DE4125128A1 - Zahnradpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe zum Fördern schmelz­ flüssiger Polymere mit einer Dichtung der Antriebswelle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Pumpe ist durch die DE-PS 31 35 037 (Bag. 1212) bekannt. Dort ist die Luftdruckdichtung, die von der Entla­ stungszone aus betrachtet - an der Antriebsseite der Antriebs­ welle liegt und bei einer Druckdifferenz von 1 bar luftdicht ist, als Sperrflüssigkeitsvorlage ausgebildet, die in einen die Antriebswelle umschließenden Ringraum zwischen Stopfbuchspake­ ten eingeschlossen ist. Durch einen Dichtungsring, der dem Pumpeninnenraum zugewandt ist und einen Leckagestrom der Schnecke durch das Gleitlager zuläßt, sowie eine mit der Saugseite der Zahnradpumpe verbundene Entlastungszone erfolgt die Trennung der Luftdruckdichtung gegenüber dem Pumpeninnen­ raum.

Dabei hängt der Fluß des in dem Gleitlager zugelassenen Leckagestroms von dem Druckgefälle der Entlastungszone gegenüber einerseits der Eintrittsseite der Pumpe und anderer­ seits dem Wellenbereich der Luftdruckdichtung ab. Bei ungünsti­ gen Betriebszuständen kann es vorkommen, daß Schmelze bis zu der Luftdruckdichtung vordringt und diese außer Funktion setzt. Es soll jedoch verhindert werden, daß beim Anfahren der Pumpe im Vakuumbetrieb (beispielsweise Schmelzeaustrag aus einem Reaktionskessel) Luftsauerstoff in die Pumpe strömen und die Thermoplastschmelze schädigen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Wellendichtung für eine Schmelzeaustragspumpe zur Verfügung zu stellen, die bei jedem Betriebszustand der Pumpe derart eindeutige Druck­ verhältnisse herstellt, daß eine Schädigung der Luftdruck­ dichtung unmöglich ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem Kennzeichenteil des Anspruchs 1.

Aus dem Stand der Technik sind zwar Dichtgewinde für Pumpen bekannt, die auf der Antriebswelle oder in einem die Welle umgebenden Dichtgehäuse zur Abdichtung der Antriebswelle vorgesehen sind (US-PS-44 71 963). Derartige Dichtgewinde sind bei der eingangs beschriebenen Pumpe jedoch ersetzt durch eine Drosselzone, die den Pumpenraum bzw. das Gleitlager von der Entlastungszone trennt. Daher wird hier das Dichtgewinde nicht zur Abdichtung, sondern zur Herstellung eindeutiger Druckver­ hältnisse zusätzlich zu den vorhandenen Dichtungen verwandt.

Die Luftdruckdichtung, die bei einer Druckdifferenz von 1 bar gasdicht ist, ist als schleifender Dichtring, als Flüssig­ keits-oder Fettvorlage oder Gasvorlage ausgebildet, so daß die Dichtigkeit der Pumpe gegenüber der Atmosphäre, insbesondere im Stillstand, sichergestellt ist und keine Luft an der Wellen­ dichtung entlang in das Pumpeninnere oder in den saugseitig angeschlossenen Reaktionsbehälter eindringen kann, auch wenn dieser unter Vakuum steht. Andererseits wird im Betrieb der Pumpe durch die Förderwirkung des in den Pumpeninnenraum fördernden Gewindes erreicht, daß der zugelassene Leckagestrom nicht in Richtung der Luftdruckdichtung, sondern nur in Richtung des Entlastungskanals fließen kann. Zwischen dem Fördergewinde und der Luftdruckdichtung ist vorzugsweise eine Leckagezone (Anfahrleckzone) vorgesehen, aus der Schmelzerück­ stände in die Atmosphäre austreten können, insbesondere Schmelze, die aufgrund ihrer hohen Verweilzeit im Fördergewinde bereits verkrackt ist und aus Qualitätsgründen nicht mehr in den Pumpeninnenraum zurückgeführt werden soll. Der Auslaß dieser Leckagezone kann im Stillstand und beim Anfahren der Pumpe verschlossen werden.

