EP1855008B1 - Gear pump - Google Patents
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- EP1855008B1 EP1855008B1 EP20060113847 EP06113847A EP1855008B1 EP 1855008 B1 EP1855008 B1 EP 1855008B1 EP 20060113847 EP20060113847 EP 20060113847 EP 06113847 A EP06113847 A EP 06113847A EP 1855008 B1 EP1855008 B1 EP 1855008B1
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- gear pump
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- pump according
- pressure
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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
- F04C13/002—Pumps for particular liquids for homogeneous viscous liquids
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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
- 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
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- 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
- F04C14/24—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations characterised by using valves controlling pressure or flow rate, e.g. discharge valves or unloading valves
- F04C14/26—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations characterised by using valves controlling pressure or flow rate, e.g. discharge valves or unloading valves using bypass channels
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
- F04C2/08—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
- F04C2/12—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
- F04C2/14—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons
- F04C2/18—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons with similar tooth forms
Definitions
- the present invention relates to a gear pump according to the preamble of claim 1.
- Gear pumps consist essentially of a housing with two intermeshing gears, which are arranged on shafts, wherein at least one of the shafts is connected to a drive.
- the shafts are mounted in fluid-lubricated plain bearings, which are arranged immediately adjacent to the pump interior, wherein the fluid used for lubrication of the sliding bearing passes from the pressure side via the sliding bearing gap and a return channel to the suction side of the gear pump.
- gear pumps which are used for the promotion of low-viscosity polymers and prepolymers and having a dynamic seal - for example in the form of a labyrinth seal (threaded shaft seal) - and subsequent static seal - for example
- a packing seal with or without barrier medium - must be ensured that before the dynamic shaft seal always a positive pressure against the suction side is present, otherwise - when using a barrier medium - this can get into the fluid, which is highly undesirable.
- the positive pressure is necessary to obtain a sufficient filling of the sealing gap of the dynamic seal. So can a penetration be prevented by blocking medium in the main flow of the pumped medium.
- the pressure before the dynamic shaft seal should not be too large, otherwise pumped medium can pass through the dynamic shaft seal to the outside or - if a static seal is present - the fluid enters into contact with this seal, which with destruction of the static seal must be expected.
- the known valve which is realized in the manner of a throttle screw with a rotating pin, has the disadvantage that during the displacement of the pin, the rotation lead to increased wear of the seals, which ensure that no fluid flows in the direction of feed unit.
- these seals become so strong claims that their life expectancy is severely limited.
- the present invention is therefore based on the object to provide a gear pump, which does not have the disadvantages mentioned above.
- the invention relates to a gear pump, consisting of a housing with at least two intermeshing gears, each with a shaft which are mounted in fluid-lubricated slide bearings, wherein a fluid is conveyed from a suction side to a pressure side and a return passage is provided by the sliding bearing outwardly flowing fluid returns to the suction side, and wherein a valve is provided with a stationary and a movable part.
- the movable part is only translationally displaceable and the valve has a pressure adjustment section, which serves mainly for pressure adjustment.
- the seals are no longer claimed by a self-rotation of the pin, but only by the actual translational movement, which is necessary to adjust the pressure or to open / close the valve.
- the sliding of the seals is thus significantly reduced.
- the movable part is only translationally displaceable.
- a screw jack is provided to translate the movable member.
- the movable part at the suction-side end is conical, spherical or flat.
- the valve is contained in the return passage.
- valve is contained in a supply channel, which leads from the pressure side in a region arranged by the gears from the slide bearing area.
- the valve has a closing section with which the channel containing the valve can be opened or closed.
- the movable part is insertable into the stationary part.
- the stationary part is an exchangeable sleeve.
- Fig. 1 is a section through a gear pump shown, wherein the sectional plane on the one hand along the axis of rotation 13 of a shaft 8 and on the other hand perpendicular to a plane which is spanned by the two shafts of the gear pump extends.
- a shaft M which is, for example, a polymer or a so-called prepolymer is supplied from a suction side 2 and conveyed by a toothed wheel 1, ie in the tooth spaces, to a pressure side 3 , On the pressure side 3, the pumped medium M is pressed by the intermeshing of the teeth of the two gears from the tooth gaps.
- the gear 1 is mounted on a shaft 8 or it forms together with the shaft 8 a workpiece.
- Fig. 1 shows the shaft portion which is guided to drive the gear pump to the outside.
- a sliding bearing section I in the shaft 8 is supported or mounted in the housing 9.
- a dynamic seal (seal section II), which is realized here as a so-called labyrinth seal in the form of a return thread, and a static seal (seal section III), which is here realized with stuffing box packings with a barrier medium.
