WO2006087208A1 - Zahnradpumpe - Google Patents

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WO2006087208A1
WO2006087208A1 PCT/EP2006/001450 EP2006001450W WO2006087208A1 WO 2006087208 A1 WO2006087208 A1 WO 2006087208A1 EP 2006001450 W EP2006001450 W EP 2006001450W WO 2006087208 A1 WO2006087208 A1 WO 2006087208A1
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WO
WIPO (PCT)
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pump housing
bearing
heat
gear pump
gear
Prior art date
Application number
PCT/EP2006/001450
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jörg ALEXANDER
Ivan Buljan
Original Assignee
Saurer Gmbh & Co. Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Saurer Gmbh & Co. Kg filed Critical Saurer Gmbh & Co. Kg
Publication of WO2006087208A1 publication Critical patent/WO2006087208A1/de

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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
    • F04C15/0096—Heating; Cooling
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C37/00—Cooling of bearings
    • 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
    • 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 invention relates to a gear pump for conveying a liquid polymer melt according to the preamble of claim 1.
  • melt throughputs are required which are in the range of 150 to 900 t / day. Due to the high delivery rate and the usual in the melt system operating pressures up to 300 bar occur in particular in the bearing points of the gear pump high operating temperatures that require additional cooling.
  • EP 0 715 078 A1 discloses a gear pump with a cooling device, in which the cooling device is formed by a line system in a bearing bush, through which a cooling liquid is continuously conveyed.
  • the cooling device is formed by a line system in a bearing bush, through which a cooling liquid is continuously conveyed.
  • closed line systems within a bushing can be produced only with considerable manufacturing effort.
  • additional units for the promotion and regeneration of the coolant are required.
  • the gear pump known from EP 1 203 885 A1 is likewise based on the fact that an inlet pipe and an outlet pipe for connecting a coolant circuit are connected to a line system formed inside the pump housing.
  • a further Zähnradpumpe is known, in which- within the gear wheels bearing rotors a coolant circuit is formed.
  • the rotors on a coolant hole and a unilaterally open pipe section to initiate a cooling liquid through the interior of the tube and dissipate at the end of the coolant hole through the annular gap between the coolant hole and the pipe section.
  • the resulting in the bushings directly by sliding friction heating can not dissipate.
  • the invention is therefore the object of developing a gear pump of the generic type such that a temperature increase in the pump housing or in particular in the bearing points of the gears can be avoided with the simplest possible means.
  • Another object of the invention is to provide a gear pump in which local heating occurring within the pump housing can be selectively dissipated.
  • the cooling device is formed by at least one closed heat pipe, which heat pipe is arranged with an evaporator end inside the pump housing and with a condenser end outside the pump housing and contains a cooling liquid.
  • the invention is characterized in that no connections to outside of the gear pump set up coolant sources are required.
  • the gear pump according to the invention is subject to no Einbaubeschräokungen that would be complied with due to external connections.
  • the heat pipe also called so-called heat pipe is, represents a self-contained heat exchanger system in which the cooling liquid contained within the heat pipe evaporates at the evaporator end by supplying heat. Of the. Steam flows automatically within the heat pipe to the outside of the pump housing held condenser end and condenses. As a result, the heat is removed very efficiently and quickly from the interior of the pump housing to the outside in the environment. In order to absorb the heat, the evaporator end of the heat pipe is held in the pump housing in such a way that the lowest possible heat transfer resistance acts between the pump housing and the heat pipe.
  • the gear pump according to the invention is therefore particularly suitable to specifically avoid local overheating, especially in sliding bearings in the bearings.
  • the development of the invention is particularly preferred in which the heat pipe is held substantially parallel to the drive shaft to the pump housing.
  • the heat pipe could be used with an inclination, wherein the heat source is disposed at the lower end of the heat pipe.
  • the output of the heat at the condenser end of the heat pipe can be improved in that at least one cooling fin or a plurality of cooling fins are formed on the circumference of the heat pipe.
  • the development of the invention is particularly advantageous, in which several Rere heat pipes are provided which are distributed over the circumference of the bearing bore held in the pump housing.
  • the distribution of the heat pipes in the pump housing can be formed symmetrically with equal distances or alternatively asymmetrically with unequal distances. In a symmetrical arrangement of the heat pipes uniform cooling of all zones within the pump housing is possible. An asymmetric arrangement of the heat pipes within the pump housing is preferably used to more intense cooling certain zones in the pump housing can.
  • the bearing bores within the pump housing are advantageously formed by bearing bushes. It is particularly advantageous if one or more holes for receiving heat pipes are contained within the bearing bush. Thus, the heat can be dissipated directly in the bearings.
  • each of the bearing bush can be equipped independently with one or more heat pipes. The heat pipes are preferably inserted from the gear side facing away from the bearing bush in receiving bores of the bearing bush.
