伸，而用于要输送的介质的排出管按相应的方式通过太阳齿轮的旋转轴线导引。由于进口和出口小直径的孔和小的横截面积，所以这种泵不适用于输送高粘度介质和不能自动净化。
由US3870437已知另一种作为行星齿轮泵工作的齿轮泵。在这里要输送的容积包封在太阳齿轮与空心齿轮以及两个直接相邻的行星齿轮之间的空隙内。为了在抽吸部位的区域(入流区)内连续地增大以及在压力区的区域(流出区)内连续地减小在行星齿轮旋转期间用于产生泵送作用的此空隙的尺寸，此泵有柔性的可变形的齿轮。例如空心齿轮和被驱动的太阳齿轮可彼此偏心地布置以及使用柔性的行星齿轮，这些行星齿轮可通过变形(椭圆)适应空心齿轮与太阳齿轮之间不同的间隙宽度。
此已知行星齿轮泵总的特征是，不仅行星齿轮而且空心齿轮和太阳齿轮也分别制有齿，齿互相啮合为的是传动旋转。
在加工塑料熔体或橡胶混合物时迄今常用齿轮泵，它们作为正齿轮传动装置工作并至少与一个螺旋挤压机相连。通常齿轮泵有一个与一根或多根挤压机轴的驱动装置分开的单独的驱动装置。例如由EP0508080A2已知这种挤压机。其中挤压蜗杆将要挤压的材料直接输送到齿轮泵的楔形区内，齿轮泵有两个互相啮合的正齿轮。这种类型的齿轮泵不能自动净化并因而当变换要加工的材料时通常需要进行麻烦的分解和净化工作，以保证在材料更换后质量不受影响。
由EP0564884A1已知一种双蜗杆挤压机，它的蜗杆轴在一个区段内为了提高要加工熔体的压力分别配备齿轮泵两个正齿轮之一，从而通过蜗杆轴直接驱动齿轮。通过两个在端侧的亦即垂直于蜗杆轴纵轴线延伸的并设有用于熔体去进口侧或去出口侧的通孔的密封壁，将抽吸腔和压力腔彼此隔开。这种齿轮泵同样不能自动净化。它的输送容量不能独立于蜗杆轴的转速改变。
最后，由EP0642913A1已知一种单蜗杆挤压机，它在其最后的蜗杆段前有一台按正齿轮传动装置结构类型的齿轮泵。齿轮泵的两个正齿轮之一直接固定在螺旋挤压机的蜗杆轴上并由蜗杆轴传动。挤压机外壳有一侧向鼓突，其中装有齿轮泵的第二个正齿轮。在正齿轮的平侧上分别贴靠一密封壁，密封壁形封闭地装在挤压机外壳内。密封壁或挤压机外壳总是设有用于要挤压的材料的抽吸侧或压力侧通孔。在这种已知的挤压机中同样不能保证自动净化。
发明内容
本发明的目的是建议一种螺旋挤压机-齿轮泵装置，它按特殊的方式适用于加工高粘度材料以及基本上能自动净化地工作。
此目的通过权利要求1的特征达到。
由从属权利要求给出此齿轮泵有利的进一步发展。
本发明提供了一种螺旋挤压机-齿轮泵装置，其中齿轮泵原则上按行星齿轮传动装置设计以及按特殊的方式适用于输送高粘度的介质，如塑料熔体和橡胶混合物，以及有基本上自动净化的优点，因为供入要输送的介质可以在没有大入口压的情况下进行。本发明从一种行星齿轮泵出发，它有一行星齿轮架，行星齿轮架配备有至少一个可旋转地支承在它上面的行星齿轮。此外，此行星齿轮泵有另外两个功能件，它们作为太阳轮或空心轮与至少一个的行星齿轮配合作用。除此之外设一泵壳，它从外面围绕带有行星齿轮的行星齿轮架和上述两个功能件，以及设一进口密封壁和一出口密封壁。进口密封壁与行星齿轮架旋转固定地连接并有至少一个用于要输送的介质的进口。按相应的方式出口密封壁与行星齿轮架旋转固定地连接并设有至少一个用于要输送的介质的出口。此齿轮泵还有一个抽吸腔和一个压力腔，它们被泵壳围绕以及彼此密封，其中，抽吸腔沿输送方向设在进口密封壁之前，它穿过至少一个的进口在至少一个抽吸腔部分内沿至少一个的行星齿轮一直朝出口密封壁方向延伸，以及压力腔沿输送方向设在出口密封壁之后。按本发明在这种齿轮泵中规定，总是只有两个起太阳轮或空心轮作用的功能件之一制有与至少一个的行星齿轮啮合的齿，而另一个功能件有至少一个密封区，密封区设计为光壁状以及沿至少一个的行星齿轮的部分圆周和沿其长度能滑动地紧密贴靠在此行星齿轮上。此外，本发明规定，有至少一个密封区的那个功能件旋转固定地与行星齿轮架连接，也就是实施相同的运动。为保证至少一个的抽吸腔部分与至少一个的压力腔部分密封地隔开，作为另一项重要的特征本发明规定，沿周向与至少一个的行星齿轮错开地设至少一个从进口密封壁一直延伸到出口密封壁的隔壁，隔壁与具有至少一个光壁状密封区的那个功能件旋转固定和密封地连接，以及沿径向一直延伸到制有齿的那个功能件的齿的齿顶圆上。