- the sliding bearings are lubricated with the pumped medium M in the illustrated gear pump.
- conveying medium M penetrates from the pressure side 3, preferably via a bearing lubrication groove 14, into the bearing gap of the slide bearing section I and effects lubrication of the shaft 8.
- the dynamic seal adjoining the slide bearing and the static seal adjoining this prevent the conveying medium M from moving Outside can kick. It is important to ensure that due to a high negative pressure in the transition region between the sliding bearing section I and the sealing section II (dynamic seal) no barrier liquid enters the return duct 4, since then mix the barrier liquid with the pumped medium M and this would be contaminated. At the same time, the pressure in said transition region must not be too high, since otherwise the fluid is pressed into the stuffing box packing and degraded there, which can lead to destruction of the static seal.
- valves 5 according to the invention are shown, which in the return channel 4 (FIG. Fig. 1 ) are used.
- the valves are all characterized by a comparison with the known throttle screw improved adjustment.
- a movable part 20, also referred to as a journal is displaceable in a stationary part 21, also referred to as a sleeve, according to arrow 24.
- the sleeve 21 can be designed so that it can be inserted or inserted as a separate part in the return channel 4, or the return channel 4 has a corresponding shape in the region of the valve 5 to be realized.
- the advantage of a replaceable sleeve 21 is a rapid adaptability of the valve 5 to changing circumstances, for example, when an optimization to a specific Pumped medium must be made. Corresponding adjustments can also be made on the side of the pin 20.
- the inventive valve 5 is characterized in particular by the fact that the two functions to be performed by the valve, namely the opening / closing of the return channel 4 and the pressure adjustment in the transition region from the sliding bearing section I to the dynamic sealing section II ( Fig. 1 ), are realized substantially separately. This does not mean that no overlaps between the functions are possible, but that there is a high degree of independence between the functions. In the following, the relationships and the operation of the valve are explained:
- the pressure ratios in the flow direction before and after the valve 5 are substantially identical.
- the pin 20 By introducing the pin 20 into the sleeve 21, the cross-sectional area for the pumped medium M is initially reduced. This results in a first increase in the pressure difference across the valve 5. In many applications, this is the initial position, i. the position with the smallest possible pressure difference.
- the conical pin 20 and the cone-shaped sleeve 21 have in this position at a distance from each other, which corresponds to the gap width S1 in the cylindrical portion of the pin 20 and the sleeve 21.
- the effective length (adjustment path x) which is traversed by medium M in the valve with the same gap width S1, extended by the corresponding dimensions in the conical region of the pin.
- the pressure difference increases in proportion to this new effective length, resulting in a first disproportionate increase in the pressure differential.
- the distance in the conical portion of the pin 20 is smaller than the gap width S1 in the cylindrical portion.
- the pressure difference across the valve increases disproportionately (i.e., the importance of the effective length decreases in determining the pressure difference), and the distance (i.e., the gap width S1) now determines the pressure difference across the valve at the third power.
- the function "open / close" becomes active, which follows a strongly nonlinear legislation and the pressure difference correspond strongly increases.
- the function "pressure adjustment” is locally assigned to a pressure adjustment section 22 and the function "open / close” to a closure section 23, whereby the function "open / close” and the function “pressure adjustment” are realized essentially separately from each other.
- the meaning of the phrase “substantially” indicates the fact that there is a certain overlap in the area in which there is a quasi extension of the effective length. This is indicated by a dashed extension of the pressure adjustment section 22. In proportion to the total length of the pressure adjustment section 22, the overlap is small.
- the overlap area is for example a maximum of 20% the pressure adjustment section 22, in particular a maximum of 10% of the pressure adjustment section 22.
- the gap width S1 is rather constant in the pressure adjustment section 22, the gap width S1 varies according to the embodiments Fig. 2 and 4 , wherein the variation in the gap width S1 in one case by the outer shape of the pin 20 (as in Fig. 2 ) and in the other case by the inner shape of the sleeve 21 (as in Fig. 4 ).
- the variation of the gap width S1 by the design of the pin and / or the sleeve can thus be used to obtain targeted adjustment characteristics.
- the adjustment characteristic can be adjusted.
- Fig. 5A shows the adjustment characteristics of a known throttle screw (reference numeral 50) and of various valves according to the invention (reference numerals 51, 52, 53 and 54), wherein the abscissa of the adjustment path x of the pin 20 relative to the sleeve 21 is indicated.
- the origin is the fully closed valve.
- the ordinate shows the pressure difference p.
- Fig. 5A is the extremely steep curve 50 of the adjustment characteristic for gear pumps with the known throttle screw clearly visible.
