-
Zahnradpumpe für Flüssigkeiten Die Erfindung bezieht sich auf eine
Verbesserung von Zahnradpumpen für Flüssigkeiten, insbesondere von Pumpen zum gleichmäßigen
Fördern Blasen enthaltender Gemische. Vorzugsweise bezieht sie sich auf Zahnradpumpen
von der Art, wie sie im allgemeinen beim Fördern fadenbildender Lösungen zu einer
Spinndüse bei der Herstellung künstlicher Fäden verwendet wird. Die Erfindung ist
besonders auf das Verspinnen geschmolzener organischer fadenbildender Massen anwendbar,
die der Bildung vonBlasen unterworfen sind, sei es, daß diese durch das angewendete
Schmelzverfahren erhalten werden, sei es, daß sie von der Zersetzung der geschmolzenen
Massen herrühren.
-
Es ist bereits vorgeschlagen worden, endlose Gebilde, z. B. Fäden,
Garne, Bänder od. dgl., von besonders deichmäßigem Denier oder gleichmäßiger Dicke
aus zu Blasenbildung neigenden Massen dadurch herzustellen, daß man die film- oder
fadenbildende Masse einem Druck unterwirft, der genügt, die Blasen in der Masse
zu lösen und dann die blasenfreie Schmelze unter Druck zu einer Auspreßvorrichtung,
z. B. Dii,se, fördert. Dies kann z. B. dadurch bewirkt werden, daß man zwei in Reihe
geschaltete Pumpen verwendet, und zwar wird die film- oder fadenbildende Masse durch
die erste Pumpe einem Druck ausgesetzt und zu einer zweiten Pumpe gebracht, die
die blasenfreie Masse zu einer geeigneten Auspreßvorrichtung drückt.
-
Die beiden Pumpen fördern die im wesentlichen blasenfreie Masse zu
der Auspreßvorrichtung; aber es zeigen sich auch bei diesem Verfahren gewisse Schwierigkeiten,
die besonders von den hohen Temperaturen bei der Schmelzauspressung herrühren.
Die
schnelle Abnutzung. der Pumpen, ihre Instandhaltung sowie dieVorkehrungen für den
synchronen Antrieb machen eine solche Vorrichtung verhältnismäßig kostspielig und
erschweren das Auspressen wesentlich. Durch die Verwendung zweier Pumpen sind die
Mengen der film- oder fadenbildenden Massen, die in geschmolzenem Zustand gehalten
werden müssen, ziemlich groß. Aus diesem Grunde sind auch die Zersetzungserscheinungen
ziemlich stark. , Erfindungsgemäß wird eine Zahnradpumpe. vorgesehen, die so eingerichtet
ist, daß die zwischen den ineinandergreifenden Zahnrädern befindliche Masse durch
einen Verbindungsgang in den Seitenwänden der Pumpe zu der durch die Zahnräder geförderten
Masse gepumpt wird, so daß die Blasen, die in der vorwärts getriebenen Masse vorhanden
sind, sich lösen, bevor die Masse den Pumpenauslaß erreicht hat.
-
Insbesondere kann die Masse unter Druck mittels in den Seitenwänden
der Pumpe vorgesehener Vertiefungen an eine Stelle geführt werden, die in der Nähe
der Zähne der Zahnräder, und zwar auf ihrem Weg vom Einlaß- zum Auslaßkanal liegt.
Dort übt die Masse einen Druck auf die durch die Zähne vorwärts getriebene ablasse
aus. Dieser Druck bewirkt die Lösung der Blasen in der geförderten Masse.
-
Die Erfindung sei an Hand von Figuren näher erläutert.
-
Fig. i ist ein Querschnitt längs der Achsenebene der Zahnräder; Fig.
2 zeigt die Innenseite einer Seitenplatte der in Fig. i dargestellten Pumpe; Fig.
3 zeigt die Mittelplatte und die Zahnräder der Pumpe; Fig.4 stellt die Innenseite
der anderen Seitenplatte der Pumpe dar; Fig. 5 zeigt vergrößert einen Schnitt der
Zahnräder zusammen mit einem Schnitt der in Fig.2 gezeigten Seitenplatte; Fig. 6
ist ein Querschnitt längs der Linie 6-6 der Fig. 2; Fig. 7 ist ein Querschnitt längs
der Linie 7-7 der Fig.4; ` Fig.8 zeigt die Innenseite einer anderen Ausführungsform
der Seitenplatte.