按一种恰当的设计形式规定，压力腔通过至少一个的出口在至少一个的压力腔部分内沿至少一个的行星齿轮一直朝进口密封壁方向延伸。这意味着压力腔部分与抽吸腔部分相对于行星齿轮分别处于相对位置。
按另一种实施形式规定，相关的压力腔部分的容积最小化，优选地趋于零。这意味着隔壁总是沿相关的行星齿轮的全部轴向长度大面积紧密地沿行星齿轮的圆周贴靠在行星齿轮的齿上。在此实施形式中保证特别有效地自动净化齿轮泵。
按相应的方式如至少一个的行星齿轮那样制有齿并与行星齿轮啮合的功能件优选地是空心轮。因为空心齿轮可以设置为固定不动的，所以它恰当地与泵壳设计为一体，或至少旋转固定地装在围绕着此空心齿轮的泵壳内。在这种情况下行星齿轮架与对应于太阳轮的功能件一起旋转以及优选地与此功能件设计为一体。因此在这里没有如在普通的行星齿轮传动装置中那样的制有齿的太阳齿轮。也就是说至少一个的行星齿轮在这里不是与这种太阳轮的齿啮合，而是可滑动和密封地在除此之外起太阳轮作用的功能件的至少一个的密封区内运动。
当然也可以选择相反的布局，其中采用制有齿的太阳轮，而起空心轮作用的功能件没有制齿，而是设有至少一个密封区。在这种情况下，“空心轮”可以如行星齿轮架那样是静止的。但前面所提到的那种有制齿的空心轮和不制齿的“太阳轮”的方案，由于结构比较简单因而是优选的。
恰当地设多个行星齿轮、隔壁、进口和出口，也就是说各设至少两个，优选地分别设至少四个。行星齿轮的及与之啮合的那个功能件(亦即优选地空心轮)的齿可以是直齿，但优选地设计为斜齿。这可以使按本发明的行星齿轮泵特别均匀地进行输送。
行星齿轮和与之啮合的功能件也可以设计为制有人字形齿。但在这种情况下分解变得更加困难。但通过例如空心轮分开式的设计，甚至在这种困难的条件下仍能实施分解。
按另一种恰当的实施形式，本发明规定隔壁沿轴向按与斜齿相应的方式螺旋状延伸。在这里推荐，令隔壁与有至少一个密封区的功能件，亦即优选地与“太阳轮”设计为一体。在这种情况下行星齿轮架也恰当地与此“太阳轮”设计为一体。
行星齿轮恰当地装在进口密封壁和出口密封壁内，所以进口密封壁和出口密封壁是行星齿轮架的一部分。当然也可以分开设计这些构件。为了使行星齿轮能易于装配和分解，有利的是令两个密封壁中只有一个，优选地进口密封壁，与行星齿轮架设计为一体，而另一个密封壁保持作为单独的构件。
为了使齿轮泵能方便地装入螺旋挤压机的外壳内并保证能容易地分解，推荐令进口密封壁的外径设计为不同于，亦即优选地小于出口密封壁的外径。因此，通常在螺旋挤压机输送末端与之相连的齿轮泵，可方便地在挤压机的顶端从外壳拔出。
为了在工作过程中能改变齿轮泵的输送容积，本发明另一种优选的实施形式规定，将行星齿轮架设置为可与对应于太阳轮的功能件和进口及出口密封壁一起，在泵壳内部沿轴向相对于制有齿的空心轮移动一个移动距离w。由此可以改变空心齿轮与行星齿轮之间的齿啮合长度，并因而可以改变齿的排挤容积。为了在抽吸腔与压力腔之间不形成不希望的不密封性，推荐，令可密封地在泵壳内滑动地安装着的进口密封壁，其轴向厚度d(亦即沿移动方向看)选择为大于最大的移动距离w，进口密封壁在移动时在空心轮齿的范围内运动。由此保持在泵壳与进口密封壁之间的密封不变。但也可以规定通过小量移动在压力腔与抽吸腔之间有意形成不密封性，以便削减泵的输送量。