- the courses 51 to 54 are significantly flatter, so that a simpler and more precise pressure setting is already apparent from this.
- the curves 51 to 54 are linear within a setting range.
- the linear area corresponds to the pressure setting section 22 (FIG. Fig. 2 ).
- the differences between the progressions 51 to 54 can be achieved, for example, by different gap widths S1 (ie the gap width S1 is not constant over the effective length x) in the pressure setting section 22 (FIG. Fig. 2 ), as for example in the Fig. 2 to 4 are indicated.
- the course 54 shows a pronounced linearity, which is a consequence of a constant gap width S1, as for example in the embodiment according to FIG Fig. 3 the case is.
- Fig. 5B shows two further courses 55 and 56, wherein the course 55 for a low viscosity and the course 56 for a highly viscous pumped medium using the same Valve were determined. Since the same valve was used in the determination of the curves 55 and 56, the pressure to be set p is also in the same operating range B.
- the adjustment path x or the adjustment ranges E55 and E56 resulting from the operating range and the progressions 55 and 56 are due to Different viscosities of the media differently.
- the adjustment ranges E55 and E56 in a first approximation, there is a linear relationship between the adjustment path x and the pressure difference p.
- Fig. 6 another embodiment of the invention is shown.
- the pumped through the bearing gap conveying medium M is via a right angle running return channel 4 on the suction side ( Fig. 1 ) Returned to the gear pump, wherein the return passage 4 is carried out on the one hand as a bore in a housing part 9a and a groove in a housing part 9b.
- a feed unit 60 is provided by means of a pin 20 in the bore trained return channel 4 is inserted.
- Fig. 2 to 5 is in accordance with that Fig.
- the pointing in the direction of the suction end of the pin can be designed differently.
- the end may be tapered - pointed or blunt -, spherical or flat.
- the pressure setting section 23 (FIG. Fig. 2 ) is divided into subsections so as to be able to obtain a further variation in the setting characteristics. Each subsection can be customized to meet specific needs.
- Fig. 7 shows in accordance with the representation according to Fig. 1 a further embodiment for a gear pump.
- the gear pump has a supply channel 15 which connects the pressure side 3 with the region between the sliding bearing and the dynamic seal.
- the valve 5 is not arranged in the return channel 4 but in the feed channel 15.
- the gear pumps are constructed identically, which is why for further explanation on the description of Fig. 1 is referenced.
- valve 5 according Fig. 7 is again used for pressure adjustment or for opening / closing the supply channel 15, the above statements on the valve 5 and the corresponding adjustment characteristics are also valid here.
- a special feed unit 60 is shown, which is particularly suitable in conjunction with the above-described embodiments for adjusting the adjustment path x in the inventive valves.
- the feed unit 60 allows a much larger stroke (maximum length L or maximum displacement x), so that pressure adjustment characteristics can be realized which allow a very fine adjustment.
- the use of the Spindelhubgetriebes 61 allows easier handling during the adjustment process. While in the known throttle screw settings had to be made very close to the rotating drive shaft, the setting in the inventive variant with a Spindelhubgetriebe 61 can be made at right angles to the rotating drive shaft. Thus, the access to the adjustment device is significantly improved and reduces the risk of injury to operating personnel by the rotating drive shaft.
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.The present invention relates to a gear pump according to the preamble of
Zahnradpumpen bestehen im Wesentlichen aus einem Gehäuse mit zwei ineinandergreifenden Zahnrädern, die auf Wellen angeordnet sind, wobei mindestens eine der Wellen mit einem Antrieb verbunden ist. Die Wellen werden in Fördermedium-geschmierten Gleitlagern gelagert, welche unmittelbar anschliessend an den Pumpeninnenraum angeordnet sind, wobei das zur Schmierung der Gleitlager verwendete Fördermedium von der Druckseite über den Gleitlagerspalt und einen Rückführungskanal auf die Saugseite der Zahnradpumpe gelangt.Gear pumps consist essentially of a housing with two intermeshing gears, which are arranged on shafts, wherein at least one of the shafts is connected to a drive. The shafts are mounted in fluid-lubricated plain bearings, which are arranged immediately adjacent to the pump interior, wherein the fluid used for lubrication of the sliding bearing passes from the pressure side via the sliding bearing gap and a return channel to the suction side of the gear pump.
