DE8514568U1

DE8514568U1 - Drehkolbenpumpe, insbesondere Austragszahnradpumpe

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Publication number: DE8514568U1
Application number: DE8514568U
Authority: DE
Original assignee: Barmag Barmer Maschinenfabrik AG
Current assignee: Oerlikon Barmag AG
Priority date: 1985-05-17
Filing date: 1985-05-17
Publication date: 1986-09-11
Also published as: DE3615830A1; DE3615830C2

Description

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Drehkolbenpumpe, insbesondere Aüsträgszahnrädpümpe

Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehkolbenpumpe, insbesondere Aüsträgszahnrädpümpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartigen Pumpen werden in zunehmendem Maß anstelle von Heizschmelzeextrudern verwendet, um aus Polymerisationsgefäßen die Polymerisationsprodukte, beispielsweise Spinnschmelzen oder dergleichen auszutragen.

Da eine Verunreinigung des Polymers vermieden werden muß, ist es üblich, die Lager der Zahnradpumpe mit der Polymerisationsflüssigkeit zu schmieren. Dies bedeutet, daß die Zahnräder bzw. Zahnkränze, die Antriebswelle und die Lager aus einem gegenüber der Polymerisationsflüssigkeit korrosionsbeständigen Werkstoff hergestellt sein müssen-

Bei großen Austragszahnradpumpen besteht das Problem, daß durch die Zahnräder hohe Kräfte übertragen werden müssen, die zu einer entsprechend hohen Pressung in den Lagern führen. Es ist aber schwierig, Werkstoffe zu finden, die einerseits korrosionsbeständig sind und andererseits eine solche Härte aufweisen, daß sie mechanisch nicht verschleißen. Die für die Korrosionsbeständigkeit erforderlichen Legierangsbestandteile des Stahls bewirken bekanntlich eine Verringerung seiner Härte.

Es ist auch bekannt, daß härtbare Sinterwerkstoffe verfügbar sind, die einerseits korrosionsbeständig sind und die andererseits die erforderliche Härte zur Verhinderung eines frühzeitigen Verschleißes aufweisen. Hierbei besteht jedoch

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das technische Problem/ daß die Herstellung von Bauteilen aus Sinterwerkstoffen durch die zur Verfügung stehenden Formen und Formwerkzeuge beschränkt ist. So können beispielsweise von den Herstellern bestimmter Sinterwerk-Stoffe Bauteile höchstens mit Längenabmessungen von \

250 bis 300 mm Länge hergestellt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Austragszahnradpumpe konstruktiv so zu gestalten, daß die durch mechanischen Verschleiß und chemische Korrosion beanspruchten Bauteile aus einem geeigneten Sinterwerkstoff herstellbar sind, wobei die Länge der beanspruchten Teile vorgegebene max. Längen von beispielsweise 250 bis

Ψ 300 mm Länge nicht übersteigt. |

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt für eine Austragszahnradpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die im Kennzeichenteil des Anspruchs angegebenen Merkmale.

Nach der vorliegenden Erfindung ist die Konstruktion der Antriebswelle so aufgebaut, daß die mit dem Fördermedium in Berührung kommenden Bauteile aus einem gegen das Fördermedium korrosionsbeständigen Stahl, insbesondere nicht

i rostendem Stahl oder Stahlguß,hergestellt sind, und daß | die Bauteile, die die Kräfte aufnehmen müssen und in hohem Maß auf mechanischen Verschleiß beansprucht sind, aus dem Sinterwerkstoff hergestellt werden und entsprechend der 1 Gesamtbaulänge der Antriebswelle entweder einteilig oder $ aus mehreren Bauteilen gefertigt und dann zusammengesetzt | sind. Dabei ist es ein wesentliches Element der vorliegenden Erfindung, daß die Antriebswelle nicht direkt in den Lagerbuchs en, sonder η unter Zwischenschaltung von mitdrehenden, gegen das Fördermedium korrosionsbeständigen Panzerbuchsen

