TWM497201U - 黏性媒體之齒輪泵 - Google Patents

Description

黏性媒體之齒輪泵

本新型係關於一種齒輪計量泵，且尤其係關於一種用於從一擠壓機之輸出移動一預定量的一化合物彈性材料進入一形成模中之齒輪計量泵。

齒輪泵係為人熟知且廣泛用於塑膠及纖維工業中。其等大致係藉由在具有輸入進料接口及出口卸料接口之一緊密配合外殼內裝入一組兩個嚙合齒輪而製成。該輸入流體材料填充該等齒輪齒之間的該等空間，且當該等齒輪轉動時，該流體材料之一體積元件係藉由該外殼與該等齒輪齒之緊密公差而截獲於相鄰齒輪齒之齒腹之間。此體積元件係藉由該相對齒之嚙合而正運輸至該外殼之該卸料接口。因此，習知齒輪泵係識別為正位移裝置。

習知齒輪泵大致係藉由所提供服務分類為，例如計量、增壓、體積輸送等等，以及由經處理材料分類為，例如聚合物、低黏性液體、無黏性液體等等。計量泵及壓力泵為具有極小內部間隙之精密機器。聚合物計量泵主要係發展用於合成纖維擠壓。輸送泵傾向於具有較大間隙為了在高RPM時之低摩擦且允許流體滑動或若該出口接口堵塞時漏回該進料接口。此等習知齒輪泵可包含一再循環釋放閥以防止過量壓力上升。

大多數習知齒輪泵係當通過其泵送或輸送時藉由流體而潤滑。藉由當今該齒輪計量泵工業中存在的若干各種設計已達到正向迫使聚合物流體通過該等軸承之需要。一些此等習知計量泵具有軸直徑的兩 倍或更多倍的齒輪直徑使得一泵送動作係藉由該齒輪末端面相對於該外殼側壁之扭轉動作而建立，提供在該聚合物工業中稱為「領帶(necktie)」效應的一種效應。相較於壓力，潤滑劑流動更取決於間隙、泵送速率及聚合物流變學，且係因而自穩定。

習知泵通常經組裝具有稍微不足之間隙，因此初始側壁磨損為快速。然而，在該等齒輪面之一增加間隙導致泵送更多潤滑劑，因此磨損速率降低。即使如此，習知計量泵係通常每幾個星期移除用於清潔及維護。大多數習知輸送泵更取決於內部壓力以迫使潤滑聚合物進入至該等軸承。

早期齒輪泵允許一小潤滑劑串流穿過該等軸承且漏出該泵。此不僅非所需，且隨著旋轉當乾燥或冷凍時可卡住該泵軸之溶劑及流體之危險纖維的出現而變為不可接受。接著絕對軸密封件係經發展且泵係具內部接口以使該軸承潤滑劑返回至該進料串流。

因為零件必須針對高強度以及極緊密配合設計，且因而通常係藉由正被輸送的硬聚合物而固持在一起，故針對聚合物設計之習知齒輪泵(尤其齒輪計量泵)係難以拆卸用於清潔及維護。有關此等習知聚合物齒輪計量泵之維護通常需要各種扳手、木槌、撬桿、齒輪拔取器及軸心壓機。極通常一分開或備用泵係需要維護以當其他齒輪泵係自生產線取出用於維護時恢復生產。

在擠壓接著將組裝進入輪胎之框架時會遇到的一唯一問題係必須使用的無數不同彈性化合物。為了避免一化合物與另一化合物之污染，擠壓管線可能每天清潔二十次或更多次。一習知泵包含極具黏性且稍微彈性的一高分子量彈性聚合物化合物，因而建立極端擠壓壓力及應力。此化合物將含有固體強化微粒，例如使其具磨蝕作用且增加其黏性之碳及/或氧化矽。該化合物亦可含有使該化合物對熱固(硬化)及焦化敏感的固化劑。在剪切中止之後，該化合物可進一步呈現一固 體之性質。此等性質使此一化合物難以配合齒輪計量泵使用。

當該材料為此一化合物彈性材料時，由於該等上述性質且尤其由於該化合物硬化且堵住該等潤滑串流被輸送回該主進料串流所通過之該等通道及接口之風險，將穿過該齒輪計量泵之該材料再循環作為該潤滑劑係無法令人滿意的。同樣地，在啟動中潤滑為不確定，尤其當該擠壓頭為中空或初始潤滑劑之量係不足以用於該等軸承之正確潤滑。

