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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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(Feld der Erfindung)
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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Lagerkühlvorrichtung, welche für eine Zahnradpumpe
verwendet wird, um ein hoch viskoses Fluid, so wie geschmolzenes
Harz und dergleichen zu befördern.
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(Beschreibung des Stands
der Technik)
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Eine
konventionelle Zahnradpumpe zum Befördern von geschmolzenem Harz
hat ein Paar Zahnlaufräder
bzw. -rotoren. Das Zahnlaufrad ist durch ein Lager drehbar an einem
Pumpenkörper
abgestützt. Dieses
Lager ist ein Wellenlager, welches selbstschmierend ist, und bei
welchem ein Teil der beförderten
geschmolzenen Harze als Lagerschmiermittel dient. In der Zahnradpumpe
dieser Art ist es wichtig die Produktionsmenge (Fördermenge)
zu steigern. Verfahren zur Steigerung der Produktionsmenge (Fördermenge)
beinhalten ein Verfahren zur Steigerung der Anzahl der Umdrehungen
und ein Verfahren zur Ausdehnung der Flächenbreite. Jedoch erhöht jedes
der Verfahren die Belastung des Lagers. Deshalb besteht eine hohe
Wahrscheinlichkeit eines daraus resultierenden Einbrennens bzw.
Zusammenbackens und deshalb war es nicht einfach, die Produktionsmenge
zu steigern.
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Wenn
die Anzahl der Umdrehungen gesteigert wird, wird die Schergeschwindigkeit
hoch, um eine Wärmeerzeugung
der Harze zu steigern. Dann sinkt die Viskosität der Harze und die Lagerabstützfähigkeit
sinkt. Wenn des Weiteren die Flächenbreite ausgedehnt
wird, steigt die Belastung und die Lagerabstützfähigkeit sinkt. In der Zahnradpumpe
dieser Art ist es zum Verbessern der Tragfähigkeit am effektivsten, die
Temperatur des geschmolzenen Harzes als Schmiermittel zu senken,
um die Viskosität
des Harzes zu steigern.
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Kühlverfahren
für das
Schmiermittel (geschmolzene Harze) beinhalten ein Kühlen einer
Rotor- bzw. Laufradwelle, ein Kühlen
eines Lagers oder eine Kombination der Vorangegangenen.
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Übrigens
ist die Kühlung
eines Lagers wichtig, wie vorangehend beschrieben, aber es führt zu einem
Problem, dass übermäßiges Kühlen eines
Lagers ein Zusammenziehen eines Lagers selbst herbeiführt, wodurch
sich ein ergebender Lagerabstand verringert; was zu einem Einbrennen
führt.
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Eine
Lagerkühlvorrichtung
ist aus japanischen Patentzusammenfassungen Vol. 1998 Nr. 10, 31
August 1998 (1998-08-31) und
JP 10 141247 A (Kobe Steel ltd), 26 Mai 1998
(1998-05-26) bekannt. Die Lagerkühlvorrichtung
des vorgenannten Dokuments hat ein Paar Zahnlaufräder. Das
Zahnlaufrad ist durch Lager drehbar abgestützt, welche beide durch ein
Kühlmedium
gekühlt
werden.
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Übrigens
ist die Kühlung
eines Lagers wichtig, aber es führt
zu einem Problem, dass das exzessive Kühlen eines Lagers ein Zusammenziehen
eines Lagers herbeiführt,
wodurch sich ein Lagerabstand verringert, was zu einem Einbrennen
führt.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung eine Kühlvorrichtung für ein Lager
vorzusehen, um eine höhere
Geschwindigkeit (höhere
Produktionsmenge) der Vorrichtung zu erreichen und ein Zusammenbacken bzw.
Einbrennen eines Lagers zu verhindern. Die Aufgabe ist durch die
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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In
der Erfindung wird ein Kühlmedium
veranlasst in das Innere eines Wellenlagers, welches ein Wellenteil
durch Schmierung eines hoch viskosen Fluids abzustützt, und
das Innere des Wellenteils zu fließen, um den Wellenteil und
das Lager zu kühlen. Die
Temperatur des Kühlmediums
des Lagers ist höher
eingestellt als eine Temperatur des Kühlmediums des Wellenteils.
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In
diesem Fall wird vorzugsweise das Kühlmedium, nachdem es in den
Wellenteil geflossen ist, veranlasst in das Lager zu fließen.
