EP0620369B1 - Gear pump - Google Patents
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- EP0620369B1 EP0620369B1 EP94109865A EP94109865A EP0620369B1 EP 0620369 B1 EP0620369 B1 EP 0620369B1 EP 94109865 A EP94109865 A EP 94109865A EP 94109865 A EP94109865 A EP 94109865A EP 0620369 B1 EP0620369 B1 EP 0620369B1
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- gear pump
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C14/00—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations
- F04C14/28—Safety arrangements; Monitoring
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
- F01C21/00—Component parts, details or accessories not provided for in groups F01C1/00 - F01C20/00
- F01C21/02—Arrangements of bearings
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C13/00—Adaptations of machines or pumps for special use, e.g. for extremely high pressures
- F04C13/001—Pumps for particular liquids
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- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C15/00—Component parts, details or accessories of machines, pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C2/00 - F04C14/00
- F04C15/0003—Sealing arrangements in rotary-piston machines or pumps
- F04C15/0034—Sealing arrangements in rotary-piston machines or pumps for other than the working fluid, i.e. the sealing arrangements are not between working chambers of the machine
- F04C15/0038—Shaft sealings specially adapted for rotary-piston machines or pumps
Definitions
- the present invention relates to a gear pump according to the Preamble of claim 1 and a method for rinsing the Seal on such a gear pump according to the preamble of claim 13.
- Non-contact seals for these purposes to be provided between the shaft and the stator, with a defined sealing gap, for example labyrinth seals.
- Such Seal can usually, the usual shaft eccentricity and thus taking into account the usual seal play, only optimally effective from a certain operating point be sealed, for example depending on the pump speed Differential pressure, temperature and the medium to be sealed, especially material to be conveyed.
- labyrinth seals used variable radial play, depending on the operating pressure and temperature, which the Change the sealing effect.
- one according to the invention closes Seal on one side, especially on the delivery chamber side, to a roller bearing for the rotor.
- a shaft-side area is shifted axially or a stator-side area.
- a shaft-side shift of the mentioned sealing or Storage area is by axially moving one another Wave sections possible. In this case, such an axial displacement a shaft part with sealing part e.g. of a Rolling bearings can be added easily.
- the storage temperature and / or the differential pressure between The suction and pressure sides of the pump are detected and functioning of one measurement signal or as a function of a combination of both acted on an actuator by which, in the sense of the present invention, the sealing clearance and / or the Camp play be put.
- a method according to the invention is in claim 13 specified for flushing the seal on a gear pump, which in addition to the continuous adjustment of the sealing gap can be used or, according to the invention, insulated, that is to say on a seal according to the invention, with an axial relative displacement of the sealing surfaces is intended exclusively for the rinsing process.
- Fig. 1 is the one toothed rotor 1 of a gear pump Stator 3 shown schematically in longitudinal section.
- the rotor 1 comprises a shaft 5 which is mounted on the stator 3.
- shaft 5 5a which, as shown, is frustoconical is trained. That adjacent to the frustoconical section 5a Section 7a of the stator-side shaft bore 7 is formed in the shape of a truncated cone, the opening angle of the two conical surfaces 5a and 7a are preferably the same. Between the frustoconical surface 5a and the stator side 7a, a gap 9 is defined.
- Adjustment device axially with respect to the two areas 5a and 7a the axis A of the rotor 1 shifted relative to each other can be. As can be easily seen, it follows thereby the possibility of varying the width of the gap 9. According to the invention, this procedure can be carried out either for one 1 basically designed seal used are and / or for a slide bearing designed according to FIG. 1 the shaft 5 on the stator 3.
- 1 is a relative axial displacement according to the invention areas 5a and 7a. This can either done by an axially fixed, stator side Surface 7a and an axially displaceable, shaft-side surface 5a or vice versa.
- a shaft 5 is shown schematically in FIG which the truncated cone region 5a is designed to be axially displaceable is.
- the shaft 5 is formed in two parts, with parts 5 'and 5 ", for example the shaft part 5' is fixedly connected to the gear, not shown here.
- stator 3 again schematically, shows the stator 3 with the stator-side frustoconical section 7a.
- stator 3 basically also comprises two parts 3 ′ and 3 ", the part 3 'of the puncture delivery space, not shown here Are defined.
- a second stator part 3 " in the stator part that is fixed with respect to the delivery chamber 3 ' is axially displaceable a second stator part 3 ", as shown schematically at 15, rotationally fixed, axially displaceable, V ', which part 3 "the frustoconical Surface area 7a of the stator-side shaft bore 7 wearing.
- FIG. 4 shows an inventive combination of an inventive one Plain bearing and an inventive Seal on one and the same shaft 5 of a gear rotor 1 shown schematically.
- a slide bearing according to the invention with shafts side, frustoconical bearing surface 25a provided with interacting, on the stator side, a truncated cone Storage area 27a.
- the two bearing surfaces 27a and 25a are movable relative to one another, as represented by V ', by analogy to Fig. 2, the shaft 5 one with the gear connected part 5 'and in this regard axially displaceable 5 "includes.
- a seal according to the invention is provided.
- the stator 3 is for the realization of an independent of the bearing 25a, 27a adjustable seal, in analogy to the explanations for Fig. 3, with a stationary part 3 'defining a conveying space trained and in this regard, as shown again with V ", axially displaceable, defining the sealing surface 37a Part 3".