尤其用於複合彈性材料之計量的齒輪計量泵中存在的另一問題係該嚙合齒輪之該動力驅動軸之一正密封件之使用，因為其退出該齒輪泵外殼時，建立一實質的熱問題。此熱之建立在擠壓大多數纖維及膜時不成為一問題但當該材料為此一化合物彈性材料時具關鍵性。該化合物之溫度之控制為關鍵以確保其係在一足夠高溫度用於擠壓通過該相鄰模，又不太高以免引起部分硬化。已發現軸密封件可提供多達熱量的50%，其係被增加至藉由該泵之該等嚙合齒輪所計量的該化合物，因此增加該熱控制問題。此外，諸轉子可經水冷卻用於該化合物之一更佳溫度控制。

根據本新型，一種用於移動彈性材料之齒輪泵包含一外殼、一第一斜齒輪、一第二斜齒輪及一驅動機構。該外殼具有第一側板及第二側板、一內部齒輪室、與該室連通之一材料入口及與該室連通之一材料出口。該第一斜齒輪係安置於該室內。該第一斜齒輪係繞一第一旋轉軸可旋轉地安裝至該外殼。該第二斜齒輪係安置於該室內。該第二斜齒輪係繞一第二旋轉軸可旋轉地安裝至該外殼。該第二斜齒輪接合該第一斜齒輪使得該第一斜齒輪在一第一方向中的旋轉影響該第二斜齒輪在一第二相對方向中的旋轉。該第一旋轉軸係平行於該第二旋轉軸。該驅動機構直接地驅動該第一斜齒輪之旋轉且同時且間接地驅 動該第二斜齒輪之旋轉。該第一斜齒輪及第二斜齒輪之該旋轉從該材料入口運輸該彈性材料至該材料出口。

根據本新型之另一態樣，第一軸承總成及第二軸承總成係固定至該外殼之該第一側板及第二側板用於可旋轉地安裝該第一斜齒輪及第二斜齒輪於該室內。

根據本新型之又另一態樣，一流體壓力缸係安裝至該外殼用於允許自外部進入至該室。

根據本新型之又另一態樣，該第一斜齒輪繞一第一軸旋轉且該第二斜齒輪繞一第二軸旋轉，該第一軸係可旋轉地安裝至該外殼之該第一側板，該第二軸係可旋轉地安裝至該外殼之該第二側板，且該第一側板係安置於該外殼之與該第二側板相對的一側上。

根據本新型之又另一態樣，該第一軸為一驅動軸，其可操作以連接至該機構用於正旋轉該第一軸，且該第二軸為一惰輪軸，其由該第一軸透過該第一斜齒輪與第二斜齒輪之嚙合而驅動。