  • FIG. 1 is a schematic view of a first exemplary embodiment of a gear pump according to the invention
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the embodiment of FIG. 1
  • FIG. 4 is a schematic sectional view of further embodiments of the gear pump according to the invention.
  • FIG. 5 is a schematic view of an embodiment of a heat pipe
  • Fig. 6 shows schematically a view of a further exemplary embodiment of a heat pipe
  • Fig. 1 shows schematically a perspective view of the gear pump
  • Fig. 2 shows schematically a cross-sectional view of the gear pump.
  • the gear pump has a pump housing 1. Within the pump housing 1, a gear pair with the gears 6 and 7 is embedded. The gears 6 and 7 are arranged between an inlet and an outlet within the pump housing 1.
  • the inlet 3 is formed on the top of the pump housing 1, wherein the pump housing 1 has an inlet flange 2 for connecting a melt line.
  • the formed on the underside of the pump housing outlet 5 is associated with an outlet 4.
  • a drive shaft 8 is provided, which is coupled with an outer end with a drive not shown here.
  • the drive shaft 8 is directly connected to the gear 6.
  • a bearing bush 10.1 and 10.2 is respectively arranged on both sides of the toothed wheel 6 in the pump housing 1.
  • the bearing bushes 10.1 and 10.2 form a bearing bore 11, in which the drive shaft 8 is slidably mounted.
  • the gear 7 is mounted in the pump housing 1 via a bearing journal 12.
  • the bearing bushes 13.1 and 13.2 are arranged on both end faces of the gear 7 in the pump housing 1.
  • the bearing bushes 13.1 and 13.2 form the bearing bore 14, in which the bearing pin 12 is slidably mounted. It should be expressly mentioned at this point that the gear 7 and the bearing pin 12 or the drive shaft 8 and the gear 6 could also be formed in one piece.
  • the side plates 9.1 and 9.2 are provided for supporting the bearing bushes 10.1 and 13.1 and 10.2 and 13.2.
  • each of the bearing bushes 10.1, 10.2, 13.1 and 13.2 respectively .
  • a heat pipe 15 assigned.
  • Each of the heat pipes 15 is formed by a closed tube having an evaporator end 16 and a condenser end 17. Within the heat pipe 15, a cooling liquid is held.
  • the function and structure of such heat pipes 15, which are known in the art more under the term heat pipe, will not be further explained at this point.
  • Such heat pipes are based on the fact that the amount of heat absorbed at one end of the so-called evaporator end is conducted to the opposite end, the so-called condenser end, and delivered there. Therefore, these heat pipes are often referred to as thermal superconductors.
  • each of the bearing bushes 10.1, 10.2, 13.1 and 13.2 each have a receiving bore 18.
  • the heat pipe 15 is embedded with the evaporator end 16.
  • the contact point between the evaporator end 16 and the respective bearing bush 10.1, 10.2, 13.1 or 13.2 is designed such that the lowest possible heat transfer resistance is achieved.
  • the heat pipes 15 protrude with their Condenser end 16 outside of the pump housing 1.
  • each of the heat pipes 15 is arranged frontally substantially parallel to the drive shaft 8.
  • the Aufhahmebohrept 18 in the bearing bushes 10.1, 10.2, 13.1 and 13.2 are axially aligned and introduced by the facing away from the gears 6 and 7 end faces of the bearing bushes 10.1, 10.2, 13.1 and 13.2.
  • the drive shaft 8 is driven in the operating state, for example via an electric motor, so that a supplied via the inlet 3 of the gear pump polymer melt is continuously conveyed to the outlet 5.
  • a supplied via the inlet 3 of the gear pump polymer melt is continuously conveyed to the outlet 5.
  • frictional heat arises in the bearing points which directly lead to heating of the bearing bushes 10.1, 10.2, 13.1 and 13.2.
  • a small subset of the polymer conveyed by the gear pump is usually branched off and passed through the bearing gaps.
  • the in the bushings 10.1, 10.2, 13.1 and 13.2 respectively discharged through the heat transfer tubes 15 associated with the storage areas.
  • a large amount of heat can be quickly dissipated in a small space. Due to the continuous removal of heat, a permissible maximum operating temperature in the bearing points can be advantageously maintained. Thus, higher speeds and pressure differences are possible.
  • the number of heat pipes and the arrangement of the heat pipes in the pump housing can be varied as desired. In this way, it is possible to choose individual arrangements of the heat conduction tube which are adapted to the circumstances of the respective pump and intended use.
  • the Wäraieleitrohre are arranged with a slight inclination, wherein the heat source is located at the lower end of the heat pipe. This makes it possible to increase the heat transport within the heat conductor, so that even a higher cooling effect can be achieved.
  • FIG. 3 a further embodiment of a gear pump according to the invention is shown schematically in a section of a side view.
  • the exporting example according to FIG. 3 is identical to the previous exemplary embodiment, so that only the differences are explained below.
