JP5075315B2 - 歯車ポンプ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１に記載の上位概念に係る歯車ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的な形式の歯車ポンプでは、軸受の温度が最大許容速度にとって、したがってポンプの処理量にとって決定的に重要である。すべり軸受（平軸受）は慣例上ポンプ輸送媒体により潤滑されるので、高い粘性のポンプ輸送媒体の場合には高いエネルギーの供給が軸受隙間に引き起こされる。ポンプ輸送媒体は最大に許容し得る最大温度を有するので、歯車ポンプの速度、したがって歯車ポンプの処理量が制限される。このことは、ポンプ輸送媒体が３００〜３５０℃の範囲にわたる最大許容温度を有するプラスチック溶融液であるときに特に重要である。
【０００３】
特許文献１には、すべり軸受に曲がりくねっている冷却導管を有する一般形式の歯車ポンプが記載されている。
【特許文献１】
欧州特許公開公報第 0 715 078号
【０００４】
特許文献２には、歯車ロータの軸に冷却導管を設けることが教示されている。
【特許文献２】
欧州特許発明明細書第 0 607 999号
【０００５】
本発明は、すべり軸受の熱の発達具合がその円周に沿って且つ中心縦軸線の方向におけるすべり軸受の広がりにわたって変化するという知識に基づいている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、すべり軸受の最適な熱の移動のために一般形式の歯車ポンプを具体化することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的は、本発明により、請求項１，６に記載の特徴部分の構成により達成される。
【０００８】
慣例上、最も高いエネルギーの供給は最も減少した軸受隙間の個所に、すなわち軸の支承部分と、すべり軸受と呼ばれる軸受シェルの領域との間の隙間に引き起こされる。これは、高い粘性のポンプ輸送媒体の最大せん断の個所である。これは、機械的エネルギーが特別に高い程度に熱エネルギーに変換される所である。この領域には、非常に徹底した冷却が必要である。
【０００９】
従属請求項は、多数の有利な且つ部分的に発明のある実施の形態を反映している。
本発明のさらなる特徴、利点及び細部は、図面と関連して説明された典型的な実施の形態の次の記載から明らかになろう。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面により詳細に説明する。
図１と２に見られる歯車ポンプはケーシング１を有し、その中に２つの歯車ロータ２，３が配置されている。各ロータは２，３はセレーション部分４，５を有する。セレーション部分４、５は互いに噛み合う。さらに、各ロータ２，３は、ロータ２及び３の中心縦軸線６、７と同軸である軸８，９を有し、これらの軸は歯車部分４及び５に回転不能に接合され、その一端には駆動ジャーナル１０が設けられている。
【００１１】
セレーション部分４，５の両側に、すべり軸受１１，１２，１３，１４がケーシング１に配置され且つ支持されており、軸８，９は支承部分１５，１６，１７，１８によりすべり軸受に回転可能に支承されている。ケーシング１の前部は２つのカバー１９，２０により閉鎖されており、これらのカバーはねじ２１により解放可能に固定されている（点線で輪郭を示してある）。軸８，９はケーシングからカバー１９，２０の孔２２を通って延びている。それぞれの軸８，９と孔２２の間を密封するシール２３が設けられている。
【００１２】
２つの軸線６，７を通る平面に対し垂直である、図２に見られる平面は、ロータ２，３の一方の側にポンプの吸い込み側２４を含む。送り出し側２５は反対側にある。回転方向の矢印２６，２７にしたがって、ロータ２，３は反対方向に作用される。それらのセレーション２８，２９はケーシング１の内側壁３０に対しほとんど遊びなしで回転する。セレーションは、吸い込み側２４から送り出し側２５へポンプ輸送すべき流体を、搬送方向３１の矢印に対応して搬送する。
【００１３】
