EP1053360A1 - Spinnpumpe - Google Patents

Spinnpumpe

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Publication number
EP1053360A1
EP1053360A1 EP99965427A EP99965427A EP1053360A1 EP 1053360 A1 EP1053360 A1 EP 1053360A1 EP 99965427 A EP99965427 A EP 99965427A EP 99965427 A EP99965427 A EP 99965427A EP 1053360 A1 EP1053360 A1 EP 1053360A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cooling
shaft
drive shaft
pump according
spinning pump
Prior art date
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Granted
Application number
EP99965427A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1053360B1 (de
Inventor
Ulrich Helbing
Egon Gathmann
Thomas Krämer
Jürgen HASENBURG
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Oerlikon Textile GmbH and Co KG
Original Assignee
Barmag AG
Saurer GmbH and Co KG
Barmag Barmer Maschinenfabrik AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Barmag AG, Saurer GmbH and Co KG, Barmag Barmer Maschinenfabrik AG filed Critical Barmag AG
Publication of EP1053360A1 publication Critical patent/EP1053360A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1053360B1 publication Critical patent/EP1053360B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F04C15/00—Component parts, details or accessories of machines, pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C2/00 - F04C14/00
    • 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
    • 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
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D1/00—Treatment of filament-forming or like material
    • D01D1/06—Feeding liquid to the spinning head
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S384/00—Bearings
    • Y10S384/90—Cooling or heating

Definitions

  • the invention relates to a spinning pump for conveying a liquid polymer melt according to the preamble of claim 1.
  • Spinning pump is known for example from EP 0636190.
  • Polymer melt is conveyed from an inlet channel to one or more outlet channels by means of conveying means.
  • the conveying means are driven by a drive arranged outside the pump housing.
  • a drive shaft is provided for transmission, which is mounted in a bearing bore of the pump housing and has an outer end for coupling the drive. It is necessary that the gap formed between the drive shaft and the pump housing is sealed, whereby it should be noted that the polymer melt has a temperature of over 200 ° C.
  • the pump housing is heated. Such high demands cannot be met with conventional seals.
  • a spiral thread groove is made in a section of the drive shaft.
  • Another object of the invention is to provide a sealing system which does not require cooling by means of a separately supplied cooling medium.
  • the invention is characterized by a self-sealing effect.
  • the pumped medium is used as a sealing material in the sealing gap.
  • the invention is based on the knowledge that the polymer melt becomes more viscous with falling temperature and even solidifies from a certain temperature.
  • the flow properties of the polymer melt in the sealing gap can be influenced by a temperature control of the polymer melt in the sealing gap and the sealing requirements can be adapted.
  • the drive shaft is guided through a cooling shaft of a heat sink.
  • the heat sink is for this with the Cooling shaft in the axis extension of the bearing bore connected pressure-tight to the pump housing.
  • a narrow gap is formed between the drive shaft and the cooling shaft.
  • the outer surface of the cooling shaft is cooled by a cooling medium, preferably a cooling air.
  • the polymer melt thus solidifies or thickens, at least in a partial section of the gap, and leads to a seal.
  • a cooling medium preferably a cooling air.
  • the polymer melt thus solidifies or thickens, at least in a partial section of the gap, and leads to a seal.
  • Another advantage of the invention is that the temperature of the polymer melt takes place outside the heated pump housing. In this respect there is no significant influence on the temperature control of the melt within the pump housing.
  • the solidified or highly viscous polymer does not lead to any significant friction losses in the drive shaft.
  • the cooling shaft is preferably designed with a minimum length of 1.5 times the diameter of the drive shaft.
  • the cooling effect of the cooling shaft is significantly increased.
  • the cooling fins can be attached to the cooling shaft in a heat-transmitting manner in the axial direction or in the radial direction.
  • the development of the invention according to claim 4 is particularly advantageous in order to catch any polymer pieces emerging at the end of the cooling shaft.
  • the radially encircling cooling fin has a collar at its edge, so that a secure reception of the polymer parts emerging from the sealing gap is ensured.
  • this version can also be implemented with the drive shaft arranged horizontally.
  • the cooling fins on the circumference of the cooling shaft are designed to be adjustable in a particularly advantageous development of the invention. The partial areas can thus be cooled differently in the axial direction of the cooling shaft.
  • the particularly preferred embodiment of the invention according to claim 6 enables a further intensification of the cooling.
  • Cooling fin arranged on the periphery of the drive shaft outside the cooling shaft and rotates at the speed of the drive shaft, so that air swirl is generated.
  • Sealing gap between the drive shaft and the cooling shaft can be quickly removed.
  • a delivery thread is provided which, when the drive shaft rotates, reclaims the polymer melt into the interior of the pump.
  • the delivery thread is introduced at least in a partial section in the cooling shaft or on the drive shaft.
  • the section is preferably located in the area in which there is still no substantial solidification of the polymer, so that only liquid polymer can be returned to the interior of the pump.
  • the sealing gap is in front of or on
  • the conveying means of the spinning pump can be designed as a piston, blade, wing or similar parts. It is particularly advantageous to design the funding as gear wheels.
  • Such pumps are characterized in particular by a uniform volume flow.
  • the embodiment of the invention according to claim 11 is particularly advantageous.
  • Figure 1 Schematic of a first embodiment of a spinning pump according to the invention.
  • Figure 2 and 3 Schematic of another embodiment of a spinning pump according to the invention.
  • Figure 4 schematically, another embodiment of a spinning pump in partial section.
