EP4450756A1 - Gear pump and use thereof - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a gear pump according to the preamble of claim 1 and a use of the gear pump according to claim 15.
- Gear pumps essentially consist of a pair of intermeshing gears which are enclosed in a housing and from which bearing journals protrude laterally, arranged around the longitudinal axis, which are seated in plain bearings lubricated by the pumping medium.
- gear pumps Since gear pumps have a rigid characteristic curve, they are particularly suitable for transporting media from a suction side to a pressure side. Between the two, a pressure gradient is created due to the volume flow in the downstream units, which is particularly large for highly viscous media and leads to a power transmission to each gear.
- a well-known gear pump is, for example, in EP-1 790 854 A1 described, which is a gear pump in which a bearing journal diameter almost or equal to the root diameter of the gear.
- the well-known gear pumps have plain bearings that are lubricated with the pumped medium.
- On one side of the plain bearings there is high pressure on the gear pump outlet side, while behind the plain bearing there is almost the suction side pressure of the gear pump, which is significantly lower than the pressure on the pump outlet side. Due to this pressure difference, the pumped medium, which is required for the lubricating film build-up in the plain bearing, flows from the pump outlet into the plain bearing.
- a pressure lubrication groove in the front side of the plain bearing forms a direct connection from the outlet side into the plain bearing in order to supply the lubrication groove in the plain bearing with the best possible amount of pumped medium.
- the problem of foreign particles can be addressed to a certain extent by using a plain bearing with filling pockets, as is the case in the EP 4 083 428 A1
- the filling pocket incorporated into the plain bearing is characterized by a web between the gear-side face of the plain bearing and the filling pocket, whereby the web prevents large foreign particles in the conveying medium from entering the lubricating gap between the gear shaft and the plain bearing.
- this approach already offers a good solution for "filtering out” solids from the main flow before the filtered medium enters the plain bearing to build up the lubricating film.
- the gear pump according to the invention is therefore much more robust than known gear pumps, because when a polymer is used as the pumping medium, neither unmelted polymer particles (small lumps) nor foreign particles can get into the lubrication groove in the plain bearing. The risk of the lubrication flow being blocked is thus significantly reduced. The lubrication flow is therefore blocked far less, which means that the probability of failure of the gear pump according to the invention is significantly lower.
- a variant of the gear pump according to the invention consists in that the first web width is at least 5% to 20%, preferably 15%, of the plain bearing length.
- gear pump according to the invention consist in that the second web width is at least 5% to 15%, preferably 10%, of the plain bearing length.
- Still further embodiments of the gear pump according to the invention consist in that the lubrication pocket begins in an angular range of 210° to 315°, preferably at 270°, with respect to a plane spanned by the two shaft axes and in the direction of rotation of the gears.
- Still further embodiments of the gear pump according to the invention consist in that the lubrication pocket ends in an angular range of 300° to 30°, preferably at 355°, with respect to a plane spanned by the two shaft axes and in the direction of rotation of the gears.
- Still further embodiments of the gear pump according to the invention consist in that the injection point is arranged centrally in the lubricating pocket in the axial extension of the lubricating pocket.
- Still further embodiments of the gear pump according to the invention consist in that the injection point is arranged in relation to a plane spanned by the two shaft axes and in the direction of rotation of the gears in an angular range of 225° to 315°, preferably in an angular range of 240° to 300°, preferably at 270°.
- Still further embodiments of the gear pump according to the invention consist in that the lubrication pocket is deepest in the area of the injection point.
- Still further embodiments of the gear pump according to the invention consist in that the injection point, seen in the direction of rotation of the gears, is arranged at the beginning of the lubrication pocket.
- Still further embodiments of the gear pump according to the invention consist in that the lubrication pocket is wider, starting from the injection point and seen in the direction of rotation of the gears.