Dazu kann weiterhin ein Fördergewinde (Rückfördergewinde) vorgesehen werden, das zur Antriebsseite führt. Der Vorteil dieses Gewindestückes liegt darin, daß nicht mehr fließfähige Schmelzerückstände und ebenso Reste der Flüssigkeits- oder Fettvorlage von dem Pumpeninnenraum und dem Gleitlager ferngehalten und in die Leckagezone gefördert werden.

Weitere Fördergewinde (Dichtgewinde) können zur Begrenzung der Fettvorlage, insbesondere am Antriebsende der Welle, vorgesehen sein.

Durch die Wirkung des Fördergewindes nach Anspruch 1 kann es in der Entlastungszone zu einem unzulässigen Druckaufbau kommen, insbesondere zu einem Druck, der höher ist als der Gegendruck vor der Entlastungszone. Dadurch kann der notwendige Leckagestrom der Schmelze in dem Gleitlager behindert oder unterbrochen werden. Infolgedessen würde der Druck der Schmelze im Gleitlager zusammenbrechen, da über die Entlastungsbohrung eine Verbindung zum Pumpeneintritt besteht. Zur Vermeidung dieses Betriebszustandes wird gemäß Anspruch 5 zwischen Entlastungszone und Fördergewinde eine Leckzone mit absperrba­ rem Auslaß zur Atmosphäre vorgesehen. Der Auslaß ist im Betrieb gedrosselt geöffnet und mit einem Abfallbehälter verbunden, so daß ein Teil des Leckagestroms ständig nach außen fließt. Dadurch wird aber auch erreicht, daß Schmelze, die der Schmierung des Gleitlagers gedient hat und die in einen Gewindegang des Fördergewindes gelangt ist, nicht mehr in die Pumpe zurückgefördert wird. Beim Stillstand und Anfahren wird der Auslaß verschlossen.

Die Erfindung wird nun anhand der ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichung beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 den schematischen Querschnitt einer als Austrags­ pumpe ausgeführten Zahnradpumpe;

Fig. 2 einen Axialschnitt durch den Dichtungsbereich der Zahnradpumpe.

Die in Fig. 1 im Querschnitt schematisch dargestellte Zahnrad­ pumpe ist ähnlich aufgebaut wie die eingangs erwähnte Zahnrad­ pumpe nach der DE-PS 31 35 037, auf die hier Bezug genommen wird. Die Zahnradpumpe dient vorzugsweise zum Fördern hochvis­ koser Medien bei der Produktion und Verarbeitung von schmelz­ flüssigen Kunststoffen. Hierbei kann sie zum Austragen von Thermoplastschmelzen aus einem Reaktionskessel, beispielsweise einem Polymerisations- oder Polykondensationsreaktor dienen. Dabei steht der saugseitig angeschlossene Reaktor unter einer Schutzgasatmosphäre, um Reaktionen der Schmelze mit Luftsauer­ stoff zu verhindern oder der Reaktor steht unter einem während des Pumpbetriebes stärker werdenden Teilvakuum. Auf der Auslaß­ seite muß die Zahnradpumpe gegen hohe Gegendrücke arbeiten, die prozeßbedingt mehr als 300 bar erreichen können.

Die Zahnradpumpe nach Fig. 1 besteht aus dem Pumpengehäuse 1, das von einer Heizkammer 2 umgeben ist und in dem die beiden miteinander kämmenden Zahnräder 3 und 4 gelagert sind. Die beiden Zahnräder sind auf den Wellen 7 bzw. 8 drehfest gelagert und in Richtung der Drehpfeile 5 bzw. 6 angetrieben. Daraus folgt, daß die Zahnräder 3, 4 die Schmelze am Pumpeneinlaß 9 ansaugen und zwischen ihrem jeweiligen Umfang und der Gehäuse­ wand in Richtung der Drehpfeile 5 bzw. 6 zum Pumpenauslaß 10 fördern.

