WO2019007596A1 - Verfahren zum betrieb einer kühlschmierstoffpumpe - Google Patents

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Dirk Wenderott
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Brinkmann Pumpen K.H. Brinkmann Gmbh & Co. Kg
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    • F05D2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05D2270/301—Pressure

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a pump for circulating process fluids in a machine tool, having a housing which has a pump chamber and a suction nozzle for the process fluid, a shaft (22) rotatably mounted in the housing and arranged on the shaft in the pump chamber Impeller, and a sealing arrangement for sealing the shaft in the housing on the intake manifold opposite side of the pump chamber, wherein the seal assembly comprises a sealing chamber, are arranged in the two shaft seals at an axial distance on the shaft.
  • the invention is directed to a method wherein a coolant emulsion used in a machine tool to cool and lubricate 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 wash emulsions.
  • the object of the invention is to improve the sealing of such a pump. This object is achieved in that fresh process fluid is pumped by an auxiliary pump in a located between the shaft seals portion of the seal chamber.
  • the process fluid is also used for lubricating the shaft seals. However, this does not use the used liquid, which is sucked in from the sump of the pump from a sump and which is mostly contaminated with abrasive particles, but fresh and thus not contaminated process liquid.
  • This fluid not only serves to lubricate the shaft seals and possibly the bearing, but at the same time generates in the section of the sealing chamber located between the shaft seals a back pressure which counteracts penetration of the contaminated, pressurized fluid from the pump chamber into the sealing arrangement.
  • the auxiliary pump produces an outlet pressure that is higher than the pressure of the coolant lubricant emulsion in the pumping chamber at the point where the shaft enters the pumping chamber.
  • the pressure of the auxiliary pump can be regulated.
  • the shaft seals are preferably designed so that the leakage at the shaft seal on the side facing away from the pump chamber side is smaller than the leakage at the closer to the pump chamber shaft seal.
  • the single drawing figure shows an axial section through a cooling lubricant pump, with which the inventive method is executable.
  • the pump has a housing 10 which forms an intake 12, a pump chamber 14, a volute 16 and a pressure port 18.
  • the intake manifold 12 protrudes with its open lower end in a collecting tank 20 forméschmierstoffemulsi- on.
  • the intake manifold may be connected to a suction line.
  • a shaft 22 is rotatably supported by a bearing 24 in the housing 10 and extends coaxially through the intake manifold 12 and the pump chamber 14.
  • the shaft 22 carries a pre-shredder 26, which serves approximately in To break up the metal chips contained in the coolant lubricant emulsion before they enter the pump chamber.
  • the shaft 22 is driven by a motor, not shown, and carries within the intake manifold 12 designed as a Axiallaufrad first impeller 28 and within the pump chamber, a second impeller 30, which is designed as a radial impeller.
  • the cooling lubricant emulsion is sucked from the catch basin 20 and pumped via the volute 16 into the discharge nozzle 18 and on to a tool, not shown, of a machine tool.
  • the emulsion running on the tool and on the machined workpiece is then returned to the catch basin 20, so that the cooling lubricant emulsion is circulated in a closed circuit.
  • a seal assembly 32 is integrated, with which the shaft 22 is sealed against the pressure of the coolant 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, which are arranged at an axial distance on the shaft 22, and a plain bearing 42 for the shaft.
  • the further removed from the pump chamber shaft seal 40 has in the example shown two sealing rings 44, which limit a grease chamber 46 and receive the sliding bearing 42 between them.
  • the grease chamber and one of the sealing rings can be omitted.
  • the slide bearing is formed by a seated on the shaft 22 sleeve and a rotatably held in the seal chamber bearing bush. At the level of the sealing rings 44, sliding rings of wear-resistant material are arranged on the shaft 22, with which the sealing rings 44 are in frictional contact.
  • An auxiliary pump 48 is provided to aspirate fresh coolant emulsion from a reservoir 50 and to convey it into a pressure line 52 which opens into a portion of the seal chamber 36 between the shaft seals 38 and 40.
  • the output pressure of the auxiliary pump 48 is greater than the pressure of the coolant lubricant emulsion at the location of the pump chamber 14 at which the shaft 22 enters the pump chamber.
  • the used abrasive particle contaminated coolant emulsion from the sump 20 is prevented from entering the seal assembly 32. Instead, there is a certain leakage current of the fresh coolant emulsion from the seal chamber 36 through the shaft seal 38 into the pump chamber 14. A certain leakage flow may also occur at the shaft seal 40.
  • the pressure in the pump chamber (14) is measured by means of a sensor 54, and the output pressure of the auxiliary pump 48 is controlled by means of a regulator 56 so that it is just above the pressure in the pump chamber.
  • the invention is also applicable to systems in which the cycle of the process fluid (cooling lubricant emulsion) forms a closed system. Since there is always a certain liquid discharge on the machined workpieces, the supply of fresh emulsion from the storage container 50 compensates for part of the fluid loss.