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Ein
ringförmiger
Raum, welcher innerhalb des Lagers ausgebildet ist, und eine Teilungswand, welche
spiralförmig
in dem ringförmigen
Raum vorgesehen ist, bilden darüber
hinaus einen Kühlmediumkanal.
Vorzugsweise ist der Kühlmediumkanal eine
Doppelspiralnut.
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Die
Lagerkühlvorrichtung
der Erfindung wird passend für
eine Zahnradpumpe verwendet.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Teilansicht einer Zahnradpumpe, welche eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist
eine Teilansicht, welche entlang der Linie A-A der 1 genommen
ist;
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3 ist
eine Teilansicht, welche von der Linie B-B der 1 genommen
ist; und
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4 ist
eine Ansicht einer Umfangsabwicklung eines ringförmigen Raumes (Kühlmantel).
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden hiernach mit Bezug auf die Zeichnungen
beschrieben. 1 bis 3 zeigen
eine Zahnradpumpe zum Befördern
von mengenmäßigem geschmolzenem
Harz in einem Mischkörnungssystem. Die
Zahnradpumpe hat einen blockähnlichen
Körper 1.
Ein brillenähnliches
Laufradgehäuseloch 2 erstreckt
sich durch den Körper 1 und
ist darin ausgebildet. Darüber
hinaus sind ein Harzeinlass 3 und -auslass 4 durch
das Laufradgehäuseloch 2 auf
beiden Seiten von diesem ausgebildet.
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Wie
in 1 gezeigt, ist ein Paar Laufräder bzw. Rotoren 5, 5 in
dem Laufradgehäuseloch 2 beherbergt.
Das Laufrad 5 hat Zahnradteile 6 und Wellenteile,
welche auf beiden Seiten von diesem ausgebildet sind. Die beiden
Zahnradteile 6 stehen zu jeder Zeit in Eingriff miteinander.
Der Wellenteil 7 ist durch ein Wellerlager 8,
welches in das Laufradgehäuseloch 2 eingepasst
ist, drehbar abgestützt.
Das Lager 8 wird durch einen Lagerhalter 10, welcher
mittels einer Schraube 9 an dem Körper 1 gesichert ist,
am Herausrutschen aus dem Laufradgehäuseloch 2 gehindert.
Ein Dichtungselement 11 ist an dem Lagerhalter 10 gesichert.
In dem Dichtungselement 11 und dem Wellenteil 7 wird
mittels einer Labyrinthdichtung das geschmolzene Harz am Auslaufen
gehindert.
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Ein
Ende des Wellenteils 7 des Laufrades 5 ist mit
einer Antriebsvorrichtung 12 verbunden. Das Laufrad 5 wird
gedreht und angetrieben in eine Richtung, welche durch einen Pfeil
in 3 angezeigt ist, und die geschmolzenen Harze werden
von dem Harzeinlass 3 zu dem Auslass 4 befördert.
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Die
Zahnradpumpe ist selbstschmierend, wobei ein Teil des beförderten
geschmolzenen Harzes als Schmiermittel für das Lager 8 und
den Wellenteil 7 geliefert wird. Für die selbstschmierende Anordnung
kann eine wohlbekannte Anordnung (zum Beipiel US Pat. Nr. 5,292,237)
verwendet werden. Das Dichtungselement 11 ist vorgesehen,
um ein nach außen
Auslaufen des geschmolzenen Harzes, welches zur Schmierung des Lagers
verwendet wird, zu verhindern. Wie in 2 gezeigt,
ist das Wellenlager 8 mit einem Kühlmediumkanal 13 in
sich ausgebildet und ist als eine Lagerkühlvorrichtung errichtet.
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Der
Kühlmediumkanal 13 ist
durch einen ringförmigen
Raum 14, welcher in dem Lager 8 ausgebildet ist,
und eine Teilungswand 15, welche in dem ringförmigen Raum 14 vorgesehen
ist, errichtet.