在工作中减小输送量与已知的行星齿轮泵不同，允许没有用于功能件之一(空心轮或太阳轮)持续需要的第二驱动装置，因为仅仅对于齿轮泵轴向调整的短时间才需要一个能量消耗量极低的驱动装置。通过齿轮泵输送量的可调性，可以适应于加工不同的材料。
从加工技术方面来看值得推荐的是，行星齿轮和/或与之啮合的空心轮或太阳轮在齿的表面附近的区域内设计为软弹性的。在这种情况下，与准确的制齿相比，在加工技术上可从制造公差比较大的金属齿轮基体，齿轮基体的尺寸比成品齿的额定尺寸小，接着加上一个弹性的包壳，尤其橡胶或热塑性弹性体的包壳。因为这种包壳有杰出的弹性，所以对于以此方式制成的齿的要求也比纯金属齿低。尺寸过大也可通过变形补偿。采用尺寸略大的橡胶外套可以充分净化空心轮的齿空隙。
在另一种方案中本发明规定，空心齿轮或行星齿轮的齿交替或部分设计为有不同高度的齿，也就是说例如使用一种行星齿轮，它一半的齿有标准的尺寸，而另一半齿有减小了的尺寸，这两种齿的尺寸沿圆周连续变换。当泵有多个行星齿轮时也可以采用不同的行星齿轮，也就是说有标准齿高的行星齿轮和有较小齿高的另一些行星齿轮。由此可带来的效果在于，通过部分减小了的齿高可以使包含在与该齿轮啮合的相配齿轮齿隙内的材料密实化。此密实化的材料然后只有在与一个完全设计的齿相遇时才被压出和被输送。
因此，在具有连续减小齿高的行星齿轮中，处于空心齿轮齿隙内的材料首先被压缩，以及只有通过下一个它的齿完全设计的行星齿轮在应变和剪切流动的情况下才从齿隙压出。在有四个行星齿轮的齿轮泵中，分别设计两个处于相对位置有减小了的齿高的行星齿轮以及另外两个处于相对位置有标准齿高的行星齿轮。在这种齿轮泵内存在的强迫流动有利于要加工的材料连续均匀化和混合(例如填料)。
行星齿轮和空心轮的齿的几何形状原则上是任意的。在这里只须保证其中一个齿轮的齿以这样的方式啮合在另一个齿轮的齿隙内，即，能与构成另一个齿轮各齿隙边界的两个齿形成密封的滑动接触。
按本发明在一个用于输送流动介质，尤其输送如塑料熔体和橡胶混合物的螺旋挤压机中，采用按行星齿轮传动装置结构方式的一台或多台优选地多台齿轮泵，其中螺旋挤压机可有一根或也可有多根蜗杆轴，以及一根或多根蜗杆轴分别与齿轮泵的传动装置机械连接，所以不需要单独的泵驱动装置。由此也不需要针对齿轮泵驱动装置的自已的控制器。
通常泵壳直接与螺旋挤压机的外壳相连，或优选地是挤压机外壳的组成部分。
特别有利的是一根或多根蜗杆轴在输送末端处的螺纹线数，总是选择为和与之相连的齿轮泵的行星齿轮数量相等。但螺纹线数完全不必沿整个蜗杆长度是恒定的。按本发明的齿轮泵一种优选的应用规定，蜗杆轴在位于输送末端前的部分中的蜗杆轴螺纹线数，总是选择为与在输送末端处的螺纹线数一半这么多。
在使用有斜齿的行星齿轮泵时，有利的是将蜗杆轴的螺旋线相对于螺旋挤压机输送方向的螺旋斜度，设置为总是沿齿斜度的反方向。
为了能在不改变驱动装置转速的情况下影响有行星齿轮泵的螺旋挤压机的输送量，推荐，蜗杆轴总是设置为能与行星齿轮架以及太阳轮和进口与出口密封壁一起沿轴向移动。通过与行星齿轮架机械地旋转固定连接的蜗杆轴沿轴向移动，便可以影响齿轮泵的输送量，因为按上面已说明的方式控制了排挤容积和/或在抽吸腔与压力腔之间期望的漏泄量。
在组合螺旋挤压机与齿轮泵时带来了一个重要的优点在于，由于良好的升压特性以及与此同时为了供入齿轮泵不必有大的输送压力，所以在齿轮泵前的挤压机蜗杆可以设计得很短。优选地挤压机蜗杆的长度等于蜗杆直径的两倍至五倍。
行星齿轮泵的一种特别有利的应用是在一个尤其用于加工橡胶混合物的螺旋挤压机中，此时在齿轮泵之后设一个例如由DE4039942A1已知的销钉圆柱挤压区，在本申请内一定程度上引用了其公开的内容。在这种情况下此行星齿轮泵可容易地提高对于销钉圆柱挤压区有利的高的入口压。