  • the bushing 10.1 contains a total of 3 axially aligned receiving bores 18.1, 18.2 and 18.3 for receiving a respective heat guide tube 15.
  • the receiving bores 18.1, 18.2 and 18.3 are distributed unevenly over the circumference of the bearing bush 10.1.
  • the distance between the receiving holes 18.1 and 18.2 is substantially smaller than the distance between the receiving bore 18.2 and 18.3.
  • the asymmetrical arrangement of the heat pipes 15 within the bearing bush 10.1 results in that in this case the lower portion of the bearing bush 10.1 with closely adjacent heat pipes. 15 is cooled more intense than the rest of the bearing bush 10.1.
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of a gear pump according to the invention in a section of a side view.
  • the embodiment 4 is substantially identical to the embodiment of FIGS. 1 and 2, so that only the differences are explained below.
  • the bearing bush 10.1 for supporting the drive shaft 8 and the bearing bush 13.1 for supporting the bearing journal 12 are shown.
  • the bushings 10.1 and 13.1 are embedded in the pump housing 1 for this purpose.
  • Each of the bearing bushes 10.1 and 13.1 each contains a total of four receiving holes 18.1 to 18.4.
  • the arrangement and distribution of the heat pipes 15 is divided symmetrically on the circumference of the bearing bush 10.1 and the bearing bush 13.1, so that the entire storage area is uniformly coolable.
  • FIG. 5 shows an exemplary embodiment of a heat conduction tube, as would be used, for example, in one of the abovementioned embodiments of the inventive gear pump.
  • the heat pipe 15 has an evaporator end 16 and a condenser end 17.
  • a plurality of cooling fins 19 are mounted on the circumference of the heat pipe 15. In this way, the condenser end 17 of the heat pipe 15, which is cooled by the ambient air, can be improved thermally in order to emit the heat.
  • the radiating surfaces are substantially increased by one or more cooling fins 19.
  • FIG. 6 another embodiment of a heat pipe is shown, as it would be used for example in one of the embodiments of the gear pump according to the invention.
  • a heat exchanger 20 is arranged at the condenser end 17 of the heat pipe 15 at the condenser end 17 of the heat pipe 15.
  • the heat exchanger 20 is mounted on the circumference of the heat pipe 15 and can be connected, for example, in a coolant circuit.
  • very high amounts of heat can be removed from the pump housing 1 in a short time.
  • the number and arrangement of the heat pipes in the aforementioned embodiments of the gear pumps is exemplary.
  • individual or a plurality of heat pipes can be embedded directly in the pump housing 1. This can also be penetrated simultaneously, for example by radially directed heat pipes a plurality of bushings.
  • the zarin wheel pump according to the invention is particularly suitable for conveying polymer melts in polymerization plant and spinning plants.
  • the gear pump can also be used to promote other media.
  • such pumps are also used for the production of granules, for example, bottle granules or film production in polymerization.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe zur Förderung einer flüssigen Polymerschmelze mit zumindest einem Zahnradpaar (6,7), das in einem Pumpengehäuse (1) eingebettet und gelagert ist. Zur Kühlung der Lagerstellen innerhalb des Pumpengehäuses (1) ist eine Kühleinrichtung vorgesehen, die erfindungsgemäß durch zumindest ein geschlossenes Wärmeleitrohr (15) gebildet ist, welches Wärmeleitrohr mit einem Verdampf er- Ende (16) innerhalb des Pumpengehäuses (1) und mit einem Kondensator-Ende (7) außerhalb des Pumpengehäuses (1) angeordnet ist und eine Kühlflüssigkeit enthält. Damit lässt sich eine gezielte und örtlich begrenzte Kühlung der Lagerstellen vornehmen .

Description

Zahnradpumpe
Die Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe zur Förderung einer flüssigen Polymerschmelze gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zum Austragen von Polymerschmelzen aus einem Reaktor oder zur Förderung und Verteilung einer Polymerschmelze zu mehreren Spinnpositionen in einer Spinnanlage werden Zahnradpumpen eingesetzt. Insbesondere bei den sogenannten Austragspumpen werden hierbei Schmelzedurchsätze gefordert, die im Bereich von 150 bis 900 t/Tag liegen. Aufgrund der hohen Förderleistung und den im Schmelzesystem üblichen Betriebsdrücken bis zu 300 bar treten insbesondere in den Lagerstellen der Zahnradpumpe hohe Betriebstemperaturen auf, die eine zusätzliche Kühlung erfordern.
Aus der EP 0 715 078 Al ist eine Zahnradpumpe mit einer Kühleinrichtung offenbart, bei welcher die Kühleinrichtung durch ein Leitungssystem in einer Lagerbuchse gebildet ist, durch welches eine Kühlflüssigkeit kontinuierlich geför- dert wird. Derartige geschlossene Leitungssysteme innerhalb einer Lagerbuchse lassen sich jedoch nur mit erheblichen Fertigungsaufwand herstellen. Zudem sind zusätzliche Aggregate zur Förderung und Regenerierung der Kühlflüssigkeit erforderlich.