- Still further embodiments of the gear pump according to the invention consist in that cross-sectional areas of the lubrication pocket, starting from the injection point and viewed in the direction of rotation of the gears, are of equal size over 2/3 of their unrolled length and that cross-sectional areas of the lubrication pocket are continuously decreasing over the remaining unrolled length up to the end of the lubrication pocket.
- Still further embodiments of the gear pump according to the invention consist in that a cross-sectional area of the bore is equal to the cross-sectional areas of the lubrication pocket in the first 2/3 of the developed length of the lubrication pocket.
- Still further embodiments of the gear pump according to the invention consist in that the bore is arranged radially to an outer diameter of the respective plain bearing.
- Still further embodiments of the gear pump according to the invention consist in that at least one of the bearing journals has, at least over part of its axial extent, a bearing journal diameter which lies in the range of 90% to 100% of a root circle diameter of the toothing of the associated gear.
- the present invention includes a use of the gear pump according to one or more of the above-mentioned embodiments for conveying highly viscous conveying media, such as polymer, with a mass percentage of fillers (eg titanium dioxide TiO 2 , calcium carbonate, wood flour, stone, chalk, tallow, talc, silicates, carbons, in particular in the form of soot) of more than 60% of the total mass of the conveying medium.
- highly viscous conveying media such as polymer
- fillers eg titanium dioxide TiO 2 , calcium carbonate, wood flour, stone, chalk, tallow, talc, silicates, carbons, in particular in the form of soot
- the present invention also includes a use of the gear pump according to one or more of the above-mentioned embodiments for conveying conveying media with low viscosity (greater than or equal to one Pascal second), as well as polymer melts loaded with foreign particles, in which the foreign particles have a size that is equal to or larger than the minimum lubricating film in the plain bearing.
- Fig. 1 shows a perspective view of a gear 1 known per se with bearing journals 5 and 6 for a gear pump according to the invention.
- the bearing journals 5 and 6 have a bearing journal diameter D L over part of their axial extent, which is approximately as large as a root diameter D F of the gearing. At least the bearing journal diameter D L is in the range of 90% to 100% of the root diameter D F .
- D L is in the range of 90% to 100% of the root diameter D F .
- the mentioned design variant with the above-defined bearing journal diameter and root circle diameter does not necessarily have to be implemented in this way.
- a conventional design variant is also conceivable in which the bearing journal diameter is smaller than 90% of the root circle diameter.
- this external lubricating medium for building up the lubricating film can be different from the conveying medium to be recycled. It is expressly emphasized that the external lubricating medium can differ significantly from the conveying medium.
- a suitable external conveying medium (lubricating medium) with specific properties can be selected, not least due to the fact that only a negligible amount is required for lubricating the plain bearings.
- a lubricating medium is used that has a viscosity of 1 Pas when pumpable.
- Fig. 2 shows a cross section through a plain bearing 3 according to the invention with a plain bearing length L.
- the cutting surface runs parallel to the shaft axis 9 and is positioned such that the lubrication pocket 2 incorporated into the plain bearing 3 is visible.
- the lubrication pocket 2 is spaced from a gear-side end face 7 (also referred to as the inner side of the bearing) of the plain bearing 3 by a first distance d 1 , so that a first web 11 with a radial extension corresponding to the sliding surface of the plain bearing 3 is present.
- the first web 11 has a first web width D 1 , which is smaller than the first distance d 1 , because a transition from the sliding surface to the end face of the plain bearing 3 does not belong to the first web 11. It has been shown that the web width D 1 should be 5 to 20%, preferably 15% of the plain bearing length L.
- the web width D 1 is a minimum value, ie a gear-side edge of the lubrication pocket 2 does not have to run parallel to the gear-side end face. Furthermore, it is not absolutely necessary for the lubrication pocket 2 to have the minimum web width D 1 at all.