-
In den Fig. i bis 7 bedeuten i i die hintere Seitenplatte der Zahnradpumpe,
13 die Mittelplatte und 15 die vordere Seitenplatte. Die drei Platten werden durch
geeignete, nicht gezeigte Bolzen oder Schrauben zusammengehalten. Innenhalb der
Mittelplatte 13 und zwischen den Seitenplatten ii und 15 ist ein Paar ineinandergreifender
Zahnräder 17 und i9 angeordnet. Die Räder 17 und i9 sind an den Wellen 21 bzw. 23
angebracht. Die Wellen 21 und 23 liegen in den Seitenplatten i i und 15, und zwar
befindet sich die Welle 2i in den Öffnungen 37 und .37a der hinteren bzw. vorderen
Platte und die Welle 23 in den Öffnungen 39 und 39a der hinteren bzw. vorderen Platte.
-
Die hintere Platte i i ist mit einer Einlaßöffnung 33 und einer Auslaßöffnung
35 für die Flüssigkeit versehen. Ferner trägt die Platte i i bogenförmige Vertiefungen
25 und 29 sowie Verbindungsvertiefungen 27 und 31. Diese letzteren Vertiefungen
verbinden die bogenförmigen Vertiefungen 25 und 29 mit den Einschnitten 26 und 28,
die in der Nähe der Stelle angebracht werden, wo die Zähne der Räder 17 und i9 (vgl.
Fig. 5) ineinandergreifen. Die Vertiefungen sind auf der Innenseite der Platte angeordnet,
wie deutlich in Fig. i gezeigt ist. Die bogenförmigen Nuten 25 und 29 liegen konzentrisch
mit den Wellen 2 i und 23 und sind über einer Zahl von Zähnen zwischen dem Einlaß
33 und dem Auslaß 35 angeordnet. Ferner ist eine kleine Vertiefung 41, die mit der
Einlaßöffnung 33 verbunden ist, auf der Innenseite der Platte i i vorgesehen (vgl.
Fig. 2 und 6). Diese Nut 41 bringt die Vertiefungen 27 und 31 geri.Uigend
nahe an die Einlaßöffnung 33, damit die Flüssigkeit beim Undichtwerden zwischen
der Seitenplatte i i und der Mittelplatte infolge des Überdrucks auf die Flüssigkeit
in den Vertiefungen 27 und 31 zur Einlaßöffnung 33 anstatt zum Auslaß 35 fließen
kann. Die vordere Platte 15 trägt auf der Innenseite bogenförmige Nuten 25a und
2911 sowie Verbindungsnuten 27° und 3 ja, die den Vertiefungen der Rückplatte i
i spiegelbildlich entsprechen. Weiterhin ist die Platte 15 mit einer kleinen kreisförmigen
Vertiefung 47 versehen, die in der Nähe der Stelle angebracht ist, wo die Zahnräder
nicht ineinandergreifen. Die Nut 47 dient dazu, jedes Vakuum zu beseitigen, das
durch die nicht ineinandergreifenden Zahnräder hervorgerufen wird.
-
Die Mittelplatte 13 enthält zwei kreisförmige Öffnungen
51 und 53, in die die Zahnräder 17 und z9 mit einem Minimum an Spielraum
hineinpassen, ohne daß die freie Drehung der Räder gehindert wird. Die Räder 17
und i9 sind auf ihren Wellen 21 bzw. 23 angebracht dargestellt. Diese werden in
der durch die Pfeile angezeigten Richtung angetrieben. Die Vertiefungen 43 und 45
sind mit dem Einlaß 33 bzw. dem iAuslaß 35 verbunden und dienen zum Leiten der Flüssigkeit.