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Die
Teilungswand 15 ist spiralförmig vorgesehen, wie in der
Ansicht der Mantelabwicklung der 4 gezeigt
ist. Durch die Teilungswand 15 ist der Kühlmediumkanal 13,
welcher zwei spiralförmige
Nuten hat, in dem ringförmigen
Raum 14 ausgebildet. Ein Kühlmediumeinlass 16 ist
an dem Ende einer Nut ausgebildet und ein Kühlmediumauslass 17 ist
an dem Ende der anderen Nut ausgebildet. Ein Einlassrohr 18 und
ein Auslassrohr 19, welche sich durch den Lagerhalter 10 und
das Dichtungselement 11 erstrecken, sind mit dem Kühlmediumeinlass 16 und -auslass 17 verbunden.
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Wie
in 2 gezeigt, ist das Lager 8 durch ein
einstückiges
Verbinden eines inneren Umfangselements 20 und eines äußeren Umfangselements 21 errichtet.
Der Kühlmediumkanal 13 ist
in einer Grenzfläche
zwischen dem inneren Umfangselement 20 und dem äußeren Umfangselement 21 ausgebildet.
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In
dieser Ausführungsform
ist das innere Umfangselement 20 in der äußeren Umfangsfläche 21 mit
einer ringförmigen
Aussparung, welche den ringförmigen
Raum 14 ausbildet, ausgebildet und eine Spiralteilungswand 15,
welche in 1 gezeigt ist, ist in dem ringförmigen Raum
ausgebildet. Verfahren zum Einbauen bzw. Integrieren des inneren Umfangselements 20,
welches in der äußeren Umfangsfläche ausgebildet
ist, beinhalten Schweißen, Schweißen nach
Schrumpfpassung und dergleichen.
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In
dem integrierten Zustand bzw. Einbauzustand, wie vorangehend beschrieben,
ist die äußere Umfangsfläche der
Teilungswand 15 in Berührung mit
der inneren Umfangsfläche
des äußeren Umfangselements 21.
Das heißt,
der ringförmige
Raum 14 ist durch die innere Umfangsfläche des äußeren Umfangselements 21 und
die äußere Umfangsfläche der ringförmigen Aussparung
des inneren Umfangselements 20 umgeben, und die Teilungswand 15 ist über die
innere und äußere Umfangsfläche ausgebildet.
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Die
Teilungswand, welche über
die inneren und äußeren Umfangsflächen des
ringförmigen Raums 14 ausgebildet
ist, wirkt als ein Verstärkungselement.
Entsprechend kann, sogar wenn der ringförmige Raum groß gemacht
ist, die Senkung der Lagerfestigkeit kompensiert werden.
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Wie
in 1 gezeigt, hat das Wellenmittelteil des Laufrades 5 an
einem Ende von sich in axialer Richtung ein gebohrtes Loch 22.
Ein Rohr 23 ist in das Loch 22 durch einen ringförmigen Abstand
eingesetzt, welcher als Kühlmediumkanal 24 dient.
Der Kühlmediumkanal 24 ist
vorgesehen, um zumindest mit dem Wellenteil 7 des Laufrades 5 überein zu
stimmen bzw. zu diesem korrespondieren.
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Eine
drehbare Verbindung bzw. ein Drehgelenk 25 ist am Ende
des Laufrades 5 vorgesehen und die Verbindung 25 ist
mit einem Kühlmediumeinlass 26 und
-auslass 27 versehen. Der Einlass 26 kommuniziert
mit dem Kühlmediumkanal 24 und
der Auslass 27 kommuniziert mit dem Inneren des Rohrs 23.
Das Kühlmedium,
welches von dem Einlass 26 geliefert wird, läuft durch
den Kühlmediumkanal 24,
dringt von der Endöffnung
des Rohrs 23 in das Rohr 23 ein und fließt aus dem
Auslass 27 heraus. Eine temperatureinstellende Mediumversorgungsvorrichtung 28 als eine Kühlmediumversorgungsvorrichtung
ist mit dem Kühlmediumeinlass 16 und
-auslass 17 verbunden, um das Lager zu kühlen, und
mit dem Einlass 26 und Auslass 27, um ein Laufrad
zu kühlen.
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In
der temperatureinstellenden Mediumversorgungsvorrichtung 28 sind
eine Kühlmediumversorgungsquelle 29 und
eine Heizmediumversorgungsquelle 30 über eine Dreiwegeventil 31 frei schaltbar.