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in den Lagerbuchsen gelagert ist. Es hat sich nämlich herausgestellt, daß selbst hochwertige Antriebswellen aus vergüteten Stählen, die im Bereich der Lagerbuchsen stellitiert waren, nach einer Standzeit von 4 bis 6 Wochen ausgetauscht werden mußten, da beim Austragen einer heißen, hochkorrosiven Polymerschmelze der mechanische Verschleiß aufgrund starker mechanischer Beanspruchungen eine längere Laufzeit nicht zuließ* überraschenderweise konnten bei eintir Austragszahnradpumpe nsch dsm Konstruktionsprinzip der vorliegenden Erfindung entsprechende Verschleißerscheinungen nach einer wesentlich längeren Standzeit nicht festgestellt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, sofern die Breite des Zahnradkranzes des Zahnrades und die an den Seitenflächen angeschlossenen Panzerbuchsen dies zuläßt, das Bauteil als einteiliges Maschinenelement - ähnlich einem Ritzel - aus dem korrosionsbeständigen, härtbaren Sinterwerkstoff herzustellen. In diesem Fall ist die Antriebswelle mit dem Zahnradkranz und den beiden seitlich angeordneten Panzerbuchsen durch eine Paßfeder oder Umfangsverzahnung drehfest verbunden ur-d die Kräfte werden über die Panzerbuchsen auf die Lagerbuchsen und die Antriebswelle übertragen.

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Sofern die Breite des Zahnrades einschließlich der Panzerbuchsen ein zulässiges Höchstmaß überschreitet, wird die konstruktive Ausführung nach Anspruch 3 bevorzugt. In diesem Fall werden das Zahnrad und die an den Seitenflächen vorgesehenen Panzerbuchsen separat hergestellt und mit der Antriebswelle aus einem korrosionsbeständigen Werkstoff durch eine Paßfeder oder dergleichen drehfest verbunden. Bei einer derartigen Ausführung wird die Antriebs.-welle naturgemäß anders beansprucht als bei dem Ausführungs-

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beispiel_/bei dem der Zahnradkranz Und die Panzerbüchsen einteilig ausgebildet und auf die Antriebswelle aufgekeilt sind. Wegen der unterschiedlichen Biegebeanspruchung ist i«fi zuerst beschriebenen Belastungsfall das Lagerspiel größer zu wählen als bei der einteiligen, auf die Antriebswelle aufgekeilten Ausführung.

Da bei dem erfindungsgemäßen Aufbau der Lagerung der Antriebswelle uör Siritörweirksiiöff der Panzer— ϊΐΐκ* Lager— büchsen gleichzeitig die Funktion des Verschleiß- und Korrosionsschutzes hat, kann die Antriebswelle selbst aus einem weicheren legierten Stahl hergestellt sein. Um jedoch zu vermeiden, daß Schmutz, insbesondere Zersetzungsprodukte der agressiven Polymerschmelze sich an der Antriebswelle festsetzen und die Schmelze verunreinigen können, wird vorgeschlagen, mindestens die neben dem Zahnkranz des Zahnrades angeordnete Panzerbuchse mit der Antriebswelle am Umfang zu verlöten. Dies ist insbesondere auf der Seite angezeigt, wo die Antriebswelle aus dem Pumpengehäuse herausgeführt und durch eine Stopfbuchse abgedichtet ist.

Bezüglich des härtbaren Sinterwerkstoffs hat sich insbesondere ein Hartstoff mit einer Rockwellhärte von mehr als 58, insbesondere von 63 bis 65 HRC bewährt, der in einer Stahlmatrix vorliegt und einen hohen Anteil eines Karbidbildners, vorzugsweise Titankarbid und einen hohen Chromanteil zur Erhöhung der Korrosionsfestigkeit enthält.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:

Fig. 1 Einen schematischen Querschnitt einer Austragspumpe; Fig. 2 einen Längsschnitt der Pumpe gemäß Schnitt II-II

in Fig. 1;
Fig. 3 ein abgeändertes Ausführungsbeispiel.