ケーシング１は、温度調整流体のための導管３３を有する。すべり軸受１１〜１４は、ポンプ輸送媒体により、通例プラスチック溶融液のような一層高い粘性の、すなわち本来の粘性のポンプ輸送媒体により潤滑される。この目的のために、ポンプ輸送媒体分岐導管３４がポンプの送り出し側２５に開口し、且つそれぞれの軸線６又は７に平行である１つ又は複数のすべり軸受隙間３５に通じており、これらの軸受隙間では通例のようにポンプ輸送媒体が軸８及び９のそれぞれの支承部分１５〜１８とそれぞれのすべり軸受１１〜１４の間の潤滑のために役立つ。すべり軸受１１〜１４から、ポンプ輸送媒体がポンプ輸送媒体戻し導管３６を経て吸い込み側２４へ戻される。戻し導管３６の一部がそれぞれのカバー１９，２０に形成され且つ戻し導管の一部がケーシング１に形成されている。その結果として、ポンプ輸送媒体は流れ方向の矢印３７にしたがってポンプの送り出し側２５から吸い込み側２４へすべり軸受１１〜１４を通って流れる。
【００１４】
すべり軸受１１〜１４は冷却される。この目的のために、各カバー１９及び２０は、すべり軸受１３と１４に１つ又はいくつかの冷却導管３９に接続された冷却液供給導管３８を有する。各カバー１９，２０の軸９，８の間に形成されているのがオーバーフロー導管４０であり、この導管はすべり軸受１１，１２の対応する冷却導管３９に接続されている。冷却液はすべり軸受１１，１２の冷却導管３９から冷却液排出導管４１を通って流れる。その結果として、冷却液は流れ方向４２に導管を通って流れる。
【００１５】
次は冷却導管３９の種種の実施の形態の記載である。設計が個々のすべり軸受１１〜１４において同一又は鏡像対称であるので、設計と配置の次の記載はすべり軸受１２のみを論ずる。
【００１６】
図３及び４による実施の形態では、すべり軸受１２ａ，１４ａが同一の横断表面形状の連続的な冷却導管３９ａを有し、これらの冷却導管は軸線６及び７に対し平行に曲がりくねっているが、すべり軸受１２ａ，１４ａの円周に沿って分布状態が変化する。図３に見られるように、すべり軸受は、冷却導管３９ａが比較的密接に詰められている領域４３を有する。その結果として、すべり軸受からの熱の移動は、この領域では、隣接する冷却導管３９ａが互いに一層大きな間隔を有する他の領域におけるよりもきわめて大きい。円周単位当たりの、すなわち単位角度ａ当たりの冷却導管３９ａの熱の移動表面は他の円周領域におけるよりも領域４３の方が一層大きい。
【００１７】
図５によるもう１つの実施の形態では、冷却導管３９ｂも図４に点線で輪郭を示したように曲がりくねっている。しかしながら、それらの冷却導管は円周に沿って分配された、円周単位当たりの、すなわち単位角度ａ当たりの変化する大きさの熱交換表面を有する。その結果として、冷却導管３９ｂは変化する横断表面形状を有する。これらは、円筒状横断面形状の冷却導管３９ｂ’でもよいし、又は楕円又は腎臓形の横断面形状の冷却導管３９’’でもよいし、スプラインの横断面を有する冷却導管３９ｂ’’’でもよいし、又は四角な横断面形状の冷却導管３９ｂ’’’’でもよい。これらの冷却導管３９ｂは、形状及び／又は大きさが正常の考え方から少しはずれた熱交換表面を有する。
【００１８】
図６による実施の形態では、図４による実施の形態のように曲がりくねっている冷却導管３９ａが、すべり軸受１２ｃ，１４ｃに形成されている。比較的低いエネルギー供給の領域において、すべり軸受１２ｃ及び１４ｃから冷却液への冷却導管３９ｃの単位面積当たりの伝熱に影響を与える、可変設計表面を有する冷却導管３９ｃが設けられている。これは、伝熱係数に影響する変化する面粗さでもよい。また、伝熱の異なる材料を使用することも想到できる。絶縁ブシュ４４が冷却導管３９ｃ’に挿入されているが、このブシュは中実材料のブシュである。絶縁ブシュ４５が冷却導管３９ｃ”に挿入されているが、その際ブシュ４５とすべり軸受１４ｃの材料との間に若干の隙間４６が形成されている。
【００１９】
図７による実施の形態では、図４の実施の形態のように曲がりくねっている冷却導管３９ａがすべり軸受１２ｄと１４ｄに形成されている。いくつかの冷却導管３９ｄ’が軸線６及び７と反対側にそれらの円周部分に沿って絶縁体４７を有することにより、軸８，９の領域から優れた熱の移動が起こり、これに反してすべり軸受の外側領域から、すなわちケーシング１からは熱の移動又は供給の減少のみが起こる。
【００２０】
図８の参考例では、すべり軸受１２ｅ，１４ｅに２つの曲がりくねっている冷却導管３９ｅ’と３９ｅ”が設けられている。冷却液がこれらの冷却導管３９ｅ’と３９ｅ”に別々に供給される。供給された冷却液は異なっていて且つ変化する熱容量を有する。供給された冷却液は冷却導管３９ｅ’と３９ｅ”を通って流れ方向４２ｅ’と４２ｅ”に流れる。２つの冷却導管３９ｅ’と３９ｅ”を通って供給される冷却液は、個々に、温度及び／又は単位時間当たりの量について調整するか又は制御することができる。