按另一种有利的应用规定，在这一销钉圆柱挤压区之后再连接一个真空除气区，随此真空除气区后在挤压机端头再设第二台行星齿轮泵，以便在挤压机出口提供所要求的挤压压力。
附图说明
下面借助附图中表示的实施例进一步说明本发明。附图用示意图表示：
图1通过具有行星齿轮泵的单蜗杆挤压机的纵剖面；
图2图1所示纵剖面展开的形式；
图3a-d沿图1中线A-A、B-B、C-C和D-D的横截面；
图4按图1的螺旋挤压机通过蜗杆轴的轴向可移动性的一种修改；
图5有行星齿轮泵和与之相连的销钉圆柱挤压区的螺旋挤压机；
图6有两台串联的行星齿轮泵、销钉圆柱挤压区和真空除气区的螺旋挤压机；
图7有软弹性包壳的行星齿轮剖面图；以及
图8有交替地不同高度齿的行星齿轮。
具体实施方式
在图1至3中表示螺旋挤压机15的轴向纵剖面、多个横截面以及一个示意展开图(图2)。此螺旋挤压机15有一根蜗杆轴17，沿输送方向看它起先设计为有2条螺纹线，以及在输送末端19有双倍的螺纹线数，亦即是4条螺纹线。蜗杆轴17被挤压机外壳16围绕。与输送末端19直接相接地设一台行星齿轮泵18，它有一基本上圆柱形的泵壳4，在泵壳内部装有行星齿轮架2和四个可旋转地支承在行星齿轮架内的行星齿轮1。在泵壳4壁的区域内，在内侧设制有齿的空心轮3，按本发明优选的实施形式空心轮与泵壳4的这一部分设计为一体。在行星齿轮的左侧有进口密封壁5，它密封和可旋转地装在挤压机外壳16内。进口密封壁5相应于行星齿轮1的数量设四个进口6(图3a)。在行星齿轮1的右侧设出口密封壁7，它按相应的方式设四个出口8(图3d)。出口密封壁7也可旋转地安装在泵壳4内。齿轮泵18的抽吸腔9位于进口密封壁5的左边，亦即蜗杆轴17的4线部分的末端，而齿轮泵的压力腔10位于出口密封壁7的右侧。抽吸腔9通过进口6以抽吸腔部分9a的形式分别沿一个行星齿轮1一直延伸到出口密封壁7。按相应的方式，在行星齿轮1直径相对侧，压力腔10以总是一个压力腔部分10a的形式穿过出口6一直延伸到进口密封壁5(图1、3b、3c)。行星齿轮架2(进口密封壁5和出口密封壁7因为它们安装有行星齿轮架2的支承装置，故在功能上也属于行星齿轮架)设总共四个隔壁12，它们基本上沿径向从一中央基体出发在行星齿轮1之间一直延伸到空心轮3的齿。由图3b、c可以看出，行星齿轮1分别在一光滑圆柱状的密封区11内可滑动和紧密地贴靠在行星齿轮架2为该行星齿轮配设的隔壁12或中央基体上。密封壁12与行星齿轮架2设计为一体。行星齿轮1处于与空心齿轮3的齿啮合的状态，所以在那里也提供一种密封的接触。因此在横截面内看，抽吸腔部分9a分别通过隔壁12、行星齿轮架2的中央基体、配属的密封地贴靠在中央基体上和啮合在空心齿轮3的齿内的行星齿轮1以及通过一部分空心齿轮3封闭。相应地这也适用于就行星齿轮1的轴线而言沿直径分别与抽吸腔部分处于相对位置的压力腔部分10a，在按图3b所示在进口密封壁5附近的剖切位置，压力腔部分10a只有一个很小的横截面。在一个相应的在出口密封壁7附近的剖面内则得到相反的尺寸状况。在那里抽吸腔部分9a有图3b中所示的压力腔部分10a的尺寸。相应地，压力腔部分10a的横截面分别有图3b中所示的抽吸腔部分9a的大小。也就是说这意味着，抽吸腔部分9a的横截面从进口6朝出口密封壁7方向连续减小，而处于相对位置的压力腔部分10a从进口密封壁5朝在出口密封壁7内的出口8横截面连续增大。在进口密封壁5与出口密封壁7之间的中央，如图3c所示，抽吸腔部分9a的横截面与压力腔部分10a的横截面大体同样大小。
