Lageranordnung für eine Pumpenwelle einer Pumpe für das För¬ dern von Medien mit unterschiedlicher Viskosität
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lageranordnung für eine Pumpenwelle für das Fördern von newtonischen oder nicht- newtonischen Flüssigkeiten mit unterschiedlicher Viskosität mit einem Lager für die Welle, eine Zahnradpumpe sowie ein Verfahren zum Auffangen und Rückführen von durch ein Lager hindurchtretender Leckageflüssigkeit beim Pumpen von Flüssig¬ keiten mit unterschiedlicher Viskosität.
Bei Pumpen, wie beispielsweise Zahnradpumpen, kann nicht ver¬ hindert werden bzw. ist es notwenig, dass ein kleiner Teil des zu fördernden flüssigen Mediums, welches unter einem re¬ lativ grossen Druck steht, entlang beispielsweise der An¬ triebswelle durch ein Gleitlager hindurch getrieben wird. Dieser Leckagestrom wird in der Regel dazu benutzt, das Gleitlager zu schmieren. Nach dem Durchtreten durch das Gleitlager wird die Leckageflüssigkeit in einer Auffangrinne oder einer Entlastungsrinne aufgefangen, um über einen Ver¬ bindungskanal der Pumpe auf deren Einlasseite zurückgeführt zu werden. Derartige Abdichtungs- bzw. Rückführanordnungen sind beispielsweise aus der DE-544 963 und 31 35 037 be¬ kannt. Solange in einer Pumpe kontinuierlich Flüssigkeiten mit weitgehend gleichbleibender Viskosität gefördert werden, sind die bekannten Rückführanordnungen durchaus ausreichend. Beim diskontinuierlichen Pumpen von Flüssigkeiten mit stark unterschiedlicher Viskosität hingegen sind die beschriebenen Anordnungen ungeeignet.
So kann beispielsweise bei der Herstellung von Polyester aus verfahrenstechnischen Gründen eine diskontinuierliche bzw. batchweise Polymerisation durchgeführt werden. Hierfür kann
eine Zahnradpumpe zum Einsatz kommen. Während der Polymerisa¬ tionsphase bzw. Zirkulationsphase gelangt zunächst sehr nie¬ drigviskose Flüssigkeit in die Pumpe, wodurch in der Pumpe eine usserst geringe Druckdifferenz vorhanden ist. Nach Ab- schluss der Polymerisationsphase, d.h. während der Extrusionsphase, fördert die Pumpe hoch- bis mittelviskose Schmelze gegen nachgeschaltete Druckverbraucher, wie bei¬ spielsweise Filter, Extrusionswerkzeuge und dgl., wodurch die Pumpe gegen eine deutlich höhere Druckdifferenz fördern muss.
Aus der Sicht der Pumpe ergibt sich somit folgende Schwierig¬ keit:
Während der Förderung des hochviskosen Produktes, d.h. wäh¬ rend der Extrusionsphase, ist der Differenzdruck über der Pumpe hinreichend gross, um einen ausreichenden Schmierstrom bzw. Leckagestrom durch die Lager hindurch sowie durch das Rückführkanalsystem zur Saugseite der Pumpe zu bewirken. Nach Umschalten auf Zirkulationsbetrieb, d.h. während des Pumpbe¬ triebes in der Polymerisationsphase, ist der Differenzdruck sehr niedrig, wenn auch ausreichend für das niedrigviskose, fluide Medium. Jedoch befindet sich zum Zeitpunkt des Um¬ schaltens noch hochviskose Flüssigkeit im Rückführsystem, welches hochviskose Medium nach dem Umschalten aufgrund des niedrigen Differenzdruckes nur sehr langsam durch die neue niedrigviskose Flüssigkeit ersetzt werden kann. Durch eine Stagnation des Lagerleckstromes besteht die potentielle Ge¬ fahr der Lagerunterversorgung, wodurch die Gefahr der Schädi¬ gung des Lagers gegeben ist.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Rückführanordnung an einer Pumpenwelle vorzuschlagen, mittels welcher eine ausreichende Leckageschmierung beim Fördern von
Flüssigkeiten mit unterschiedlicher Viskosität gewährleistet bleibt. Insbesondere besteht die Aufgabe darin, die Leckage- Schmierung zu gewährleisten, wenn vom Fördern eines hochvis¬ kosen Mediums auf das Fördern eines niedrigviskosen Mediums umgestellt wird, d.h. dass ein stark behindertes Fliessen oder gar ein Verstopfen der Rückführanordnung für das nied¬ rigviskose Fluid verhindert wird.
Die gestellte Aufgabe wird mittels einer Lageranordnung bzw. Rückführanordnung für eine Pumpenwelle einer Pumpe für das Fördern von Flüssigkeiten mit stark unterschiedlicher Visko¬ sität gemäss dem Wortlaut nach Anspruch 1 gelöst.