-
In Fig.5 ist deutlich gezeigt, wie die fadenbildende Masse zwischen
den Zahnrädern unter Druck gehalten und in die in den Seitenplatten befindlichen
Vertiefungen gebracht wird. Die Zahnräder 17 und i9 befinden sich an der Stelle,
wo die Zähne eingreifen und die Flüssigkeit festhalten. über den Vertiefungen 26
und 28 an den Enden der Nuten 27 und 31. Der Zahn 7o des Rades i9 hat gerade in
bezug auf die Zähne 72 und 74 des Rades 17 eine Stellung erreicht, wo er vollständig
die fadenbildende Masse in dem Raum 76 zwischen den Zähnen 72 und 74 eingeschlossen
hat und sie unter Druck zu setzen beginnt. Die Vertiefung 28 am Ende der Nut 31
in der hinteren Seitenplatte 11 ist so angebracht, daß die testgehaltene fadenbildende
Masse in die Nut 31 gedruckt wird. Ein ähnlicher Vorgang spielt sich gleichzeitig
bei der entsprechenden Vertiefung 28a am Ende der Nut 31a in der vorderen Seitenplatte
15 (nicht dargestellt) ab. Gleichzeitig hat der Zahn 74 gerade das Drücken der Masse,
die zwischen den Zähnen 70
und 78 eingeschlossen ist, in die Vertiefung
26 am Ende der -Nut 27 beendet. Zahn 7 2 tritt gerade in den Rauin zwischen den
Zähnen 68 und 70 ein und wird die festgehaltene Masse in die Vertiefung
26 und Nut 27 sowie selbstverständlich auch in die gegenüber angeordnete Vertiefung
26't und Nut 27a der vorderen Seitenplatte (in Fig.5 nicht dargestellt) drücken.
Die in Nuten 27 und 31 sowie 27"
und 31" gebrachte Nasse wird dann in die
entsprechenden bogenförmigen Nuten 25 und 29 sowie 25" und 2911 und von dort in
die Räume zwischen den Zähnen der Zahnräder, die den bogenförmigen Nuten benachbart
sind, gefördert werden. Der zus iitzliclie Druck, der auf die vom Einlaß zum Auslaß
getriebene 'Masse ausgeübt wird, bewirkt, daß die Blasen, die in ihr. enthalten
sein können, zur Lösung gebracht werden.
-
Im allgemeinen wird vorgezogen, die Zähne der Zahnräder so auszubilden,
daß eine etwas größere Menge von fadenbildender Nasse festgehalten und durch die
Nuten gefördert wird als theoretisch erforderlich ist, wodurch erreicht wird, daß
die Räume um die Zähne vollständig mit der Masse gefüllt sind. Dies ist auch besonders
deswegen erwünscht, weil die Geschwindigkeit der Faserbildung oft ungleichmäßig
und daher der Blasengehalt der Masse nicht immer der gleiche ist, so daß Vorkehrungen
getroffen werden müssen, um jederzeit ein Maximum von Blasen auflösen zu können.
Aus diesem Grunde muß auch für die Beseitigung eines Überschusses der Masse gesorgt
werden. Im allgemeinen ist es zweckmäßig, die '.Masse zum Pumpeneinlah zurückzuleiten,
besonders wenn die '-Menge ungleichmäßig ist, da sie, wenn sie zum Auslaß gebracht
wurde, das gleichmäßige Fördern stören würde. Diese 'Maßnahme kann auf verschiedene
Weise durchgeführt werden. In einigen Fällen wird der Überschuß durch das natürliche
Gleiten zwischen den Zähnen und der 'Mittelplatte 13 beseitigt werden können. Man
könnte auch den Spielraum zwischen den Zähnen etwas vergrößern, um so ein schnelleres
Gleiten zu ermöglichen. Auch das Gleiten zwischen den Zahnrädern und den Seitenplatten
11 und 15 bewirkt das Zurücklaufen des Cberschusses zur Einlaßöffnung. Hierbei ist
es wichtig, durch bestimmte Anordnung des Einlasses und der Auslaßöffnung in bezug
auf die Nuten und/oder durch zusätzliche Nuten oder Vertiefungen dafür zu sorgen,
daß der Gleitwiderstand zwischen den Nuten und dem Einlaß an ihrer engsten Stelle
geringer als der zwischen den Nuten und dem Auslaß an ihrer engsten Stelle ist.