Insbesondere bei Zahnradpumpen, die für die Förderung von niederviskosen Polymeren und Prepolymeren verwendet werden und die eine dynamische Dichtung - beispielsweise in der Form einer Labyrinthdichtung (Gewindewellendichtung) - und anschliessender statischen Dichtung - beispielsweise eine Packungsdichtung mit oder ohne Sperrmedium - aufweisen, muss sichergestellt werden, dass vor der dynamischen Wellendichtung immer ein positiver Druck gegenüber der Saugseite vorhanden ist, da sonst - beim Einsatz von einem Sperrmedium - dieses in das Fördermedium gelangen kann, was höchst unerwünscht ist. Der positive Druck ist notwendig, um eine ausreichende Füllung des Dichtspaltes der dynamischen Dichtung zu erhalten. So kann ein Eindringen von Sperrmedium in den Hauptstrom des Fördermediums verhindert werden.In particular, in gear pumps, which are used for the promotion of low-viscosity polymers and prepolymers and having a dynamic seal - for example in the form of a labyrinth seal (threaded shaft seal) - and subsequent static seal - for example, a packing seal with or without barrier medium - must be ensured that before the dynamic shaft seal always a positive pressure against the suction side is present, otherwise - when using a barrier medium - this can get into the fluid, which is highly undesirable. The positive pressure is necessary to obtain a sufficient filling of the sealing gap of the dynamic seal. So can a penetration be prevented by blocking medium in the main flow of the pumped medium.
Auf der anderen Seite sollte der Druck vor der dynamischen Wellendichtung nicht zu gross sein, da sonst Fördermedium durch die dynamische Wellendichtung nach aussen treten kann oder - falls eine statische Dichtung vorhanden ist - das Fördermedium in Kontakt mit dieser Dichtung gelangt, womit mit einer Zerstörung der statischen Dichtung gerechnet werden muss.On the other hand, the pressure before the dynamic shaft seal should not be too large, otherwise pumped medium can pass through the dynamic shaft seal to the outside or - if a static seal is present - the fluid enters into contact with this seal, which with destruction of the static seal must be expected.
Ferner muss gewährleistet sein, dass bei Wartungsarbeiten an der statischen Dichtung der Rückführungskanal geschlossen werden kann. Aus diesem Grund wurde im Rückführungskanal ein Ventil vorgesehen, mit dem ein Eindringen von Luft auf die Saugseite der Zahnradpumpe unterbunden werden kann. Diesbezüglich wird auf Patent Abstract of Japan zu
Das bekannte Ventil, das in der Art einer Drosselschraube mit einem rotierenden Zapfen realisiert ist, weist den Nachteil auf, dass während dem Verschieben des Zapfens die Rotation zu einer erhöhten Abnutzung der Dichtungen führen, die dafür sorgen, dass kein Fördermedium in Richtung Vorschubeinheit fliesst. Während der Druckeinstellung und insbesondere auch bei einem Schliessen bzw. Öffnen des Rückführungskanals werden diese Dichtungen so stark beansprucht, dass ihre Lebenserwartung empfindlich eingeschränkt ist.The known valve, which is realized in the manner of a throttle screw with a rotating pin, has the disadvantage that during the displacement of the pin, the rotation lead to increased wear of the seals, which ensure that no fluid flows in the direction of feed unit. During pressure adjustment, and in particular also when the return channel is closed or opened, these seals become so strong claims that their life expectancy is severely limited.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Zahnradpumpe anzugeben, welche die vorstehend genannten Nachteile nicht aufweist.The present invention is therefore based on the object to provide a gear pump, which does not have the disadvantages mentioned above.
Diese Aufgabe ist durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 angegebenen Massnahmen gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by the measures specified in the characterizing part of
Die Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe, bestehend aus einem Gehäuse mit mindestens zwei ineinandergreifenden Zahnrädern mit je einer Welle, die in Fördermedium-geschmierten Gleitlagern gelagert sind, wobei ein Fördermedium von einer Saugseite auf eine Druckseite gefördert wird und ein Rückführungskanal vorgesehen ist, der durch das Gleitlager nach aussen fliessendes Fördermedium zur Saugseite zurückführt, und wobei ein Ventil mit einem stationären und einem beweglichen Teil vorgesehen ist. Erfindungsgemäss ist der bewegliche Teil lediglich translatorisch verschiebbar und das Ventil weist einen Druckeinstellungsabschnitt auf, der hauptsächlich zur Druckeinstellung dient.The invention relates to a gear pump, consisting of a housing with at least two intermeshing gears, each with a shaft which are mounted in fluid-lubricated slide bearings, wherein a fluid is conveyed from a suction side to a pressure side and a return passage is provided by the sliding bearing outwardly flowing fluid returns to the suction side, and wherein a valve is provided with a stationary and a movable part. According to the invention, the movable part is only translationally displaceable and the valve has a pressure adjustment section, which serves mainly for pressure adjustment.
