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Die Erfindung betrifft eine Spinnpumpe zur Erzeugung mehrerer Teilströme gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bei der Herstellung von synthetischen Fäden werden diese durch mehrere nebeneinander in einem beheizten Spinnbalken angeordnete Spinndüsen extrudiert. Um jeder der an dem Spinnbalken gehaltenen Spinndüsen einen Polymerschmelzestrom zuführen zu können, werden üblicherweise Spinnpumpen eingesetzt, die mehrere Fördermittel zur Erzeugung mehrerer Teilströme aufweisen. So wird jeder Teilstrom der Spinnpumpe unmittelbar einer der Spinndüsen zugeleitet. Eine derartige Spinnpumpe ist beispielsweise aus der
WO 2000/034554 A1 bekannt.
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Die bekannte Spinnpumpe weist mehrere Fördermittel auf, die gemeinsam durch eine Antriebswelle angetrieben werden. Die Fördermittel sind durch mehrere Zahnräder gebildet, wobei die Teilströme durch jeweils eine Zahnradpaarung der Zahnräder erzeugt werden. So weist die Spinnpumpe zumindest einen zentralen Pumpeneinlass und mehrere separate Pumpenauslässe auf. In der Praxis ist nun das Problem aufgetreten, dass je nach Beschaffenheit der Spinndüsen die Teilströme mit sehr unterschiedlichen Überdrucken gefördert werden müssen. Hierbei ist es üblich, die Spinnpumpe im Antriebsstrang mit einer das Drehmoment begrenzenden Sicherheitseinrichtung abzusichern. Bei Erreichen eines bestimmten Drehmomentes unterbricht diese Sicherheitseinrichtung die Drehmomentübertragung, um Beschädigungen der beteiligten Komponenten zu vermeiden. Derartige Sicherheitseinrichtungen sind allgemein bekannt und werden zum Beispiel durch Scherstiftkupplungen oder freischaltende Sicherheitskupplungen ausgeführt.
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Bei derartigen bekannten Sicherheitseinrichtungen für eine Spinnpumpe kann diese nur als Gesamtheit geschützt werden. In dem Fall, dass das Antriebsmoment zur Erzeugung nur eines der Teilströme ansteigt, werden die zulässigen Grenzen noch nicht überschritten, obwohl gegebenenfalls bereits Beschädigungen an dem zum zur Erzeugung des Teilstroms beteiligten Pumpen- und Maschinenteilen eintreten könnten.
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Grundsätzlich ist es aus dem Stand der Technik beispielsweise aus der
DE 10 2005 046 286 A1 bekannt, eine Drucküberwachung an jedem der Teilströme vorzunehmen. Hierzu können beispielsweise Überdruckventile und / oder Drucksensoren den Teilströmen zugeordnet werden. Derartige Sicherheitseinrichtungen erfordern jedoch einen erheblichen zusätzlichen apparativen Aufwand. Zudem ist die Umgebung der Spinnpumpe aufgrund der hohen Temperaturbelastungen im Bereich des Spinnbalkens ungeeignet, um Druckventile oder Drucksensoren zu integrieren.
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Es ist nun Aufgabe der Erfindung, die gattungsgemäße Spinnpumpe zur Erzeugung mehrerer Teilströme derart weiterzubilden, dass eine Überlastung einzelner Teilströme vermieden wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die den Pumpenauslässen zugeordneten Auslasskanäle durch mehrere Druckausgleichseinrichtungen hydraulisch miteinander verbunden sind.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale und Merkmalskombinationen der Unteransprüche definiert.
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Die Erfindung besitzt den besonderen Vorteil, dass die Pumpenauslässe über eine Druckausgleichseinrichtung hydraulisch koppelbar sind. So können sich die in einem der Teilströme auftretenden Druckerhöhungen unmittelbar auf benachbarte Teilströme auswirken und insgesamt zu einer Erhöhung des Druckniveaus in den gekoppelten Teilströmen führen.
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Als eine besonders betriebssichere Ausführung hat sich die Weiterbildung der Erfindung bewährt, bei welcher die Druckausgleichseinrichtungen jeweils durch einen Kolben und einem Führungskanal gebildet sind, welcher Kolben in dem Führungskanal frei geführt ist und welcher Führungskanal zwei benachbarte Auslasskanäle miteinander verbindet. So lässt sich bei einer Druckdifferenz zwischen den Teilströmen an den Auslasskanälen der im Führungskanal geführte Kolben verschieben. Durch die Verschiebung des Kolbens gelangt dieser zumindest teilweise in den benachbarten Auslasskanal und führt zur Drosselung des benachbarten Teilstroms. Die Verschiebung des Kolbens wird erst dann gestoppt, wenn bei beiden Teilströmen ein gleicher Ausgangsdruck vorherrscht.
