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Spinnpumpe, insbesondere Zahnradpumpe Die Erfindung betrifft eine
Spinnpumpe, insbesondere Zahnradpumpe zum Födern und Dosieren schmelzflüssiger thermoplastischer
Kunststoffe.
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Eine derartige Spinnpumpe ist durch DE-GM 73 18 553 bekannt.
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Bei dieser Spinnpumpe ist die Pumpenwelle in den die Pumpenräder abdeckenden
Seitenplatten gleitend gelagert und ragt mit einem polygonalen Zapfen aus der Seitenplatte
axial heraus. Bei dieser Spinnpumpe erfolgt die Schmierung der Gleitlager der Pumpenwelle
durch die Schmelze. Dabei besteht das Problem, das Austreten der Schmelze durch
das Gleitlager der Antriebswelle zu verhindern.
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Hierfür wird ein Dichtgehäuse auf die Seitenplatte, die von der Pumpenwelle
axial durchdrungen ist, aufgesetzt. Dieses Dichtgehäuse hat eine kreiszylindrische
und zur Pumpenwelle gleichachsige Dichtkammer. Die Dichtkammer nimmt ein Kupplungsglied
auf, das zur kardanische Verbindung der Pumpenwelle mit der Antriebswelle an beiden
Seiten eine polygonale Ausnehmung hat. In die polygonalen Ausnehmungen greift einerseits
die Pumpenwelle und andererseits die Antriebswelle mit einem entsprechenden potygonalen
Ende ein. Dabei besitzt das Kupplungsglied gegenüber beiden Wellen eine gewisse
axiale Beweglichkeit. Beide Ausnehmungen sind axial voneinander durch eine Zwischenwand
getrennt. Das Kupplungsglied ist mit radialem Spiel und geringer axialer Beweglichkeit
nach Art eines Kolbens in die Dichtkammer eingepaßt. 3as Kupplungsglied wird auf
der Lagerseite it-l axialer Wichtung mit dem Schmelzedruck der aus dem Gleitlager
austretenuen Schmelze beaufschlagt.
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Dadurch legt sich das Kupplungsgied mit seiner freien Stirnfläche
dichtend an die Seitenwand des eitengehäuses an, und zwar in dem ringförmigen Bereich,
der das Loch der Seitenwand umgibt, durch welches die Antriebswelle in das Dichtgehäuse
und
die entsprechende polygonale Ausnehmung des Kupplungsglieaes ragt.
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3ei dem Betrieb einer derartigen Spinnpumpe hat sich herausgestellt,
daß das Kupplungsglied keine zuverlässige Dichtung der Dichtkammer bewirkt. Der
störungsfreie Einsatz einer Vielzahl von Spinnpumpen zeigt zwar, daf das Dichtprinzip
funktionsfähig ist. Doch konnte bisher nicht ermittelt werden, warum einige dieser
Spinnpumpen im Versuch und bei statischer Druckbeaufschlagung völlig dicht sind,
im Betrieb jedoch eine Lekage am Durchtrittsloch für die Antriebswelle zeigen. Dieses
Problem konnte nun durch die s/eitere,überraschenù einfache Maßnahme behoben weraen,
daß die Anlageflächen der polygonalen Kupplungsstücke in Achsrichtung ballig ausgeführt
werden.
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Das bedeutet, daß die Anlageflächen des polygonalen Endes der Antriebswelle
und/oaer die Anlageflächen der polygonalen Ausnehmung des Kupplungsstückes mit in
Achsrichtung konvexer 's!clbung ausgebildet werden. Die Mantellinien dieser Anlageflächen,
die die pumpenachse senkrecht kreuzen sind Gerade.
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Dieser Lösung liegt folgende Theorie zugrunde, die inzwischen durch
Versuche verifiziert wurde: trotz geringer Fertigungs-und Einbautoleranzen ist es
nicht vermeidbar, daß Antriebswelle und Pumpenwelle nicht genau miteinander fluchten.
Im Gegenteil: das Kupplungsglied dient gerade der Korrektur solcher rluchtfehler.
