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Die
Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe gemäß dem Oberbegriff von Anspruch
1.
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Eine
derartige Zahnradpumpe ist in der deutschen Patentanmeldung
10 2005 061667 vorgeschlagen
wurden. Eine derartige Zahnradpumpe die beispielsweise als Planetenzahnradpumpe
ausgebildet sein kann, zeichnet sich durch einen gleichmäßig hohen
Druck des ausgegebenen Medium aus, wobei eine volumetrische Förderung
hergestellt ist.
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Für die Aufbringung
und Erzeugung des recht hohen Drucks, der beispielsweise mehr als
500, bar aber auch 800 bar betragen kann, ist es erforderlich, das
Gehäuse
der Zahnradpumpe ausgesprochen stabil auszubilden. Gerade ausgangsseitig
der Zahnradpumpe wirken dennoch erhebliche Kräfte, gerade auch, wenn Zahnradpumpen
mit größerem Durchmesser
eingesetzt werden.
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Abgesehen
von dem Gehäuse
werden auch die eingesetzten Dichtungen erheblich belastet. Wenn
beispielsweise viskose Massen wie Kautschukmischungen oder dergleichen
gepumpt werden sollen, liegt typischerweise eine gegenüber Raumtemperatur
erhöhte
Temperatur vor. Bei deratigen Temperaturen ist die Bereitstellung
zuverlässiger Dichtungen
schwierig.
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Um
eine dauerhafte Dichtung bereitzustellen, ist es vorgeschlagen worden,
die Dichtung durch spielarme Passungen zwischen sich drehenden und feststehenden
Teilen bereitzustellen.
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Unter
der Voraussetzung von gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten
für stehende
und sich drehende Teile lassen sich hierdurch auch über den Arbeits-Temperaturbereich
ausreichende Strömungswiderstände bereitstellen,
wobei der Strömungswiderstand
durch die Realisierung durch sogenannten Labyrinthdichtungen noch
erhöht
werden kann.
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Nachteilig
bei derartigen Dichtungen, die praktisch einen materialgefüllten Ringspalt
aufweisen, auch wenn dessen Breite ausgesprochen gering ist, ist
das dort verbleibende Material auf Dauer Degradationen unterworfen,
und ausgangsseitig dementsprechend die Materialeigenschaften der
bereitgestellten Katschukmischungen verschlechtert.
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Ein
Problem in diesem Zusammenhang ist auch die Realisierung von Lagern.
Wenn anstelle von echten Dichtungen spielarme Passungen verwendet werden,
die einen Strömungswiderstand
bilden, sind auch für
die Pumpe bereitgestellte Lager dementsprechend nicht vollständig abgedichtet,
so dass sich beispielsweise Wälzkörper der
Lager im Material drehen.
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Daher
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Zahnradpumpe gemäß dem Oberbegriff von
Anspruch 1 zu schaffen, die die Probleme bei längerem Betrieb und insbesondere
beim Materialwechsel reduziert, aber die Lagerung insbesondere der
Achse der Zahnradpumpe vereinfacht.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Anspruch
1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß ist es
vorgesehen, dass ein Lagerspalt der Zahnradpumpe, insbesondere am Ausgang
der Zahnradpumpe, mit einem schraubenförmigen Kanal versehen ist,
so dass der sich drehende Teil wie ein Miniextruder wirkt.
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Zum
einen lässt
sich durch diese Maßnahme mit überraschend
einfachen Mitteln ein Materialaustausch gewährleisten, denn das im Ringspalt
verbleibende Material wird durch die Spiralnut gefördert.
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Besonders
günstig
ist es, wenn durch die Nut oder den Kanal des insofern gebildeten
Miniextruders die Förderung
in Haupt-Strömungsrichtung,
also weg von dem Planetenrad zum Ausgang hin, vorgesehen ist. Hierdurch
ist gewährleistet,
dass der Druckaufbau, der in dem Miniextruder vonstatten gehen,
in Strömungsrichtung
erfolgt. Ausgangsseitig des Miniextruders kann beispielsweise ein
Druck von mehreren Bar vorliegen, eingangsseitig hingegen von weniger
als 100 bar.
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Besonders
günstig
ist die hierdurch erzeugte Doppelfunktion des erfindungsgemäßen Spiralkanals:
Durch
den Differenzdruck wird der Lagerkonus mit dem Lagerzapfen in das
Lagergehäuse
in axialer Richtung hineingedrückt.
Die insofern an dieser Stelle bereitgestellte Kraft kompensiert
die Lagerkraft, die ohne diese Wirkung in axialer Richtung auf ein gegenüberliegendes
Drucklager ausgeübt
werden müsste.
Das Drucklager wird insofern deutlich entlastet und kann insofern
einfacher und langlebig ausgebildet sein.
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Besonders
günstig
in diesem Zusammenhang ist es, dass die aufgebrachte Lagerkompensationskraft
mit der Drehzahl zunimmt.
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Bei
einer größeren Leistung
der Zahnradpumpe und dementsprechend bei einer größeren erforderlichen
Drehzahl wird auch die Lagerkompensationskraft durch den erfindungsgemäßen Miniextruder
erhöht,
so dass das Axialgegenlager oder Drucklager gleichzeitig entlastet
wird.
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Die
Größe der erzeugten
Lagerkompensationskraft lässt
sich in weiten Bereichen durch die Gestaltung des Lagerkonus und
dementsprechend des Innenkonus des Lagergehäuses einstellen. Insbesondere
die Fläche
der dort vorgesehen, im Wesentlichen schnecken förmigen Nut, lässt sich
einstellen und damit der bereitgestellte Druck, aber auch die Fördermenge
des Extrudats.