压力腔部分10a的容积为了提高行星齿轮泵18的自动净化能力在需要时也可减少至零，此时隔壁12在与抽吸腔部分9a处于相对位置的那一侧直接紧靠在相关的行星齿轮1的齿上，以及要输送的材料直接从行星齿轮1与空心轮3的齿的齿隙通过出口8进入压力腔10。
相当于普通的行星齿轮传动装置中的太阳齿轮的行星齿轮架2的中央基体完全没有制齿，而空心轮与行显齿轮1一样有利地设计有斜齿。同样，按本发明的优选的进一步发展，隔壁12定位为螺旋形，亦即相对于螺旋挤压机15纵轴线是倾斜的，在这种情况下倾斜的斜度朝蜗杆轴17螺纹线斜度(图1)的反方向。用符号22表示从图示挤压机的出口。
由图1的剖面图可以看出，泵壳4有一个与挤压机外壳16相比更大的直径。挤压机外壳16有一个内径，它略小于空心轮3的齿的齿顶圆的直径，所以在图中表示的剖切线B-B附近的挤压机外壳16右端壁完全覆盖住空心轮3的齿的齿隙的横截面。相应地这也适用于行星齿轮1的齿隙，只要行星齿轮处于与空心轮3的齿的啮合区内。此外，行星齿轮1和全部空腔，除了必需的进口6外，完全被进口密封壁5封闭(图3a)。相应地这也适用于在行星齿轮1另一侧有关出口密封壁7和出口8的布局(图3d)。出口密封壁7有一个与泵壳4内径对应的外径，所以空心轮3的齿的齿隙在齿的右端侧完全被出口密封壁7密封。因为进口密封壁5的外径故意选择为小于空心轮3的齿的齿顶圆直径，所以为了分解，在拆除头部构件25后，行星齿轮架2连同行星齿轮1和两个密封壁5、7这整个部件，可没有困难地向右从泵壳4拔出。
所表示的螺旋挤压机的工作方式如下：要加工的介质，例如热塑性塑料熔体，通过蜗杆轴17从左向右朝齿轮泵18方向输送。从起先沿2条螺纹线的蜗杆轴运动的两股分流，在输送末端19通过两条附加的蜗杆螺纹线造成四股分流。尤其由图2的展开可清楚看出，蜗杆螺纹线终止在进口6，亦即汇入抽吸腔部分9a。因为蜗杆轴17与行星齿轮架2机械连接，所以行星齿轮架和同样与之连接的密封壁5、7一起实施相同的旋转运动。熔体为此无需大的入口压地通过比较大的进口6进入各抽吸腔部分9a。熔体材料通过隔壁12按所画的旋转方向掠入空心轮3的齿的齿隙内。熔体输送到分别处于相对位置的压力腔部分10a内在每个行星齿轮1处分成两个分流进行。其中一个分流在相关行星齿轮1的齿隙内沿密封区11导引到所属的压力腔部分10a内，而第二个质量流则由于行星齿轮1齿的啮合通过将熔体从空心轮3齿隙挤出造成。以此方式，在泵的进口处尚由四股分流组成的总流，现在分成总共八个分流，所以此行星齿轮泵可有助于改善材料的混合。通过要输送的材料在行星齿轮架2旋转时从径向的隔壁12掠入空心轮3的齿隙内，还导致这种齿轮泵特别适合于基本上自动净化。
进口密封壁5并因而至少还有部分行星齿轮架2从机体上也可以看作是蜗杆轴17的组成部分，也就是说不必是分开的构件。
图4表示在图1至3d中所示的带有行星齿轮泵的螺旋挤压机的一种修改。这种螺旋挤压机的基本结构方式和功能与上面那种螺旋挤压机相应。但与之不同的是，在图4中的螺旋挤压机15的蜗杆轴17与行星齿轮架2和与之连接的进口密封壁5及出口密封壁7一起，如通过在挤压机纵轴线上加粗表示的双向箭头所示，可沿轴向移动。空心轮3的齿宽用b1表示，以及行星齿轮1的齿宽用b2表示。两个齿宽b1、b2大约同样大小，所以在一个图中未表示的蜗杆轴和与之机械连接的行星齿轮架3一起向左移动后的起始位置(左终端位置)下，两个齿宽b1、b2完全重叠。在图4中用w表示蜗杆轴17和行星齿轮架2相对于此起始位置发生的移动距离。因此在图示的位置(在右终端位置附近)，齿仅仅沿长度b1-w啮合。因此齿轮泵18的输送容积减小。与此同时，在密封区11(图3b、c)流过的输送量分流完全保持不受影响。改变的仅仅是通过行星齿轮1啮合在空心齿轮3齿隙内的齿的排挤引起的质量分流。