EP3649350B1 - Verfahren zum betrieb einer kühlschmierstoffpumpe - Google Patents

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EP3649350B1
EP3649350B1 EP18728377.5A EP18728377A EP3649350B1 EP 3649350 B1 EP3649350 B1 EP 3649350B1 EP 18728377 A EP18728377 A EP 18728377A EP 3649350 B1 EP3649350 B1 EP 3649350B1
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sealing
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Brinkmann Pumpen KH Brinkmann GmbH and Co KG
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    • F04D7/02—Pumps adapted for handling specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts of centrifugal type
    • F04D7/04—Pumps adapted for handling specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts of centrifugal type the fluids being viscous or non-homogenous
    • F04D7/045—Pumps adapted for handling specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts of centrifugal type the fluids being viscous or non-homogenous with means for comminuting, mixing stirring or otherwise treating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D1/00—Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
    • F04D1/02—Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps having non-centrifugal stages, e.g. centripetal
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    • F04D29/4293—Details of fluid inlet or outlet
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05D2270/301—Pressure

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a pump with which an emulsion is circulated in a machine tool and which has a housing that has a pump chamber and a suction port for the process liquid, a shaft rotatably mounted in the housing, a shaft in the pump chamber arranged impeller, and a sealing arrangement for sealing the shaft in the housing on the side of the pump chamber opposite the intake port, the sealing arrangement having a sealing chamber in which two shaft seals are arranged at an axial distance on the shaft.
  • the invention is concerned with a method in which a cooling lubricant emulsion that was used in a machine tool for cooling and lubricating the tool and the workpiece is pumped back to the tool.
  • the invention is also applicable to pumps for other process liquids, for example pumps for washing emulsions.
  • DE 12 40 718 B describes a method for a pump with which a coolant is circulated in a machine tool.
  • US 2016/341209 A1 and EP 0 386 315 A1 describe methods for water pumps with the structure mentioned at the beginning, in which water is supplied under pressure into the sealing chamber.
  • the object of the invention is to improve the sealing of such a pump.
  • an emulsion which is the same liquid as is circulated in the machine tool, but is not the liquid that was sucked in via the suction port, but rather fresh emulsion an auxiliary pump (48) is pumped into a section of the sealing chamber (36) located between the shaft seals (38, 40), whereby a counter pressure is generated in this section which prevents penetration of contaminated, pressurized emulsion from the pump chamber into the sealing arrangement (32), and the fresh emulsion passes as a leak through a sealing gap in the shaft seal (38) located closer to the pump chamber, mixes with the emulsion in the pump chamber and with it is pumped to the tool.
  • the emulsion is also used to lubricate the shaft seals.
  • it is not the used liquid that is sucked in from a collecting basin via the pump's suction port and which is usually contaminated with abrasive particles, but rather fresh and therefore not contaminated process liquid.
  • This liquid not only serves to lubricate the shaft seals and possibly the bearing, but at the same time creates a counterpressure in the section of the sealing chamber lying between the shaft seals, which counteracts the penetration of the contaminated, pressurized liquid from the pump chamber into the sealing arrangement. In this way, the sealing arrangement is effectively protected against wear.
  • the fresh process liquid which leaks through the sealing gap of the shaft seal closer to the pump chamber, mixes with the liquid in the pump chamber and is pumped together with it to the tool.
  • Part of the process fluid that emerges as a leak through the other shaft seal can simply be drained into the collecting basin for the process fluid and thus also remains in the cooling lubricant circuit.
  • the auxiliary pump generates an output pressure that is higher than the pressure of the cooling lubricant emulsion in the pump chamber at the point where the shaft enters the pump chamber.
  • the pressure of the auxiliary pump can optionally be regulated.
  • the shaft seals are preferably designed in such a way that the leakage at the shaft seal on the side facing away from the pump chamber is smaller than the leakage at the shaft seal located closer to the pump chamber.
  • the pump has a housing 10 which forms a suction port 12, a pump chamber 14, a spiral casing 16 and a pressure port 18.
  • the intake port 12 projects with its open lower end into a collecting basin 20 for cooling lubricant emulsion.
  • the intake port can be connected to a suction line.