Wie aus Fig. 2 zu erkennen ist, liegt der Einlaß 33 näher an den Nuten 27 und 31
als der- Auslaß 35. Das Zurücklaufen des Überschusses zum Einlaß kann ferner durch
eine Vergrößerung .4i des Einlasses, wie in Fig.2 dargestellt, erfolgen. Diese Vergrößerung
41 braucht nur in der Platte 11 ausgespart zu werden. Jedoch kann sie auch sowohl
in der Seitenplatte i i als auch in der Seitenplatte 13 liegen.
-
Durch diese Vergrößerung wird der Abstand der Verbindungsnuten :27
und 31 vom Einlaß an der engsten Stelle verkürzt, wodLtrch das Ausweichen des Überschusses
nach dem Einlaß über die Zahnräder und zwischen den Zahnrädern und der Platte i
i und/oder der Platte 15 erleichtert wird. Wenn er«-üaischt, können kleine
Durchgänge in der Platte ausgespart werden, wodurch eine unmittelbare Verbindung
zwischen den Vertiefungen. die die fadenbildende :Masse zu den Zähnen führt, und
dem Einlaß erreicht wird; Größe und Tiefe der Durchgänge richten sich nach dem verlangten
Druck.
-
Die Arbeitsweise der Vorrichtung nach der Erfindung wird in folgendem
näher erläutert: Als fadenbildende Masse dient beispielsweise Polyh,examethylenadipamid,
ein synthetisches lineares Polyamid, das durch Reagieren von Hexamethylendiamin
mit Adipinsäure erhältlich ist. Späne aus Polyhexametliylenadipamid (Schmelzpunkt
etwa 263' C) "verden in einer Stickstoffatmosphäre unter einem Druck von
0,7 atü mit Hilfe eines Heizgitters in üblicher Weise geschtnolzen. Unter
dem Schmelzgitter sammelt sich eine Menge von geschmolzenem Poly meretn an. das
Blasen enthält, die sowohl auf den Stickstoff beim Schmelzvorgang als auch auf Zersetzungserscheinungen
zurückzttüiühreti sind. Das Polymere fließt dann von dieser Stelle durch einen Durchgang
nach dem Einlaß der Pumpe, die erfindungsgemäß wie oben beschrieben arbeitet, die
Blasen zur Auflösung bringt und im wesentlichen blasenfreies Polymeres zum Auslaß
fördert. Von dort wird das Polymere durch eine Filter- und Druckreguliereinrichtung
mit Schichten von sorgfältig gereinigtem Sand, dessen Teilchengröße in Fließrichtung
abnimmt, und Filtern von verschiedener Maschengröße geleitet. Diese Reguliereinrichtung
dient nicht nur zum Beseitigen von fremden Stoffen aus der Schmelze, sondern auch
dazu, daß der durch die Pumpe auf die Schmelze ausgeübte Druck auf einer Höhe gehalten
wird, die geniigt, die Blasen am Freiwerden zu hindern. Das geschmolzene Material
wird dann von dieser Einrichtung zu einer Spinndüse befördert, versponnen und als
mehrfädiges Garn aufgespult. Das so erhaltene Garn hat einen konstanten Denier mit
einer Schwankung von nur Es ist selbstverständlich, daß anstatt der Sandschichten
auch andere Mittel, z. B. eine Reihe von Filtern, verwendet werden können, mit deren
Hilfe ein Druck erhalten wird, der die Bildung von Blasen vor der Anpressung verhindert.
Ferner ist es selbstverständlich, daß die Polyamidspäne auch unter einem Gasdruck
von mehr oder weniger als 0.7 atü geschmolzen werden können. Es ist jedoch nicht
ratsam, den Druck so weit herabzusetzen, daß die Wirkung der Pumpe wieder aufgehoben
wird. An Stelle des Heizgitters können auch andere Schmelzmittel angewendet werden.