Beim Start der Zahnradpumpe wird das erhitzte Medium von der Heizmediumversorgungsquelle 30 zu
dem Lager 8 und dem Laufrad 5 geliefert, um dadurch
das gekühlte
und fest gewordene Medium vorzuwärmen
und zu schmelzen. Wenn ein Vorwärmen
abgeschlossen ist, wird das Dreiwegeventil 31 geschaltet,
um ein Kühlmedium
von der Kühlmediumquelle 29 zu
liefern, um das Lagers 8 und zumindest den Wellenteil 7 des
Laufrades 5 zu kühlen.
Eine Leitung der temperatureinstellenden Mediumversorgungsvorrichtung 28 ist
von dem Dreiwegeventil 31 zu einem Einlass 26 zum
Kühlen
eines Laufrades verbunden, eine Leitung von dem Auslass 27 ist
mit dem Einlassrohr 18 zum Kühlen eines Lagers verbunden,
und eine Leitung von dem Auslassrohr 19 zum Kühlen eines
Lagers wird zu der temperatureinstellenden Mediumversorgungsvorrichtung 28 zurückgeführt.
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Das
heißt,
das Medium von der temperatureinstellenden Mediumversorgungsvorrichtung 28 passiert
zuerst das Laufrad 5 und passiert danach das Lager 8.
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Durch
das Vorsehen der Leitungsanordnung, wie vorangehend beschrieben
ist, kann die Kühlmediumtemperatur
in dem Lager 8 eingestellt werden, um höher zu sein als die Kühlmediumtemperatur
in dem Laufrad 5.
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Entsprechend
einer Kühlung
der vorgenannten Anordnung, wobei die Kühltemperatur des Lagers 8 höher als
die des Laufrades eingestellt werden kann, wird eine Minderung bzw.
ein Schrumpfen des Innendurchmessers des Lagers, welche/welches durch
exzessives Kühlen
verursacht wird, verhindert. Entsprechend wird eine Verminderung
des Lagerabstands verhindert und das Einbrennen wird verhindert.
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Es
wird vermerkt, dass die Erfindung nicht auf die vorgenannten Ausführungsformen
begrenzt ist, sondern die Kühlmediumversorgungsvorrichtung des
Lagers kann getrennt von der des Laufrades vorgesehen sein und die
Temperatursteuerung des Lagers 8 kann unabhängig von
der des Laufrades 5 ausgeführt sein.
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Des
Weiteren ist das Medium von der temperatureinstellenden Mediumversorgungsvorrichtung 28 nicht
auf eine Anordnung begrenzt, bei der die Kühlmediumversorgungsquelle 29 und
die Heizmediumversorgungsquelle 30 durch das Dreiwegeventil 31 frei
schaltbar sind, sondern es kann eine Anordnung verwendet werden,
bei der es einen Temperatureinstellbereich von Kühlen bis Heizen gibt und das Medium
von einer einzelnen Versorgungsquelle geliefert wird. In diesem
Fall wird vorzugsweise das temperatureinstellbare Medium durch heißes Öl bei 100
~ 200° erhitzt
(vorgewärmt)
und eine Kühlung wird
durch Temperatursteuerung einer Heißöleinheit ausgeführt. Darüber hinaus
ist die Zahnradpumpe nicht auf eine begrenzt, welche geschmolzenes
Harz befördert.
Darüber
hinaus kann die Art des Kühlmediumkanals
des Lagers 8 oder des Laufrades 5 von konventioneller
Art sein. Des Weiteren kann die temperatureinstellende Mediumversorgungsvorrichtung 28 von
einer Art sein, bei welcher nur das Kühlmedium geliefert wird.
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Die
Lagerkühlvorrichtung
veranlasst Kühlmedien
in das Innere eines Wellenlagers 8, welches ein Wellenteil 7 durch
Schmierung eines hoch viskosen Fluids abzustützt, und das Innere des Wellenteils 7 zu
fließen,
um den Wellenteil 7 und das Lager 8 zu kühlen. Zu
dieser Zeit wird eine Kühlmediumtemperatur
des Lagers 8 höher
eingestellt als eine Kühlmediumtemperatur
des Wellenteils 7. Es ist so eingerichtet, dass das Kühlmedium
den Kühlmediumkanal passiert
und danach den Kühlmediumkanal
innerhalb des Lagers passiert. Eine Heizmediumversorgungsvorrichtung
zum Liefern eines Heizmediums an jeden Kühlmediumkanal kann vorgesehen
sein. Die Lagerkühlvorrichtung
wird passend für
eine Zahnradpumpe verwendet.