  • a shaft 22 is rotatably mounted in the housing 10 by means of a bearing 24 and runs coaxially through the suction port 12 and the pump chamber 14.
  • the shaft 22 carries a pre-shredder 26, which serves, for example to shred metal chips contained in the cooling lubricant emulsion before they enter the pump chamber.
  • the shaft 22 is driven by a motor, not shown, and carries within the intake port 12 a first impeller 28 designed as an axial impeller and within the pump chamber a second impeller 30 which is designed as a radial impeller.
  • the cooling lubricant emulsion is sucked out of the collecting basin 20 and pumped via the spiral housing 16 into the pressure port 18 and further to a tool of a machine tool, not shown.
  • the emulsion running off the tool and the machined workpiece is then returned to the collecting basin 20, so that the cooling lubricant emulsion is circulated in a closed circuit.
  • a sealing arrangement 32 is integrated into the bearing 24, with which the shaft 22 is sealed against the pressure of the cooling lubricant emulsion in the pump chamber 14.
  • a cylindrical sleeve 34 which coaxially surrounds the shaft 22, forms a sealing chamber 36 which accommodates two shaft seals 38, 40 arranged at an axial distance on the shaft 22 and a plain bearing 42 for the shaft.
  • the shaft seal 38 located closer to the pump chamber 14 is designed as a labyrinth seal in the example shown.
  • the shaft seal 40 which is further away from the pump chamber, has two sealing rings 44 which delimit a grease chamber 46 and accommodate the plain bearing 42 between them.
  • the grease chamber and one of the sealing rings can be omitted.
  • the plain bearing is formed by a sleeve seated on the shaft 22 and a bearing bush held in a rotationally fixed manner in the sealing chamber.
  • 22 sliding rings made of wear-resistant material are arranged on the shaft, with which the sealing rings 44 are in frictional contact.
  • An auxiliary pump 48 is provided to suck in fresh cooling lubricant emulsion from a storage container 50 and to convey it into a pressure line 52 which opens into a section of the sealing chamber 36 between the shaft seals 38 and 40.
  • the output pressure of the auxiliary pump 48 is greater than the pressure of the cooling lubricant emulsion at the point in the pump chamber 14 at which the shaft 22 enters the pump chamber. This prevents the used cooling lubricant emulsion from the collecting basin 20, which is contaminated with abrasive particles, from penetrating the sealing arrangement 32. Instead, there is a certain leakage flow of the fresh cooling lubricant emulsion from the sealing chamber 36 through the shaft seal 38 into the pump chamber 14. A certain leakage flow can also occur at the shaft seal 40. The cooling lubricant emulsion emerging from the upper end of the sleeve 34 due to this leakage flow can simply drip into the collecting basin 20.
  • the pressure in the pump chamber (14) is measured using a sensor 54, and the output pressure of the auxiliary pump 48 is controlled using a regulator 56 so that it is just above the pressure in the pump chamber.
  • the invention can also be used in systems in which the circuit of the process liquid (coolant lubricant emulsion) forms a closed system. Since there is always a certain amount of liquid discharge from the processed workpieces, part of the liquid loss is compensated for by supplying fresh emulsion from the storage container 50.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Pumpe, mit der eine Emulsion in einer Werkzeugmaschine umgewälzt wird und die ein Gehäuse, das eine Pumpenkammer und einen Ansaugstutzen für die Prozessflüssigkeit aufweist, eine drehbar in dem Gehäuse gelagerte Welle, ein in der Pumpenkammer auf der Welle angeordnetes Laufrad, und eine Dichtungsanordnung zur Abdichtung der Welle im Gehäuse auf der dem Ansaugstutzen entgegengesetzten Seite der Pumpenkammer aufweist, wobei die Dichtungsanordnung eine Dichtungskammer aufweist, in der zwei Wellendichtungen in axialem Abstand auf der Welle angeordnet sind.
  • Insbesondere befasst sich die Erfindung mit einem Verfahren, bei dem eine Kühlschmierstoffemulsion, die in einer Werkzeugmaschine zum Kühlen und Schmieren des Werkzeugs und des Werkstücks benutzt wurde, wieder zum Werkzeug zurück zu gepumpt wird. Die Erfindung ist jedoch auch bei Pumpen für andere Prozessflüssigkeiten anwendbar, beispielsweise bei Pumpen für Waschemulsionen.