  • FIG. 1 a first embodiment of a spinning pump according to the invention is shown.
  • the spinning pump consists of a multi-part pump housing 1, which is joined together.
  • Funding means (not shown here) are embedded in the pump housing 1.
  • the funding is connected to an inlet channel 6 and an outlet channel 7.
  • the funding can be as Gears, pistons, wings or other known means.
  • a drive shaft 3 is used to move the conveying means.
  • the drive shaft 3 has an external drive end that can be coupled via a coupling groove 8 to a drive (not shown here).
  • the drive shaft is supported in the bearing bore 5 in the pump housing 1. Outside the pump housing 1, the drive shaft 3 penetrates a heat sink 4.
  • the heat sink 4 has a cooling shaft 10 which surrounds the drive shaft 3 outside the pump housing 1 with a narrow gap 9.
  • the heat sink 4 is fixedly connected to the pump housing 1 via a flange 12, for example by a screw connection.
  • the heat sink 4 has a plurality of cooling fins 11.1, 11.2, 11.3 and 11.4, which are attached to the circumference of the cooling shaft 10 in a heat-transferring manner.
  • the cooling fins 11 are radially circumferential on the cooling shaft 10.
  • the cooling fins 11.1 and 11.2 are firmly attached to the cooling shaft 10.
  • the cooling fins 11.3 and 11.4, however, are axially displaceably attached to the cooling shaft 10, so that a zonal division of the cooling shaft for controlling the cooling is possible.
  • the configuration and arrangement of the cooling fins 11 on the cooling shaft in the spinning pump shown in FIG. 1 is exemplary. So it is possible that all cooling fins are firmly attached to the cooling shaft. Likewise, the cooling fins 11.1 and 11.2 provided on the outlet side of the drive shaft 3 at the end of the cooling shaft can be displaced and the cooling fins 11.3 and 11.4 can be fastened. However, it is also possible for all the cooling fins to be adjustable on the cooling shaft.
  • the operating pressure is preferably in the range of 50-500 bar. Due to the high pressures, liquid polymer melt gets into the between the Drive shaft 3 and the bearing bore 5 formed bearing gaps. The polymer melt reaches the end of the bearing bore 5 and enters the gap 9 between the cooling shaft 10 and the drive shaft 3.
  • the heat sink 4 is connected to the pump housing 1 via the flange 12 in such a way that no melt enters the joint between the flange 5 and can enter the pump housing 1.
  • the polymer melt has approximately operating temperature at the end of the bearing bore, since the pump housing 1 is tempered for uniform melt guidance.
  • cooling now occurs, so that the viscosity changes until the melt solidifies as the movement progresses.
  • the solidified or highly viscous melt leads to a sealing plug 9 in the sealing gap 9 at the end of the cooling shaft 10, which prevents or minimizes melt leakage at the end of the cooling shaft 10.
  • the surface of the cooling shaft 10 and the surface of the cooling fins 11 are surrounded by the ambient air and thus dissipate the heat by convection.
  • the surface of the cooling shaft 10 and the cooling fins 11 can also be increased by an active flow with a cooling medium, for example blown air.
  • the design of the spinning pump according to the invention also has the special one
  • the heat sink 4 does not affect thermal insulation of the pump housing 1. So it is possible, for example, in a pump housing
  • FIGS. Figure 2 shows schematically a sectional view of the spinning pump and Figure 3 schematically shows a plan view of the spinning pump.
  • the following description therefore applies to FIGS. 2 and 3.
  • Components with the same function have been given identical reference symbols.
  • the spinning pump is designed as a distribution pump.
  • the conveyor 2 of the distributor pump are each designed as a gear set.
  • a sun gear 13 is connected to the drive shaft 3.
  • the sun gear 13 meshes with 3 planet gears 14, 15, and 16.
  • the planet gears 14, 15, and 16 are each offset on the circumference at 120 ° to one another.
  • the planet gears 14, 15 and 16 are freely rotatable on the pins 17, 18 and 19. This results in 3 gear pairs, each with the sun gear 13 and one of the planet gears 14, 15 and 16.
  • Each of these gear pairs forms a partial pump.
  • the spinning pump shown in FIG. 2 is therefore a 6-fold pump.
  • the common drive shaft 3 drives a second set of gears, also consisting of a sun gear and the planet gears.
  • gears also consisting of a sun gear and the planet gears.
  • corresponding wheels of the two gear sets are mounted coaxially.
  • the pump housing of the spinning pump is formed by several plates joined together.
  • the two gear sets are guided through the housing plates 20 and 21.
  • the housing plates 20 and 21 have cutouts, in each of which the sun gear and the planet gears lie.
  • the two wheel sets are separated from one another by the intermediate plate 22.
  • the gear sets are closed at their respective other end sets by the cover plates 23 and 24.
  • the drive shaft 3 is mounted in the cover plate 24 and in the cover plate 23.
  • the cover plate 23 is penetrated by a bearing bore 5, so that the drive shaft 3 has an outer drive end.
  • the drive end has a coupling groove 8 for coupling a drive.
  • a cooling body 4 is flanged to the cover plate 23 on the drive side of the spinning pump.
  • Thedegro ⁇ er 4 has a cooling shaft 10, which is penetrated by the drive shaft 3.
  • To attach thedegro ⁇ ers 4 to the Cover plate 23 serves a flange 12.
  • a gap 9 is formed between the drive shaft 3 and the cooling shaft 10.