Die aus der EP 1 203 885 Al bekannte Zahnradpumpe basiert ebenfalls darauf, dass an- ein innerhalb des Pumpengehäuses ausgebildetes Leitungssystem ein Einlassrohr und ein Auslassrohr zur Aribindung eines Kühlmittelkreislaufes angeschlossen sind. Insoweit ergeben sich hierbei die bereits zuvor erwähnten Nachteile einer aufwändigen und kostenintensiven Kühleinrichtung. Aus der US 5,292,237 ist eine weitere Zähnradpumpe bekannt, bei welcher- innerhalb der die Zahnräder tragenden Rotoren ein Kühlmittekreislauf ausgebildet ist. Hierzu weisen die Rotoren eine Kühlmittelbohrung sowie ein einseitig offenes Rohrstück auf, um eine Kühlflüssigkeit durch das Innere des Rohres einzuleiten und am Ende der Kühlmittelbohrung über den Ringspalt zwischen der Kühlmittelbohrung und dem Rohrstück abzuführen. Neben den bereits bekannten Nachteilen lassen sich damit jedoch die in den Lagerbuchsen unmittelbar durch Gleitreibung entstehende Erwärmungen nicht abführen.
Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, eine Zahnradpumpe der gattungsgemäßen Art derart weiterzubilden, dass eine Temperaturüberhöhung im Pumpengehäuse bzw. insbesondere in den Lagerstellen der Zahnräder mit möglichst einfachen Mitteln vermieden werden kann.
Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt darin, eine Zahnradpumpe zu schaffen, bei welcher örtlich begrenzt auftretende Erwärmungen innerhalb des Pumpengehäuses gezielt abgeführt werden können.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Kühleinrichtung durch zumindest ein geschlossenes Wärmeleitrohr gebildet ist, welches Wärmeleitrohr mit einem Verdampfer-Ende innerhalb des Pumpengehäuses und mit einem Kondensator-Ende außerhalb des Pumpengehäuses angeordnet ist und eine Kühlflüssigkeit enthält.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale und Merkmalskombinationen der jeweiligen Unteransprüche definiert.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass keine Anschlüsse zu außerhalb der Zahnradpumpe aufgestellten Kühlmittelquellen erforderlich sind. Damit unterliegt die erfindungsgemäße Zahnradpumpe keinen Einbaubeschräokungen, die aufgrund externer Anschlüsse einzuhalten wären. Das Wärmeleitrohr, das auch als sogenannte Heat Pipe bezeichnet wird, stellt ein in sich geschlossenes Wärmetauschersystem dar, bei welchem die innerhalb des Wärmeleitrohres enthaltene Kühl- flüssigkeit am Verdampfer-Ende durch Wärmezufuhr verdampft. Der. Dampf strömt selbsttätig innerhalb des Wärmeleitrohres zum außerhalb des Pumpenge- häuses gehaltenen Kondensator-Endes und kondensiert. Hierdurch wird die Wärme sehr effizient und schnell vom Innem des Pumpengehäuses nach Außen in die Umgebung abtransportiert. Zur Aufnahme der Wärme ist dabei das Verdampfer- Ende des Wärmeleitrohres derart in dem Pumpengehäuse gehalten, dass zwischen dem Pumpengehäuse und dem Wärmeleitrohr ein möglichst geringer Wärmeüber- gangswiderstand wirkt.
Die erfindungsgemäße Zahnradpumpe ist daher besonders geeignet, um örtliche Überhitzungen insbesondere bei Gleitlagerungen in den Lagerstellen gezielt zu vermeiden.
Um eine über die Länge der Lagerstelle gleichmäßige Kühlwirkung zu erzeugen, ist die Weiterbildung der Erfindung besonders bevorzugt, bei welchem das Wärmeleitrohr im wesentlichen parallel zu der Antriebswelle an dem Pumpengehäuse gehalten ist. Zur Steigerung des Wärmetransportes innerhalb des Wärmeleitrohres könnte das Wärmeleitrohr mit einer Neigung eingesetzt sein, wobei die Wärmequelle am tiefer liegenden Ende des Wärmeleitrohres angeordnet ist.
Die Abgabe der Wärme an dem Kondensator-Ende des Wärmeleitrohres lässt sich dadurch verbessern, dass zumindest eine Kühlrippe oder mehrere Kühlrippen am Umfang des Wärmeleitrohres ausgebildet sind.
Es ist jedoch auch möglich, dass Kondensator-Ende des Wärmeleitrohres aktiv durch einen Wärmetauscher zu kühlen.
Zur Abkühlung größerer Umfangsbereiche in den Lagerstellen des Pumpengehäuses ist die Weiterbildung der Erfindung besonders vorteilhaft, bei welchem meh- rere Wärmeleitrohre vorgesehen sind, die über den Umfang der Lagerbohrung verteilt in dem Pumpengehäuse gehalten sind.