-
Für die Auspressung der film- oder fadenbildenden Massen bei hohen
Temperaturen und besonders, wenn die Masse bei diesen Temperaturen korrodierend
wirkt, z. B. bei der Schmelzauspressung polymeren Materials, beispielsweise synthetischer
linearer Polyamide, ist die Wahl geeigneten Baumaterials
für die
Pumpe von besonderer Wichtigkeit. Das Material muß gegen Korrosion, Abschaben u.
dgl. beständig sein sowie einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffzienten besitzen,
nachdem es in den Teilen, die die eigentliche Pumpe ausmachen, einer Hitzebehandlung
unterworfen worden ist. Es ist festgestellt worden, daß diese Kombination von Eigenschaften
am besten durch Verwenden von Stahl mit io bis 16% Chrom, i bis 1,6% Kohlenstoff
und anderen Elementen, z. B. Kobalt, Vanadium, Molybdän, erreicht wird. Die letzteren
Elemente sollten insgesamt 4% nicht überschreiten.
-
Zweckmäßig ist es, die Maschinenteile einer Hitzebehandlung zu unterwerfen,
die es verhindert, daß das Material sich im Gebrauch verbiegt oder verzieht, wodurch
Spannungen oder Undichtigkeit entstehen. Die Eigenschaft, sich nicht zu verziehen,
kann dadurch erreicht werden, daß man das auf Härtungstemperatur gebrachte Material
.durch Eintauchen in Öl schnell abkühlt, worauf man sofort eine Streckung des Materials
bei einer Temperatur von 32o bis 54o° C, vorzugsweise 48o° C, vornimmt.
-
Eine bevorzugte Stahllegierung füs- den vorliegenden Zweck ist z.
B. folgende: r,55 % Kohlenstoff, i20/0 Chrom, 0,4% Kobalt, 0,2% Mangan, 0,35 % Silicium,
o,85 %, Vanadium, o,8 % Molybdän und 83,85 % Eisen. Um dem Material die notwendige
Härte für die Schmelzauspressung zu geben, sollte die Legierung in öl bei einer
Temperatur von 955 bis ioio°@C getaucht und bei 32o bis 54o° C gestreckt werden.
-
In den Figuren besitzen die bogenförmigen Nuten 25 und 29 einen Zentriwinkel
von annähernd i80°. Jedoch sind auch andere Zentriwinkel möglich. Für die Auswahl
eines geeigneten Winkels sind maßgebend: die Konzentration der in der Masse unter
den Auspreßbedingungen vorhandenen Blasen, die Viskosität der ausgepreßten Masse
sowie die gewünschte Gleichmäßigkeit in der Förderung. Wie festgestellt worden ist,
ist bei der Bestimmung der Nutenlängen auch die Zeitdauer zu berücksichtigen, die
für das Halten der Masse unter Druck zwecks Erlangung einer Lösung notwendig ist.
EineGrenze wird der Nutenlänge durch die Notwendigkeit gesetzt, einen genügenden
Abstand zwischen dem Ende der Nut und der Auslaßöffnung vorzusehen, um das Gleiten
der Masse von der Nut zum Auslaß zu verhindern. Dieses Gleiten würde eine einwandfreie
Förderung durch die Pumpe nicht ermöglichen. Eine weitere Grenze für die Nutenlänge
ist durch die Notwendigkeit gegeben, daß ein Raum mit einer höchstens nur schwachen
Vertiefung zwischen dem Einlaß und den Nuten vorzusehen ist (vgl. die oben beschriebene
Entfernung des Überschusses der Masse). Vorzugsweise sind die bogenförmigen Nuten
genügend lang, so daß sie in Höhe einer Reihe von Zähnen liegen.
-
Viele der Nuten können mannigfaltige Gestalt besitzen. So sind z.
B. in Fig. 8 die Verbindungsnuten 27 und 31 durch eine Nut 34 miteinander verbunden.
Ferner können sich die Nuten auch in einer einzigen Platte befinden anstatt in Vorder-
und Rückplatte. Selbstverständlich können auch andere Konstruktionen für die Rückführung
der überschüssigen Masse durchgeführt werden. Wie in Fig.8 gezeigt ist, können auch
weitereVertiefungen (vgl. 36) neben der Vertiefung 41 zwecks Erleichterung des Vorgangs
angebracht werden.