Damit werden die Dichtungen nicht mehr durch eine Eigenrotation des Zapfens beansprucht, sondern lediglich noch durch die eigentliche translatorische Bewegung, die zur Einstellung des Druckes oder zum Öffnen/Schliessen des Ventils notwendig ist. Der Gleitweg der Dichtungen wird somit erheblich reduziert.Thus, the seals are no longer claimed by a self-rotation of the pin, but only by the actual translational movement, which is necessary to adjust the pressure or to open / close the valve. The sliding of the seals is thus significantly reduced.
Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der bewegliche Teil lediglich translatorisch verschiebbar.In a further embodiment of the present invention, the movable part is only translationally displaceable.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Spindelhubgetriebe vorgesehen, um den beweglichen Teil translatorisch zu verschieben.In a further embodiment of the present invention, a screw jack is provided to translate the movable member.
In einer noch weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der bewegliche Teil am der Saugseite zugewandten Ende kegelförmig, kugelförmig oder flach ausgebildet.In yet another embodiment of the present invention, the movable part at the suction-side end is conical, spherical or flat.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der bewegliche Teil einen der folgenden Querschnitte aufweist:
- Polygon, insbesondere ein Dreieck, Viereck oder Sechseck;
- oval;
- rund.
- Polygon, in particular a triangle, quadrangle or hexagon;
- oval;
- round.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Ventil im Rückführungskanal enthalten.In one embodiment of the present invention, the valve is contained in the return passage.
Alternativ zur vorstehenden Ausführungsform der Erfindung ist das Ventil in einem Zuführungskanal enthalten, der von der Druckseite in einen von den Zahnrädern aus gesehen nach dem Gleitlager angeordneten Bereich führt.As an alternative to the above embodiment of the invention, the valve is contained in a supply channel, which leads from the pressure side in a region arranged by the gears from the slide bearing area.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Ventil einen Schliessabschnitt auf, mit dem der das Ventil enthaltende Kanal geöffnet bzw. geschlossen werden kann.In one embodiment of the present invention, the valve has a closing section with which the channel containing the valve can be opened or closed.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der bewegliche Teil in den stationären Teil einführbar.In a further embodiment of the present invention, the movable part is insertable into the stationary part.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der stationäre Teil eine austauschbare Hülse.In a further embodiment of the present invention, the stationary part is an exchangeable sleeve.
Die vorliegende Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen, die in Figuren gezeigt sind, weiter erläutert. Dabei zeigen:
- Fig. 1
- einen Schnitt entlang einer Drehachse einer nach Aussen geführten Antriebswelle einer Zahnradpumpe in schematischer Darstellung,
- Fig. 2 bis 4
- verschiedene Ausführungsvarianten für ein erfindungsgemässes Ventil,
- Fig. 5A und 5B
- mögliche Verstellcharakteristiken für die verschiedenen Ausführungsvarianten gemäss den
Fig. 2 bis 4 , - Fig. 6
- eine weitere Ausführungsvariante für ein erfindungsgemässes Ventil,
- Fig. 7
- einen Schnitt entlang einer Drehachse einer nach Aussen geführten Antriebswelle einer weiteren Ausführungsform einer Zahnradpumpe in schematischer Darstellung und
- Fig. 8
- ein erfindungsgemässes Ventil mit einem translatorisch verschiebbaren beweglichen Teil.
- Fig. 1
- a section along a rotation axis of an outwardly guided drive shaft of a gear pump in a schematic representation,
- Fig. 2 to 4
- various embodiments for a valve according to the invention,
- Figs. 5A and 5B
- possible Verstellcharakteristiken for the different embodiments according to the
Fig. 2 to 4 . - Fig. 6
- a further embodiment variant for a valve according to the invention,
- Fig. 7
- a section along an axis of rotation of an outwardly guided drive shaft of another embodiment of a gear pump in a schematic representation and
- Fig. 8
- a valve according to the invention with a translationally movable part.