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Um einerseits eine sichere Führung des Kolbens in dem Führungskanal zu halten und andererseits eine ausreichende Drosselwirkung in den angeschlossenen Auslasskanälen zu erhalten, ist die Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, bei welcher die Kolben der Druckanstiegseinrichtungen jeweils eine Länge aufweisen, die größer ist als eine halbe Länge des Führungskanals.
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Hierbei weisen die Führungskanäle der Druckausgleichseinrichtungen vorzugsweise jeweils einen Durchmesser auf, der kleiner oder gleich groß einem Querschnitt der Auslasskanäle ist. Damit können selbst bei geringen Verschiebungen des Kolbens bereits große Drosselwirkungen in den Auslasskanälen erreicht werden.
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Damit die Teilströme in ihrer Durchflussmenge im Wesentlichen konstant gehalten werden können, ist die Weiterbildung der Erfindung bevorzugt ausgeführt, bei welcher zwischen den Kolben und den Führungskanälen der Druckausgleichseinrichtungen jeweils eine Spaltdichtung ausgebildet ist. Insoweit wird ein Volumenaustausch der Teilströme weitestgehend vermieden.
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Als weitere Absicherung der Teilströme ist die Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, bei welcher die Führungskanäle über mehrere Entlastungskanäle mit dem Pumpeneinlass verbunden sind, wobei die Entlastungskanäle in den Führungskanälen durch die Kolben verschließbar oder freigebbar sind. Damit lässt sich ein kritischer Überdruck in einem der Teilströme durch eine Verbindung zum Pumpeneinlass vermeiden.
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Um einen Ausgleich aller von der Spinnpumpe erzeugten Teilströme zu erhalten, ist des Weiteren vorgesehen, dass die Druckausgleichseinrichtungen über die Auslasskanäle miteinander verbunden sind und zusammenwirken. Damit wird eine hydraulische Kopplung aller Pumpenauslässe an der Spinnpumpe erreicht.
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Hierzu sind die Führungskanäle in einer gemeinsamen Ausgleichsebene angeordnet, so dass die Kolben zum Drosseln der Auslasskanäle zusammenwirken.
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Je nach Beschaffenheit der Spinnpumpe können die Druckausgleichseinrichtungen separat in einem Adapter ausgebildet sein, der mit einem Pumpengehäuse druckdicht verbunden ist und der die den Pumpenauslässen nachgeordneten Auslasskanäle enthält. Diese Weiterbildung der Erfindung ist besonders geeignet, um vorhandene Spinnpumpen mit derartigen Sicherheitseinrichtungen nachzurüsten.
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Alternativ besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Druckausgleichseinrichtungen innerhalb eines Pumpengehäuses anzuordnen, wobei die Auslasskanäle sich zwischen den Fördermitteln und den Pumpenauslässen erstrecken.
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Um eine möglichst große Anzahl von Teilströmen in einer kompakten Anordnung erzeugen zu können, werden die Fördermittel bevorzugt durch mehrere Planetenzahnräder und ein angetriebenes Sonnenrad gebildet.
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Hierbei können die Radsätze einreihig oder mehrreihig hintereinander angeordnet sein.
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Die erfindungsgemäße Spinnpumpe ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezug der beigefügten Figuren näher erläutert.
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Es stellen dar:
- 1 schematisch eine Querschnittsansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Spinnpumpe,
- 2 schematisch eine Schnittansicht der Druckausgleichseinrichtungen an der Unterseite des Ausführungsbeispiels nach 1,
- 3 schematisch eine Schnittansicht der Druckausgleichseinrichtungen an der Unterseite des Ausführungsbeispiels nach 1 in geänderter Betriebssituation,
- 4 schematisch eine Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Spinnpumpe,
- 5 schematisch eine Querschnittsansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Spinnpumpe.