【００２１】
続いて図９において、冷却導管３９ｆを、上記の典型的な実施の形態のように、直列に、すなわち連続的に配置することができるだけではなく、冷却液の流れが並列の配置でも行なうことができる。この場合には、同一の流れ方向４２の冷却導管３９ｆがすべり軸受１２ｆに形成される。分岐導管４８と４９がすべり軸受１２ｆの２つの端部付近に形成されている。冷却液が冷却導管３９ｆを通過後集められる分岐導管４９から戻し導管５０が戻るように導かれて、オーバーフロー導管４０又は排出導管４１に接続される。この場合にも、冷却導管３９ｆはもちろん図３〜７の実施の形態で限定された形状と配置を有することができる。
【００２２】
図１０と１１による参考例では、すべり軸受１２ｇは二体からなる設計である。このすべり軸受は内側軸受ブシュ５１と外側ブシュ５２を有し、その間に環状の円筒冷却導管３９ｇが形成され、この円筒冷却導管は軸線６に平行な分割壁５３により分割されることにより、冷却液が冷却導管３９ｇを通って流れ方向４２ｇに強制的に案内されて流れ方向４２''''に排出される。ケーシング１の側からの熱の供給、すなわちエネルギーの供給を減らすために、外側ブシュ５２には絶縁ジャケットがライニングされている。これに応じて、軸８からの不釣合いな熱の移動がある。
【００２３】
図１０及び１１の参考例と同様な図１２の参考例は、いわゆる湿式軸受ブシュである。すべり軸受１２ｈが外側ブシュ５２’と内側軸受ブシュ５１’で形成されている。外側ブシュ５２’に設けられているのが、別々の冷却回路（巡回路）を形成する螺旋冷却導管３９ｈ’と３９ｈ”である。冷却液はこれに流れ方向４１ｈ’と４２ｈ”で供給されるが、温度及び／又は単位時間当たりの量が変化する。
【００２４】
上記の実施の形態は、ロータ２，３の一方の側の２つのすべり軸受１１，１３及び１２，１４の冷却導管３９が直列に接続されているすべり軸受の設計を優先的に述べたけれども、もちろん、冷却液の流れを個々の冷却導管へ別々に又は並列に供給することもできる。この場合には、オーバーフロー導管４０が例えば冷却液排出又は供給ラインにより置き換えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図２の線I-Iに沿って切断した歯車ポンプの横断面図である。
【図２】 図１の線II-IIに沿って切断した歯車ポンプの横断面図である。
【図３】 図２の矢印IIIの方向より見たすべり軸受の第一の実施の形態の平面図である。
【図４】 図３の線IV-IVに沿って切断したすべり軸受の縦断面図である。
【図５】 すべり軸受の第二の実施の形態の平面図の図３に対応する図である。
【図６】 すべり軸受の第三の実施の形態の、図３に対応する平面図である。
【図７】 すべり軸受の第四の実施の形態の、図３に対応する平面図である。
【図８】 すべり軸受の参考例の、図３に対応する平面図である。
【図９】 すべり軸受の第五の実施の形態の斜視図である。
【図１０】 すべり軸受の別な参考例の斜視図である。
【図１１】 図１０の線XI-XIに沿って切断したすべり軸受の横断面図である。
【図１２】 すべり軸受のまた別な参考例の斜視図である。
【符号の説明】
１ ケーシング
２，３ 歯車ロータ
６，７ 中心縦軸線
１１〜１４ すべり軸受
１５，１８ 支承部分
２４ 吸い込み側
２５ 送り出し側
３９ 冷却導管
４３ 領域
４４，４５ 絶縁ブシュ
４６ 隙間
４７ 絶縁体

Claims (12)

1. 吸い込み側（２４）と送り出し側（２５）を有するケーシング（１）と；
   当該ケーシング（１）に配置された２つの互いに噛み合う歯車ロータであって、高い粘性のポンプ輸送媒体を上記吸い込み側（２４）から上記送り出し側（２５）へ搬送し且つそれらの端部に支承部分（１５〜１８）を有する歯車ロータ（２，３）と；
   すべり軸受であって、その各々は隙間を形成することによって上記支承部分（１５〜１８）を収容し、ポンプ輸送媒体により潤滑され且つ少なくとも１つの冷却導管（３９）を有するすべり軸受（１１〜１４）と；
   上記送り出し側（２５）から出て、上記すべり軸受（１１〜１４）のそれぞれのすべり軸受隙間（３５）に通じるポンプ輸送媒体分岐導管（３４）と；
   上記すべり軸受隙間（３５）から上記吸い込み側（２４）に通じるポンプ輸送媒体戻し導管（３６）と；