Die Verteilung der Wärmeleitrohre in dem Pumpengehäuse lässt sich dabei sym- metrisch mit gleichen Abständen oder alternativ unsymmetrisch mit ungleichen Abständen ausbilden. Bei einer symmetrischen Anordnung der Wärmeleitrohre ist eine gleichmäßige Abkühlung aller Zonen innerhalb des Pumpengehäuses möglich. Eine asymmetrische Anordnung der Wärmeleitrohre innerhalb des Pumpengehäuses wird bevorzugt eingesetzt, um bestimmte Zonen in dem Pumpengehäuse intensiver kühlen zu können.
Um die Zahnräder innerhalb des Pumpengehäuses in einer Gleitlagerung abzustützen, sind die Lagerbohrungen innerhalb des Pumpengehäuses vorteilhaft durch Lagerbuchsen gebildet. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn innerhalb der Lagerbuchse eine oder mehrere Bohrungen zur Aufnahme von Wärmeleitrohren enthalten sind. Somit lässt sich die Wärme in den Lagerstellen direkt abführen. Insoweit mehrere Lagerbuchsen innerhalb des Pumpengehäuses vorgesehen sind, lässt sich jede der Lagerbuchse unabhängig voneinander mit einem oder mehreren Wärmeleitrohren bestücken. Dabei werden die Wärmeleitrohre vorzugsweise von der dem Zahnrad abgewandten Stirnseite der Lagerbuchse in Aufnahmebohrungen der Lagerbuchse eingesteckt.
Nachfolgend sind einige Ausfuhrungsbeispiele der erfindungsgemäßen Zahnradpumpe unter Hinweis auf die beigefügten Figuren näher beschrieben.
Es stellen dar:
Fig. 1 schematisch eine Ansicht eines ersten Ausfuhrungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Zahnradpumpe Fig. 2 schematisch eine Querschnittsansicht des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1 Fig. 3 und
Fig. 4 schematisch Ausschnittansichten weiterer Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Zahnradpumpe Fig. 5 schematisch eine Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Wärmeleitrohres
Fig. 6 schematisch eine Ansicht eines weiteren Ausfuhrungsbeispiels eines Wärmeleitrohres
In den Fig. 1 und 2 ist ein erstes Ausfuhrungsbeispiel der erfindungsgemäßen Zahnradpumpe dargestellt. Fig. 1 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht der Zahnradpumpe und Fig. 2 schematisch eine Querschnittsansicht der Zahnradpumpe. Die nachfolgende Beschreibung gilt insoweit kein ausdrücklicher Bezug zu einer der Figuren gemacht ist, für beide Figuren.
Die Zahnradpumpe weist ein Pumpengehäuse 1 auf. Innerhalb des Pumpengehäuses 1 ist ein Zahnradpaar mit den Zahnrädern 6 und 7 eingebettet. Die Zahnräder 6 und 7 sind zwischen einem Einlaß und einem Auslaß innerhalb des Pumpengehäuses 1 angeordnet. In Fig. 1 ist der Einlaß 3 auf der Oberseite des Pumpenge- häuses 1 ausgebildet, wobei das Pumpengehäuse 1 einen Einlassflansch 2 zur Anbindung einer Schmelzeleitung aufweist. Der auf der Unterseite des Pumpengehäuses ausgebildete Auslaß 5 ist ein Auslassflansch 4 zugeordnet.
Zum Antrieb des Zahnradpaares ist eine Antriebswelle 8 vorgesehen, die mit ei- nem außen liegenden Ende mit einem hier nicht dargestellten Antrieb gekoppelt ist.
Wie in Fig. 2 dargestellt, ist die Antriebswelle 8 direkt mit dem Zahnrad 6 verbunden. Zur Lagerung des Zahnrades 6 und der Antriebswelle 8 ist zu beiden Sei- ten des Zahnrades 6 in dem Pumpengehäuse 1 jeweils eine Lagerbuchse 10.1 und 10.2 angeordnet. Die Lagerbuchsen 10.1 und 10.2 bilden eine Lagerbohrung 11, in welcher die Antriebswelle 8 gleitgelagert ist. Das Zahnrad 7 ist über einen Lagerzapfen 12 in dem Pumpengehäuse 1 gelagert. Hierzu sind zu beiden Stirnseiten des Zahnrades 7 in dem Pumpengehäuse 1 jeweils die Lagerbuchsen 13.1 und 13.2 angeordnet. Die Lagerbuchsen 13.1 und 13.2 bilden die Lagerbohrung 14, in welcher der Lagerzapfen 12 gleitgelagert ist. An dieser Stelle sei ausdrücklich erwähnt, dass das Zahnrad 7 und der Lagerzapfen 12 oder die Antriebswelle 8 und das Zahnrad 6 auch einteilig ausgebildet sein könnten.