1‧‧‧齒輪泵

2‧‧‧型帶

3‧‧‧擠壓模

4‧‧‧動力驅動輸送機

5‧‧‧擠壓頭

6‧‧‧進料擠壓機

7‧‧‧動力驅動變速總成

8‧‧‧控制面板

9‧‧‧通信線

10‧‧‧擠壓系統

11‧‧‧化合物

12‧‧‧入口斜槽

14‧‧‧電動馬達

15‧‧‧驅動軸

16‧‧‧輸入軸

17‧‧‧驅動耦合器

20‧‧‧外殼

21‧‧‧室

22‧‧‧材料入口

23‧‧‧材料出口

25‧‧‧流體腔

26‧‧‧流體腔

27‧‧‧進料管線

27A‧‧‧卸料管線

28‧‧‧化合物

29‧‧‧螺栓接收孔

30‧‧‧第一側板

31‧‧‧第二側板

32‧‧‧安裝螺栓

33‧‧‧相對末端面

34‧‧‧第一軸承總成

36‧‧‧側開口

37‧‧‧第二軸承總成

40‧‧‧第一斜齒輪

41‧‧‧第二斜齒輪

42‧‧‧第一旋轉軸

43‧‧‧第二旋轉軸

45‧‧‧齒輪齒

46‧‧‧齒輪齒

47‧‧‧內表面

48‧‧‧內表面

50‧‧‧延伸末端

51‧‧‧開口

58‧‧‧環形倒角

65‧‧‧推桿/拉桿構件

67‧‧‧液壓缸

68‧‧‧活塞桿

69‧‧‧螺栓

70‧‧‧套筒軸承

71‧‧‧流體管線

72‧‧‧流體管線

73‧‧‧內部活塞

74‧‧‧外殼延伸部

圖1係含有一齒輪泵之一習知黏性媒體擠壓系統之一示意圖；圖2係用於例如圖1之該系統之一系統之根據本新型之一齒輪泵之一示意透視圖；圖3係通過圖2之該泵之齒輪之一黏性媒體流之一示意圖；圖4係圖2之該泵之一截面圖；及圖5係繪示相似於該泵在打開位置中的圖4之一截截面圖。

本新型之一較佳實施例(其中申請案已預期應用該等原理之該最佳模式之說明)係闡明於以下說明中且係繪示於圖式中且係尤其且清楚地指出且闡明於隨附請求項中。

根據本新型之一齒輪泵使用兩個轉子用於聚合物運輸。該兩個 轉子各者具有自該齒輪泵之相對側延伸之一軸。各轉子具有與另一斜齒輪嚙合之一斜齒輪。僅一轉子係經驅動用於從該入口輸送該聚合物(例如橡膠、塑膠)至該出口側。該等互相嚙合斜齒輪之該等軸係互相平行使得該兩個斜齒輪之該等輪齒係直列。僅該等斜齒輪之一者係主動驅動。

具有轉子之習知齒輪軸係由可能的扭矩傳輸量所限制。該軸直徑係該齒輪面上之齒凹部之根部。增加該軸直徑不增加該轉子之強度。此外，該習知齒輪泵係受限於該等齒輪上之彎曲力、壓力等等，其限制該泵用於更新、更韌且更硬化合物之輸出量。該斜齒輪之該軸直徑係比習知軸之直徑大許多。因此，斜齒輪可傳遞更高扭矩負載。越來越多的高黏性媒體被使用，因而將習知兩個轉子齒輪泵推向其等極限而更加超越。因此根據本新型之一齒輪泵之該等斜齒輪可允許處理高黏性媒體而不超出扭矩極限。

圖1說明用於精確生產一擠壓彈性化合物之型帶2之一實例擠壓系統10，之後離開一擠壓模3之該等型帶2係由一動力驅動輸送機4而攜載用於冷卻且輸送至儲存器或一工作站。根據本新型之一齒輪泵1可安裝於一擠壓頭5之該入口與一進料擠壓機6之該出口之間。該進料擠壓機6可具有各種設計及組態，但大致可由一中空套筒組成，該中空套筒具有由一動力驅動變速總成7所旋轉之一內部進料螺桿。

該進料擠壓機6內之各種溫度及壓力可透過各種通信線9在一適當控制面板8處監測且控制。彈性化合物11可通過該化合物11被加熱且混合之一輸入斜槽12饋送進入該進料擠壓機6中同時在排放進入至該齒輪泵1中之前，沿該進料擠壓機6移動。

該齒輪泵1可藉由一電動馬達14而驅動，該電動馬達14具有透過一驅動耦合器17耦合至一輸入軸16之一驅動軸15。為了清楚，圖1中以一剖面及90度定向位置繪示該馬達14及驅動耦合器17。

該實例擠壓系統10之該等各種組件可變化而不影響本新型之範疇且係說明用於根據本新型之該改良齒輪泵1之僅一種類型的系統。如圖2至圖5中更特定而言繪示，該齒輪泵1可包含具有一中空內部或室21(見圖3)之一外殼20。一材料入口22及一材料出口23係形成於該外殼20之末端中且與該室21連通。各種流體腔25、26可形成於外殼20中用於循環冷卻或加熱遍及該外殼之流體。此冷卻/加熱流體可通過複數個進料管線27進入且可通過卸料管線27A退出。該流體將加熱或冷卻由該齒輪泵1所運輸之該化合物28(見圖2)以便保持該化合物在一所需溫度用於促進移動通過該齒輪泵且防止該化合物超過一溫度上限(亦即硬化溫度)。複數個螺栓接收孔29可形成於外殼20之相對末端面33中用於連接該齒輪泵1至該進料擠壓機6及該擠壓頭5。