  • the gap 9 is widened on the pump side of the cooling body 4 by a conveying thread 25 introduced into the cooling shaft.
  • the conveyor thread 25 has a spiral-shaped circumferential groove.
  • a cooling fin is attached to the circumference of the cooling shaft.
  • the cooling fin 11 surrounds the circumference of the cooling shaft 10 in a ring shape.
  • a collar 28 protruding toward the drive side is connected to the cooling fin 11 all the way round.
  • the cooling fin 11 thus simultaneously takes on the function of a collecting container which, as shown in FIG. 2 for a vertical drive, picks up emerging melt particles.
  • the bearing bore 5 in the cover plate 23 is expanded by an annular chamber 26 on the drive side of the cover plate 23.
  • the annular chamber 26 is connected to the pump inlet via a relief channel 27.
  • a central inlet chamber 29 is introduced in the cover plate 24 opposite the drive side of the spinning pump.
  • Several inlet channels 6 lead from the inlet chamber 29 to the respective gear pairings.
  • Each pair of gears is connected to an outlet channel 7 which is introduced into the cover plate 24.
  • the spinning pump according to FIG. 2 has a delivery thread 25 in the cooling shaft 10.
  • the conveyor thread is formed by a spiral groove in the interior of the cooling shaft 10.
  • the pitch of the delivery thread is designed such that when the drive shaft 3 rotates, the melt which has penetrated into the gap 9 is conveyed back to the inside of the pump.
  • the feed thread 25 is only introduced over a partial section of the cooling shaft 10.
  • the cooling shaft 10 At the free end of the cooling shaft 10, on which the solidified or highly viscous polymer melt is designed as a sealing plug, there is no return conveyance.
  • the liquid polymer melt which has penetrated into the sealing gap 9 is thus partially returned to the bearing bore.
  • the bearing bore 5 In the parting line between the flange 12 and the cover plate 23, the bearing bore 5 is expanded by an annular chamber 26.
  • the annular chamber 26 receives the returned polymer melt and directs the melt via the relief channel 27 to the pump inlet.
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment, the drive side of the spinning pump being shown in partial section in FIG. 4 and being able to be combined with a spinning pump from FIG. 1 or from FIG. 2.
  • Thedekö ⁇ er 4 is identical to thedegro ⁇ er shown in Fig. 2. In this respect, reference is made to the description of FIG. 2.
  • Cooling shaft 10 At the end of cooling shaft 10, a cooling fin 30 is arranged on the circumference of drive shaft 3 outside cooling shaft 10.
  • the cooling fin 30 is fixedly connected to the drive shaft 3, so that the cooling fin 30 rotates at the speed of the drive shaft 3.
  • the cooling fin 30 is preferably designed in the form of a segment in order to generate air swirl or an air flow when the drive shaft 3 rotates. The air flow leads to improved heat exchange between the cooling body 4, in particular the cooling shaft 10 and the ambient air.
  • the cooling fin 30 can be for example, also as a fan wheel or as a blade wheel. This allows targeted air flows to be generated in the direction of the cooling body.
  • the design of the cooling body and the connection to the pump housing are exemplary. It is also possible that the pump housing and the cooling body are made from one part. Likewise, thedegro ⁇ er can be designed with or without cooling fins. The cooling fins can be segment-shaped or also in the axial direction.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spinnpumpe zur Förderung einer flüssigen Polymerschmelze. Zum Antrieb der in einem Pumpengehäuse (1) eingebetteten Fördermittel ist eine Antriebswelle (3) vorgesehen, die das Pumpengehäuse (1) in einer Lagerbohrung (5) durchdringt und ein außenliegendes Ende zum Ankuppeln eines Antriebs besitzt. Zur Abdichtung der nach außen geführten Antriebswelle (3) dient ein Kühlkörper (4), der druckdicht mit dem Pumpengehäuse (1) verbunden ist. Der Kühlkörper (4) weist einen die Antriebswelle (3) mit einem engen Spalt (9) umschließenden Kühlschaft (10) auf. Die äußere Oberfläche des Kühlschaftes (10) wird durch ein Kühlmedium gekühlt, um die Viskosität der Polymerschmelze zumindest in einem Teilabschnitt des Spaltes (9) zwischen der Antriebswelle (3) und dem Kühlschaft (10) zu beeinflussen.

Description

Spinnpumpe
Die Erfindung betrifft eine Spinnpumpe zur Förderung einer flüssigen Polymerschmelze gemäß dem Oberbegriff des Anspruch 1.
Beim Spinnen von synthetischen Fäden wird eine Polymerschmelze durch eine
Spinnpumpe zu einer Spinndüse gefordert und extrudiert. Eine derartige
Spinnpumpe ist beispielsweise aus der EP 0636190 bekannt. Die
Polymerschmelze wird dabei mittels Fördermittel aus einem Einlaßkanal zu einem oder mehreren Auslaßkanälen geführt. Die Fördermittel werden durch einen außerhalb des Pumpengehäuses angeordneten Antrieb angetrieben. Zur Übertragung ist eine Antriebswelle vorgesehen, die in einer Lagerbohrung des Pumpengehäuses gelagert ist und ein außenliegendes Ende zum Ankoppeln des Antriebes besitzt. Hierbei ist es erforderlich, daß der zwischen der Antriebswelle und dem Pumpengehäuse gebildete Spalt abgedichtet wird, wobei zu beachten ist, daß die Polymerschmelze eine Temperatur von über 200 ° C aufweist. Um eine gleichmäßige Temperatur sowie Viskosität der Schmelze zu gewährleisten, wird daher das Pumpengehäuse beheizt. Derartig hohe Anforderungen können mit herkömmlichen Dichtungen nicht erfüllt werden.