- a schematically represented feed element 40 such as a hydraulic one Piston arrangement or a spindle adjusting device, acts axially on the part 5 "of the shaft 5 with respect to the stationary Stator part 3 ', with which the shaft-side bearing surface 25a axial, increasing or reducing bearing gap 29, shifted can be.
- the sealing gap 39 remain the same between the sealing surfaces 37a and 35a the feed of the part 5 "also on the axially displaceable Stator part 3 "transferred.
- the sealing gap becomes independent of the bearing gap conditions 39 by the further, schematically represented actuating arrangement 41 adjusted, again e.g. through a hydraulic Actuator arrangement or a spindle drive.
- bearing gap 29 and sealing gap 39 can be adjusted synchronously in time and distance by using the 4 provided stator part 3 "also as axially immovable Part is formed.
- FIG. 5 shows a further embodiment variant shows which seal or bearing area can be adjusted in analogy to FIG. 3 in that a part 3 "of the stator 3 with respect to a stationary stator part 3 'can be moved axially to seal or bearing gap to change. 5 as Seal formed, so are the position signs in Analogous to Fig. 4 used, in addition to the preferred continuous actuating device 43, in analogy to FIG.
- a step control unit 45 is provided with which a control intervention S mechanically, pneumatically or hydraulically, the sealing gap 39 is expanded in one step is - in the example shown by sliding to the right of the stator part 3 "that a largely unobstructed flushing flow can be done through the sealing gap 39 and that as Pumped medium used by axial grooves 46 or a radial channel 47 can emerge.
- FIG. 6 shows on the basis of a function block / signal flow diagram how, according to the invention, a gear pump, bearing gap and / or sealing gap can be automatically controlled according to the invention.
- the differential pressure ⁇ p x between the suction-side pressure p s and the pressure-side pressure p D is measured on the gear pump 50.
- the bearing temperature 52 is measured on the slide bearing designed according to the invention, schematically represented by 52, and on the seal 54 designed according to the invention preferably a signal m ⁇ that is significant for the leakage through the seal 54.
- Differential pressure ⁇ p , bearing temperature ⁇ 52 and possibly leakage indication signal m ⁇ are fed to a calculation unit 56, which, in particular as a function of differential pressure and bearing temperature, generates a controlled variable X 1 for the bearing gap actuator 58, in analogy to the actuator 40 from FIG. 4 and a sealing gap control variable X 2 for setting a sealing gap actuator 60, in analogy to the actuator 41 from FIG. 4.
- control variables X 1 and X 2 calculated on the unit 56 are formed with predeterminable control variables W 1 and W 2 to form respective control differences.
- the one and / or other control loop can be omitted if, for example, only bearings or only seals are designed or to be regulated according to the invention.
- a single controlled variable X 1,2 is determined, for example, which, optimized, takes into account both the bearing and the sealing gap requirements in function, in particular of the pump differential pressure ⁇ p and the bearing temperature.
Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe nach dem
Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Spülen der
Dichtung an einer derartigen Zahnradpumpe nach dem Oberbegriff
von Anspruch 13.The present invention relates to a gear pump according to the
Preamble of
Bei der Durchführung von Zahnradpumpen-Wellen durch die Gehäusewandung, beispielsweise zu Antriebszwecken, ist es unumgänglich, zwischen Förderraum der Pumpe einerseits und Umgebungsatmosphäre anderseits eine Abdichtung vorzusehen. Bei nicht durchgeführten Zahnradpumpen-Wellen, die beispielsweise wälzgelagert sind, ist es in den meisten Fällen notwendig, eine Abdichtung zwischen Förderraum der Pumpe und Wälzlager vorzusehen.When performing gear pump shafts through the Housing wall, for example for drive purposes, it is indispensable, between the pump delivery chamber on the one hand and On the other hand, to provide a surrounding atmosphere. In the case of gear pump shafts that are not carried out, for example roller bearings, it is in most cases necessary, a seal between the pumping chamber and Rolling bearings to be provided.
Es ist bekannt, zu diesen Zwecken nicht berührende Dichtungen zwischen Welle und Stator vorzusehen, mit definiertem Dichtungsspalt, beispielsweise Labyrinthdichtungen. Eine derartige Dichtung kann in der Regel, die übliche Wellenexzentrizität und damit das übliche Dichtungsspiel berücksichtigend, nur ab einem bestimmten Betriebspunkt optimal dichtwirksam sein, beispielsweise abhängig von Pumpendrehzahl, zu dichtendem Differenzdruck, der Temperatur und dem zu dichtenden Medium, insbesondere Fördergut.It is known to have non-contact seals for these purposes to be provided between the shaft and the stator, with a defined sealing gap, for example labyrinth seals. Such Seal can usually, the usual shaft eccentricity and thus taking into account the usual seal play, only optimally effective from a certain operating point be sealed, for example depending on the pump speed Differential pressure, temperature and the medium to be sealed, especially material to be conveyed.
So stellen sich z.B. bei bekannten, zum obgenannten Zweck eingesetzten Labyrinthdichtungen variable Radialspiele ein, in Abhängigkeit von Betriebsdruck und -temperatur, welche die Dichtwirkung verändern.For example, in known, for the above-mentioned purpose labyrinth seals used variable radial play, depending on the operating pressure and temperature, which the Change the sealing effect.