一第一側板30可移除地安裝於該外殼20之一側上用於關閉該室21之一側。該第一側板30可用鋼形成，且具有一足夠厚度以穩固地固持一軸承總成在適當位置。室21之相對側可藉由一第二側板31而關閉，該第二側板31係藉由複數個安裝螺栓32而固定至該外殼20(見圖4至圖5)。由一套筒軸承組成之一第一軸承總成34可藉由複數個螺栓而固定於該第一側板30內，以致當其係從該外殼20分開時與該第一側板移除。由一套筒軸承組成之一第二軸承總成37可被安裝固定於該第二側板31內。

一對嚙合第一、第二斜齒輪40、41可藉由平行且相反地第一、第二旋轉軸42、43分別可旋轉地安裝於室21中。該等第一、第二斜齒輪40、41可固定至該等第一、第二軸承總成34、37用於在如圖4至圖5中特定繪示之該等套筒軸承內旋轉。複數個齒輪齒45、46可在嚙合接合中用於該化合物28之該計量移動(見圖3)。該等第一、第二斜齒輪40、41可經水冷卻或流體調節用於在該齒輪泵1之操作期間控制溫度。

參考圖3，當第一、第二斜齒輪40、41旋轉時，相鄰齒45、46之間的空間係用藉由該材料入口22進入該室21之該化合物28填充。當第一、第二斜齒輪40、41繼續旋轉時，該化合物28係由界定該室21之一部分的拱形內表面47、48限制，直到該化合物到達該材料出口23。因此，該等第一、第二斜齒輪40、41之該等齒45、46嚙合且迫使該化合物28通過該材料出口23且進入該擠壓頭5。

該第一旋轉軸42可包含一延伸末端50(見圖4至圖5)，該延伸末端50具有形成於其上之耦合齒，用於驅動地耦合該齒輪軸至一耦合器軸16(圖4中之虛線中所繪示)，藉由該電動馬達14用於正驅動該第一旋轉軸42，接著該電動馬達14透過該等齒輪齒45、46之該嚙合而驅動第二旋轉軸43。此外，該驅動軸或者可為該第二斜齒輪41之該第二旋轉軸43而不影響本新型之概念。此外，對於極具黏性化合物，第一、第二旋轉軸42、43可被直接驅動。

一開口51係形成於該第二側板31中而使該第一旋轉軸42及其末端50能夠穿過而不使用任何正向外部密封件。此一末端密封件之消除可明顯地減少該產生熱量，當流動通過該室21時其將賦予該化合物28。

複數個動力致動推桿/拉桿構件65可安裝於該第二側板31上且可操作以連接至該第一側板30用於從該外殼20內移除該第一側板、該等第一、第二軸承總成34、37之一者及/或該等第一、第二斜齒輪40、41(見圖4至圖5)。各推桿/拉桿構件65可為固定安裝於該第二側板31上的一液壓缸67，其中一活塞桿68自該液壓缸向外延伸。該活塞桿68可藉由一螺栓69而連接至該第一側板30。該等活塞桿68可延伸通過安裝於外殼延伸部74中之套筒軸承70以穩定該第一側板30相對於該外殼20之運動。一對流體管線71、72可與各缸67連通且提供一液壓流體流至一內部活塞73之兩側用於在打開及關閉兩方向中正移動活塞桿68。

因此，該第一側板30可藉由引進流體通過管線72同時致動活塞73而從該外殼20容易且自動移除，此將移動活塞桿68及該連接第一側板30至打開位置(見圖5)。該第一側板30之運動可沿該等第一、第二斜齒輪40、41及第一、第二軸承總成34、37實行，從該外殼20之該室21內自動移除該等齒輪及軸承套筒。此可使該化合物28能夠由一工人從該室21內容易、大致手動移除，且因而使該等第一、第二斜齒輪40、41能夠容易清潔。

通過管線71引入受壓流體進入該等缸67中可從圖5之該打開位置將該等活塞桿68及該連接第一側板30，連同該等第一、第二斜齒輪40、41及第一、第二軸承總成34、37移動至圖4之該關閉位置。接著該軸末端50可手動或自動再連接至該耦合器軸16以完成與例如該電動驅動馬達14之一動力驅動源之該驅動連接。一環形倒角58(見圖5)可繞一側開口36形成以作為用於可滑動接收該室21內之該等第一、第二斜齒輪40、41之一導向器。