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Abstract

Verfahren zum Betrieb einer Pumpe für in einer Werkzeugmaschine umgewälzte Prozessflüssigkeiten, mit einem Gehäuse (10), das eine Pumpenkammer (14) und einen Ansaugstutzen (12) für die Prozessflüssigkeit aufweist, einer drehbar in dem Gehäuse (10) gelagerten Welle (22), einem in der Pumpenkammer (14) auf der Welle (22) angeordneten Laufrad (28, 30), und einer Dichtungsanordnung (32) zur Abdichtung der Welle (22) im Gehäuse (10) auf der dem Ansaugstutzen (12) entgegengesetzten Seite der Pumpenkammer (14), wobei die Dichtungsanordnung (32) eine Dichtungskammer (36) aufweist, in der zwei Wellendichtungen (38, 40) in axialem Abstand auf der Welle (22) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass frische Prozessflüssigkeit mit einer Hilfspumpe (48) in einen zwischen den Wellendichtungen (38, 40) gelegenen Abschnitt der Dichtungskammer (36) gepumpt wird.

Description

VERFAHREN ZUM BETRIEB EINER KUHLSCHMIERSTOFFPUMPE
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Pumpe für in einer Werkzeugmaschine umgewälzte Prozessflüssigkeiten, mit einem Gehäuse, das eine Pumpenkammer und einen Ansaugstutzen für die Prozessflüssigkeit aufweist, einer drehbar in dem Gehäuse gelagerten Welle (22), einem in der Pumpenkammer auf der Welle angeordneten Laufrad, und einer Dichtungsanordnung zur Abdichtung der Welle im Gehäuse auf der dem Ansaugstutzen entgegengesetzten Seite der Pumpenkammer, 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 Kühl- schmierstoffemulsion, 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.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Abdichtung einer solchen Pumpe zu verbessern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass frische Prozessflüssigkeit mit einer Hilfspumpe in einen zwischen den Wellendichtungen gelegenen Abschnitt der Dichtungskammer gepumpt wird. Erfindungsgemäß wird die Prozessflüssigkeit 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 Le- ckage 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 Kühl- schmie t\s to ffk re isla u f.
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 Kühlschmierstoffemulsi- on. 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 Dich- tungskammer 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 Reibberüh- rung 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

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Betrieb einer Pumpe für in einer Werkzeugmaschine umgewälzte Prozessflüssigkeiten, mit einem Gehäuse (10), das eine Pumpenkammer (14) und einen Ansaugstutzen (12) für die Prozessflüssigkeit aufweist, einer drehbar in dem Gehäuse (10) gelagerten Welle (22), einem in der Pumpenkammer (14) auf der Welle (22) angeordneten Laufrad (28, 30), und einer Dichtungsanordnung (32) zur Abdichtung der Welle (22) im Gehäuse (10) auf der dem Ansaugstutzen (12) entgegengesetzten Seite der Pumpenkammer (14), wobei die Dichtungsanordnung (32) eine Dichtungskammer (36) aufweist, in der zwei Wellendichtungen (38, 40) in axialem Abstand auf der Welle (22) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass frische Prozessflüssigkeit mit einer Hilfspumpe (48) in einen zwischen den Wellendichtungen (38, 40) gelegenen Abschnitt der Dichtungskammer (36) 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. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, bei dem die Wellendichtung (40), die weiter der Pumpenkammer (14) entfernt angeordnet ist, eine Gleitringdichtung ist.
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