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In Fig. 1 ist der Querschnitt durch eine Zahnradpumpe zur Veranschaulichung ihres Aufbaus dargestellt. Das Pumpengehäuse 1 ist von einer Heizmittelkammer 2 umgeben. Dabei spielt es für die vorliegende Erfindung keine Rolle, ob das Gehäuse 1 mit dem darin vorliegendem Heizsystem als Gußkörper oder in Plattenbauweise, beispielsweise nach der CH-PS 604 011 vorliegt. Bei dem Heizmittel kann es sich um eine erhitzte Flüssigkeit oder um Dämpfe handeln, die an den Wandungen des Gehäuses 1 kondensieren und dabei ihre Kondensationswärme abgeben. Von den beiden miteinander kämmenden Zahnrädern 3 und 4"wird das Zahnrad 3 durch die Welle 7 angetrieben. Beide Zahnräder sind auf den Wellen 7 bzw. 8 durch Paßfedern 9 bzw. 10 drehfest angeordnet. Bei der eingezeichneten Drehrichtung der Zahnräder fördert die Zahnradpumpe in Richtung der eingezeichneten Pfeile, so daß bei 5 die Saugseite der Pumpe und bei 6 die Druckseite der Pumpe liegt. Auf der Druckseite 6 kann noch ein Kanal 35 angeschlossen sein, durch den ein Teilstrom des Fördermediums zur Schmierung der Lager abgezweigt, zu den Lagerbuchsen geführt und von dort zur Niederdruckseite 5 der Pumpe zurückgeführt wird.

In Fig. 2 ist ein Längsschnitt der Austragszahnradpumpe durch die Ebene dargestellt, in der die beiden Wellen 7 und 8 der Pumpe liegen.

Die Antriebswelle 7 ist aus dem Gehäuse 1 seitlich herausgeführt und mit einem - nicht dargestellten - Antriebsmotor gekuppelt. Die Abdichtung zwischen dem Gehäuse 1 und der Antriebswelle 7 erfolgt durch eine an den Gehäusedeckel 11 angeformte oder aufgeschraubte Stopfbuchse mit Stopfbuchsgehäuse 12, Packungsringen 13 und Stopfbuchsflansch 14.

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Das in der Brillenplatte 15 des Pumpengehäuses 1 liegende, angetriebene Zahnrad 3 ist entsprechend der vorliegenden Erfindung in den Seitenplatten 16 und 17 des Pumpengehäuses 1 in Lagerbuchsen 18 und 19 unter Zwischenschaltung von Panzerbuchsen 20 und 21 gelagert. Dabei sind die Panzerbuchsen mit der Antriebswelle 7 durch die durchgehende Paßfeder 9 drehfest verbunden. Sie sind gegen die Sextenflächen des Zahnrades 3 fest angedrückt und an ihren axialen Enden vorzugsweise mit der Antriebswelle 7 verlötet. Die Lagerbuchsen 18 und 19 sind in bekannter Weise in den Seitenplatten 16 und 17 des Pumpengehäuses befestigt, vorzugsweise verschraubt. Sowohl die Lagerbuchsen als auch die Panzerbuchsen bestehen erfindungsgemäß aus einem Sinterwerkstoff, der gegen das Fördermedium, insbesondere die bei hohen Temperaturen von ca. 300 C und hohen Drücken auszutragende Polymerschmelze korrosionsbeständig und außerdem zur Vermeidung von mechanischem Verschleiß härtbar ist. Dieser Sinterwerkstoff ist ein Hartstoff, der hohe Anteile eines Karbidbildners, insbesondere Titankarbid in einer Stahlmatrix aufweist.

Wie bereits oben erwähnt wurde, ist das Gleitlager zwischen der Lagerbuchse 18 bzw. 19 und der Panzerbuchse 20 bzw. durch Schmelze geschmiert, die von der Hochdruckseite der Pumpe über den Kanal 3 5 entnommen wird bzw, durch Spalte zwischen den umlaufenden Zahnrädern 3 und 4 und den Seitenplatten 16 und 17 des Pumpengehäuses zu den Lagerstellen gelangt.