- the lubrication pocket 2 on the other side of the bearing is spaced apart by a second distance d 2 from a second end face 8 (also referred to as the bearing outer side), which is opposite the gear-side end face 7 of the plain bearing 3, so that a second web 12 is present which has a second web width D 2 , which is in turn smaller than the second distance d 2 , because a transition from the sliding surface of the plain bearing 3 to the second end face 8 of the plain bearing 3 is in turn not counted as part of the second web 12. It has been shown that the web width D 2 should be 5 to 15%, preferably 10% of the plain bearing length L.
- the web width D 2 is a minimum value, ie an edge of the lubrication pocket 2 on the outside of the bearing does not have to run parallel to the outside of the bearing. In addition, it is not absolutely necessary for the lubrication pocket 2 to have the minimum web width D 2 at all.
- a maximum axial extension (with respect to the shaft axis) of the lubrication pocket 2 is determined by the above definitions of the first and second webs 11 and 12, respectively.
- a maximum extension of the lubrication pocket 2 along the sliding surface of the plain bearing 3 is determined below using Fig. 3 and 4 be explained.
- Fig. 3 shows a partial section across the plain bearing 3 according to the invention in the area of the bore 4 and the associated lubrication pocket 2, whereby the lubrication pocket 2 shown is only one of many possible embodiments of the present invention.
- the position of the lubrication pocket 2 is represented by an angle to a plane spanned by the two shaft axes 9, the so-called angle reference plane 10, and the angle is specified in the direction of rotation R of the shaft in the plain bearing 3.
- the angle reference plane 10 is thus perpendicular to a chord surface 14 of the plain bearing 3.
- the lubrication pocket 2 begins at an entry edge 16 in the lubrication pocket 2.
- the lubrication pocket 2 begins with the entry edge 16 after a starting angle ⁇ and ends with the exit edge 15 after an end angle ⁇ .
- the bore 4, through which the lubricating medium is fed into the lubricating pocket 2 has an injection point 13, which at least partially coincides with the leading edge 16.
- the lubricating medium is distributed both in the axial direction and in the direction of rotation R within the lubricating pocket 2 until the lubricating medium enters a lubricating gap at the exit edge 15, which is formed on the one hand by the shaft or the bearing journal 5, 6 and on the other hand by the plain bearing 3, and forms a lubricant film.
- Fig. 4 which has a cut according to Fig. 3 through the entire plain bearing 3, the angle ranges according to the invention are defined within which both the starting angle ⁇ and the end angle ⁇ as well as the injection point 13 of the bore 4 in the lubrication pocket 2 are located. It has been shown that the lubrication pocket 2 has a minimum starting angle ⁇ of 210° and a maximum end angle ⁇ of 30°, thus such a lubrication pocket 2 covers the maximum angle range from 210° to 30°.
- the injection point 13 and thus one end of the bore 4 in the lubrication pocket 2 is in an angle range from 225° to 315°, whereby the injection point 13 must always end in the lubrication pocket 2:
- the injection point 13 must be arranged after the starting angle ⁇ and before the end angle ⁇ of the selected lubrication pocket 2, but at the same time also within the angular range of 225° to 315°.
- the injection point 13 is preferably within an angular range of 240° to 300°. It has also been shown that the injection point 13 is particularly located at an injection point angle ⁇ of 270°.
- the lubrication pocket 2 in turn preferably extends over an angular range of 265° to 355°.
- the associated bore 4 is designed, for example, as a radial bore 4 through the plain bearing 3.
- any drilling direction through the plain bearing 3 to the injection point 13 is conceivable.
- a maximum frame 20 is marked out, within which the lubrication pocket 2 is located or which the lubrication pocket 2 fills to the maximum.
- This maximum frame 20 is in Fig. 2 represented by a dashed line.
- the maximum width of the lubrication pocket 2 is defined by the web widths D 1 and D 2 as a proportion of the plain bearing length L
- 6 - is defined by the lubrication pocket start 16 and the lubrication pocket end 15 by means of angle specifications which are based on Fig. 4 explained above.