Ist die Dichtung, wie bei Zahnradpumpen in den meisten Fallen, vorgesehen, um einen axialen Durchtritt des Fördergutes entlang der Welle zu unterbinden, so ist ersichtlich, dass je nach zu förderndem Gut und je nach den Degradierungseigenschaften dieses Gutes unterschiedliche Anforderungen an die Ausbildung des Dichtungsspaltes zwischen drehender Welle und stillstehendem Stator bzw. Gehäuse zu stellen sind. So ist es vielfach nötig, bei sonst gleichen Pumpen die vorgesehenen Dichtungen für unterschiedlich zu fördernde Güter unterschiedlich auszulegen, was entweder den Einsatz unterschiedlicher Pumpen für unterschiedliche Fördergüter bedingt oder mindestens das Wechseln von Dichtungspartien, wie beispielsweise statorseitig das Dichtungsspiel festlegender Büchsen.Is the seal, as with gear pumps in most cases, provided for an axial passage of the material to be conveyed prevent along the shaft, so it can be seen that depending on the material to be extracted and the degradation properties this good has different requirements the formation of the sealing gap between the rotating shaft and stationary stator or housing must be provided. So it is often necessary to use the provided pumps with the same pumps Seals for goods to be conveyed differently interpret what is either the use of different Pumps required for different goods or at least changing sealing parts, such as on the stator side, which defines the sealing play Rifles.
Aus der US-A 4 575 100 ist eine Zahnradpumpe bekannt, bei der die Rotorwelle in einem Lagerbereich fördergutgeschmiert gleitgelagert ist. Nach aussen fortschreitend, schliesst an den erwähnten Lagerbereich ein Verdrängungsfluid-gefülltes Kanalsystem an, in welchem der Verdrängungsfluid-Druck Austreten von Fördergut verhindert. Mittels Hydraulikölbetätigter Membrane wird der Strömungsquerschnitt im erwähnten Kanalsystem für das Verdrängungsfluid eingestellt. Mit den erwähnten Membranbereichen, radial ausgerichtet in Form von Ringflächen, werden Flächenabschnitte am statorseitigen Dichtungsflächenbereiche geschaffen, die bezüglich wellenseitiger Flächenabschnitte, in axialer Richtung relativ zueinander, hydraulisch betätigt verschieblich sind.From US-A 4 575 100 a gear pump is known in which the rotor shaft lubricated in a bearing area is slidably mounted. Progressing to the outside, connects the mentioned storage area a displacement fluid-filled Channel system in which the displacement fluid pressure Prevents material from escaping. Using hydraulic oil actuators The flow cross-section in the membrane mentioned channel system for the displacement fluid set. With the membrane areas mentioned, radially aligned in Form of ring surfaces, surface sections are on stator-side sealing surface areas created that with respect to surface sections on the shaft side, in axial Direction relative to each other, hydraulically operated are movable.
Das Vorsehen eines in einem Kanalsystem hydraulisch veränderlichen Querschnittes geführten Verdrängungsfluids zur Dichtung gegen Fördergutaustritt ist höchst kompliziert.Providing one in a duct system hydraulic variable cross-section guided displacement fluid for Sealing against the discharge of conveyed goods is extremely complicated.
Von einer Zahnradpumpe der letztgenannten Art ausgehend, ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zahnradpumpe zu schaffen, bei der flexibel die Dichtungsverhältnisse verändert werden können, und dies wesentlich einfacher.Starting from a gear pump of the latter type, is it is an object of the present invention to provide a gear pump create, with the flexible sealing conditions can be changed, and this much easier.
Dies wird an einer Zahnradpumpe eingangs genannter Art durch
deren Ausbildung nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1
gelöst.This is done on a gear pump of the type mentioned above
their training according to the characterizing part of
Sehr ähnliche Probleme wie bei den erwähnten Dichtungen treten aber auch an Lagern von gleitgelagerten Zahnradpumpenrotoren auf. Die Funktionstüchtigkeit auch solcher Gleitlager ist nur in einem relativ engen Bereich von Lagertemperatur und der Tragfähigkeit des Fördergutes im Lager gewährleistet. Beide genannten Grössen, also Lagertemperatur und Tragfähigkeit, sind aber vom radialen Lagerspiel abhängig; je grösser das Lagerspiel ist, desto niedriger ist die im Lagerspalt durch Scherung erzeugte Wärme und damit Lagertemperatur, je geringer ist aber auch die Lagertragfähigkeit.Problems similar to those of the seals mentioned occur but also on bearings of slide-mounted gear pump rotors on. The functionality of such plain bearings is only in a relatively narrow range of storage temperature and the load capacity of the goods to be conveyed in the warehouse. Both sizes mentioned, i.e. storage temperature and load capacity, but are dependent on the radial bearing play; the bigger the bearing clearance is the lower the one in the bearing gap heat generated by shear and thus storage temperature, each But the bearing capacity is also lower.
Auch bezüglich Lager wurden bis anhin gleitgelagerte Zahnradpumpen für einen relativ engen Viskositätsbereich des Fördergutes ausgelegt. So weist auch die Pumpe gemäss der US-A 4 575 100 einen fix vorgegebenen, fördermediumbeaufschlagten Lagerspalt auf. Fördergutabhängig wurde eine geeignet dimensionierte Gleitlagerung eingesetzt. Auch hier werden zunehmend Zahnradpumpen für Fördergüter in einem weiten Bereich variierender Viskosität benötigt, was für die Verarbeitung mit ein und derselben Zahnradpumpe auch bezüglich Gleitlagerung höchst problematisch ist. Entweder ist für ein niederviskoses Fördergut das Lagerspiel zu gross und damit die Tragfähigkeit unzureichend, oder dasselbe Lagerspiel ist für höherviskose Produkte zu klein mit der Folge zu hoher Lagertemperatur.With regard to bearings, gear pumps with sliding bearings have also been used up to now for a relatively narrow viscosity range of the conveyed material designed. The pump according to US Pat 575 100 a fixed, medium to be handled Bearing gap. Depending on the goods to be conveyed, a suitably dimensioned one was designed Plain bearings used. Here too are increasing Gear pumps for conveyed goods in a wide range Varying viscosity requires what for processing with one and the same gear pump also with regard to plain bearings is highly problematic. Either is for a low-viscosity Conveyed goods the storage clearance too large and thus the Load capacity is insufficient, or the same bearing clearance is for Highly viscous products too small with the result that the storage temperature is too high.