Beim Verkanten der Antriebswelle gegenüber der Pumpenwelle dürften sich die Anlageflächen
des polygonalen Endes der Antriebswelle einerseits und der polygonalen Ausnehmung
andererseits nicht mehr in einer zur Achse parallelen Linie berühren, sondern lediglich
noch in zwei Punkten oder eingegrenzten Flächenbereichen. Diese Punkte bzw.
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Flächenbereiche dürften einen relativ großen axialen Abstand haben;
daher verursachen die in diesen Punkten bzw. Flächenbereichen angreifenden Antriebskräfte
auch ein auf das Kupplungsglied einwirkende Kippmoment um eine die Pumpenachse kreuzende
Kippachse.
Durch die ballige Ausführung der polygonalen Anlageflächen gelingt es nun, die Angriffspunkte
bzw. Flächenbereiche axial so nah zusammenzurücken, daß das ausgeübte Kippmoment
nicht mehr groß genug ist, um die dichtende Anlage der Stirnfläche des Kupplungsgliedes
an der Seitenwand der Dichtkammer aufzuheben.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand der ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung näher erläutert.
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In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt einer Zahnradpumpe
gemäß der Erfindung; Fig. 2 den Schnitt entlang der Linie II - II in Fig. mit der
Polygonkupplung in der Ansicht (ausschnittvergrößert) Fig. 3a einen Schnitt gemäß
Fig. 2, jedoch mit um 900 gedrehter Kupplung; Fig. b die Polygonkupplung mit ballig
ausgebildeten Fig. 3c Anlageflächen gemä der Erfindung.
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Die Zahnradpumpe nach dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist aus
den ebenen Platten A 5 2, 3, 4, 5 und 6 aufgebaut.
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Die Platten 2 und 4 sind die sogenannten Brillenplatten und weisen
sich teilweise überschneidende Bohrungen auf, in denen die miteinander kämmenden
Zahnräder 9 bis ,2 liegen. Die beiden Pumpensätze werden durch die Platten 1 und
5 sowie die Zwischenplatte 3 abgeschlossen. Die Zahnräder 9 und A 1 sind mit der
Pumpenwelle 7 durch Paßfedern drehfest verbunden.
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Die Pumpenwelle 7 wird von der Motor- oder Getriebewelle 20 über ein
Kupplungsglied 16 angetrieben, worauf später noch eingegangen wird. Die Zahnräder
"O und 12 sind frei drehbar auf einer in den Platten ^, 3 und 5 befestigten Hohlwelle
8 gelagert. Die Pumpenauslässe für die beiden Pumpensätze sind mit 3 und 14 bezeichnet.
Die weiteren Kanäle, insbesondere
die Saugkanäle für die beiden
Lumpensätze sind in Fig. 1 nicht dargestellt; sie sind jedoch in dem eingangs erwähnten
DE-G 7 8 553, auf welches hier Bezug genommen wird, detailliert beschrieben. 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 Zahnräder 9 und 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 ,5 verbunden,
die in die Seitenplatte 5 eingebracht sind und in dieser V-förmig aufeinanaertreffen,
ohne die Stirnwand der Seitenplatte 5 zu durchstoßen.
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Die Pumpenwelle 7 trägt einen polygonalen Zapfen, der beispielsweise
als Vier- oder Sechskant ausgebildet ist. Er ragt in eine entsprechende Ausnehmung
des Kupplungsgliedes 16. Das Kupplungsglied ist 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. U 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 der Druck der aus
dem benachbarten Gleitlager der Pumpenwelle austretenden Schmelze gegen die Dichtscheibe
21 gedrückt. Dadurch liegt der ringförmige Bereich der Stirnfläche des Kupplungsgliedes,
welcher die polvgonale Ausnehmung umgibt, dichtend an dem ringförmigen Bereich der
Dichtscheibe, die das Durchtrittsloch für die Antriebswelle 20 umgibt. In diesem
Bereich können die Dichtscheiben und/oder das Kupplungsglied mit Materialien besetzt
sein, die auch bei Trockenlauf gute Gleit- und Verschließeigenschaften haben.
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Die Fig. 2 und Fig. 3a soll nun insbesondere zur Veranschau-
lichung
der dieser erfindung zugrunde liegenden Theorie dienen.