为了防止由于齿轮泵18行星齿轮架2的轴向移动，在空心齿轮3左侧的齿隙区内在压力腔10与抽吸腔9之间形成不希望的漏泄，令用d表示的进口密封壁5的厚度比出口密封壁7的厚度大得多。为了获得密封性，此厚度d必须至少略大于最大移动距离，以便进口密封壁5的圆周尽管有移动仍继续密封地贴靠在挤压机外壳16或延续到此区域内的泵壳4光壁状内侧上。若进口密封壁5与此挤压机外壳16的这种重叠不存在时，则形成从压力腔10通过空心轮3的那些正好未与行星齿轮2相应的齿处于啮合状态的齿隙回流。但这种回流的效果也可以有意识地造成和加以控制，以便调节泵的输送量。就此而言并不一定需要显著增大进口密封壁5的厚度，以便尽管行星齿轮架3沿轴向移动仍能保持齿轮泵18的工作能力。以此方式可以将齿轮泵18的输送量减少到甚至比在图4所示实施形式中可能的要小得多。
图5表示一种类似的带齿轮泵18的螺旋挤压机15的结构，它仅补充一个特征，即沿从左向右进行的输送方向，在齿轮泵18之后再连接一个销钉圆柱挤压区20，它尤其经常使用于加工橡胶混合物。在销钉圆柱挤压区20的外壳内插入销钉23，如通过双向箭头表示的那样，销钉可沿径向相对于挤压机纵向轴线调整。在这种情况下齿轮泵18保证在销钉圆柱挤压区20的端部仍存在足够的用于挤压被加工材料的压力。
在图6中按图5的装置又扩展了另外两个区段。亦即在销钉圆柱挤压区20上沿输送方向首先连接一个真空除气区21，它有真空接头24和进口侧隔堵26以及4线蜗杆轴17，而在挤压的末端，亦即在此装置的右端还连接第二台齿轮泵18，它产生挤压被加工熔体所需的输送压力。在此装置中借助这两台齿轮泵18通过容积的输送，可以使壅塞长度与挤压压力无关，从而可从避免在真空除气区21内真空吸除的溢出。
对于空心轮3的制齿(或在相反的泵结构的情况下太阳轮的制齿)和/或行星齿轮1的制齿，可以选择在图7中作为行星齿轮1的局部剖面图举例和示意表示的那种实施形式。此行星齿轮1有一齿轮基体13，它优选地用金属(例如钢)制造以及在加工技术上齿的公差可以比较大。各个齿比行星齿轮1所期望的最终形状小得多以及齿隙则大得多。此最终形状通过用软弹性材料14(例如橡胶或热塑性弹性体)的包壳获得。由于这种材料良好的变形能力，所以制成的行星齿轮1的形状准确度不需要如在刚性的材料时所必须的那么高，因为齿几何尺寸过大可以通过齿啮合时的变形得到补偿。由于对形状准确度的要求较低，制齿的加工费用可以相应地减少。但另一方面以此方式还可以满足处于啮会中的齿在不希望的材料回流方面的密封性。
图8示意表示另一种有关可使用的齿的方案，仍以图中局部表示的行星齿轮1为例。此行星齿轮1有交替地不同高度的齿。齿高的差别用Δh表示。在这里每第二个齿有比标准齿高小的齿高。按另一种可选择的方案，也可以是多个齿连续有相同的高度，所以齿高沿圆周区域性改变。也可以使用一些分别有相同的齿高但彼此有不同齿高的行星齿轮1。由此可获得一种特殊的效果，亦即使处于空心齿轮3齿隙内的材料密实化，材料被一个有较小齿高的齿加压并由此最多有一部分从齿隙输送到压力腔10内。然后通过一个在行星齿轮架进一步旋转时进入此齿隙内的另一个有标准齿高的齿，可将此密实化的材料输送到压力腔内。
按本发明建议的齿轮泵的结构方式，保证在配备有这种齿轮泵的挤压机空运转时，实际上全部熔化材料从挤压机和与之连接的齿轮泵输出，因为为了保证材料供入齿轮泵实际上并不需要入口压。因此在大多数情况下可以免去在更换要加工的材料时麻烦的净化工作。此外，由于材料流在每个行星齿轮处分成两股较小的分流，此齿轮泵对于要加工的材料有比普通的用作熔体泵的按正齿轮传动装置的结构方式的齿轮泵好得多的混合效果。在普通的齿轮泵中只产生两股材料分流并重新聚合。由此保证显著改善材料混合。通过行星齿轮架与挤压机蜗杆轴简单的机械连接，可完全取消齿轮泵单独的电机驱动装置。此外，当如上面已说明的那样齿轮泵沿轴向移动时可以调节齿轮泵的输送量。