Bei der aus der EP 01890670 bekannten Pumpe wird vorgeschlagen, die
Abdichtung über ein Fördergewinde zu realisieren. Hierzu ist in einem Abschnitt der Antriebswelle eine spiralförmige Gewindenut eingebracht. Der
Gewindeabschnitt der Antriebswelle wird durch eine, an dem Pumpengehäuse angeflanschte Buchse geführt. Bei dieser Abdichtung wird durch Rotation der Antriebswelle eine Förderwirkung in dem Dichtspalt erzeugt, die die Polymerschmelze in den Pumpeninnenraum zurückführt. Aufgrund der geringen Antriebsdrehzahlen im Bereich bis max. 100 U/min. ist bei den Spinnpumpen nur eine sehr geringe Umfangsgeschwindigkeit an der Antriebswelle zu erreichen, die eine geringe Förderwirkung erzeugen, so daß keine ausreichende Abdichtung des Spaltes erreicht wird. In der EP 0602357 ist eine Pumpe beschrieben, bei welcher das Fördergewinde in einer Buchse eingebracht ist, durch welche die Antriebswelle geführt wird. Die Buchse ist in einem Gehäusedeckel eingelassen. Auch hierbei ist die Dichtwirkung abhängig von der Umfangsgeschwindigkeit der Antriebswelle. Insofern ist diese Dichtung für geringe Drehzahlen ungeeignet. Zur Temperierung der Buchse ist in dem Gehäusedeckel ein Kanalsystem eingebracht, welches von einem Kühlmedium durchströmt wird. Diese Anordnung besitzt jedoch den Nachteil einer zusätzlichen Temperiereinrichtung innerhalb des Pumpengehäuses sowie einen dadurch bedingten hohen Kühlmittelverbrauch.
Demgemäß ist es Aufgabe der Erfindung, eine Spinnpumpe zur Förderung einer flüssigen Polymerschmelze der eingangs genannten Art mit einer Wellendichtung auszuführen, die innerhalb des Betriebsbereiches gleichmäßig wirkt und insbesondere unabhängig von der Antriebsdrehzahl ist.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist eine Dichtsystem zu schaffen, welches keine Kühlung durch separat zugeführtes Kühlmedium erfordert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Spinnpumpe mit dem Merkmal nach Anspruch 1 gelöst.
Die Erfindung zeichnet sich durch einen Selbstdichtungseffekt aus. Hierbei wird das geförderte Medium als Dichtmaterial in dem Dichtspalt eingesetzt. Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, daß die Polymerschmelze mit sinkender Temperatur zähflüssiger wird und ab einer bestimmten Temperatur sich sogar verfestigt. Somit kann durch eine Temperierung der Polymerschmelze im Dichtspalt die Fließeigenschaft der Polymerschmelze in dem Dichtspalt beeinflußt werden und den Dichtigkeitsanforderungen angepaßt werden. Zur Temperierung der Polymerschmelze in dem Dichtspalt wird die Antriebswelle durch einen Kühlschaft eines Kühlkörpers geführt. Der Kühlkörper ist hierzu mit dem Kühlschaft in Achsverlängerung der Lagerbohrung druckdicht mit dem Pumpengehäuse verbunden. Zwischen der Antriebswelle und dem Kühlschaft ist ein enger Spalt ausgebildet. Zur Temperierung der Polymerschmelze wird die äußere Oberfläche des Kühlschaftes durch ein Kühlmedium, vorzugsweise einer Kühlluft, gekühlt. Damit erstarrt oder verdickt die Polymerschmelze, zumindest in einem Teilabschnitt des Spaltes, und führt zu einer Abdichtung. Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die Temperierung der Polymerschmelze außerhalb des beheizten Pumpengehäuses erfolgt. Insoweit ist keine wesentliche Beeinflussung der Temperierung der Schmelze innerhalb des Pumpengehäuses gegeben. Zudem führt das verfestigte oder hochviskose Polymer zu keinen wesentlichen Reibverlusten der Antriebswelle.
Es hat sich gezeigt, daß im Verhältnis zum Durchmesser der Antriebswelle bereits bei einer Länge des Kühlschaftes von mindestens dem 1,0- fachen des Durchmessers der Antriebswelle eine ausreichende Verfestigung zur Abdichtung des Spaltes erreichbar ist. Vorzugsweise wird der Kühlschaft mit einer Mindestlänge von dem 1,5-fachen des Durchmessers der Antriebswelle ausgeführt.
Durch die besonders bevorzugte Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 3 wird die Kühlwirkung des Kühlschaftes wesentlich gesteigert. Dabei können die Kühlrippen in axialer Richtung oder in radialer Richtung ausgerichtet an dem Kühlschaft wärmeübertragend angebracht sein.
Bei vertikal angeordneten Antriebswellen ist die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 4 besonders vorteilhaft, um evtl. am Kühlschaftende austretende Polymerstücke aufzufangen. Hierzu weist die radialumlaufende Kühlrippe an ihrem Rand einen Kragen auf, so daß eine sichere Aufnahme der aus dem Dichtspalt austretenden Polymerteile gewährleistet ist. Grundsätzlich ist diese Ausführung auch bei horizontaler Anordnung der Antriebswelle ausführbar. Zur Beeinflussung der von dem Kühlschaft abgeführten Wärmemenge sind bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Kühlrippen am Umfang des Kühlschaftes verstellbar ausgebildet. Damit lassen sich die Teilbereiche in axialer Richtung des Kühlschaftes unterschiedlich kühlen.