Das erfindungsgemäss vorgeschlagene RückführkanalSystem einer Pumpe für das Fördern von Flüssigkeiten mit unterschiedlicher
^hoch Viskosität, (z.B. ηniedrig > 5) weist mindestens eine ent¬ weder an jeder Lagerrückseite oder an beiden Pumpendeckeln angeordnete Auffang- oder Entlastungszone auf, für das Auf¬ fangen von entlang der Welle durch das Lager durchtretende Leckageflüssigkeit, welche gleichzeitig für das Schmieren des Lagers verantwortlich ist. Von den Auffang- bzw. Entlastungs- zonen weist das Rückführsystem mindestens je zwei Rückführka¬ näle oder Bohrungen auf, um die aufgefangene Leckageflüssig¬ keit an die Saugseite der Pumpe zurückzuführen.
Vorzugsweise ist mindestens einer der Kanäle bzw. Bohrungen verschliessbar, wodurch es nun möglich wird, je nach dem, welche Viskosität das in der Pumpe zu fördernde Medium auf¬ weist, eine der Bohrungen zu verschliessen, oder aber sämt¬ liche Bohrungen bzw. Rückführkanäle offen zu halten. Wenn hochviskose Medien geführt werden, soll die Bohrung für das niedrigviskose Medium verschlossen sein; wenn das niedrigvis¬ kose Medium bzw. Produkt gefördert wird, soll die Bohrung für
das niedrigviskose Medium offen sein. In letzterem Falle ist das Fliesswiderstandsverhältnis derart, dass dem niedrigvis¬ kosen Produkt die Rückführbohrung für das hochviskose Produkt als geschlossen erscheint.
Weitere bevorzugte Ausführungsvarianten der erfindungsgemäss definierten Lageranordnung bzw. der erfindungsgemäss definierten Rückführanordnung sind in den abhängigen Ansprü¬ chen 2 - 6 charakterisiert.
Bei einer Zahnradpumpe, beispielsweise mit zwei Rückführkanä¬ len ist vorzugsweise die, der Lagerrückseite bzw. Nieder¬ druckseite näherliegende Rückführbohrung für die Rückführung der niedrigviskosen Flüssigkeit reserviert. So wird diese näherliegende Rückführbohrung nach dem Umschalten vom Fördern eines hochviskosen Mediums auf das Fördern des niedrigvisko¬ sen Mediums geöffnet, welcher Rückführkanal nicht durch hoch- viskoses Medium "verstopft" ist. Um auf das oben angeführte Beispiel einer diskontinuierlichen Herstellung von Polyester zurückzukommen, wird dieser näherliegende Rückführkanal nach dem Umschalten auf Polymerisation bzw. Zirkulationsbetrieb geöffnet. Durch die Polymerisation steigt die Viskosität im zu zirkulierenden Polyester an, und nach dem Erreichen einer bestimmten Viskosität bzw. nach dem Erreichen eines bestimm¬ ten Differenzdruckes oder nach dem Rückumschalten auf Extru- sionsbetrieb wird der näherliegende Rückführkanal wieder ge¬ schlossen, damit kein hochviskoses Material in diesen eintre¬ ten kann. Das Schliessen und Oeffnen dieser näherliegenden Rückführbohrung kann hydraulisch, pneumatisch oder elektromo¬ torisch, beispielsweise unter Verwendung eines Schrittmoto- res, erfolgen. Ob schlussendlich der kürzere Rückführkanal durch das Gleitlager hindurch verläuft oder durch das, das Gleitlager umgebende Gehäuse, ist beispielsweise von den geo-
metrischen Gegebenheiten abhängig. In jedem Falle aber sind beide Ausfuhrungsvarianten möglich.
Bei der Verwendung mehrerer nebeneinander angeordneter Gleit¬ lager ist es selbstverständlich möglich, gleichartige Rück¬ führkanäle, zumindest entlang eines gemeinsamen Abschnittes, zusammenzulegen, d.h., dass Rückführkanäle für niedrigviskose Medien zusammengelegt werden können und Rückführkanäle für hochviskose Medien.
Die Erfindung wird nun beispielsweise und unter Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 im Längsschnitt durch eine Gehäusewandung ein
Gleitlager und eine erfindungsgemäss ausgebildete Rückführanordnung,
Fig. 2 weitere Ausführungsvarianten einer erfindungs- und Fig.3 gemässen Lageranordnung bzw. einer Rückführanord- nung im Längsschnitt, und
Fig. 4 im Querschnitt zwei nebeneinander angeordnete Gleitlager einer Zahnradpumpe.
In Fig. 1 ist schematisch im Längsschnitt ein Lager einer Antriebswelle 1 einer Zahnradpumpe dargestellt, verlaufend durch eine Gehäusewandung 7. An der Welle 1 ist dabei im Pumpenraum 3 ein Zahnrad 5 angeordnet, vorgesehen, um eine viskose Flüssigkeit in Pfeilrichtung A zu fördern. Durch die Gehäusewandung 7 hindurch ist die Welle 1 in einem Gleitlager 9 gelagert, durch welches Lager hindurch, entlang der Welle 1, im Zwischenraum 10 infolge des hohen Druckes im Pumpenraum 3 das zu fördernde Medium getrieben wird. Diese sogenannte
Leckageflüssigkeit dient gleichzeitig zum Schmieren des Gleitlagers 9. Auf der Rückseite des Gleitlagers 9 ist ein Auffang- bzw. Ringraum 11 angeordnet, um die durch das Gleit¬ lager 9 hindurchtretende Leckag-eflüssigkeit aufzufangen. Er- findungsgemäss ist dieser Auffang- bzw. Ringraum 11 über zwei Rückführkanäle 13 und 15 mit. der Saugseite des Pumpenraumes 3 verbunden. Um den näher an der Lagerrückseite geführten Rück- führkanal 13 verschliessen zu können, ist weiter beispiels¬ weise ein Ventil 17 vorgesehen.