数字标记一览表1       行星齿轮2       行星齿轮架3       空心轮4       泵壳5       进口密封壁6       进口7       出口密封壁8       出口9       抽吸腔9a      抽吸腔部分10      压力腔10a     压力腔部分11      密封区12      隔壁13      齿轮基体14      软弹性包壳15      螺旋挤压机16      挤压机外壳17      蜗杆轴18      齿轮泵19      输送末端20      销钉圆柱挤压区21      真空除气区22      挤压机出口23      可调整的销钉24      真空接头25      头部构件26      隔堵b1     空心齿轮齿宽b2     行星齿轮齿宽w       移动距离d       进口密封壁厚度Δh     齿高差

Claims (23)

1.一种螺旋挤压机-齿轮泵装置，用于高粘度介质，尤其用于塑料熔体和橡胶混合物，该装置包括一根或多根蜗杆轴(17)以及一台与一根或多根蜗杆轴机械地传动连接的齿轮泵(18)，齿轮泵的泵壳(4)是螺旋挤压机(15)外壳(16)的组成部分或直接与之连接，
-包括一个配备有至少一个可旋转地支承的行星齿轮(1)的行星齿轮架(2)，
-包括另外两个功能件，它们作为太阳轮或空心轮(3)与至少一个的行星齿轮(1)配合作用，
-包括一个围绕行星齿轮架(2)的泵壳(4)，
-包括进口密封壁(5)，它与行星齿轮架(2)旋转固定地连接并有至少一个用于要输送的介质的进口(6)，
-包括出口密封壁(7)，它与行星齿轮架(2)旋转固定地连接并有至少一个用于要输送的介质的出口(8)，以及
-包括一个抽吸腔(9)和一个压力腔(10)，它们被泵壳(4)围绕以及彼此密封，其中，抽吸腔(9)沿输送方向设在进口密封壁(5)之前，并穿过至少一个的进口(6)在至少一个的抽吸腔部分(9a)内沿至少一个行星齿轮(1)延伸到出口密封壁(7)，以及，压力腔(10)沿输送方向设在出口密封壁(7)之后，
-其中，总是只有两个起太阳轮或空心轮(3)作用的功能件之一制有与至少一个的行星齿轮(1)啮合的齿，以及，另一个功能件有至少一个密封区(11)，它设计为光壁状和能滑动地紧密贴靠在至少一个的行星齿轮(1)的部分圆周上和长度上，
-其中，有至少一个密封区(11)的另一个功能件旋转固定地与行星齿轮架(2)连接，以及
-为了将至少一个的抽吸腔部分(9)与至少一个的压力腔部分(10a)隔开，沿周向与至少一个的行星齿轮(1)错开地设至少一个从进口密封壁(5)一直延伸到出口密封壁(7)和隔壁(12)，隔壁(12)与具有至少一个光壁状密封区(11)的另一个功能件旋转固定和密封地连接，以及沿径向一直延伸到制有齿的那个功能件的齿的齿顶圆上。
2.按照权利要求1所述的螺旋挤压机-齿轮泵装置，其特征为：压力腔(10)通过至少一个的出口(8)在至少一个的压力腔部分(10a)内沿至少一个的行星齿轮(1)延伸到进口密封壁(5)。
3.按照权利要求1所述的螺旋挤压机-齿轮泵装置，其特征为：至少一个的隔壁(12)总是沿至少一个的行星齿轮(1)全部轴向长度大面积紧密地沿行星齿轮(1)的圆周贴靠在行星齿轮的齿上。
4.按照权利要求1至3之一所述的螺旋挤压机-齿轮泵装置，其特征为：总是设至少两个，尤其总是设至少四个行星齿轮(1)、隔壁(12)、进口(6)和出口(8)。