Die Antriebswelle 7 ist aus einem korrosionsfesten Stahl hergestellt, der jedoch nicht die geforderte Rockwellhärte von mindestens 58 HRC aufweisen muß, da sie mechanisch nur auf 'Jorsxoii _un(j Biegung beansprucht ist. An ihrem

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freien Ende ist die Antriebswelle 7 durch einen Lagerdeckel 22 abgedeckt.

Das mitlaufende Zahnrad 4 ist ebenfalls mit einer Paßfeder 10 mit der Welle 8 und den an den Seitenflächen angeordneten Panzerbuchsen 20.1 bzw. 21.1 drehfest verbunden. Die Lagerbuchsen 18.1 und 19.1 sind topfartig ausgebildet und mit den Seitenplatten 16 bzw. 17 des Pumpengehäuses 1 verschraubt. Sie können jedoch genau so wie für das angetriebene Zahnrad 3 ausgebildet sein. Hinsichtlich der Werkstoffauswahl für die Lagerbuchsen 18.1 und 19.1 bzw. die Panzerbuchsen 20.1 und 21.1 gelten ebenfalls die vorangegangenen Ausführungen für das angetriebene Zahnrad 3.

Es sei darauf hingewiesen, daß die in Fig. 2 gezeigte konstruktiv. Lösung, bei der die Zahnräder 3 bzw. 4 und die an den Seitenflächen der Zahnräder angeordneten Panzerbuchsen 20 und 21 bzw. 20.1 und 21.1 getrennte Bauteile bilden, insbesondere dann bevorzugt wird, wenn die Gesamtbreite von Panzerbuchsen und Zahnrad ein· Maß üb&srsteigt, das aus dem ausgewählten Sinterwerkstoff nicht mehr einteilig hergestellt werden kann. Bei kürzeren Abmessungen wird dagegen der konstruktiven Ausbildung der Zahnradpumpe nach Fig. 3 der Vorzug gegeben.

Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel der Austragszahnradpumpe unterscheidet sich im wesentlichen von dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel dadurch, daß der Zahnkranz 3.1 des angetriebenen Zahnrades und die an den Stirnseiten angeordneten Panzerbuchsen 20 und 21 ein gemeinsames Maschinenelement bilden, das durch die Paßfeder 9 oder eine Umfangsverzahnung auf der Antriebswelle 7 drehfest montiert ist. Der Zahnkranz 3.1 und die beiden Panzerbüchsen

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sind hierbei aus dem gleichen Sinterwerkstoff hergestellt wie die Lagerbuchsen 18 und 19, in denen die Antriebswelle 7 gelagert ist. Dieser Sinterwerkstoff hat hinsichtlich mechanischem Verschleiß und Korrosionsbeständigkeit die selben Eigenschaften wie sie für das zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel verlangt werden. An den Enden der Panzerbuchsen 20 und 21 sind diese mit der Antriebswelle am Umfang verlötet, um ebenfalls das Eindringen von Zersetzungsprodukten der Polymerschmelze und deren Verschmutzung zu verhindern. Das in Fig. 3 nicht dargestellte,mitlaufende Zahnrad 4 kann mit seinen beidseitig angeordneten Panzerbuchsen ebenfalls aus einem einzigen Bauteil hergestellt und in analoger Weise auf der Welle 8 montiert sein.

Aufgrund der vorliegenden konstruktiven Ausgestaltung der Lagerung einer Austragszahnradpumpe ist es möglich, die Standzeit von Antriebswelle und Lagern durch Verwendung ansich bekannter hoch-verschleiß- und korrosionsfester Sinterwerkstoffe wesentlich zu erhöhen und damit Stillstandszeiten für Wartung und Reparaturen auf ein Mindestmaß zu verkürzen.