  • In DE 12 40 718 B wird ein Verfahren für eine Pumpe beschrieben, mit der ein Kühlmittel in eine Werkzeugmaschine umgewälzt wird.
  • US 2016/341209 A1 und EP 0 386 315 A1 beschreiben Verfahren für Wasserpumpen mit dem eingangs genannten Aufbau, bei denen Wasser unter Druck in die Dichtungskammer zugeführt wird.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die Abdichtung einer solchen Pumpe zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Emulsion , bei der es sich zwar um die gleiche Flüssigkeit handelt, wie sie auch in der Werkzeugmaschine umgewälzt wird, jedoch nicht um die Flüssigkeit, die über den Ansaugstutzen angesaugt wurde, sondern um frische Emulsion, mit einer Hilfspumpe (48) in einen zwischen den Wellendichtungen (38, 40) gelegenen Abschnitt der Dichtungskammer (36) gepumpt wird, wodurch in diesem Abschnitt ein Gegendruck erzeugt wird, der dem Eindringen von verunreinigter, unter Druck stehender Emulsion aus der Pumpenkammer in die Dichtungsanordnung (32) entgegenwirkt, und wobei die frische Emulsion als Leckage durch einen Dichtungsspalt der näher zur Pumpenkammer gelegenen Wellendichtung (38) hindurchtritt, sich mit der Emulsion in der Pumpenkammer vermischt und mit dieser zum Werkzeug gepumpt wird.
  • Erfindungsgemäß wird die Emulsion auch zur Schmierung der Wellendichtungen genutzt. Dazu wird jedoch nicht die gebrauchte Flüssigkeit verwendet, die über den Ansaugstutzen der Pumpe aus einem Auffangbecken angesaugt wird und die zumeist mit abrasiven Partikeln verunreinigt ist, sondern frische und somit nicht verunreinigte Prozessflüssigkeit. Diese Flüssigkeit dient nicht nur zur Schmierung der Wellendichtungen und ggf. des Lagers, sondern erzeugt zugleich in dem zwischen den Wellendichtungen liegenden Abschnitt der Dichtungskammer einen Gegendruck, der einem Eindringen der verunreinigten, unter Druck stehenden Flüssigkeit aus der Pumpenkammer in die Dichtungsanordnung entgegenwirkt. Auf diese Weise wird die Dichtungsanordnung wirksam gegen Verschleiß geschützt. Die frische Prozessflüssigkeit, die als Leckage durch den Dichtungsspalt der näher zur Pumpenkammer gelegenen Wellendichtung hindurchtritt, vermischt sich mit der Flüssigkeit in der Pumpenkammer und wird zusammen mit dieser zum Werkzeug gepumpt. Ein Teil der Prozessflüssigkeit, der als Leckage über die andere Wellendichtung austritt, kann einfach in das Auffangbecken für die Prozessflüssigkeit abgelassen werden und verbleibt somit ebenfalls im Kühlschmierstoffkreislauf.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Vorzugsweise erzeugt die Hilfspumpe einen Ausgangsdruck, der höher ist als der Druck der Kühlschmierstoffemulsion in der Pumpenkammer an der Stelle, an der die Welle in die Pumpenkammer eintritt. Wahlweise kann dazu der Druck der Hilfspumpe geregelt werden.
  • Die Wellendichtungen sind vorzugsweise so gestaltet, dass die Leckage an der Wellendichtung auf der von der Pumpenkammer abgewandten Seite kleiner ist als die Leckage an der näher zur Pumpenkammer gelegenen Wellendichtung.
  • Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert.
    Die einzige Zeichnungsfigur zeigt einen axialen Schnitt durch eine Kühlschmierstoffpumpe, mit der das erfindungsgemäße Verfahren ausführbar ist.
  • Die Pumpe weist ein Gehäuse 10 auf, das einen Ansaugstutzen 12, eine Pumpenkammer 14, ein Spiralgehäuse 16 und einen Druckstutzen 18 bildet. Der Ansaugstutzen 12 ragt mit seinem offenen unteren Ende in ein Auffangbecken 20 für Kühlschmierstoffemulsion. In einer anderen Ausführungsform kann der Ansaugstutzen an einen Saugleitung angeschlossen sein.