Dieses sehr ähnlich wie das oben abgehandelte Dichtungsproblem gelagerte Lagerungsproblem wird an einer erfindungsgemässen Zahnradpumpe gemäss Oberbegriff von Anspruch 2 durch deren Ausbildung nach dem kennzeichnenden Teil dieses Anspruches gelöst.This is very similar to the sealing problem discussed above stored storage problem is solved on an inventive Gear pump according to the preamble of claim 2 their training according to the characterizing part of this claim solved.
Berücksichtigt man weiter, dass beispielsweise bei zunehmendem Druck, d.h. zunehmender Pumpenbelastung, einerseits die Tragfähigkeit des Gleitlagers zu erhöhen ist, was, wie erwähnt wurde, eine Verringerung des Lagerspieles erforderlich machte, und dass gleichzeitig die erhöhte Pumpenbelastung auch die Dichtungsanforderungen erhöht, was eine Verringerung des Dichtungsspaltes notwendig machte, so ist ersichtlich, dass in gewissen Fällen eine Zahnradpumpe nach dem Wortlaut von Anspruch 4 eine optimierte Lösung darstellt, bei welcher gleichzeitig mit der Lagerspielverstellung auch eine Dichtungsspaltverstellung in gleichem Sinne erfolgt.If one further takes into account that, for example, with increasing Pressure, i.e. increasing pump load, on the one hand the Increasing the load capacity of the plain bearing is what, as mentioned a reduction in the bearing clearance was required made, and that at the same time the increased pump load also increases the sealing requirements, which is a decrease of the sealing gap, it can be seen that in certain cases a gear pump according to the wording of claim 4 represents an optimized solution in which a seal gap adjustment at the same time as the bearing clearance adjustment done in the same sense.
Besonders einfach sind die Verhältnisse, wenn, nach dem Wortlaut
von Anspruch 5, die Dichtung nach Anspruch 1 und/oder
das Gleitlager nach Anspruch 2 an Umgebungsatmosphäre liegen,
weil dann ein Stelleingriff auf die axial relativ zu verschiebenden
Stator/Rotorpartien direkt vom Pumpenäusseren her
erfolgen kann.The situation is particularly simple if, according to the wording
of
Bei einer zweiten bevorzugten Variante schliesst eine erfindungsgemässe Dichtung einseitig, insbesondere förderraumseitig, an ein Wälzlager für den Rotor an.In a second preferred variant, one according to the invention closes Seal on one side, especially on the delivery chamber side, to a roller bearing for the rotor.
Zur Verstellung des Dichtungs- oder Lagerspieles wird ein Wellenseitiger Bereich axial verschoben oder ein statorseitiger. Ein Wellenseitiges Verschieben des angesprochenen Dicht- oder Lagerbereiches ist durch axiales Ineinanderverschieben von Wellenpartien möglich. Dabei kann ein derartiges Axialverschieben eines Wellenteiles mit Dichtpartie z.B. von einem Wälzlager ohne weiteres aufgenommen werden.To adjust the seal or bearing play, a shaft-side area is shifted axially or a stator-side area. A shaft-side shift of the mentioned sealing or Storage area is by axially moving one another Wave sections possible. In this case, such an axial displacement a shaft part with sealing part e.g. of a Rolling bearings can be added easily.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung, sei dies unter
dem Aspekt der Dichtung, der Lagerung oder von beiden, sind
in den weiteren Ansprüchen 5 bis 12 spezifiziert.Preferred embodiments of the invention, see below
the aspect of sealing, storage or both
specified in the
Bei der Zahnradpumpe nach dem Wortlaut von Anspruch 10 wird dabei die Lagertemperatur und/oder der Differenzdruck zwischen Saug- und Druckseite der Pumpe erfasst und in Funktion des einen Messsignals oder in Funktion einer Kombination beider auf eine Stelleinrichtung gewirkt, durch welche, im Sinne der vorliegenden Erfindung, das Dichtungsspiel und/oder das Lagerspiel gestellt werden.In the gear pump according to the wording of claim 10 the storage temperature and / or the differential pressure between The suction and pressure sides of the pump are detected and functioning of one measurement signal or as a function of a combination of both acted on an actuator by which, in the sense of the present invention, the sealing clearance and / or the Camp play be put.