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In der 1 ist schematisch eine Querschnittsansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Spinnpumpe schematisch dargestellt. Das Ausführungsbeispiel weist ein plattenförmiges Pumpengehäuse 1 auf, das aus einer Deckplatte 1.1, einer Mittelplatte 1.2 und einer Anschlussplatte 1.3 besteht. Zwischen der Deckplatte 1.1 und der Anschlussplatte 1.3 sind mehrere Fördermittel angeordnet und von der Mittelplatte 1.2 umschlossen. Die Fördermittel sind durch einen Planetenradsatz gebildet, wobei in 1 zwei der Fördermittel 3.1 und 3.2 dargestellt sind. Die Fördermittel 3.1 und 3.2 werden durch jeweils ein Planetenzahnrad 5.1 und 5.2 sowie ein mittig angeordnetes Sonnenzahnrad 4 gebildet. Das Sonnenzahnrad 4 ist am Umfang einer Antriebswelle 2 angeordnet. Die Antriebswelle 2 ist hierzu mit einem Ende in der Anschlussplatte 1.3 und in der Deckplatte 1.1 gelagert. Die Antriebswelle 2 durchdringt die Deckplatte 1.1 und ist außerhalb des Pumpengehäuses 1 mit einem hier nicht näher dargestellten Antrieb gekoppelt.
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Die Planetenzahnräder 5.1 und 5.2 sind jeweils über Radachsen 6.1 und 6.2 drehbar gelagert, wobei die Radachsen 6.1 und 6.2 zwischen der Deckplatte 1.1 und der Anschlussplatte 1.3 gehalten sind.
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Dem Sonnenzahnrad 4 sind um einen Winkel von 90° versetzt zwei weitere hier nicht dargestellte Planetenzahnräder zugeordnet, so dass die Spinnpumpe insgesamt vier Fördermittel aufweist. Der Aufbau der hier nicht dargestellten Fördermittel ist identisch, so dass die in 1 dargestellte Querschnittsansicht äquivalent den Aufbau der übrigen Fördermittel darstellen könnte.
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An der Unterseite der Anschlussplatte 1.3 ist ein zentraler Pumpeneinlass 7 ausgebildet. Der Pumpeneinlass 7 ist als Sacklochbohrung ausgeführt, wobei jedem Fördermittel 3.1 und 3.2 ein separater Einlasskanal 7.1 und 7.2 zugeordnet ist, die den Pumpeneinlass 7 mit einer in der Mittelplatte 1.2 ausgebildeten Saugkammer verbindet. In der 1 sind hierzu die Einlasskanäle 7.1 und 7.2 gestrichelt dargestellt.
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Auf einer dem Zahneingriff der Planetenzahnräder 5.1 und 5.2 gegenüberliegenden Seite zur Saugkammer ist in der Mittelplatte 1.2 eine Druckkammer ausgebildet. Da die Funktionsweise einer Zahnradpumpe hinlänglieh bekannt ist, wird auf eine nähere Darstellung der Saugkammer und der Druckkammer hier verzichtet.
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Die Druckkammer der Fördermittel 3.1 und 3.2 sind jeweils mit einem separaten Pumpenauslass 8.1 und 8.2 an der Unterseite der Anschlussplatte 1.3 durch Pumpenauslasskanäle 9.1 und 9.2 verbunden. Die Pumpenauslasskanäle 9.1 und 9.2 durchdringen hierzu die Anschlussplatte 1.3.
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Wie aus der Darstellung in 1 hervorgeht, ist die Anschlussplatte 1.3 mit einer Adapterplatte 10 druckdicht verbunden. Die Adapterplatte 10 weist koaxial zu dem Pumpeneinlass 7 einen Einlaufkanal 14.1 auf, der an der Unterseite der Adapterplatte 10 einen Einlass 14 bildet.
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Koaxial zu den Pumpenauslässen 8.1 und 8.2 sowie die hier nicht näher dargestellten Pumpenauslässen 8.3 und 8.4 weist die Adapterplatte 10 jeweils einen Auslasskanal 9.1' bis 9.4' auf, die an der Unterseite der Adapterplatte mehrere Auslässe 15.1 bis 15.4 bilden. In 1 sind nur die Auslasskanäle 9.1' und 9.2' sowie die Auslässe 15.1 und 15.2 dargestellt.
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Zur weiteren Erläuterung der Adapterplatte 10 wird nachfolgend auch Bezug zur der 2 genommen. In der 2 ist eine Schnittansicht der Adapterplatte 10 gezeigt.