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BEZUGSZEICHENAUFSTELLÜNG

1 Pumpengehäuse

2 Hei. ζ τη ί -fcfcfil raum

3 angetriebenes Zahnrad 3.1 Zahnkranz

4 mitlaufendes Zahnrad

5 Einlaßseite, Saugseite der Pumpe

6 Auslaßseite, Druckseite der Pumpe

7 Antriebswelle

8 Welle

9 Paßfeder

10 Paßfeder

11 Gehäusedeckel

12 Stopfbuchsgehäuse

13 Packungsring

14 Stopfbuchsflansch

15 Brillenplatte

16 Seitenplatte

17 Seitenplatte

18 Lagerbuchse 18.1 Lagerbuchse

19 Lagerbuchse 19.1 Lagerbuchse

20 Panzerbuchse 20.1 Panzerbuchse

21 Panzerbuchse 21.1 Panzerbüchse

22 Lagerdeckel

35 Kanal

Claims

Anlage zum Schreiben vom 7. April 1986 Aktenzeichen G 85 14 568.8 .··,,··, ,",! ,".," • Il I . Ill Il III barmag Barmer Maschinenfabrik.Akt Sitz Remscheid, Bundesrepublik Deutschland 0-1467 - 1 - Ansprüche

1. Drehkolbenpumpe, insbesondere Austragszahnradpumpe, mit einer aus dem Pumpengehäuse herausgeführten Antriebswelle, auf der ein drehfestes, mit einem Gegenrad kämmendes Zahnrad sitzt, dessen Antriebswelle beidseitig in Lagerbuchsen gelagert ist, die in Seitenplatten dos Pumpengehäuses drehfest angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet,

daß die Antriebswelle (7) in den Lagerbuchsen (18, 19) unter Zwischenschaltung von mitdrehenden, gegen das Fördermedium korrosionsbeständigen Panzerbuchsen (20, 21) { gelagert ist, wobei die Lagerbuchsen (18, 19) und die

darin aufgenommenen Panzerbuchsen (20, 21) aus einem härtbaren, gegen das Fördermedium korrosionsbeständigen Sinterwerkstoff, insbesondere einem Hartstoff mit einem hohen Anteil eines Karbidbildners hergestellt sind.

2. Drehkolbenpumpe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Zahnradkranz (3.1) des Zahnrades (7) und die an den beiden Seitenflächen angeschlossenen Panzerbuchsen (20, 21) als ein einteiliges Maschinenelement hergestellt sind,
und daß die aus dem Pumpengehäuse (1) herausgeführte Antriebswelle (7) über eine zwischen der Antriebswelle (7) und dem Zahnkranz (3.1) und mindestens einer Panzerbuchse (20, 21) angeordnete Paßfeder (9) oder ümfangsverzahnung drehfest mit dem Zahnkranz (3.1) und den Panzerbuchsen (20, 21) verbunden ist.

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3· Drehkolbenpumpe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Zahnrad (3) und die an den Seitenflächen des Zahnrades (3) angeordneten Panzerbuchsen (20, 21) getrennte Bauteile sind,

und daß die aus dem Pumpengehäuse (1) herausgeführte Antriebswelle (7) aus einem gegen das Fördermedium korrosionsbeständigen Werkstoff besteht und formschlüssig über eine Paßfeder (9) oder Umfangsverzahnung mit dem Zahnrad (3) und den beiden an den Seitenflächen anliegenden Panzerbuchsen (20, 21) verbunden ist.

4. Drehkolbenpumpe nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Lagerbuchsen (18, 19) in den Seitenplatten (16, 17) des Pumpengehäuses (1) drehfest angeordnet, insbesondere mit den Seitenplatten (16, 17) verschraubt sind.

5. Drehkolbenpumpe nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet,

daß der gehärtete Sinterwerkstoff eine Rockwellhärte von mehr als 58, insbesondere von 63 bis 65 HRC aufweist.

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6. Drehkolbenpumpe nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 5, bei der die aus dem Pumpengehäuse herausgeführte Antriebswelle (7) durch eine Stopfbuchse (12 bis 14) abgedichtet ist,

dadurch gekennzeichnet,

daß die neben dem Zahnrad (3) oder Zahnkranz (3.1) angeordnete Panzerbuchse (20, 21) mit dem Umfang der Antriebswelle (7) verlötet ist.

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