Zu beiden Stirnseiten des Pumpengehäuses 1 sind zur Abstützung der Lagerbuch- sen 10.1 und 13.1 sowie 10.2 und 13.2 die Seitenplatten 9.1 und 9.2 vorgesehen.
Zur Kühlung der Lagerstellen innerhalb des Pumpengehäuses 1 sind jedem der Lagerbuchsen 10.1, 10.2, 13.1 und 13.2 jeweils. ein Wärmeleitrohr 15 zugeordnet. Jedes der Wärmeleitrohre 15 ist durch ein geschlossenes Rohr mit einem Ver- dampfer-Ende 16 und einem Kondensator-Ende 17 gebildet. Innerhalb des Wärmeleitrohres 15 ist eine Kühlflüssigkeit gehalten. Die Funktion und der Aufbau derartiger Wärmeleitrohre 15, die in der Fachwelt mehr unter dem Begriff Heat Pipe bekannt sind, wird an dieser Stelle nicht weiter erläutert. Derartige Wärmeleitrohre basieren darauf, dass die an einem Ende dem sogenannten Verdampfer- Ende aufgenommene Wärmemenge zu dem gegenüber liegenden Ende, dem sogenannten Kondensator-Ende geführt und dort abgegeben wird. Daher werden dies Wärmeleitrohre oftmals auch als thermische Supraleiter bezeichnet.
Zur Aufnahme des Wärmeleitrohres 15 weist jede der Lagerbuchsen 10.1, 10.2, 13.1 und 13.2 jeweils eine Aufnahmebohrung 18 auf. In der Aumahmebohrung 18 ist das Wärmeleitrohr 15 mit dem Verdampfer-Ende 16 eingebettet. Hierbei ist die Kontaktstelle zwischen dem Verdampfer-Ende 16 und der jeweiligen Lagerbuchse 10.1, 10.2, 13.1 oder 13.2 derart ausgebildet, so dass ein möglichst geringer Wärmeübergangswiderstand erreicht wird. Somit wird ein guter Wärmeübergang zu dem Wärmeleitrohr 15 geschaffen, so dass eine effiziente Wärmeabfuhr aus dem Lagerbereich heraus möglich ist. Hierzu ragen die Wärmeleitrohre 15 mit ihrem Kondensator-Ende 16 außerhalb des Pumpengehäuse 1. Um möglichst eine gleichmäßige Abkühlung der Lagebereiche innerhalb des Pumpenbereiches 1 zu erhalten, ist jedes der Wärmeleitrohre 15 stirnseitig im wesentlichen parallel zur Antriebswelle 8 angeordnet. Die Aufhahmebohrungen 18 in den Lagerbuchsen 10.1, 10.2, 13.1 und 13.2 sind axial ausgerichtet und von der von den Zahnräder 6 und 7 abgewandten Stirnseiten der Lagerbuchsen 10.1, 10.2, 13.1 und 13.2 eingebracht.
Bei dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausfuhrungsbeispiel der erfindungsgemäßen Zahnradpumpe wird im Betriebszustand die Antriebswelle 8 beispielsweise über einen Elektromotor angetrieben, so dass eine über den Einlaß 3 der Zahnradpumpe zugeführte Polymerschmelze kontinuierlich zu dem Auslaß 5 gefördert wird. Hierbei entsteht in Abhängigkeit von der Drehzahl und der Druckdifferenz zwischen dem Einlaß und dem Auslaß Reibungswärme in den Lagerstellen, die un- mittelbar zur Erwärmung der Lagerbuchsen 10.1, 10.2, 13.1 und 13.2 fuhren. Als Schmiermittel wird üblicherweise hierbei eine kleine Teilmenge des durch die Zahnradpumpe geförderten Polymers abgezweigt und durch die Lagerspalten geleitet. Um eine Überhitzung der Lagerbereiche und der zum Schmieren verwendeten Polymere zu verhindern, wird die in den Lagerbuchsen 10.1, 10.2, 13.1 und 13.2 jeweils durch die den Lagerbereichen zugeordneten Wärmeleitrohre 15 abgeführt. Dabei lassen, sich auf engem Raum eine große Wärmemenge schnell ableiten. Durch die kontinuierliche Abführung der Wärme lässt sich eine zulässige maximale Betriebstemperatur in den Lagerstellen vorteilhaft einhalten. Somit sind auch höhere Drehzahlen und Druckdifferenzen möglich.