In
Die Gleitlager werden bei der dargestellten Zahnradpumpe mit dem Fördermedium M geschmiert. So dringt Fördermedium M von der Druckseite 3, vorzugsweise über eine Lagerschmiernut 14, in den Lagerspalt des Gleitlagerabschnittes I ein und bewirkt eine Schmierung der Welle 8. Die an das Gleitlager anschliessende dynamische Dichtung und die an diese anschliessende statische Dichtung verhindern, dass Fördermedium M nach Aussen treten kann. Es ist darauf zu achten, dass aufgrund eines hohen Unterdruckes im Übergangsbereich zwischen dem Gleitlagerabschnitt I und dem Dichtungsabschnitt II (dynamischen Dichtung) kein Sperrflüssigkeit in den Rückführungskanal 4 gelangt, da sich dann die Sperrflüssigkeit mit dem Fördermedium M vermischen und dieses verunreinigt würde. Gleichzeitig darf der Druck im besagten Übergangsbereich nicht zu hoch sein, da ansonsten das Fördermedium in die Stopfbüchsenpackung gepresst wird und dort degradiert, was zu einer Zerstörung der statischen Dichtung führen kann.The sliding bearings are lubricated with the pumped medium M in the illustrated gear pump. Thus, conveying medium M penetrates from the
Wie eingangs bereits erläutert worden ist, ist die Verwendung einer Drosselschraube im Rückführungskanal 4 bereits bekannt. Diese Drosselschraube wurde in erster Linie zum vollständigen Verschliessen des Rückführungskanals 4 verwendet, wie dies zum Beispiel bei einer vorübergehenden Stilllegung der Zahnradpumpe jeweils gemacht werden muss. Zudem wurde jeweils versucht, während dem Betrieb der Zahnradpumpe die vorstehend erläuterten Bedingungen in Bezug auf die Druckverhältnisse nach dem Gleitlagerabschnitt I zu erfüllen. Dies ist mit einer einfachen Drosselschraube, wie sie in bekannter Weise zum Einsatz gekommen ist, sehr schwierig zu bewerkstelligen.As already explained, the use of a throttle screw in the
In den
Anhand der Ausführungsvariante gemäss
Das erfindungsgemässe Ventil 5 zeichnet sich nun insbesondere dadurch aus, dass die beiden vom Ventil zu erfüllende Funktionen, nämlich das Öffnen/Schliessen des Rückführungskanals 4 als auch die Druckeinstellung im Übergangsbereich vom Gleitlagerabschnitt I zum dynamischen Dichtungsabschnitt II (
Bei einem vollständig geöffneten Ventil 5 sind die Druckverhältnisse in Flussrichtung vor und nach dem Ventil 5 im Wesentlichen identisch. Durch das Einführen des Zapfens 20 in die Hülse 21 wird die Querschnittfläche für das Fördermedium M zunächst verringert. Damit erfolgt eine erste Zunahme der Druckdifferenz über das Ventil 5. In vielen Anwendungen ist dies die Ausgangslage, d.h. die Position mit der kleinstmöglichen Druckdifferenz.In a fully
Mit dem weiteren Eindringen des Zapfens 20 in die Hülse 21 wird nicht mehr die Querschnittsfläche verändert - d.h. eine Spaltbreite S1, die zwischen dem Zapfen 20 und der Hülse 21 vorhanden ist, bleibt im Wesentlichen unverändert - sondern es ist nun allein die Eindringtiefe (im Folgenden auch wirksame Länge oder Einstellweg genannt) des Zapfens 20 in die Hülse 21, welche zu einer Druckdifferenzänderung über dem Ventil 5 führt. Damit wurde erstmals eine zumindest bereichsweise, in erster Näherung lineare Einstellcharakteristik erhalten, was eine Einstellung eines optimalen Druckes im Übergangsbereich zwischen Gleitlagerabschnitt I und dynamischer Dichtungsabschnitt II wesentlich vereinfacht und eine genaue Einstellung erleichtert.With the further penetration of the
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wurden Berechnungen angestellt, deren Resultat in der folgenden Formel zusammengefasst werden kann, die zur Vereinfachung auf einigen Modellannahmen beruht:
wobei
- Δp
- resultierende Druckdifferenz über dem Ventil
- Q
- Durchsatz
- η
- Viskosität
- x
- wirksame Länge oder Einstellweg
- D
- Zapfendurchmesser
- S1
- Spaltbreite
in which
- Ap
- resulting pressure difference across the valve
- Q
- throughput
- η
- viscosity
- x
- effective length or adjustment path
- D
- Journal diameter
- S1
- gap width
Bei der bekannten Drosselschraube, für die die vorstehenden Berechnungen ebenfalls gültig sind, wird primär der kurze Ringspalt, welcher durch die Spalthöhe S1 charakterisiert werden kann, am kurzen Ende verringert. Diese Verringerung fliesst in der dritten Potenz in die Berechnungen ein, was zu einer sehr grossen Druckänderung bei geringer Änderung der Spaltbreite S1 führt.In the known throttle screw, for which the above calculations are also valid, is primarily the short Annular gap, which can be characterized by the gap height S1, reduced at the short end. This reduction is included in the calculations in the third power, which leads to a very large change in pressure with little change in the gap width S1.