Die besonders bevorzugte Ausführung der Erfindung gemäß Anspruch 6 ermöglicht eine weitere Intensivierung der Kühlung. Dabei ist zumindest eine
Kühlrippe am Umfang der Antriebswelle außerhalb des Kühlschaftes angeordnet und läuft mit der Drehzahl der Antriebswelle um, so daß eine Luftverwirbelung erzeugt wird. Diese Luftverwirbelungen führen zu einem intensiven
Wärmeaustauch an der Oberfläche des Kühlschaftes, so daß die Wärme im
Dichtspalt zwischen der Antriebswelle und dem Kühlschaft schnell abgeführt werden kann.
Um die Dichtwirkung zu unterstützen, ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ein Fördergewinde vorgesehen, das bei Drehung der Antriebswelle die Polymerschmelze ins Pumpeninnere zurückfordert.
Das Fördergewinde ist hierbei zumindest in einem Teilabschnitt in dem Kühlschaft oder auf der Antriebswelle eingebracht. Der Teilabschnitt ist hierbei bevorzugt in den Bereich gelegt, in welchem noch keine wesentliche Verfestigung des Polymers vorliegt, so daß nur flüssiges Polymer ins Pumpeninnere zurückgeführt werden kann. Es ist jedoch auch möglich, über die gesamte Kühlschaftlänge ein Fördergewinde anzuordnen.
Die besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 9 zeichnet sich durch einen reduzierten Druck aus, der im Dichtspalt zwischen der
Antriebswelle und dem Kühlschaft wirkt. Dabei wird der Dichtspalt vor oder am
Anfang des Kühlschaftes durch eine Verbindung beispielsweise einem Entlastungskanal mit dem Einlaßkanal verbunden. Die Fördermittel der Spinnpumpe können als Kolben, Schaufel, Flügel oder ähnliche Teile ausgebildet sein. Besonders vorteilhaft ist die Ausbildung der Fördermittel als Zahnräder. Derartige Pumpen zeichnen sich insbesondere durch einen gleichmäßigen Volumenstrom aus.
Um neben der Förderung, die Polymerschmelze auf mehrere Auslaßkanäle gleichmäßig zu verteilen, ist die Ausbildung der Erfindung gemäß Anspruch 11 besonders von Vorteil.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
Nachfolgend sind einige Ausführungsbeispiele unter Hinweis auf die beigefügten Figuren näher beschrieben. Es stellen dar:
Figur 1 : Schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Spinnpumpe.
Figur 2 und 3: Schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Spinn pumpe.
Figur 4: schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Spinnpumpe im Teilschnitt.
In Figur 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Spinnpumpe dargestellt. Die Spinnpumpe besteht aus einem mehrteiligen Pumpengehäuse 1, das zusammengefügt ist. In dem Pumpengehäuse 1 sind Fördermittel (hier nicht dargestellt) eingebettet. Die Fördermittel sind mit einem Einlaßkanal 6 und einem Auslaßkanal 7 verbunden. Dabei wird durch Bewegung der Fördermittel eine über den Einlaßkanal 6 zugeführte Polymerschmelze unter Druck in den Auslaßkanal 7 gefordert. Die Fördermittel können dabei als Zahnräder, Kolben, Flügel oder andere bekannte Mittel ausgeführt sein. Zur Bewegung der Fördermittel dient eine Antriebswelle 3. Die Antriebswelle 3 besitzt ein außenliegendes Antriebsende, daß über eine Kupplungsnut 8 mit einem hier nicht dargestellten Antrieb gekuppelt werden kann. In dem Pumpengehäuse 1 ist die Antriebswelle in der Lagerbohrung 5 gelagert. Außerhalb des Pumpengehäuses 1 durchdringt die Antriebswelle 3 einen Kühlkörper 4. Hierzu besitzt der Kühlkörper 4 einen Kühlschaft 10, der die Antriebswelle 3 außerhalb des Pumpengehäuses 1 mit einem engen Spalt 9 umgibt. Der Kühlkörper 4 ist über einen Flansch 12 mit dem Pumpengehäuse 1 fest verbunden, beispielsweise durch eine Schraubverbindung. Der Kühlkörper 4 weist mehrere Kühlrippen 11.1, 11.2, 11.3 und 11.4 auf, die am Umfang des Kühlschaftes 10 wärmeübertragend angebracht sind. Die Kühlrippen 11 sind radial umlaufend an dem Kühlschaft 10 ausgebildet. Die Kühlrippen 11.1 und 11.2 sind fest an dem Kühlschaft 10 angebracht. Die Kühlrippen 11.3 und 11.4 sind dagegen axial verschiebbar an dem Kühlschaft 10 angebracht, so daß eine zonenmäßige Aufteilung des Kühlschaftes zur Steuerung der Kühlung möglich ist.
Die Ausbildung und Anordnung der Kühlrippen 11 an dem Kühlschaft bei der in Fig. 1 gezeigten Spinnpumpe ist beispielhaft. So ist es möglich, daß alle Kühlrippen fest an dem Kühlschaft angebracht sind. Ebenso können die zum Ende des Kühlschaftes auf der Austrittsseite der Antriebswelle 3 vorgesehenen Kühlrippen 11.1 und 11.2 verschiebbar und die Kühlrippen 11.3 und 11.4 befestigt sein. Es ist jedoch auch möglich, daß alle Kühlrippen an dem Kühlschaft verstellbar ausgebildet sind.