5.按照权利要求1至4之一所述的螺旋挤压机-齿轮泵装置，其特征为：至少一个的行星齿轮(1)和制齿的功能件的齿设计为斜齿。
6.按照权利要求5所述的螺旋挤压机-齿轮泵装置，其特征为：至少一个的隔壁(12)与斜齿相应沿轴向螺旋状延伸。
7.按照权利要求1至6之一所述的螺旋挤压机-齿轮泵装置，其特征为：至少一个的隔壁(12)与有至少一个密封区(11)的功能件设计成一体。
8.按照权利要求1至7之一所述的螺旋挤压机-齿轮泵装置，其特征为：空心轮(3)制有齿以及与太阳轮相应的功能件设有至少一个密封区(11)。
9.按照权利要求8所述的螺旋挤压机-齿轮泵装置，其特征为：行星齿轮架(2)与相应于太阳轮的功能件设计为一体。
10.按照权利要求8或9所述的螺旋挤压机-齿轮泵装置，其特征为：进口密封壁(5)或出口密封壁(7)与行星齿轮架(2)设计为一体。
11.按照权利要求8至10之一所述的螺旋挤压机-齿轮泵装置，其特征为：空心轮(3)与泵壳(4)围绕空心轮(3)的部分设计为一体。
12.按照权利要求8至11之一所述的螺旋挤压机-齿轮泵装置，其特征为：进口密封壁(5)的外径不同于尤其小于出口密封壁(7)的外径。
13.按照权利要求8至12之一所述的螺旋挤压机-齿轮泵装置，其特征为：为了能改变齿轮泵(18)的输送容积，行星齿轮架(2)与相应于太阳轮的功能件以及进口密封壁(5)和出口密封壁(7)一起，可沿轴向相对于空心轮(3)移动一个移动距离w地装在泵壳(4)内部。
14.按照权利要求13所述的螺旋挤压机-齿轮泵装置，其特征为：进口密封壁(5)的厚度d(沿移动方向看)大于最大的移动距离w。
15.按照权利要求1至14之一所述的螺旋挤压机-齿轮泵装置，其特征为：至少一个的行星齿轮(1)和/或具有与此至少一个的行星齿轮(1)啮合的齿的功能件，至少在其齿的表面附近的区域内设计为软弹性的。
16.按照权利要求15所述的螺旋挤压机-齿轮泵装置，其特征为：齿总是由一个在加工技术上大公差的金属的齿轮基体(13)在制齿的区域内与一个弹性的包壳(14)，尤其橡胶或热塑性弹性体的包壳构成。
17.按照权利要求1至16之一所述的螺旋挤压机-齿轮泵装置，其特征为：空心齿轮(3)或至少一个行星齿轮(1)的齿交替或部分设计为有不同高度的齿，或在有多个行星齿轮(1)的情况下，这些行星齿轮(1)中至少一个的齿有与其他行星齿轮不同的齿高。
18.按照权利要求1至17之一所述的螺旋挤压机-齿轮泵装置，其特征为：在一根或多根蜗杆轴(17)的输送末端(19)的螺纹线数，总是和与之相连的齿轮泵(18)的行星齿轮(1)数量相等。
19.按照权利要求18所述的螺旋挤压机-齿轮泵装置，其特征为：蜗杆轴(17)位于输送末端(19)前的部分的螺纹线数，总是在输送末端(19)处的螺纹线数的一半这么多。
20.按照权利要求1至19之一所述的螺旋挤压机-齿轮泵装置，其特征为：齿轮泵(18)中的制齿设计为斜齿，以及，就螺旋挤压机(15)输送方向而言，制齿总是与蜗杆轴(17)的螺旋线斜度相反。
21.按照权利要求1至20之一所述的螺旋挤压机-齿轮泵装置，其特征为：蜗杆轴(17)总是设置为能与行星齿轮架(2)和相应于空心齿轮的功能件以及进口与出口密封壁(5、7)一起轴向移动。
22.按照权利要求1至21之一所述的螺旋挤压机-齿轮泵装置，其特征为：沿输送方向在齿轮泵(18)之后设销钉圆柱挤压区(20)。
23.按照权利要求22所述的螺旋挤压机-齿轮泵装置，其特征为：在一根蜗杆轴(17)上沿轴向前后设两台齿轮泵(18)，其中，沿输送方向的第二台齿轮泵(18)直接设在真空除气区(21)后面，真空除气区与销钉圆柱挤压区(20)相连。
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