Demgegenüber wird bei der erfindungsgemässen Vorrichtung mit dem weiteren Vorschieben des Zapfens 20 in die Hülse 21 eine beinahe linear ansteigende Druckdifferenz erreicht, weil - wie mit vorstehender Formel erklärt werden kann - die Spaltbreite S1 nur gering verändert wird und im wesentlichen nur der Einstellweg x verändert wird. Der in erster Näherung lineare Zusammenhang von Einstellweg und Druckdifferenz bleibt unter den genannten Voraussetzungen gültig. Eine Änderung tritt in derjenigen Position ein, die in
Wird nun der Zapfen noch weiter in die Hülse geschoben, so wird der Abstand im kegelförmigen Bereich des Zapfens 20 kleiner als die Spaltbreite S1 im zylinderförmigen Abschnitt. Damit steigt die Druckdifferenz über dem Ventil überproportional an (d.h. die Bedeutung der wirksamen Länge nimmt bei der Bestimmung der Druckdifferenz ab), und der Abstand (d.h. die Spaltbreite S1) bestimmt nun in der dritten Potenz die Druckdifferenz über dem Ventil. Mit anderen Worten wird nun die Funktion "Öffnen/Schliessen" aktiv, die einer stark nichtlinearen Gesetzgebung folgt und die Druckdifferenz entsprechen stark ansteigen lässt.If now the pin pushed further into the sleeve, the distance in the conical portion of the
Aus den vorstehenden Ausführungen kann die Realisation der beiden Funktionen "Öffnen/Schliessen" und "Druckeinstellung" innerhalb des Ventils 5 lokalisiert werden: So wird die Funktion "Druckeinstellung" einem Druckeinstellungsabschnitt 22 und die Funktion "Öffnen/Schliessen" einem Schliessabschnitt 23 örtlich zugewiesen, womit die Funktion "Öffnen/Schliessen" und die Funktion "Druckeinstellung" im Wesentlichen getrennt voneinander realisiert sind. Die Bedeutung der Redewendung "im Wesentlichen" weist dabei auf den Umstand hin, dass eine gewisse Überlappung in demjenigen Bereich vorhanden ist, in dem es zu einer quasi Verlängerung der wirksamen Länge kommt. Dies wird durch eine strichlinierten Verlängerung des Druckeinstellungsabschnittes 22 angedeutet. Im Verhältnis zur Gesamtlänge des Druckeinstellungsabschnittes 22 ist die Überlappung klein. Der Überlappungsbereich beträgt beispielsweise maximal 20% des Druckeinstellungsabschnittes 22, insbesondere maximal 10% des Druckeinstellungsabschnittes 22.From the above, the realization of the two functions "open / close" and "pressure adjustment" can be located within the valve 5: Thus, the function "pressure adjustment" is locally assigned to a
Basierend auf den vorstehenden eher allgemeinen Ausführungen lassen sich nun eine grosse Vielfalt von Ausgestaltungen der äusseren Form des Zapfens 20 und/oder der inneren Form der Hülse 21 erhalten. Als Beispiele sind die Ausführungsvarianten, die in den
Es hat sich gezeigt, dass die Grössenverhältnisse wie folgt einzustellen sind:
- x
- 0.5*D ... 5*D, insbesondere 3*D;
- S1
- 0.008*D ... 0.08*D;
- di
- di < D, di = D/1.5 ... D/1.2;
- x
- 0.5 * D ... 5 * D, in particular 3 * D;
- S1
- 0.008 * D ... 0.08 * D;
- di
- di <D, di = D / 1.5 ... D / 1.2;
Es wird darauf hingewiesen, dass insbesondere mit einer Variation der Spaltbreite S1 über den Einstellungsabschnitt 22 die Einstellungscharakteristik angepasst werden kann.It should be noted that, in particular with a variation of the gap width S1 via the
In
In
Zu beachten ist, dass in
Bei allen Ausführungsvarianten des Zapfens als auch der Hülse ist denkbar, einen von einer Rotationssymmetrie abweichenden Querschnitt vorzusehen. So ist insbesondere denkbar, dass der Zapfen und/oder die Hülse einen der folgenden Querschnitte aufweist:
- Polygon, insbesondere ein Dreieck, Viereck oder Sechseck;
- oval;
- rund.
- Polygon, in particular a triangle, quadrangle or hexagon;
- oval;
- round.
Ferner kann auch das in Richtung Saugseite zeigende Ende des Zapfens unterschiedlich ausgestaltet sein. Insbesondere kann das Ende kegelförmig - und zwar spitz oder stumpf -, kugelförmig oder flach ausgeführt sein.Furthermore, the pointing in the direction of the suction end of the pin can be designed differently. Especially the end may be tapered - pointed or blunt -, spherical or flat.