Fig. 2 zeigt analog im Längsschnitt eine weitere Ausführungs- variante eines erfindungsgemässen Lagers bzw. einer Rückführ¬ anordnung, wobei nun der Auffang- bzw. Ringraum 11 zumindest teilweise innerhalb der Rückseite des Gleitlagers 9 verlau¬ fend angeordnet ist. Von diesem Ringraum 11 peripher, nach aussen verlaufend, sind wiederum die beiden Rückführkanäle 13 und 15 angeordnet, wobei infolge der Darstellung zumindest der je senkrecht zur Welle 1 verlaufende Ast 13a bzw. 15a je¬ des Rückführkanales als aufeinanderliegend erscheint. Die beiden Rückführkanalabschnitte 13a und 15a können auch in diesem Bereich unabhängig voneinander geführt werden, oder aber zusammengefasst sein. Dies deshalb, da die Abschnitte 13a und 15a sehr kurz sein können. Demgegenüber müssen aber die Rückführbohrungen 13 und 15, welche vergleichsweise lang sind, getrennt geführt werden.
In Fig. 3 ist eine ähnlich Anordnung wie in Fig. 2 darge¬ stellt, jedoch werden die Rückführkanalabschnitte 13a und 15a im Deckel 8 der Pumpe geführt. Diese Rückführkanalabschnitte 13a und 15a können beispielsweise durch eine sogenannte V-Nut gebildet werden. Diese V-Nut bzw. V-Nuten münden in den bei¬ den, z.B. hintereinanderliegenden Rückführbohrungen 13 und 15, weshalb sie in der Darstellung gemäss Fig. 3 nicht als
getrennt geführte Bohrungen erscheinen. Schliesslich ist in Fig. 3 im.Deckel 8 eine Dichtungsanordnung 16 dargestellt.
Fig. 4 schlussendlich zeigt zwei in derselben Gehäusewandung 7 nebeneinander angeordnete Gleitlager 9' und 9", durch wel¬ che die Wellen 1' bzw. 1" verlaufen. Beide Lager weisen an ihrer Rückseite je einen Auffang- bzw. Ringraum 11' bzw. 11" auf. Die von diesem Auffangring 11' bzw. 11" wegführenden Kanäle 13', 13", 15' und 15" werden je in einen gemeinsamen Rückführkanal 19 bzw. 21 geführt, durch welche beiden letzte¬ ren Kanäle das niederviskose Medium bzw. hochviskose Medium je saugseitig in die Pumpe zurückgeführt werden.
Bei den in den Figuren 1 - 4 dargestellten, erfindungsgemäs- sen Rückführanordnungen handelt es sich selbstverständlich nur um Beispiele, welche auf x-beliebige Art und Weise abge¬ ändert, modifiziert oder ergänzt werden können. So ist es selbstverständlich möglich, weitere Rückführkanäle anzuord¬ nen, und im Falle mehrerer Rückführkanäle auch mehr als einen Rückführkanal schliessbar auszubilden. Dies kann beispiels¬ weise dann sinnvoll sein, wenn die Viskositäten der verschie¬ denen zu fördernden Flüssigkeiten stark voneinander abwei¬ chen. Auch die Verschliessbarkeit der Rückführkanäle kann auf verschiedene Art und Weise erreicht werden, doch handelt es sich hierbei um an sich bekanntes Know-how, das an dieser Stelle nicht näher zu erläutern ist. Auch ist es an sich un¬ wesentlich, ob die Rückführkanäle teilweise durch die Lager selbst hindurch geführt werden oder aber durch die Gehäuse- wandung hindurch. Schlussendlich ist darauf hinzuweisen, dass auf die Darstellung der nachfolgend an den Auffang- bzw. Ringraum angrenzende Abdichtungsanordnung in den Figuren ver¬ zichtet worden ist, da diese nicht Teil der vorliegenden Er¬ findung ist.
Schliesslich ist darauf hinzuweisen, dass die erfindungsge- mässe Anordnung wohl anhand einer Zahnradpumpe erläutert wor¬ den ist, dass aber selbstverständlich die erfindungsgemässe Anordnung überall dort zur Anwendung gelangen kann, wo Leck¬ ageflüssigkeiten abgeführt bzw. rückgeführt werden müssen.
Erfindungswesentlich ist, dass das Abführ- bzw. Rückführsy¬ stem mindestens zwei Rückführkanäle bzw. Bohrungen, je Pum¬ penseite, aufweist.