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Wie aus der Darstellung in 2 hervorgeht, sind die Auslasskanäle 9.1' bis 9.4' durch mehrere Druckausgleichseinrichtungen 11.1 bis 11.4 hydraulisch miteinander verbunden. Die Druckausgleichseinrichtungen 11.1 bis 11.4 sind identisch ausgeführt und über die Auslasskanäle 9.1' bis 9.4' miteinander verbunden. Jeder der Druckausgleichseinrichtungen 11.1 bis 11.4 weist einen Führungskanal 13.1 bis 13.4 auf, der jeweils zwei benachbarte Auslasskanäle 9.1' und 9.2', 9.2' und 9.3', 9.3' und 9.4' sowie 9.4' und 9.1' miteinander verbindet. Die Führungskanäle 13.1 bis 13.4 sind hierzu in einer gemeinsamen Ausgleichsebene angeordnet. In jedem der Führungskanäle 13.1 bis 13.4 ist jeweils ein Kolben 12.1 bis 12.4 frei beweglich geführt. Die Kolben 12.1 bis 12.4 sind jeweils über eine Spaltdichtung 17 in den Führungskanälen 13.1 bis 13.4 geführt, so dass die Auslasskanäle 9.1' bis 9.4' gegeneinander abgedichtet sind. Die Adapterplatte 10 ist vorzugsweise durch zwei Hälften gebildet, um die Druckausgleichseinrichtungen 11.1 bis 11.4 aufzunehmen.
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Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Kolben 12.1 bis 12.4 der Druckausgleichseinrichtungen 11.1 bis 11.4 jeweils in einer Neutralstellung innerhalb der Führungskanäle 13.1 bis 13.4 zwischen den Auslasskanälen 9.1' bis 9.4' gehalten. Diese Stellung entspricht einem Betriebszustand, bei welchem die Fördermittel der Spinnpumpe Teilströme erzeugen, die im Wesentlichen einen gleichen Überdruck aufweisen.
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Im Betrieb wird bei der in 1 dargestellten Spinnpumpe die Antriebswelle 3 angetrieben, so dass das Sonnezahnrad 4 die im Eingriff befindlichen Planetenzahnräder 5.1 und 5.2 antreibt. Dabei wird eine über den Pumpeneinlass 7 zugeführte Polymeerschmelze gefördert und über die Auslasskanäle 9.1 bis 9.4 als Teilströme in den Pumpenauslässen 8.1 bis 8.4 zugeführt.
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Für den Fall, dass die Teilströme aufgrund angeschlossener Spinndüsen oder sonstiger Verbraucher einen gleichen Überdruck aufweisen, bleiben die Druckausgleichseinrichtungen 11.1 bis 11.4 in ihren Neutralstellungen. Die Neutralstellung der Druckausgleichseinrichtung 11.1 bis 11.4 ist in der Darstellung in 2 gezeigt. In dieser Stellung sind die Austrittsquerschnitte der Auslasskanäle 9.1' bis 9.4' frei und die Kolben 12.1 bis 12.4 verharren in den Führungskanälen 13.1 und 13.4.
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In der 3 ist nun ein Betriebszustand dargestellt, bei welcher in einem der Teilströme ein unzulässiger Druckanstieg vorliegt. So ist beispielsweise in dem Teilstrom des Auslasskanals 9.1' ein erhöhter Druck aufgetreten. Der Druckanstieg in den Auslasskanal 9.1' wirkt sich unmittelbar auf die Druckausgleichseinrichtungen 11.1 bis 11.4 derart aus, dass in den benachbarten Teilströmen der Ausgleichskanäle 9.2' bis 9.4' ebenfalls ein Druckanstieg erzeugt wird, so dass die Drehmomentbelastung an der Pumpe insgesamt ansteigt.
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Wie aus der Darstellung in 3 hervorgeht, wird in der Druckausgleichseinrichtung 11.1 der Kolben 12.1 innerhalb des Führungskanals 13.1 derart verschoben, dass der Kolben 12.1 in den Querschnitt des Auslasskanals 9.3' eintritt. In soweit findet eine Drosselung des Teilstroms in dem Auslasskanal 9.3' statt. Die dadurch eintretende Druckerhöhung in dem Auslasskanal 9.3' führt zu einer Verschiebung des Kolbens 12.2 in dem Führungskanal 13.2 der angeschlossenen Druckausgleicheinrichtung 11.2. Ebenso werden die Kolben 12.3 und 12.4 aufgrund der geänderten Druckverhältnisse in den Teilströmen verschoben, so dass ein hydraulischer Ausgleich in den Teilströmen und deren Drücken stattfindet. Die Austrittsquerschnitte der Auslasskanäle 9.2', 9.3' und 9.4' werden gedrosselt, so dass an jedem der Teilströme ein entsprechender Druckanstieg gemäß dem Überdruck des Teilstroms in dem Auslasskanal 9.1' stattfindet. So steigt auf allen Auslasskanälen der Druck an und das Gesamtantriebsmoment der Pumpe steigt entsprechend an. Dieses Antriebsdrehmoment der Pumpe könnte dann über eine übliche Sicherheitseinrichtung erkannt werden und bei Überschreitung zulässiger Grenzen abgestellt werden.