Mit Blick auf die Dichtung besteht oft das Bedürfnis, insbesondere beim Dichten gegen degradierbares Fördergut, die Dichtung von Zeit zu Zeit zu spülen. Dies wird gemäss Wortlaut von Anspruch 12 dadurch erreicht, dass praktisch mit einer Zweipunkt-Stelleinrichtung, gegebenenfalls einer kontinuierlichen überlagert, der Dichtungsspalt durch Verrücken der Dichtflächen so vergrössert wird, dass Dichtung keinesfalls mehr gewährleistet wäre, aber dafür eine Strömung des Mediums, gegen welches in Dichtposition die Dichtung wirkt, eine Spülung des zur Dichtung vorgesehenen Stator/Wellenbereiches vornimmt.With regard to the seal, there is often a need, especially when sealing against degradable material, the Rinse seal from time to time. This is according to the wording of claim 12 achieved in that practically with a two-point actuator, possibly a continuous one superimposed, the sealing gap by moving of the sealing surfaces is enlarged so that the seal is never more would be guaranteed, but a flow of the Medium against which the seal acts in the sealing position, a flushing of the stator / shaft area provided for sealing makes.
Entsprechend ist in Anspruch 13 ein erfindungsgemässes Verfahren
zum Spülen der Dichtung an einer Zahnradpumpe spezifiziert,
welches zusätzlich zum kontinuierlichen Dichtspaltverstellen
eingesetzt werden kann oder, an sich schon erfindungsgemäss,
isoliert, also an einer erfindungsgemässen Dichtung,
bei der eine axiale Relativverschiebung der Dichtflächen
ausschliesslich für den Spülvorgang vorgesehen ist.Accordingly, a method according to the invention is in
Die Erfindung wird anschliessend beispielsweise anhand von Figuren erläutert.The invention is then described, for example, with reference to Figures explained.
Es zeigen:
- Fig. 1
- schematisch anhand eines Zahnradpumpen-Wellenausschnittes, das Prinzip der an der erfindungsgemässen Zahnradpumpe realisierten verstellbaren Dichtung bzw. des stellbaren Gleitlagers;
- Fig. 2
- ausgehend von der Darstellung gemäss Fig. 1, einen axial verstellbaren Wellenabschnitt eines Rotors einer erfindungsgemässen Zahnradpumpe;
- Fig. 3
- schematisch eine Realisationsform eines axial verstellbaren Dichtungs- oder Lagerbereiches am Stator einer erfindungsgemässen Zahnradpumpe;
- Fig. 4
- schematisch eine erfindungsgemässe Kombination von Gleitlager und Dichtung gemäss vorliegender Erfindung;
- Fig. 5
- schematisch eine erfindungsgemässe Dichtung mit Spülvorkehrung;
- Fig. 6
- anhand eines Signalfluss/Funktionsblockdiagrammes ein erfindungsgemässes Stell-Regelverfahren für Lagerspalt und/oder Dichtspalt.
- Fig. 1
- schematically on the basis of a gear pump shaft section, the principle of the adjustable seal or the adjustable slide bearing realized on the gear pump according to the invention;
- Fig. 2
- 1, an axially adjustable shaft section of a rotor of a gear pump according to the invention;
- Fig. 3
- schematically a realization of an axially adjustable sealing or bearing area on the stator of a gear pump according to the invention;
- Fig. 4
- schematically an inventive combination of slide bearing and seal according to the present invention;
- Fig. 5
- schematically a seal according to the invention with rinsing device;
- Fig. 6
- on the basis of a signal flow / functional block diagram, an actuating and control method according to the invention for the bearing gap and / or sealing gap.
In Fig. 1 ist der eine Zahnrotor 1 einer Zahnradpumpe mit
Stator 3 im Längsschnitt schematisch dargestellt. Der Rotor 1
umfasst eine Welle 5, welche am Stator 3 gelagert ist. Zur
Erläuterung des erfindungsgemässen Vorgehens ist es vorerst
gleichgültig, ob die Welle 5 durch den Stator 3 durchgeführt
ist, z.B. um mit einem Antriebsaggregat gekoppelt zu werden,
oder darin nur drehgelagert ist. An der Welle 5 ist ein Bereich
5a vorgesehen, der, wie dargestellt, kegelstumpfförmig
ausgebildet ist. Der dem kegelstumpfförmigen Abschnitt 5a benachbarte
Abschnitt 7a der statorseitigen Wellenbohrung 7 ist
hohlkegelstumpfförmig ausgebildet, wobei die Oeffnungswinkel
der beiden Kegelflächen 5a und 7a vorzugsweise gleich sind.
Zwischen der Wellenseitigen Kegelstumpffläche 5a und der statorseitigen
7a wird ein Spalt 9 definiert.In Fig. 1 is the one
Wie mit dem Doppelpfeil V angedeutet, ist erfindungsgemäss
vorgesehen, dass mittels einer hier nicht dargestellten
Stellvorrichtung die beiden Bereiche 5a und 7a axial bezüglich
der Achse A des Rotors 1 relativ zueinander verschoben
werden können. Wie ohne weiteres ersichtlich, ergibt sich
dadurch die Möglichkeit, die Breite des Spaltes 9 zu variieren.