Bei der in Figur 1 dargestellten Spinnpumpe ist die Antriebswelle 3 mit den
Fördermitteln und somit über Spalte mit dem Förderraum der Pumpe verbunden.
Im Betrieb wird die Polymerschmelze, die der Spinnpumpe über dem Einlaßkanal
6 zugeführt wird, unter Druck zu einer oder mehreren Spinndüsen gefördert. Der Betriebsdruck liegt vorzugsweise im Bereich von 50 - 500bar. Aufgrund der hohen Drücke gelangt flüssige Polymerschmelze in den zwischen der Antriebswelle 3 und der Lagerbohrung 5 gebildeten Lagerspalte. Die Polymerschmelze gelangt bis zum Ende der Lagerbohrung 5 und tritt in den Spalt 9 zwischen dem Kühlschaft 10 und der Antriebswelle 3. Der Kühlkörper 4 ist über den Flansch 12 derart mit dem Pumpengehäuse 1 verbunden, daß keine Schmelze in die Trennfuge zwischen dem Flansch 5 und dem Pumpengehäuse 1 eintreten kann.
Die Polymerschmelze weist am Ende der Lagerbohrung annähernd Betriebstemperatur auf, da das Pumpengehäuse 1 zur gleichmäßigen Schmelzeführung temperiert ist. Bei Eintritt der Polymerschmelze in den Spalt 9 tritt nun eine Kühlung ein, so daß mit fortschreitender Bewegung sich die Viskosität bis zum Erstarren der Schmelze ändert. Die erstarrte bzw. hochviskose Schmelze führt zum Ende des Kühlschaftes 10 in dem Dichtspalt 9 zu einem Dichtstopfen, der einen Schmelzeaustritt am Ende des Kühlschaftes 10 verhindert bzw. minimiert. Die Oberfläche des Kühlschaftes 10 sowie die Oberfläche der Kühlrippen 11 sind von der Umgebungsluft umgeben und führen so die Wärme durch Konvektion ab. Zur Steigerung der Kühlwirkung lassen sich die Oberfläche des Kühlschaftes 10 und die Kühlrippen 11 auch durch ein aktives Anströmen mit einem Kühlmedium, beispielsweise durch geblasene Luft, steigern.
Die erfindungsgemäße Ausbildung der Spinnpumpe besitzt auch den besonderen
Vorteil, daß der Kühlkörper 4 eine Wärmeisolierung des Pumpengehäuses 1 nicht beeinflußt. So ist es möglich, das Pumpengehäuse beispielsweise in einen
Heizkasten derart einzusetzen, daß der Kühlkörper und die Antriebswelle außerhalb des Heizkastens verbleiben.
In Figur 2 und 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Spinnpumpe dargestellt. Figur 2 zeigt hierbei schematisch eine Schnittdarstellung der Spinnpumpe und Figur 3 schematisch eine Draufsicht der Spinnpumpe. Die nachfolgende Beschreibung gilt somit für Figur 2 und 3. Dabei wurden Bauteile gleicher Funktion mit identischen Bezugszeichen versehen. Die Spinnpumpe ist in diesem Fall als Verteileφumpe ausgeführt. Die Fördermittel 2 der Verteilerpumpe sind jeweils als ein Zahnradsatz ausgeführt. Hierzu ist ein Sonnenrad 13 mit der Antriebswelle 3 verbunden. Das Sonnenrad 13 kämmt mit 3 Planetenrädem 14, 15, und 16. Die Planetenräder 14, 15, und 16 sind auf dem Umfang jeweils mit 120° versetzt zueinander angeordnet. Die Planetenräder 14, 15 und 16 sind frei drehbar auf den Zapfen 17, 18 und 19 gelagert. Es ergeben sich hierdurch 3 Zahnradpaarungen mit jeweils dem Sonnenrad 13 und einem der Planetenräder 14, 15 und 16. Jede dieser Zahnradpaarungen bildet eine Teilpumpe.
Bei der in Figur 2 gezeigten Spinnpumpe handelt es sich somit um eine 6-fach Pumpe. Durch die gemeinsame Antriebswelle 3 wird nämlich noch ein zweiter Satz von Zahnrädern, ebenfalls bestehend aus Sonnenrad sowie den Planetenrädern, angetrieben. Der Klarheit wegen sei bemerkt, daß entsprechende Räder der beiden Zahnradsätze gleichachsig gelagert sind. Zur Aufnahme der Zahnradsätze ist das Pumpengehäuse der Spinnpumpe durch mehrere zusammengefügte Platten gebildet. Hierbei werden die beiden Zahnradsätze durch die Gehäuseplatten 20 und 21 geführt. Die Gehäuseplatten 20 und 21 weisen Ausschneidungen auf, in denen jeweils das Sonnenrad und die Planetenräder liegen. Die beiden Radsätze sind durch die Zwischenplatte 22 voneinander getrennt. Die Zahnradsätze werden an ihren jeweils anderen Stirnsätzen durch die Deckplatten 23 und 24 verschlossen.