Wie in Fig. 2 dargestellt, ist die Pumpenantriebswelle 7 als Ritzelwelle ausgebildet. Sie ist in einer Gleitlagerung 11 gelagert, durchdringt die Seitenwand 1a des Pumpengehäuses 1 und bildet in dieser eine Entlastungszone 12. Die Entlastungs­ zone 12 ist einerseits über die Gleitlagerung 11, die in der Gleitlagerung 11 befindlichen Schmierkanäle 11a und den Ringspalt 13 zwischen der Seitenwand 1a des Pumpengehäuses 1 und der Pumpenantriebswelle 7 mit dem Pumpeninnenraum verbun­ den. Andererseits ist die neben dem Ringspalt 13 liegende Entlastungszone 12 über einen Entlastungskanal 14 mit dem Pumpeneinlaß 9 verbunden, so daß der in die Entlastungszone 12 gelangende Leckagestrom der Schmelze zum Pumpeneinlaß 9 zurückfließen kann. Zur Lagerschmierung kann eine Verbindung zum hochdruckseitigen Pumpeninnenraum, beispielsweise über einen Abzweig 15 im Pumpenauslaß 10, erfolgen, durch den ein definierter Leckagestrom dem Lagerbereich 11 zugeführt wird. In der Entlastungszone 12 hat die Antriebswelle 7 einen polygonförmigen Querschnitt oder am Umfang verteilte Nocken, so daß hier Stagnationen und Ablagerungen der Schmelze durch die Rührwirkung der Antriebswelle 7 vermieden werden.

Auf das Pumpengehäuse 1 mit Seitenwand 1a ist in Achsrichtung der Antriebswelle 7 das Dichtgehäuse 16 aufgesetzt, in der die weiteren Dichteinrichtungen der Antriebswelle 7 angeordnet sind. Das Dichtgehäuse 16 ist mit einer nicht näher bezeichne­ ten Nut- und Federverbindung auf der Seitenwand 1a des Pumpengehäuses 1 zentriert und in nicht dargestellter Weise verschraubt.

Das in Fig. 2 im Längsschnitt dargestellte Dichtgehäuse 16 umfaßt als Dichteinrichtungen - in Richtung auf den Antrieb gesehen - eine erste als Ringnut ausgebildete Leckzone 17, an der ein verschließbarer Auslaßkanal 18 angeschlossen ist, ein Fördergewinde 19 zum Dichten der in Axialrichtung der Antriebs­ welle 7 austretenden Schmelze, eine Zwischenzone (Ringnut 20) und ein entgegengesetzt dem Fördergewinde 19 geschnittenes Rückfördergewinde 21. Das Rückfördergewinde 21 endet in einem als Ringnut ausgebildeten Sammelraum 22 (Anfahrleckzone), an dem ein durch Schraube 23 und Dichtung 24 verschließbarer Ablaß 25 für die Leckage des Sperrmediums und der Kunststoffschmelze angeschlossen ist. Im Anschluß an den Sammelraum 22 besitzt das Dichtgehäuse 16 noch eine Ringnut, in die ein Dichtring 26 eingesetzt ist, der von einem ringförmigen Andrückelement 27 axial vorgespannt ist. Das Andrückelement 27 wiederum wird durch den mit dem Dichtgehäuse 16 verschraubten Flansch 28 federnd (Federelemente 29) in seiner Position gehalten. Eine am Andrückelement 27 ausgebildete Ringkammer 27.1, die mit einer zweiten, am Flansch 28 ausgebildeten Ringkammer 28.1 kommuni­ ziert, kann durch eine verschließbare Radialbohrung 30 im Flansch 28 mit einem Sperrmedium, beispielsweise einem Sperrfett gefüllt werden. Durch ein auf dem Innenumfang des Flansches 28 eingeschnittenes, mit der Antriebswelle 7 zusammenwirkendes Dichtgewinde 31 wird ein axialer Austritt des Sperrfettes und durch das Sperrfett gleichzeitig ein Eindringen von Luft in den Pumpeninnenraum verhindert.