Schliesslich ist auch denkbar, dass der Druckeinstellabschnitt 23 (
Das Ventil 5 gemäss
Schliesslich ist in
Die eingangs beschriebenen bekannten Drosselschrauben führen während dem Verschieben des Zapfens 20 eine Rotation um die eigene Achse aus. Damit werden die Dichtungsringe, welche dafür sorgen, dass kein Fördermedium M in Richtung Vorschubeinheit fliesst, nicht nur durch die eigentliche Vorschubbewegung beansprucht, sondern zusätzlich auch durch die Rotation um die eigene Achse. Während der Druckeinstellung und insbesondere auch bei einem Schliessen bzw. Öffnen des Rückführungskanals werden diese Dichtungen so stark beansprucht, dass ihre Lebenserwartung empfindlich eingeschränkt ist.The well-known throttle screws described above perform during the displacement of the pin 20 a rotation about its own axis. Thus, the sealing rings, which ensure that no fluid flows M in the direction of feed unit, not only claimed by the actual feed motion, but also by the rotation about its own axis. During the pressure setting and in particular also when the return channel is closed or opened, these seals are stressed so heavily that their life expectancy is severely restricted.
Ein weiterer erfindungsgemässer Aspekt führt zu einer wesentlichen Verbesserung dieses Problems. So wird durch die Verwendung eines Spindelhubgetriebes 61 es ermöglicht, dass eine translatorische Bewegung erhalten werden kann. Mithin werden die Dichtungen 63 nicht mehr durch eine Eigenrotation des Zapfens 20 beansprucht, sondern lediglich noch durch die eigentliche translatorische Bewegung, die zur Einstellung des Druckes oder zum Öffnen/Schliessen des Ventils notwendig ist. Der Gleitweg der Dichtung wird somit reduziert.Another aspect of the invention leads to a substantial improvement of this problem. Thus, the use of a
Ferner ermöglicht die erfindungsgemässe Vorschubeinheit 60 einen wesentlich grösseren Hub (maximale Länge L bzw. maximale Verstellweg x), so dass Druckeinstellungscharakteristiken realisiert werden können, die eine überaus feine Einstellung ermöglichen.Furthermore, the
Schliesslich erlaubt der Einsatz des Spindelhubgetriebes 61 eine einfachere Handhabung während dem Einstellungsvorgang. Während bei der bekannten Drosselschraube die Einstellungen sehr nahe an der rotierenden Antriebswelle vorgenommen werden mussten, kann die Einstellung bei der erfindungsgemässen Ausführungsvariante mit einem Spindelhubgetriebe 61 rechtwinklig von der rotierenden Antriebswelle vorgenommen werden. Damit ist der Zugang zur Einstellvorrichtung wesentlich verbessert und die Gefahr einer Verletzung von Bedienpersonal durch die rotierende Antriebswelle vermindert.Finally, the use of the
Claims (9)
- Gear pump, consisting of a housing (9) with at least two intermeshing gears (1) each with a shaft (8), which run on slide bearings (I) lubricated with pumping medium, the pumping medium (M) getting from a suction side (2) into a pressure side (3), and a return duct (4) is provided, which leads pumping medium (M), flowing to the outside, via the slide bearing (I) back into the suction side (2), and providing a valve (5), which comprises a stationary and a movable part (21, 20), characterized in that the movable part (20) is merely translatory displaceable and that the valve (5) comprises a pressure adjustment section (22), which mainly serves for the pressure adjustment.
- Gear pump according to claim 1, characterized in that a mandrel lifting drive (61) is provided in order to displace the movable part (20) in translatory manner.
- Gear pump according to claim 1 or 2, characterized in that the movable part (20) facing the end of the suction side is tapered, globular or flat.
- Gear pump according to one of the claims 1 to 3, characterized in that the movable part (20) comprises one of the following cross-sections:- polygon, particularly a triangle, quadrangle or hexagon;- oval;- round.
- Gear pump according to one of the claims 1 to 4, characterized in that the valve (5) is contained in the return duct (4).
- Gear pump according to one of the claims 1 to 5, characterized in that the valve (5) is contained in a feeding duct (15), which leads from the pressure side (3) into a region arranged behind the slide bearing (I), viewed from the gears (1).
- Gear pump according to one of the claims 1 to 6, characterized in that the valve (5) comprises a closing section (23), by which the duct (4, 15) containing the valve (5) can be opened or closed, respectively.
- Gear pump according to one of the claims 1 to 7, characterized in that the movable part (20) is insert-able into the stationary part (21).
- Gear pump according to one of the claims 1 to 8, characterized in that the stationary part (21) is an exchangeable sleeve.
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