  • Eine Welle 22 ist mittels eines Lagers 24 drehbar im Gehäuse 10 gelagert und verläuft koaxial durch den Ansaugstutzen 12 und die Pumpenkammer 14. Am unteren Ende, unterhalb des Einlasses des Ansaugstutzens 12, trägt die Welle 22 einen Vorzerkleinerer 26, der dazu dient, etwa in der Kühlschmierstoffemulsion enthaltene Metallspäne zu zerkleinern, bevor sie in die Pumpenkammer gelangen. Die Welle 22 wird durch einen nicht gezeigten Motor angetrieben und trägt innerhalb des Ansaugstutzens 12 ein als Axiallaufrad ausgebildetes erstes Laufrad 28 und innerhalb der Pumpenkammer ein zweites Laufrad 30, das als Radiallaufrad ausgebildet ist. Mit Hilfe der Laufräder 28, 30 wird die Kühlschmierstoffemulsion aus dem Auffangbecken 20 angesaugt und über das Spiralgehäuse 16 in den Druckstutzen 18 und weiter zu einem nicht gezeigten Werkzeug einer Werkzeugmaschine gepumpt. Die am Werkzeug und an dem bearbeiteten Werkstück ablaufende Emulsion wird dann wieder in das Auffangbecken 20 zurückgeleitet, so dass die Kühlschmierstoffemulsion in einem geschlossenen Kreislauf umgewälzt wird.
  • In das Lager 24 ist eine Dichtungsanordnung 32 integriert, mit der die Welle 22 gegenüber dem Druck der Kühlschmierstoffemulsion in der Pumpenkammer 14 abgedichtet wird. Eine zylindrische Hülse 34, die die Welle 22 koaxial umgibt, bildet eine Dichtungskammer 36, die zwei in axialem Abstand auf der Welle 22 angeordnete Wellendichtungen 38, 40 sowie ein Gleitlager 42 für die Welle aufnimmt. Die näher an der Pumpenkammer 14 gelegene Wellendichtung 38 ist im gezeigten Beispiel als Labyrinthdichtung ausgebildet. Die weiter von der Pumpenkammer entfernte Wellendichtung 40 weist im gezeigten Beispiel zwei Dichtringe 44 auf, die eine Fettkammer 46 begrenzen und das Gleitlager 42 zwischen sich aufnehmen. In einer anderen Ausführungsform können die Fettkammer und einer der Dichtringe entfallen. Das Gleitlager wird durch eine auf der Welle 22 sitzende Hülse und eine drehfest in der Dichtungskammer gehaltene Lagerbuchse gebildet. In Höhe der Dichtringe 44 sind auf der Welle 22 Gleitringe aus verschleißfestem Material angeordnet, mit denen die Dichtringe 44 in Reibberührung stehen.
  • Eine Hilfspumpe 48 ist dazu vorgesehen, frische Kühlschmierstoffemulsion aus einem Vorratsbehälter 50 anzusaugen und in eine Druckleitung 52 zu fördern, die in einen Abschnitt der Dichtungskammer 36 zwischen den Wellendichtungen 38 und 40 mündet. Der Ausgangsdruck der Hilfspumpe 48 ist größer als der Druck der Kühlschmierstoffemulsion an der Stelle der Pumpenkammer 14, an der die Welle 22 in die Pumpenkammer eintritt. Dadurch wird die gebrauchte, mit abrasiven Partikeln verunreinigte Kühlschmierstoffemulsion aus dem Auffangbecken 20 daran gehindert, in die Dichtungsanordnung 32 einzudringen. Stattdessen gibt es einen gewissen Leckagestrom der frischen Kühlschmierstoffemulsion aus der Dichtungskammer 36 durch die Wellendichtung 38 hindurch in die Pumpenkammer 14. Auch an der Wellendichtung 40 kann ein gewisser Leckagestrom auftreten. Die aufgrund dieses Leckagestroms am oberen Ende der Hülse 34 austretende Kühlschmierstoffemulsion kann einfach in das Auffangbecken 20 abtropfen.