   上記少なくとも１つの冷却導管（３９）に接続して、冷却液を当該冷却導管（３９）に供給する冷却液供給導管（３８）と；
   上記少なくとも１つの冷却導管（３９）から上記冷却液を排出するための冷却液排出導管（４１）とを備えて成る歯車ポンプにおいて、
   冷却が上記すべり軸受（１１〜１４）の周方向に沿って及び／又は長手方向に及び／又は半径方向に変化し、最も強い冷却が、上記支承部分（１５〜１８）と上記すべり軸受（１１〜１４）との間の上記すべり軸受隙間（３５）であって上記すべり軸受隙間（３５）が最も減少した幅を有する箇所で起こるように、該箇所近傍に配置される前記冷却導管の領域を、他の箇所に配置される前記冷却導管の領域より大きくすることを特徴とする歯車ポンプ。
2. 冷却導管（３９ａ）が密接に詰められている領域（４３）で、すべり軸受（１２ａ，１４ａ）の他の周方向領域よりも周方向単位（ａ）当たりより多くの数の冷却導管（３９ａ）が配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の歯車ポンプ。
3. 冷却導管（３９ｂ’，３９ｂ’’，３９ｂ’’’，３９ｂ’’’’）が、変化する寸法の表面を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の歯車ポンプ。
4. 冷却導管（３９ｂ’，３９ｂ’’，３９ｂ’’’，３９ｂ’’’’）が、変化する横断面形状を有することを特徴とする、請求項１から３までのいずれか一項に記載の歯車ポンプ。
5. 個々の冷却導管（３９ｃ’，３９ｃ’’）が少なくとも一部に、熱伝導率の減少した表面を有することを特徴とする、請求項１から４までのいずれか一項に記載の歯車ポンプ。
6. 吸い込み側（２４）と送り出し側（２５）を有するケーシング（１）と；
   当該ケーシング（１）に配置された２つの互いに噛み合う歯車ロータであって、高い粘性のポンプ輸送媒体を上記吸い込み側（２４）から上記送り出し側（２５）へ搬送し且つそれらの端部に支承部分（１５〜１８）を有する歯車ロータ（２，３）と；
   すべり軸受であって、その各々は隙間を形成することによって上記支承部分（１５〜１８）を収容し、ポンプ輸送媒体により潤滑され且つ少なくとも１つの冷却導管（３９）を有するすべり軸受（１１〜１４）と；
   上記送り出し側（２５）から出て、上記すべり軸受（１１〜１４）のそれぞれのすべり軸受隙間（３５）に通じるポンプ輸送媒体分岐導管（３４）と；
   上記すべり軸受隙間（３５）から上記吸い込み側（２４）に通じるポンプ輸送媒体戻し導管（３６）と；
   上記少なくとも１つの冷却導管（３９）に接続して、冷却液を当該冷却導管（３９）に供給する冷却液供給導管（３８）と；
   上記少なくとも１つの冷却導管（３９）から上記冷却液を排出するための冷却液排出導管（４１）とを備えて成る歯車ポンプにおいて、
   冷却が上記すべり軸受（１１〜１４）の周方向に沿って及び／又は長手方向に及び／又は半径方向に変化し、最も強い冷却が、上記支承部分（１５〜１８）と上記すべり軸受（１１〜１４）との間の上記すべり軸受隙間（３５）であって上記すべり軸受隙間（３５）が最も減少した幅を有する箇所で起こるように、冷却導管（３９ｄ’）が中心の縦軸線（６，７）の半径方向外側に面する側に熱伝導率の減少した表面を有することを特徴とする歯車ポンプ。
7. 絶縁ブシュ（４４，４５）が冷却導管（３９ｃ’，３９ｃ’’）に挿入されていることを特徴とする、請求項５に記載の歯車ポンプ。
8. 隙間（４６）が絶縁ブシュ（４５）とすべり軸受（１４ｃ）の間に設けられていることを特徴とする請求項７に記載の歯車ポンプ。
9. 少なくとも１つの冷却導管（３９ｄ’）が中心の縦軸線（６，７）の半径方向外側に面する側に絶縁体（４７）により部分的に絶縁されていることを特徴とする、請求項６に記載の歯車ポンプ。
10. 冷却導管（３９ａ，３９ｂ，３９ｃ，３９ｄ）が直列に接続されていることを特徴とする、請求項１から９までのいずれか一項に記載の歯車ポンプ。
11. 冷却導管（３９ｆ）がすべり軸受（１２ｆ）において並列に接続されていることを特徴とする、請求項１から９までのいずれか一項に記載の歯車ポンプ。
12. 冷却導管（３９ａ，３９ｂ，３９ｃ，３９ｄ，３９ｆ）が真っ直ぐに延在していることを特徴とする、請求項１から１１までのいずれか一項に記載の歯車ポンプ。

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