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Um eine Überbelastung in einzelnen Teilströmen zu verhindern, ist in 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Spinnpumpe dargestellt, wobei 4 nur die Schnittansicht der Adapterplatte 10 zeigt. Die Spinnpumpe des Ausführungsbeilspiels nach 4 ist identisch zu dem vorgenannten Ausführungsbeispiel, so dass an dieser Stelle Bezug zu der vorgenannten Beschreibung genommen wird und nur die Unterschiede erläutert werden.
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Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die Druckausgleichseinrichtungen 11.1 bis 11.4 eine Überlastsicherung auf. Hierzu sind die Führungskanäle 13.1 bis 13.4 jeweils durch einen Entlastungskanal 16.1 bis 16.4 mit dem Einlasskanal 14.1 gekoppelt. Die Öffnungen der Entlastungskanäle 16.1 bis 16.4 sind durch die in dem Führungskanal 13.1 bis 13.4 geführten Kolben 12.1 bis 12.4 verschlossen. Nur in einem Extremfall, in dem ein Kolben seine Endlage innerhalb des Führungskanals 13.1 bis 13.4 erreicht, wird eine Öffnung der Entlastungskanäle 16.1 bis 16.4 freigegeben. Diese Situation ist in 4 schematisch dargestellt. Die Kolben 12.1 bis 12.4 weisen eine Länge auf, die größer ist als eine halbe Länge einer der Führungskanäle 13.1 bis 13.4. Damit können sowohl die Drosselung und die Sperrung der Entlastungskanäle gewährleistet werden.
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Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach 3 der Druckanstieg in den Auslasskanal 9.1' noch angestiegen, so dass der Kolben 12.1 in seine Endlage geführt ist. In dieser Situation wird der Auslasskanal 9,1' über den Führungskanal 13.1 mit dem Entlastungskanal 16.1 verbunden. Somit kann ein weiterer Druckanstieg in dem Auslasskanal 9.1' und dem dazugehörigen Teilstrom begrenzt werden.
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Bei dem in 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispielen der Druckausgleichseinrichtungen 11.1 bis 11.4 sind die Durchmesser der Führungskanäle annähernd so groß wie die Querschnitte der Auslasskanäle ausgeführt. Ebenso erstrecken sich die Kolben innerhalb der Führungskanäle zumindest über die halbe Länge der Führungskanäle. Die gewählten Geometrien sind hierbei jedoch beispielhaft. Grundsätzlich können die Querschnittsverhältnisse der Austrittskanäle, der Kolben und der Führungskanäle variiert werden.
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In 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Spinnpumpe schematisch in einer Querschnittsansicht dargestellt. Das Ausführungsbeispiel nach 5 ist im Wesentlichen identisch zu dem Ausführungsbeispiel nach 1, so dass an dieser Stelle nur die Unterschiede erläutert werden und ansonsten Bezug zu der vorgenannten Beschreibung gegeben wird.
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Bei dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Druckausgleichseinrichtungen 11.1 bis 11.4 innerhalb des Pumpengehäuses 1 integriert. Hierzu sind die Führungskanäle 13.1 bis 13.4 und die Kolben 12.1 bis 12.4 in der Anschlussplatte 1.3 integriert. Die Funktion ist hierbei identisch zu dem Ausführungsbeispiel nach 1 und 2.
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Die erfindungsgemäße Spinnpumpe ist besonders geeignet, um einen Mehrzahl von Spinndüsen mit einem Teilstrom der Polymeerschmelze zu versorgen. Hierzu können auch mehr als vier Fördermittel innerhalb eines Pumpengehäuses integriert sein. So besteht die Möglichkeit, auch mehrere Planetenzahnradsätze hintereinander in einem Pumpengehäuse zu integrieren. Durch die hydraulische Kupplung der Pumpenauslässe wird eine Überlastung einzelner Teilströme vermieden.
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Die Ausbildung der Druckausgleichseinrichtungen ist ebenfalls beispielhaft. So können auch alternative Kopplungselemente zur hydraulischen Verbindung genutzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2000/034554 A1 [0002]
- DE 102005046286 A1 [0005]