Die im Rahmen dieser Anmeldung definierte Luftdruckdichtung, die bei einer Druckdifferenz von 1 bar gasdicht ist, wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch den Radialdichtring 26 und das in der Ringkammer 27.1 und 28.1 vorliegende Sperrfett gebildet. Anstelle von Sperrfett kann die Ringkammer 27.1, 28.1 geeigneter Kammerausbildung auch eine Sperrflüssigkeit oder ein Schutzgas als Sperrmedium enthalten. Eine solche Kammerausbildung liegt beispielsweise mit einer Doppel- Stopfbuchspackung, d. h. einer die Sperröl- oder -gasvorlage auf der Antriebswelle 7 beidseitig einschließenden Stopfbuchspak­ kung vor. Durch die antriebsseitige Stopfbuchspackung wird hierbei das Dichtgewinde 31 auf dem Innenumfang des Flansches 28 ersetzt.

Bezugszeichenaufstellung

 1 Pumpengehäuse
 2 Heizkammer
 3 Zahnrad
 4 Zahnrad
 5 Drehpfeil
 6 Drehpfeil
 7 Antriebswelle, Welle
 8 Welle
 9 Pumpeneinlaß
10 Pumpenauslaß
11 Gleitlagerung, Lagerbereich
12 Entlastungszone
13 Drosselkanal, Lagerspalt
14 Entlastungskanal
15 Abzweig
16 Dichtgehäuse
17 Leckzone, Ringnut
18 Auslaßkanal
19 Fördergewinde
20 Ringnut, Zwischenzone
21 Rückfördergewinde
22 Sammelraum, Anfahrleckzone
23 Schraube, Verschluß
24 Dichtung
25 Ablaß
26 Dichtring
27 Andrückelement
27.1 Ringkammer
28 Flansch
28.1 Ringkammer
29 Federelement
30 Radialbohrung
31 Dichtgewinde, Vorlage-Fördergewinde

Claims (10)

1. Zahnradpumpe zum Fördern schmelzflüssiger Polymere mit einer Dichtung der Antriebswelle (7), welche sich an das Gleitlager (11) anschließt und welche aus

• 1. einer Entlastungszone (12), die einerseits über die Gleitlagerung (11) gedrosselt mit dem Pumpeninnenraum und andererseits über einen Entlastungskanal (14) mit der Einlaßseite (9) der Pumpe verbunden ist, und
• 2. einer Luftdruckdichtung, die - von der Entlastungszone aus betrachtet - an der Antriebsseite der Antriebswelle (7) liegt und bei einer Druckdifferenz von 1 bar luftdicht ist,

besteht dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Entlastungszone (12) und Luftdruckdichtung ein Fördergewinde (19) angeordnet ist, welches in Richtung zum Pumpeninnenraum fördert.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch qekennzeichnet, daß die Luftdruckdichtung ein schleifender Dichtring (26) ist.

3. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftdruckdichtung eine Fettvorlage in einer die Antriebswelle (7) umschließenden Ringkammer (27.1, 28.1) umfaßt.

4. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftdruckdichtung eine Flüssigkeits- oder Sperrgasvor­ lage umfaßt, die auf der Antriebswelle (7) beidseitig durch Stopfbuchspackungen eingeschlossen ist.

5. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Pumpeninnenraum und dem Fördergewinde (19) eine Leckzone (17) liegt, die absperrbar mit der Atmosphäre verbunden ist.

6. Pumpe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Fördergewinde (19) und Luftdruckdichtung ein zur Antriebsseite förderndes Rückfördergewinde (21) liegt.

7. Pumpe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Fördergewinde (19) und Luftdruckdichtung eine Anfahr-Leckzone (22) liegt, welche beim Anfahren der Pumpe verschlossen und im Betrieb geöffnet ist.

8. Pumpe nach Anspruch 6 und 7, bei der die Anfahr-Leckzone (22) zwischen dem Rückförderge­ winde (21) und der Luftdruckdichtung liegt.

9. Pumpe nach einem der vorangegangenen Ansprüche gekenn­ zeichnet durch ein Dichtgewinde (31) zur Begrenzung der Fettvorlage der Luftdruckdichtung.