-
Wenn auch diese Pumpe besonders für das Schmelzspinnen von synthetischen
linearen Polyamiden geeignet ist, kann man sie selbstverständlich auch auf das Schmelzspinnen
aller anderen organischen fadenspinnenden Massen anwenden, bei denen Blasenbildung
aus irgendeinem Grunde unter den Bedingungen erfolgt, wie sie gerade vor dem Verspinnen
oder währenddessen herrschen, vorausgesetzt, daß die Gase sich unter Druck lösen
und die Zersetzung langsam genug vor sich geht, um die Förderung zu ermöglichen,
bevor zu viel Gase gebildet worden sind, so daß bei den herrschenden Temperatur-
und Druckverhältnissen das Lösen nicht mehr möglich ist. Solche fadenbildenden Massen,
bei denen Blasenbildung auftritt, können z. B. sein: synthetische lineare Polyamide,
d. h. synthetische lineare Polymeren, die »CONH«-Einheiten in der linearen Kette
enthalten,. synthetische lineare Polymeren, z. B. Polyester, Polyäther, Polyacetale
und gemischte Polyester und Polyamide, wie sie z. B. durch Kondensation gemäß der
amerikanischen Patentschrift z 07z 25o hergestellt werden, können ebenfalls erfindungsgemäß
verwendet werden. Auch andere Arten von synthetischen Polymeren, z. B. Äthylenpolymeren,
Vinylpolymeren, Polystyrol und Polyacrylsäurederivate können mit Vorteil erfindungsgemäß
versponnen werden.
-
Man kann das fadenbildende Material auch mit Zusatzmitteln, z. B.
Mattierungsmitteln, Pigmenten, Weichmachern, Farbstoffen, Antioxydantien oder Harzen,
versetzen. Die Erfindung kann auch dann vorteilhaft angewendet werden, wenn das
Zusatzmittel Anlaß zur Blasenbildung ist.
-
Wenn auch die Pumpe im Hinblick auf das Auspressen von film- oder
fadenbildenden Massen beschrieben worden ist, so kann sie doch auch bei der Förderung
blasenfreier Massen zwecks Herstellung von Borsten oder Überzügen von Drähten od.
dgl. benutzt werden.
-
Die Pumpe kann auch mit Erfolg bei der Verarbeitung von Cellulosexanthogenat
oder anderen ;Lösungen von Cellulosederivaten, wenn Gasblasen störend wirken, angewandt
werden. Auch diese Lösungen können mit Vorteil durch diese Pumpe gefördert werden,
wenn sie infolge der Anwesenheit von Zusatzmitteln oder aus irgendeinem anderen
Grunde Blasen enthalten.
-
Die Pumpe findet auch beim Pumpen von Flüssigkeiten bei oder nahe
ihrem Siedepunkt Anwendung, so daß die Flüssigkeit ohne Anwesenheit von Gasen gefördert
wird. Ferner kann die Pumpe auch bei Ausschankvorrichtungen oder zum Fördern von
Flüssigkeiten, die sich unter Entwicklung von Gasen zersetzen, verwendet werden.
-
Erfindungsgemäß ist es möglich, Gebilde von äußerst gleichmäßigen
Eigenschaften herzustellen, besonders Garne von gleichmäßigem Denier. Besonders
brauchbar
ist die Vorrichtung gemäß der Erfindung beim Verspinnen von geschmolzenen Massen.
Ein wichtiger Vorteil beim Schmelzspinnen ist die Tatsache, daß weniger Arbeit auf
das geschmolzene Material verwendet wird als beim Pressen zwischen zwei Pumpen.
Dadurch wird die Temperatur des Pumpenblockes herabgesetzt und der Gebrauch höherer.
Temperaturen beim Schmelzen der festen fadenbildenden Masse ermöglicht, ohne die
Temperatur des Pumpenblockes zu erhöhen, was eine zu schnelle Zersetzung herbeiführen
Würde.
-
Zahnradpumpen gemäß der Erfindung unterliegen im Gebrauch weniger
der Abnutzung als die bisher bekannten Zahnradpumpen.
-
Das rührt von dem Druckausgleich in der Flüssigkeit her, die über
einen großen Teil der Zähne des Zahnrades gefördert wird, und von der Tatsache,
daß in dieser Pumpe der Druck der Masse von beiden Seiten der Zahnradachsen ausgeglichen
ist.