Dieses Vorgehen kann erfindungsgemäss entweder für eine
gemäss Fig. 1 grundsätzlich konzipierte Dichtung eingesetzt
werden und/oder für eine gemäss Fig. 1 konzipierte Gleitlagerung
der Welle 5 am Stator 3.As indicated by the double arrow V, is according to the invention
provided that by means of a not shown here
Adjustment device axially with respect to the two
Wie eingangs erwähnt, besteht bezüglich Dichtung und Gleitlager
das Bedürfnis, je nach Betriebsbedingungen der Zahnradpumpe
flexibel den Spalt 9 gezielt zu variieren, was gemäss
Fig. 1 durch die Relativverschiebung V erfolgt.As mentioned at the beginning, there is a seal and plain bearing
the need, depending on the operating conditions of the gear pump
flexibly to vary the
Dabei versteht es sich von selbst, dass sowohl an Dichtungswie
auch an Gleitlagerbereichen die Kegelneigungen, wie gestrichelt
dargestellt, bezüglich des Förderraumes invertiert
werden können. Während bei der Realisation als Gleitlager
eine kegel- bzw. kegelstumpfförmige Ausbildung der zusammenwirkenden
Lagerflächen 5a, 7a notwendig ist, kann die Erfindung,
bei Dichtungsrealisation, auch ausgeführt werden durch
ausschliesslich radial ausgerichtete, kreisringförmige Flächen
an Welle und Stator, deren Abstand durch die Relativverschiebung
V verändert wird. Solche radial aufspringende
Dichtflächen können beispielsweise gebildet sein durch Stirnfläche
la des Rotorzahnrades und unmittelbar anliegende statorseitige
Stirnfläche 3a.It goes without saying that both seals and
the taper inclinations, as in dashed lines, also on slide bearing areas
shown, inverted with respect to the delivery room
can be. While in the implementation as a plain bearing
a conical or frustoconical formation of the
Gemäss Fig. 1 ist erfindungsgemäss eine Relativaxialverschiebung
der Bereiche 5a bzw. 7a zu realisieren. Dies kann entweder
erfolgen durch eine axial feststehende, statorseitige
Fläche 7a und eine axial verschiebliche, Wellenseitige Fläche
5a oder umgekehrt.1 is a relative axial displacement according to the
In Fig. 2 ist schematisch eine Welle 5 dargestellt, bei
welcher der Kegelstumpfbereich 5a axial verschieblich ausgebildet
ist. Hierzu ist die Welle 5 zweiteilig ausgebildet,
mit Teilen 5' und 5", wobei beispielsweise der Wellenteil 5'
fix mit dem hier nicht dargestellten Zahnrad verbunden ist.
Der Teil 5" gleitet axial verschieblich in einer entsprechenden
Bohrung 11 im Teil 5' und ist darin, wie mittels Nut/Kamm-Verbindungen
13 drehfest gelagert. Damit kann der Bereich
5a bezüglich des Zahnrades am Teil 5' axial, wie mit V'
dargestellt, verschoben werden und mithin bezüglich der am
Stator gemäss Fig. 1 vorgesehenen Kegelstumpffläche 7a.A
In Fig. 3 ist, wiederum schematisch, der Stator 3 dargestellt
mit dem statorseitigen Kegelstumpfflächenabschnitt 7a. Der
Stator 3 umfasst hier grundsätzlich auch zwei Teile 3' und
3", wobei der Teil 3' den hier nicht dargestellten Punpenförderraum
definiert. Im bezüglich Förderraum feststehenden Statorteil
3' ist axial verschieblich ein zweiter Statorteil 3",
wie bei 15 schematisch dargestellt, drehfest, axial verschieblich,
V', gelagert, welcher Teil 3" den kegelstunpfförmigen
Flächenbereich 7a der statorseitigen Wellenbohrung 7
trägt.3, again schematically, shows the
Je nach axialer Lage des erfindungsgemässen Lager- bzw. Dichtungsbereiches wird konstruktiv die Variante nach Fig. 2 oder die Variante nach Fig. 3 einfacher.Depending on the axial position of the bearing or sealing area according to the invention is constructively the variant of FIG. 2 or the variant of FIG. 3 simpler.
Als erfindungsgemässe Dichtung ausgebildet, kann die Anordnung
nach Fig. 1 an einer durchgeführten Welle gegen
Umgebung dichten oder kann, bei Vorsehen einer Wälzlagerung
der Welle 7, z.B. zwischen Pumpenförderraum und Wälzlager
vorgesehen werden, um ein Eindringen von Fördergut in das
Wälzlager zu verhindern.Designed as a seal according to the invention, the
In Fig. 4 ist eine erfindungsgemässe Kombination einer erfindungsgemässen
Gleitlagerung und einer erfindungsgemässen
Dichtung an ein und derselben Welle 5 eines Zahnradrotors
1 schematisch dargestellt. Anschliessend an das Zahnrad
des Rotors 1 ist ein erfindungsgemässes Gleitlager mit Wellen
seitiger, kegelstumpfförmiger Lagerfläche 25a vorgesehen, mit
ihr zusammenwirkend, statorseitig, eine kegelstumpfförmige
Lagerfläche 27a. Die beiden Lagerflächen 27a und 25a sind
relativ zueinander, wie mit V' dargestellt, verschieblich,
indem in Analogie zu Fig. 2 die Welle 5 einen mit dem Zahnrad
verbundenen Teil 5' und einen diesbezüglich axial verschieblichen
5" umfasst.4 shows an inventive combination of an inventive one
Plain bearing and an inventive
Seal on one and the
Axial nach aussen an das Lager 25a, 27a anschliessend, ist
eine erfindungsgemässe Dichtung vorgesehen. Dort weist die
Welle bzw. der Wellenteil 5" einen zweiten kegelstumpfförmigen
Bereich 35a auf, zusammenwirkend mit einer statorseitigen,
kegelstumpfförmigen Dichtungsfläche 37a. Der Stator 3
ist zur Realisation einer unabhängig vom Lager 25a, 27a
stellbaren Dichtung, in Analogie zu den Ausführungen zu Fig.