Um die Kühlwirkung in dem Pumpengehäuse 1 zu beeinflussen, ist die Anzahl der Wärmeleitrohre sowie die Anordnung der Wärmeleitrohre in dem Pumpengehäuse beliebig variierbar. So lassen sich individuelle auf die Gegebenheit der jeweiligen Pumpe und Verwendungszweck angepasste Anordnung der Wärmeleit- röhre wählen. Zudem ist es vorteilhaft, wenn die Wäraieleitrohre mit einer leichten Neigung angeordnet sind, wobei die Wärmequelle sich am tiefer liegenden Ende des Wärmeleitrohres befindet. Damit lässt sich der Wärmetransport innerhalb des Wärme- leitroheres steigern, so dass noch eine höhere Kühlwirkung erreicht werden kann.
In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Zahnradpumpe schematisch in einem Ausschnitt einer Seitenansicht gezeigt. Das Ausfuhr rungsbeispiel nach Fig. 3 ist identisch zu dem vorhergehenden Ausführungsbei- spiel, so dass nur die Unterschiede nachfolgend erläutert werden.
Die Fig. 3 zeigt die Antriebsseite der Zahnradpumpe mit den Lagerbüchsen 10.1 für die Lagerung der Antriebswelle 8 und die Lagerbuchse 13.1 für die Lagerung des Lagerzapfens 12. Die Lagerbuchse 10.1 enthält insgesamt 3 axial ausgerichtete Aufhahmebohrungen 18.1, 18.2 und 18.3 zur Aufnahme jeweils eines Wärme- leitrohres 15. Die Aufhahmebohrungen 18.1, 18.2 und 18.3 sind über den Umfang der Lagerbuchse 10.1 ungleichmäßig verteilt. Der Abstand zwischen den Aufnahmebohrungen 18.1 und 18.2 ist wesentlich kleiner als der Abstand zwischen der Aufhahmebohrung 18.2 und 18.3. Die asymmetrische Anordnung der Wärmeleitrohre 15 innerhalb der Lagerbuchse 10.1 führt dazu, dass in diesem Fall der untere Bereich der Lagerbuchse 10.1 mit eng benachbarten Wärmeleitrohren. 15 intensiver gekühlt wird als der übrige Bereich der Lagerbuchse 10.1.
Bei der benachbarten Lagerbuchse 13.1 ist ebenfalls eine asymmetrische Anordnung der Wärmeleitrohre 15 gewählt. Hierbei ist die Anordnung der Wärmeleit- röhre 15 spiegelsymmetrisch zu der Anordnung der Wärmeleitrohre 13 in der Lagerbuchse 10.1. Somit werden insbesondere die stärker belasteten Lagerbereiche mehr gekühlt als die übrigen.
In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Zahnrad- pumpe in einem Ausschnitt einer Seitenansicht gezeigt. Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist im wesentlichen identisch zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2, so dass nachfolgend nur die Unterschiede erläutert sind.
Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausschnitt sind die Lagerbuchse 10.1 zur Lage- rung der Antriebswelle 8 und die Lagerbuchse 13.1 zur Lagerung des Lagerzapfens 12 gezeigt. Die Lagerbuchsen 10.1 und 13.1 sind hierzu in dem Pumpengehäuse 1 eingebettet. Jede der Lagerbuchsen 10.1 und 13.1 enthält jeweils insgesamt vier Aufnahmebohrungen 18.1 bis 18.4. In jeder der Aumahmebohrungen 18.1 bis 18.4 ist jeweils ein Wärmeleitrohr 15 gehalten. Die Anordnung und Ver- teilung der Wärmeleitrohre 15 ist dabei symmetrisch am Umfang der Lagerbuchse 10.1 bzw. der Lagerbuchse 13.1 aufgeteilt, so dass der gesamte Lagerbereich gleichmäßig kühlbar ist.
In Fig. 5 ist ein Ausfuhrungsbeispiel eines Wärmeleitrohres gezeigt, wie es bei- spielsweise in einer der vorgenannten Ausführungsbeispiele der erfindungsgemä- ßen Zahnradpumpe einsetzbar wäre. Das Wärmeleitrohr 15 weist ein Verdampfer- Ende 16 und ein Kondensator-Ende 17 auf. An dem Kondensator-Ende 17 sind mehrere Kühlrippen 19 am Umfang des Wärmeleitrohres 15 angebracht. Damit lässt sich das durch die Umgebungsluft gekühlte Kondensator-Ende 17 des Wär- meleitrohres 15 zur Abgabe der Wärme wärmetechnisch verbessern. Die abstrahlenden Oberflächen werden durch eine oder mehrere Kühlrippen 19 wesentlich vergrößert.
In Fig. 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Wärmeleitrohres gezeigt, wie es beispielsweise in einer der Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Zahnradpumpe einsetzbar wäre. Hierbei an dem Kondensator-Ende 17 des Wärmeleitrohres 15 ein Wärmetauscher 20 angeordnet. Der Wärmetauscher 20 ist am Umfang des Wärmeleitrohres 15 angebracht und lässt sich beispielsweise in einen Kühlmittelkreislauf anschließen. Somit lassen sich sehr hohe Wärmemengen in kurzer Zeit aus dem Pumpengehäuse 1 abfuhren. Die Anzahl und Anordnung der Wärmeleitrohre in den vorgenannten Ausfuh- rungsbeispielen der Zahnradpumpen ist beispielhaft. Grundsätzlich können einzelne oder mehrere Wärmeleitrohre direkt in das Pumpengehäuse 1 eingebettet sein. Hierbei können auch beispielsweise durch radial gerichtete Wärmeleitrohre mehrere Lagerbuchsen gleichzeitig durchdrungen werden.