Die Antriebswelle 3 ist in der Deckplatte 24 und in der Deckplatte 23 gelagert. Die Deckplatte 23 wird dabei von einer Lagerbohrung 5 durchdrungen, so daß die Antriebswelle 3 ein außenliegendes Antriebsende aufweist. Das Antriebsende weist eine Kupplungsnut 8 zum Ankuppeln eines Antriebes auf. Auf der Antriebsseite der Spinnpumpe ist an der Deckplatte 23 ein Kühlköφer 4 angeflanscht. Der Kühlköφer 4 weist einen Kühlschaft 10 auf, der von der Antriebswelle 3 durchdrungen wird. Zur Befestigung des Kühlköφers 4 an die Deckplatte 23 dient ein Flansch 12. Zwischen der Antriebswelle 3 und dem Kühlschaft 10 ist ein Spalt 9 gebildet. Der Spalt 9 ist auf der Pumpenseite des Kühlköφers 4 durch eine in dem Kühlschaft innen eingebrachtes Fördergewinde 25 erweitert. Das Fördergewinde 25 weist hierzu eine spiralenförmig umlaufende Nut auf.
Am freien Ende des Kühlschaftes 10 ist eine Kühlrippe am Umfang des Kühlschafts angebracht. Die Kühlrippe 11 umschließt kranzförmig den Umfang des Kühlschaftes 10. Am freien Ende der Kühlrippe 11 ist ein zur Antriebsseite hinausragender Kragen 28 umlaufend mit der Kühlrippe 11 verbunden. Damit übernimmt die Kühlrippe 11 gleichzeitig die Funktion eines Auffangbehälters, welcher- wie in Figur 2 für einen vertikalen Antrieb dargestellt - austretende Schmelzpartikel aufnimmt.
Die Lagerbohrung 5 in der Deckplatte 23 ist auf der Antriebsseite der Deckplatte 23 um eine Ringkammer 26 erweitert. Die Ringkammer 26 ist über einen Entlastungskanal 27 mit dem Pumpeneinlaß verbunden.
Der Antriebsseite der Spinnpumpe gegenüberliegend sind in der Deckplatte 24 eine zentrale Einlaßkammer 29 eingebracht. Von der Einlaßkammer 29 führen mehrere Einlaßkanäle 6 zu den jeweiligen Zahnradpaarungen. Jedes Zahnradpaar ist jeweils mit einem in der Deckplatte 24 eingebrachten Auslaßkanal 7 verbunden.
Bei der in Figur 2 und 3 dargestellten Spinnpumpe erfolgt die Abdichtung zwischen der Antriebswelle 3 und dem Kühlköφer 4 durch Verfestigen der in den Spalt eingedrungenen Polymerschmelze. Die Funktion wurde bereits zu dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 beschrieben, so daß an dieser Stelle auf die vorhergehende Beschreibung Bezug genommen wird. Gegenüber dem Ausführungsbeispiel der Spinnpumpe nach Figur 1 weist die Spinnpumpe nach Figur 2 in dem Kühlschaft 10 ein Fördergewinde 25 auf. Das Fördergewinde wird durch eine spiralförmig verlaufende Nut im Innern des Kühlschaftes 10 gebildet. Dabei ist die Steigung des Fördergewindes derart ausgebildet, daß bei Drehung der Antriebswelle 3 die in dem Spalt 9 eingedrungene Schmelze zum Pumpeninneren zurückgefördert wird. Das Fördergewinde 25 ist hierbei nur über einen Teilabschnitt des Kühlschaftes 10 eingebracht. Am freien Ende des Kühlschaftes 10, an dem die erstarrte oder hochviskose Polymerschmelze als Dichtstopfen ausgebildet ist, findet keine Rückförderung statt. Die in dem Dichtspalt 9 eingedrungene flüssige Polymerschmelze wird somit teilweise bis zur Lagerbohrung zurückgeführt. In der Trennfuge zwischen dem Flansch 12 und der Deckplatte 23 ist die Lagerbohrung 5 durch eine Ringkammer 26 erweitert. Die Ringkammer 26 nimmt die zurückgeführte Polymerschmelze auf und leitet die Schmelze über den Entlastungskanal 27 zum Pumpeneinlaß. Durch diese Ausbildung herrscht in dem Spalt 9 ein verringerter Druck, was im Zusammenspiel mit dem Fördergewinde zu einer wesentlichen Unterstützung der Dichtwirkung des Kühlköφers führt.
In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, wobei die Antriebsseite der Spinnpumpe im Teilschnitt in Fig. 4 dargestellt ist und mit einer Spinnpumpe aus Fig. 1 oder aus Fig. 2 kombiniert werden kann.
Der Kühlköφer 4 ist zu dem in Fig. 2 dargestellten Kühlköφer identisch aufgebaut. Insoweit wird auf die Beschreibung zu Fig. 2 Bezug genommen. Der
Kühlköφer 4 besitzt hierbei jedoch keine Kühlrippen am Umfang des
Kühlschaftes 10. Am Ende des Kühlschaftes 10 ist eine Kühlrippe 30 am Umfang der Antriebswelle 3 außerhalb des Kühlschaftes 10 angeordnet. Die Kühlrippe 30 ist fest mit der Antriebswelle 3 verbunden, so daß die Kühlrippe 30 mit der Drehzahl der Antriebswelle 3 umläuft. Die Kühlrippe 30 ist vorzugsweise segmentförmig ausgebildet, um bei Drehung der Antriebswelle 3 eine Luftverwirbelung bzw. eine Luftströmung zu erzeugen. Die Luftströmung führt zum verbesserten Wärmeaustausch zwischen dem Kühlköφer 4, insbesondere dem Kühlschaft 10 und der Umgebungsluft. Die Kühlrippe 30 läßt sich beispielsweise auch als ein Lüfterrad oder als ein Schaufelrad ausbilden. Damit können gezielte Luftströmungen in Richtung des Kühlköφers erzeugt werden.
Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen ist die Ausbildung des Kühlköφers sowie die Anbindung an das Pumpengehäuse beispielhaft. Es ist hierbei auch möglich, daß das Pumpengehäuse und der Kühlköφer aus einem Teil gefertigt sind. Ebenso läßt sich der Kühlköφer mit oder ohne Kühlrippen ausbilden. Die Kühlrippen können segmentförmig oder auch in axialer Richtung ausgebildet sein.
Bezugszeichenliste
Pumpengehäuse
Fördermittel
Antriebswelle
Kühlköφer
Lagerbohrung
Einlaßkanal
Auslaßkanal
Kupplungsnut
Spalt
Kühlschaft
Kühlrippe
Flansch
Sonnenrad
Planetenrad
Planetenrad
Planetenrad
Zapfen
Zapfen
Zapfen
Gehäuseplatte
Gehäuseplatte
Zwischenplatte
Deckplatte
Deckplatte
Fördergewinde
Ringkammer
Entlastungskanal
Kragen
Einlaßkammer ŋühlrippe

Claims

Patentansprüche
1. Spinnpumpe zur Förderung einer flüssigen Polymerschmelze mit mehreren Fördermitteln (2), die in einem mehrteiligem Pumpengehäuse (1) eingebettet sind und die Polymerschmelze von einem Einlaßkanal (6) in einen Auslaßkanal
(7) im Pumpengehäuse (1) fördern, und mit einer Antriebswelle (3) zum Antreiben der Fördermittel (2), welche Antriebswelle (3) das Pumpengehäuse (1) in einer Lagerbohrung (5) durchdringt und ein außenliegendes Ende zum Ankuppeln eines Antriebes besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß in Achsverlängerung der Lagerbohrung (5) ein Kühlköφer (4) druckdicht mit dem Pumpengehäuse (1) verbunden ist, daß der Kühlköφer (4) einen die Antriebswelle (3) mit einem engen Spalt (9) umschließenden Kühlschaft (10) aufweist und daß die äußere Oberfläche des Kühlschaftes (10) kühlbar ist.
2. Spinnpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlschaft (10) eine Länge aufweist, die mindestes das 1,0 fache des Durchmessers der Antriebswelle (3) vorzugsweise mindestens das 1,5 fache des Durchmessers der Antriebswelle (3) beträgt.
3. Spinnpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kühlrippe (11) oder mehrere Kühlrippen (11) am Umfang des Kühlschaftes (10) wärmeübertragend mit dem Kühlschaft (10) verbunden ist/sind.
4. Spinnpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Kühlrippen (11) radial umlaufend am freien Ende des Kühlschaftes (10) angeordnet ist und daß die Kühlrippe (11) am Umfang einen zum freien Ende des Kühlschaftes (10) hin auskragenden Kragen (28) aufweist.
5. Spinnpumpe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Kühlrippen (11) am Umfang des Kühlschaftes (10) in axialer Richtung verstellbar ausgebildet ist.
6. Spinnpumpe nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kühlrippe (30) oder mehrere Kühlrippen am Umfang der Antriebswelle (3) außerhalb des Kühlschaftes (10) angeordnet ist/sind.
7. Spinnpumpe nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (9) zwischen der Antriebswelle (3) und dem Kühlschaft (10) durch eine spiralförmig verlaufende Nut eines Fördergewindes (25) erweitert ist, welches Fördergewinde (25) bei Drehung der Antriebswelle (3) die Polymerschmelze im Spalt (9) in Richtung der Fördermittel (2) fördert.
8. Spinnpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Fördergewinde (25) zumindest entlang eines Teilabschnittes in dem Kühlschaft (10) oder auf der Antriebswelle (3) eingebracht ist.
9. Spinnpumpe nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerbohrung (5) zur Druckentlastung an dem antriebseitigem Ende eine Verbindung (27) zur Pumpeneinlaßseite aufweist.
lO.Spinnpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende der Lagerbohrung (5) eine in dem Kühlköφer (4) und/oder in dem Pumpengehäuse (10) eingebrachte Ringkammer (26) ausgebildet ist, die einerseits mit der Lagerbohrung (5) und anderseits durch die als Entlastungskanal ausgebildete Verbindung (27) mit dem Einlaßkanal (6) verbunden ist.
11. Spinnpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördermittel (2) zwei ineinander kämmende Zahnräder (13, 14) sind, wobei eines der Zahnräder (13) mit der Antriebswelle (3) verbunden ist.
12. Spinnpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördermittel (2) mehrere Zahnräder (13, 14, 15, 16) sind, wobei eines der Zahnräder (Sonnenrad) (13) mit der Antriebswelle (3) verbunden ist und wobei die anderen Zahnräder (Planetenräder) (14, 15, 16) mit dem Sonnenrad (13) jeweils eine Zahnradpaarung bilden, so daß die Schmelze aus dem Einlaßkanal (6) gleichzeitig in mehre Auslaßkanäle (7) gefördert wird.
13. Spinnpumpe nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (3) mit mehreren hintereinander liegenden Zahnradsätzen verbunden ist und diese gleichzeitig antreibt.
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