3, mit einem Förderraum definierenden, ortsfesten Teil 3'
ausgebildet und einem diesbezüglich, wie wiederum mit V" dargestellt,
axial verschieblichen, die Dichtfläche 37a definierenden
Teil 3".Axially outwards adjoining the
Ein schematisch dargestelltes Vorschuborgan 40, wie eine hydraulische
Kolbenanordnung oder eine Spindelstelleinrichtung,
wirkt axial auf den Teil 5" der Welle 5 bezüglich des ortsfesten
Statorteiles 3', womit die Wellenseitige Lagerfläche 25a
axial, Lagerspalt 29 vergrössernd oder verkleinernd, verschoben
werden kann.A schematically represented
Soll trotz Veränderung des Lagerspaltes 29 der Dichtspalt 39
zwischen den Dichtflächen 37a und 35a gleich bleiben, so wird
der Vorschub des Teiles 5" auch auf den axial verschieblichen
Statorteil 3" übertragen.Despite the change in the
Unabhängig von den Lagerspaltverhältnissen wird der Dichtspalt
39 durch die weitere, schematisch dargestellte Stellanordnung
41 verstellt, wiederum z.B. durch eine hydraulische
Stellanordnung oder ein Spindeltrieb.The sealing gap becomes independent of the
Selbstverständlich können die Stellverhältnisse dadurch massgeblich
vereinfacht werden, dass Lagerspalt 29 und Dichtspalt
39 zeit- und wegsynchron verstellt werden, indem der in Fig.
4 vorgesehene Statorteil 3" ebenfalls als axial unverrückbarer
Teil ausgebildet wird.Of course, the control ratios can be decisive
be simplified that bearing
Durch Wahl der Kegelstumpfwinkel je am Lagerteil und am Dichtungsteil
kann die Wirksamkeit einer gemeinsamen Verschiebung
des Teils 5" auf die beiden Spalten 29 bzw. 39 vorgewählt
werden. Werden die Kegelstumpfflächen, wie dargestellt, in
der gleichen Richtung geneigt ausgebildet, so erfolgt
gleichzeitig eine Lager- und eine Dichtspaltvergrösserung
bzw. -verkleinerung. Soll eine inverse Lagerspalt/Dichtspaltveränderung
realisiert werden, so werden die Kegelstumpfflächen
relativ zueinander mit entgegengesetzter Neigung ausgelegt.By choosing the truncated cone angle on the bearing part and the sealing part
can be the effectiveness of a common shift
of
In Fig. 5 ist, wiederum schematisch, eine weitere Ausführungsvariante
dargestellt, bei welchem Dichtungs- oder Lagerbereich
in Analogie zu Fig. 3 dadurch verstellt werden, dass
ein Teil 3" des Stators 3 bezüglich eines ortsfesten Statorteiles
3' axial verschoben werden kann, um Dicht- oder Lagerspalt
zu verändern. Ist die Anordnung gemäss Fig. 5 als
Dichtung ausgebildet, so sind auch die Positionszeichen in
Analogie zu Fig. 4 eingesetzt, so ist nebst der vorzugsweise
kontinuierlichen Stelleinrichtung 43, in Analogie zu Fig. 4,
eine Schrittsteuereinheit 45 vorgesehen, mit welcher durch
einen Steuereingriff S mechanisch, pneumatisch oder hydraulisch,
der Dichtspalt 39 in einem Schritt derart erweitert
wird - am dargestellten Beispiel durch Nach-rechts-Schieben
des Statorteiles 3", dass eine weitgehend ungehinderte Spülströmung
durch den Dichtspalt 39 erfolgen kann und das als
Spülmedium genutzte Fördermedium durch axiale Nuten 46 oder
einen radialen Kanal 47 austreten kann.5, again schematically, shows a further embodiment variant
shows which seal or bearing area
can be adjusted in analogy to FIG. 3 in that
a
Auf diese Art und Weise wird es möglich, im Pumpenbetrieb, durch Oeffnen der erfindungsgemäss ausgelegten Dichtung eine Spülung zu erreichen, was insbesondere bei der Förderung degradierbaren Fördergutes höchst vorteilhaft ist.In this way it becomes possible, in pump operation, by opening the seal designed according to the invention Rinsing to achieve what is particularly degradable when promoting Conveyed goods are highly advantageous.
In Fig. 6 ist anhand eines Funktionsblock/Signalflussdiagrammes
dargestellt, wie weiter erfindungsgemäss, an einer erfindungsgemässen
Zahnradpumpe, Lagerspalt und/oder Dichtspalt
automatisch geregelt werden können. Gemessen werden an der
Zahnradpumpe 50 der Differenzdruck Δpx zwischen saugseitigem
Druck ps und druckseitigem Druck pD. Im weiteren wird am erfindungsgemäss
ausgelegten Gleitlager, schematisch mit 52
dargestellt, die Lagertemperatur 52 gemessen und an der erfindungsgemäss
ausgelegten Dichtung 54 vorzugsweise ein für
die Leckage durch die Dichtung 54 signifikantes Signal m ˙.