  • Auf diese Weise wird eine wirksame und zuverlässige Schmierung des Wellenlagers und der Dichtungsanordnung mit Hilfe der frischen Kühlschmierstoffemulsion erreicht, so dass auf den Einsatz teuerer Gleitlagerwerkstoffe verzichtet werden kann und/oder höher Standzeiten des Lagers erreicht werden und eine Kontamination der Kühlschmierstoffemulsion mit anderen Schmierstoffen vermieden wird.
  • Im gezeigten Beispiel wird der Druck in der Pumpenkammer (14) mit Hilfe eines Sensors 54 gemessen, und der Ausgangsdruck der Hilfspumpe 48 wird mit Hilf eines Reglers 56 so geregelt, dass er knapp über dem Druck in der Pumpenkammer liegt.
  • Die Erfindung ist auch bei Systemen anwendbar, bei denen der Kreislauf der Prozessflüssigkeit (Kühlschmierstoffemulsion) ein geschlossenes System bildet. Da es an den bearbeiteten Werkstücken stets zu einem gewissen Flüssigkeitsaustrag kommt, wird durch die Zufuhr frischer Emulsion aus dem Vorratsbehälter 50 ein Teil des Flüssigkeitsverlustes kompensiert.

Claims (6)

  1. Verfahren zum Betrieb einer Pumpe, mit der eine Emulsion in einer Werkzeugmaschine umgewälzt wird und die ein Gehäuse (10), das eine Pumpenkammer (14) und einen Ansaugstutzen (12) für die Prozessflüssigkeit aufweist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Pumpe eine drehbar in dem Gehäuse (10) gelagerte Welle (22), ein in der Pumpenkammer (14) auf der Welle (22) angeordnetes Laufrad (28, 30), und eine Dichtungsanordnung (32) zur Abdichtung der Welle (22) im Gehäuse (10) auf der dem Ansaugstutzen (12) entgegengesetzten Seite der Pumpenkammer (14) aufweist, wobei die Dichtungsanordnung (32) eine Dichtungskammer (36) aufweist, in der zwei Wellendichtungen (38, 40) in axialem Abstand auf der Welle (22) angeordnet sind,
    dass eine Emulsion , bei der es sich zwar um die gleiche Flüssigkeit handelt, wie sie auch in der Werkzeugmaschine umgewälzt wird, jedoch nicht um die Flüssigkeit, die über den Ansaugstutzen angesaugt wurde, sondern um frische Emulsion, mit einer Hilfspumpe (48) in einen zwischen den Wellendichtungen (38, 40) gelegenen Abschnitt der Dichtungskammer (36) gepumpt wird, wodurch in diesem Abschnitt ein Gegendruck erzeugt wird, der dem Eindringen von verunreinigter, unter Druck stehender Emulsion aus der Pumpenkammer in die Dichtungsanordnung (32) entgegenwirkt, und
    dass die frische Emulsion als Leckage durch einen Dichtungsspalt der näher zur Pumpenkammer gelegenen Wellendichtung (38) hindurchtritt, sich mit der Emulsion in der Pumpenkammer vermischt und mit dieser zum Werkzeug gepumpt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Ausgangsdruck der Hilfspumpe (48) größer ist als der Druck der Prozessflüssigkeit in der Pumpenkammer (14) an der Stelle, an der die Welle (22) in die Pumpenkammer eintritt.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Ausgangsdruck der Hilfspumpe (48) in Abhängigkeit vom Druck in der Pumpenkammer (14) geregelt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Wellendichtung (40), die weiter von der Pumpenkammer (14) entfernt angeordnet ist, eine kleinere Leckage aufweist als die andere Wellendichtung (38).
  5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Wellendichtung (38), die näher an der Pumpenkammer (14) gelegen ist, eine Labyrinthdichtung ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, bei dem die Wellendichtung (40), die weiter von der Pumpenkammer (14) entfernt angeordnet ist, eine Gleitringdichtung ist.
EP18728377.5A 2017-07-03 2018-05-30 Verfahren zum betrieb einer kühlschmierstoffpumpe Active EP3649350B1 (de)

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DE202017103958.7U DE202017103958U1 (de) 2017-07-03 2017-07-03 Kühlschmierstoffpumpe
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EP3649350A1 EP3649350A1 (de) 2020-05-13
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