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Fig. 2 zeigt den +uerschnitt des W'ellenendes 22 in der Polygonkupplung
16, welche mit radialem Spiel 8 in die Seitenplatte 6 der Pumpe eingebaut ist. Zur
Lbertragung des Drehmomentes der Motor- oder Getriebewelle 20 auf die Pumpenwelle
7 stützt diese sich entsprechend der Darstellung in Fig. 2 in der Ausnehmung 19
ab. Sofern die beiden Wellen gleichachsig angeordnet sind, liegt dabei an den Stellen,
an denen das Kräftepaar K1 angreift, Linienpressung über die Länge in die Ausnehmung
19 eingetauchten Wellenendes 22 vor. Sobald jedoch Fluchtungsfehler der beiden Wellen
7 und 20 entsprechend einem Winkel alpha in Fig. 3a bis 3c vorliegen, die bei der
Montage der Antriebswelle 20 nur mit großem Aufwand vermieden werden können, tritt
ein Kippmoment mit den Kräften K2 auf, welches zu einem Verkanten der Polygonkupplung
16 in der Dichtkammer 18 führt. Hierbei hebt die Kupplung 16 der Dichtungsscheibe
21 teilweise ab, so daß unter Druck stehende Schmelze austreten kann.
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Bei der Ausbildung der Polygonkupplung nach der Erfindung, vor allem
den Figuren 3b bzw. 3c ist die Anlagefläche der Ausnehmung 19 für das Wellenende
22 der Motor- oder Getriebewelle 20 einseitig ballig ausgebildet, wie dies mit der
Bezugszahl 23 verdeutlicht ist. Die Folge der balligen Ausbildung der Anlagefläche
ist, daß bei gleicher Winkelverlagerung alpha der Wellen 7 und 20 das Kippmoment
auf die Polygonkupplung 16 erheblich kleiner wird, da der zwischen den Angriffspunkten
der Kippkräfte K3 bzw. K4 ausgebildete Hebelarm stark verkleinert ist. Dadurch überwiegt
das durch den Schmelzedruck ausgeübte Gegenmoment dieses Kippmoment.
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Das Verkanten der Kupplung 16 wird vermieden. Das Kupplungsglied wird
gegen die Dichtscheibe 21 auf ihrem gesamten Umfang gleichmäßig angepreßt. Es tritt
keine Schmelze mehr aus.
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Fig. 3c zeigt eine modifizierte Ausführung der Anlagefläche der Kupplung.
Hier sind die Anlage flächen der Ausnehmung 19 im Querschnitt stark gekrümmt und
als Wülste 24 ausgebildet.
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Hierdurch wird eine noch stärkere Verringerung des Kippmoments an
der Polygonkupplung 16 erzielt. Eine solche Ausführung, die in Fig. 3c bewußt übertrieben
dargestellt ist, wird gewählt, wenn zur Dichtung nur ein geringer Schmelzedruck
zur Verfügung steht.
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Es sei erwähnt, daß alternativ oder zusätzlich die Anlageflächen des
polygonalen Wellenendes 22 der Antriebswelle 20 in Achsrichtung ballig ausgeführt
werden können.
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BEZUGSZEICHRENAUFSTELLUNG Platte, Seitenplatte 2 Platte, Seitenplatte
3 Platte, Seitenplatte 4 Platte, Seitenplatte 5 Platte, Seitenplatte 6 Platte, Seitenplatte,
Abdeckplatte 7 Pumpenwelle 8 Hohlwelle 9 Zahnrad 10 Zahnrad 11 Zahnrad 12 Zahnrad
13 Pumpenauslaß 14 Pumpenauslaß 15 V-förmige Sacklochbohrungen in Platte 5 16 Kupplung,
Polygonkupplung, Kupplungsglied 17 Zapfen 18 Bohrung 19 Ausnehmung, Dichtkammer
20 Motor-, Getriebewelle, Antriebswelle 21 Dichtungsscheibe, Seitenwand 22 Wellenende,
polygonales Wellenende 23 ballige Anlagefläche 24 ist