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Die
Speisung des erfindungsgemäßen Miniextruders
kann bevorzugt über
den Ringspalt erfolgen, der zwischen der zylindrischen Lagerscheibe der
Zahnradpumpe und dem umgebenden Lagergehäuse besteht. Dort ist in an
sich bekannter Weise eine spielarme Passung vorgesehen, die aufgrund des
hohen Ausgangsdrucks des von der Zahnradpumpe zu fördernden
Materials dennoch zur Speisung mit geförderten Material führt. Dieses
Material wird dann erfindungsgemäß, sobald
es in den Bereich des Lagerkonus gelangt, im Miniextruder gefördert.
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Besonders
günstig
ist es auch, dass erfindungsgemäß auch bei
Materialwechsel des zu fördernden
Materials der Zahnradpumpe keine Verunreinigung zu befürchten ist.
Durch die schneckenförmige
Nut des Miniextruders lässt
sich der Lagerspalt des Hauptlagers der Zahnradpumpe praktisch leer pumpen,
so dass keine Verunreinigungen durch das zuvor verwendete Material
zu befürchten
sind.
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Weitere
Vorteile, Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
anhand der Zeichnung:
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Schnittansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zahnradpumpe;
und
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2 eine
schematische Darstellung eines Details aus 1.
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Die
in 1 dargestellte Zahnradpumpe 10 weist
eine Achse 12 auf, auf der sich das Planetenrad 14 dreht.
In an sich bekannter Weise kämmt
das Planetenrad 14 mit einer Mehrzahl von Sonnenrädern 16.
Es ist in einem Gehäuse 18 aufgenommen,
wobei das Gehäuse 18 aus
scheibenförmigen
Teilen ausgebaut ist, die gegeneinander verschraubt oder in anderer
Weise befestigt sind.
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Zu
dem Gehäuse 18 gehört auch
ein Lagergehäuse 20,
das das vordere Lager 22, also das austrittsseitige Lager,
der Zahnradpumpe 10 aufnimmt. Das Lager 22 ist
als Gleichlager ausgebildet und besteht aus einer Lagerscheibe 24,
einem Lagerkonus 26 und einem Lagerzapfen 28,
die je in zugehörigen und
hierzu passenden Abschnitten des Lagergehäuses 20 aufgenommen
sind.
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Während die
Lagerscheibe 24 und der Lagerzapfen 28 zur Aufnahme
radialer Lasten bestimmt sind, dient der Lagerkonus 26 zur
Aufnahme axialer Lasten.
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Erfindungsgemäß ist eine
Nut oder ein Kanal vorgesehen, der sich vom Beginn des Lagerkonus 26 an
der Lagerscheibe 24 ausgehend über den Lagerkonus 26 und
den Lagerzapfen 28 schneckenförmig erstreckt. Die Ausrichtung
dieser Nut oder dieses Kanals 30 ist so gewählt, dass
bei Drehung des Planetenrads 14 um die Achse 12 bei
Förderung
durch die Zahnradpumpen zugleich auch über die Lagerscheibe 24,
die drehfest mit dem Planetenrad 14 verbunden ist, Material über die
Nut oder den Kanal 30 gefördert wird.
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Dies
entspricht im Grunde der Förderwirkung einer
Extruderschnecke, so dass diese Anordnung insofern auch als Miniextruder
bezeichnet werden kann, wobei der Querschnitt der Nut deutlich,
beispielsweise um ein oder zwei Größenordnungen geringer als der
Strömungsquerschnitt
der Zahnradpumpe im Übrigen
ist.
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Erfindungsgemäß ist es
dementsprechend vorgesehen, dass über den insofern gebildeten
Miniextruder 32 Material, das über einen Ringspalt 34 bis zum
Lagerkonus 26 gelangt, dort weggefördert wird. Dies ermöglicht zum
einen die Reinigung des Ringspalts 34. Zum anderen entsteht über den
axialen Verlauf des Miniextruders 32 insofern ein Druckgradient. Während ausgangsseitig
des Miniextruders 32 ein hoher Druck vorliegt, liegt relativ
hierzu eingangsseitig ein niedriger Druck vor.
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Diese
Druckdifferenz lässt
sich erfindungsgemäß in Doppelfunktion
ausnutzen, indem ein Andruck zwischen dem Lagerkonus 26 und
dem zugehörigen
Innenkonus des Lagergehäuses 20 erzeugt wird.
Dieser Druck entlastet insofern das gegenüberliegende Drucklager für die Abstützung der
Zahnradpumpe an dem dem Lagergehäuse 20 gegenüberliegenden
Ende.
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Aus 2 ist
ersichtlich, dass im Bereich des Lagerkonus 26 insofern
ein vergleichsweise niedrigerer Druck besteht, während ausgangsseitig des Lagerzapfens
ein höherer
Druck besteht.
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Das
geförderte
Material verlässt
den Lagerzapfen 28, sobald ein entsprechender Rohrstummel 40 des
Lagergehäuses
verlassen wird. Dort und ausgangsseitig der Zahnradpumpe 10 im übrigen ist
gefördertes
Material mit einem hohen Druck vorhanden, beispielsweise mit 600
bar, wobei sichergestellt ist, dass der dort bestehende Ausgangsdruck des
Förderwirkung
des Miniextruders 32 nicht beeinträchtigt. In an sich bekannter
Weise ist der Lagerzapfen 28, der Lagerkonus 26 und
die Lagerscheibe 24 über
einen Schraubbolzen 42 mit Rundkopf an dem Planetenrad 14 befestigt.
Die hierdurch erzeugte Vorspannung erlaubt in Verbindung mit planen übergangsflächen zwischen
den einzelnen Bauteilen eine flüssigkeitsdichte
Abdichtung des sich drehenden zentralen Teils der Zahnradpumpe 10.