Die erfindungsgemäße Zarinradpumpe ist besonders geeignet, um Polymerschmelzen in Polymerisationsanlage und Spinnanlagen zu fördern. Die Zahnradpumpe können jedoch auch zur Förderung anderer Medien eingesetzt werden. So werden derartige Pumpen auch zur Herstellung von Granulat, z.B. Flaschengranulat oder Filmherstellung in Polymerisationsanlagen eingesetzt.
Bezugszeichenliste
1 Pumpengehäuse
2 Einlaßflansch
3 Einlaß
4 Auslaßflansch
5 Auslaß
6 Zahnrad
7 Zahnrad
8 Antriebswelle
9.1, 9.2 Seitenplatten
10.1, 10.2 Lagerbuchse
11 Lagerbohrung
12 Lagerzapfen
13.1, 13.2 Lagerbuchsen
14 Lagerbohrung
15 Wärmeleitrohr
16 Verdampfer-Ende
17 Kondensator-Ende
18 Aumahrnebohrung
19 Kühlrippe
20 Wärmetauscher

Claims

Patentansprüche
1. Zahnradpumpe zur Förderung einer flüssigen Polymerschmelze mit zumindest einem Zahnradpaar (6,7), das in einem Pumpengehäuse (1) eingebettet und gelagert ist, mit einer Antriebswelle (8) zum Antreiben eines der Zahnräder (6) und mit einer auf das Pumpengehäuse (1) einwirkenden Kühleinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung durch zumindest ein geschlossenes Wärmeleitrohr (15) gebildet ist, welches Wärmeleitrohr (15) mit einem Verdampfer-Ende (16) innerhalb des Pumpengehäuses (1) und mit einem Kondensator-Ende (17) außerhalb des Pumpengehäuses (1) angeordnet ist und eine Kühlflüssigkeit enthält.
2. Zahnradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitrohr (15) im wesentlich parallel zu der Antriebswelle (8) an dem Pumpen- gehäuse (1) gehalten ist.
3. Zahnradpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitrohr (15) außerhalb des Pumpengehäuses (1) an dem Kondensator- Ende (17) eine oder mehrere Kühlrippen (19) aufweist.
4. Zahnradpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitrohr (15) außerhalb des Pumpengehäuses (1) an dem Kondensator- Ende (17) mit einem Wärmetauscher (20) verbunden sind.
5. Zahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Wärmeleitrohre (15) vorgesehen sind, die über dem Umfang einer Lagerbohrung (12) verteilt in dem Pumpengehäuse (1) gehalten sind.
6. Zahnradpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertei- lung der Wärmeleitrohre (15) in dem Pumpengehäuse (1) symmetrisch mit gleichen Abständen ausgebildet ist.
7. Zahnradpumpe nach Ansprach 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilung der Wärmeleitrohre (15) in dem Pumpengehäuse (1) asymmetrisch mit ungleichen Abständen ausgebildet ist.
8. Zahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung der Lagerbohrung (12) zumindest eine Lagerbuchse (10.1) innerhalb des Pumpengehäuses (1) angeordnet ist und dass die Lagerbuchse (10.1) eine oder mehrere Bohrungen (18.1, 18.2) zur Aufnahme von Wärmeleitrohren (15) aufweisen.
9. Zahnradpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lager- bohrung (12) zu beiden Seiten eines der Zahnräder (6) durch zwei separate Lagerbuchsen (10.1, 10.2) gebildet ist und dass die Lagerbuchsen (10.1, 10.2) eine oder mehrere Bohrungen (18) zur Aufnahme von Wärmeleitrohren (15) aufweisen.
10. Zahnradpumpe nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Zahnräder (7) durch einen Lagerzapfen (12) innerhalb des Pumpengehäuses (1) gelagert ist, wobei die Lagerbohrung (14) durch beidseitig zum Zahnrad (7) angeordnete Lagerbuchsen (13.1, 13.2) gebildet ist, und dass die Lagerbuchsen (13.1, 13.2) eine oder mehrere axiale Bohrungen (18) zur Aufnahme von Wärmeleitrohren (15) aufweisen.
11. Zahnradpumpe nach Ansprach 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die einer der Lagerbuchsen (10.1) zugeordneten Wärmeleitrohre (15) mit ihren
Kondensator-Enden (17) stirnseitig zur Lagerbuchse (10.1) außerhalb des Pumpengehäuses (1) gehalten sind.
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