Differenzdruck Δp, Lagertemperatur ϑ52 und gegebenenfalls
Leckageanzeigesignal m ˙ werden einer Verrechnungseinheit 56
zugeführt, woran, insbesondere in Funktion von Differenzdruck
und Lagertemperatur, eine Regelgrösse X1 für das Lagerspalt-Stellglied
58, in Analogie zum Stellglied 40 von Fig. 4, erzeugt
wird sowie eine Dichtungsspaltregelgrösse X2 zum Stellen
eines Dichtspalt-Stellgliedes 60, in Analogie zum Stellglied
41 von Fig. 4.6 shows on the basis of a function block / signal flow diagram how, according to the invention, a gear pump, bearing gap and / or sealing gap can be automatically controlled according to the invention. The differential pressure Δp x between the suction-side pressure p s and the pressure-side pressure p D is measured on the
Es werden die an der Einheit 56 errechneten Regelgrössen X1
und X2 mit vorgebbaren Führungsgrössen W1 und W2 zur Bildung
jeweiliger Regeldifferenzen gebildet.The control variables X 1 and X 2 calculated on the
Selbstverständlich kann der eine und/oder andere Regelkreis weggelassen werden, wenn z.B. nur Lager bzw. nur Dichtung erfindungsgemäss ausgelegt sind oder zu regeln sind. Wenn der Dichtspalt synchron mit dem Lagerspalt verstellt werden soll, wird z.B. eine einzige Regelgrösse X1,2 ermittelt, die, optimiert, sowohl die Lager- wie auch die Dichtspaltanforderungen in Funktion, insbesondere von Pumpendifferenzdruck Δp und Lagertemperatur, berücksichtigt.Of course, the one and / or other control loop can be omitted if, for example, only bearings or only seals are designed or to be regulated according to the invention. If the sealing gap is to be adjusted synchronously with the bearing gap, a single controlled variable X 1,2 is determined, for example, which, optimized, takes into account both the bearing and the sealing gap requirements in function, in particular of the pump differential pressure Δ p and the bearing temperature.
Claims (13)
- A gear pump with at least one shaft seal (5a, 7a) which acts between a rotor shaft (5) and stator (3) against axial passing of material to be conveyed, and which has axially extended sealing surfaces placed on the stator side (7a) and on the shaft side (5a) and facing each other, whereby the sealing surfaces (5a, 7a) facing each other have at least in one surface portion (5a, 7a) a radial orientation component, and the shaft region with portion (5a) and the housing region with portion (7a) are axially movable (v) relative to each other, characterized in that the shaft seal is in contact with the material to be conveyed and the axially extended sealing surfaces are axially movable relative to each other by means of the sealing elements that support them, such that for different materials to be conveyed in the pump, sealing gap (9) is adjustable along sealing surfaces (5a, 7a).
- A gear pump with at least one shaft which is mounted at least on one side on a slide bearing and lubricated inside or outside by the material to be conveyed, and which comprises a bearing surface placed on the stator side (7a) and a bearing surface placed on the shaft side (5a), characterized in that said bearing surfaces placed on the stator side and on the shaft side (7a, 5a) are truncated and the bearing clearance is adjustable by means of axial relative displacement (v) of bearing surfaces (5a, 7a), such that for different materials to be conveyed in the pump, bearing clearance (9) is adjustable along bearing surfaces (5a, 7a).
- The gear pump according to claim 1, characterized in that the shaft is mounted at least on one side on a slide bearing and lubricated inside or outside by the material to be conveyed and there are provided to that end a bearing surface placed on the shaft side (5a) and a bearing surface placed on the stator side (7a), and in that said bearing surfaces placed on the stator side and on the shaft side are truncated and are axially movable relative to each other such that bearing clearance (9) between said bearing surfaces (7a, 5a) is adjustable and said gear pump can be used to convey different materials.
- The gear pump according to claim 3, characterized in that the relative displacement of sealing surfaces (5a, 7a) is at the same time the relative displacement of bearing surfaces (5a, 7a).
- The gear pump according to any of claims 1 to 4, characterized in that seal (5a, 7a) or slide bearing (5a, 7a) is connected on one side to the surrounding atmosphere.
- The gear pump according to claim 1 or 5, characterized in that the seal acts on one side against a rolling bearing for the shaft.
- The gear pump according to any of claims 1 to 6, characterized in that a shaft region provided with the sealing surface placed on the shaft side (5a) and/or with the bearing surface placed on the shaft side (5a) is axially movable relative to the gears (1) of the pump.
- The gear pump according to any of claims 1 to 7, characterized in that a stator region (3") provided with the sealing surface placed on the stator side (7a) and/or with the bearing surface placed on the stator side (7a) is axially movable relative to a gear pump housing.
- The gear pump according to any of claims 1 to 8, characterized in that between parts that are axially movable relative to each other, on the shaft and the stator with the respective bearing and/or sealing surfaces, there are provided adjusting members for the mutual position.
- The gear pump according to any of claims 1, 3 to 9, characterized in that there is provided a sensing device which delivers a signal (m ˙) that is univocally assigned to the quantity of product flowing through seal (54), said signal is compared to a theoretical value signal (W2) and the quantity coming out is regulated by acting upon an adjusting element (60) for the relative axial position of the sealing surfaces.
- The gear pump according to any of claims 1 to 10, characterized in that there are provided a bearing temperature measuring device (ϑ) and/or a measuring device for differential pressure (Δp) over the pump, and in that depending on the measuring signal or signals an adjusting device (58, 60) is operated for the relative axial position of the regions.
- The gear pump according to any of claims 1, 3 to 11, characterized in that there is provided an adjusting member (45, 43) which axially widens the sealing surface by a predetermined value in order to free the seal for rinsing.
- A method for rinsing the seal in a gear pump according to any of claims 1, 3 to 12, characterized in that sealing surfaces (35a, 37a) are moved away from each other by means of the axial displacement such that a product which is prevented by the seal from passing through flows between sealing surfaces (35a, 37a) with a predetermined rinsing flow.
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