該推桿/拉桿構件65可為以上討論的該兩個或更多個液壓缸，且可由已知設備同步用於自一共同馬達驅動兩個或更多個互連液壓泵及多個串流計量閥。為了避免因為緊密公差而在該等第一、第二斜齒輪40、41之拉及推期間塞住，一液壓動力源可藉由從分開的恆定位移泵提供等量液壓流體至各缸之一雙計量齒輪泵而供應。然而，為了在該關閉位置中固持該第一側板30，該液壓流體可通過閥輸送至一習知液壓供應器用於減少精密泵之使用。此外，機械螺旋千斤頂可替代該等液壓缸且係藉由一共同反相器饋送之一共同鏈或同步馬達而一致驅動以確保其等同時、統一運動用於從該外殼20移動該第一板30。

在該前述中，為了簡潔、清晰及理解，已使用某些術語；但必要限制係待暗示自此超出先前技術之需要，因為此等術語係用於描述性目的且係意欲廣泛地解釋。此外，本新型之該描述及插圖係藉由實 例說明，且本新型之範疇係不限於該等繪示或描述之確切細節。

現在已描述本新型之該等特徵、發現及原理，其中建構且使用該改良齒輪泵之該方式、該構造之該等特性及該等優點、獲得的新且有用結果、該等新且有用結構、裝置、元件、配置、零件及組合之該範疇係闡明於本文之隨附請求項中。

1‧‧‧齒輪泵

5‧‧‧擠壓頭

6‧‧‧進料擠壓機

10‧‧‧擠壓系統

20‧‧‧主外殼

21‧‧‧室

22‧‧‧材料入口

23‧‧‧材料出口

28‧‧‧化合物

33‧‧‧相對末端面

40‧‧‧第一斜齒輪

41‧‧‧第二斜齒輪

42‧‧‧第一旋轉軸

43‧‧‧第二旋轉軸

45‧‧‧齒輪齒

46‧‧‧齒輪齒

47‧‧‧內表面

48‧‧‧內表面

Claims (5)

1. 一種用於移動彈性材料之齒輪泵，其包括：一外殼，其具有第一側板及第二側板、一內部齒輪室、與該室連通之一材料入口及與該室連通之一材料出口；一第一斜齒輪，其係安置於該室內，該第一斜齒輪係繞一第一旋轉軸可旋轉地安裝至該外殼；一第二斜齒輪，其係安置於該室內，該第二斜齒輪係繞一第二旋轉軸可旋轉地安裝至該外殼，該第二斜齒輪接合該第一斜齒輪使得該第一斜齒輪在一第一方向中的旋轉影響該第二斜齒輪在一第二相對方向中的旋轉，該第一旋轉軸係平行於該第二旋轉軸；一電動馬達，其用於直接地驅動該第一斜齒輪之旋轉且同時及間接地驅動該第二斜齒輪之旋轉，該第一斜齒輪及第二斜齒輪之該旋轉從該材料入口運輸該彈性材料至該材料出口。
2. 如請求項1之齒輪泵，其進一步包括固定至該外殼之該第一側板及該第二側板用於可旋轉地安裝該第一斜齒輪及該第二斜齒輪於該室內的第一軸承總成及第二軸承總成。
3. 如請求項1之齒輪泵，其進一步包括安裝至該外殼用於允許自外部進入至該室的一流體壓力缸。
4. 如請求項1之齒輪泵，其中該第一斜齒輪繞該第一旋轉軸旋轉且該第二斜齒輪繞該第二旋轉軸旋轉，該第一旋轉軸係可旋轉地安裝至該外殼之該第一側板，該第二旋轉軸係可旋轉地安裝至該外殼之該第二側板，該第一側板係安置於該外殼之與該第二側板相對的一側上。
5. 如請求項4之齒輪泵，其中該第一軸為一驅動軸，其可操作以連接至該機構用於正旋轉該第一軸；該第二軸為一惰性軸，其係藉由該第一軸透過該第一斜齒輪與該第二斜齒輪之嚙合而驅動。