- the injection point 13 can be located anywhere within the maximum frame 20 ( Fig. 2 ). Preferably, the injection point 13 is located in the middle of the frame 20 and becomes steadily larger with increasing angle, as is the case in Fig. 2 concrete embodiment for the lubrication pocket 2.
- this external lubricating medium for the lubricating film build-up can be different from the conveying medium.
- the lubricating medium must be selected in such a way that it is compatible with the lubricating medium, since the lubricating medium subsequently mixes with the conveying medium, ie after it leaves the plain bearing gap.
- the geometry of the plain bearing 3 and the design of the lubrication pocket 2 in the plain bearing 3 are designed in such a way that the hydrodynamic plain bearing 3 requires as little lubricant as possible.
- the design of the plain bearing 3 and the geometry of the lubrication pocket 2 must ensure that as little contaminated conveying medium as possible from the main conveying flow reaches the plain bearing 3, since otherwise the good lubricating properties of the clean externally supplied lubricant cannot be used.
- the appropriate geometry for the plain bearing 3 and the design of the lubrication pocket 2 it is ensured that the contaminated lubricant can be removed without additional components in the gear pump itself (such as a shaft seal, etc.).
- the conveying medium is largely kept away from the lubricating gap of the plain bearings 3.
- the present invention can also be used excellently for critical applications in which no foreign particles are contained in the conveying medium, but a very thin lubricating film is nevertheless desired in the plain bearing, i.e. when the conveying medium does not permit such a thin lubricating film.
- Fig. 5 shows a course of the cross-sectional area Q as a function of an increasing angle of rotation r, starting from the starting edge 16 ( Fig. 2 ) of the lubrication pocket 2, which widens steadily as the angle of rotation r progresses.
- This is a variant of a lubrication pocket 2 which has a constant cross-sectional area Q over a significant extent in the direction of rotation R.
- the cross-sectional area of the bore 4 - and consequently also the cross-sectional area of the injection point 13 - is constant over large areas of its extent (for example over 2/3 of the total extent of the lubrication pocket 2 in the direction of rotation R up to a boundary line 21).
- the cross-sectional area Q decreases steadily up to the exit edge 15. Due to the lubrication pocket 2 widening steadily in the direction of rotation R (see Fig. 2 ) takes a Depth of the lubrication pocket 2 in the first 2/3 of the extension of the lubrication pocket 2 in the direction of rotation R such that the cross-sectional area Q is constant. This achieves an optimal distribution of the lubricating medium within the lubrication pocket 2 before the lubricating medium reaches or is pressed into the plain bearing gap between the shaft and the plain bearing 3.
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Abstract
Zahnradpumpe mit ineinandergreifenden, von einem Gehäuse umschlossenen Zahnrädern (1) mit auf Wellenachsen (9) angeordneten, jeweils seitlich von den Zahnrädern (1) abstehenden Lagerzapfen, die im Gehäuse mittels jeweils eine Gleitlagerlänge aufweisenden Gleitlagern (3) gelagert sind, die je eine Schmiertasche (2) mit radialer Ausdehnung aufweist, wobei die Schmiertasche (2) von einer zahnradseitigen Stirnseite (7) des jeweiligen Gleitlagers (3) um einen ersten Abstand (d1) beabstandet ist, so dass ein erster Steg (11) mit einer ersten Stegbreite (D1) mit axialer Ausdehnung entsprechend einer Gleitlageroberfläche vorhanden ist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Schmiertasche (2) ferner zur gegenüber der zahnradseitigen Stirnseite (7) liegenden Lagerstirnseite (8) um einen zweiten Abstand (d2) beabstandet ist, so dass ein zweiter Steg (12) mit einer zweiten Stegbreite (D2) mit axialer Ausdehnung entsprechend einer Gleitlageroberfläche vorhanden ist, dass eine Bohrung (4) durch das Gleitlager (3) führt und mit der Schmiertasche (2) bei einer Einspritzstelle (13) kommuniziert und dass die Bohrung (4) mit einer Fördereinrichtung zur Förderung von Schmiermedium in die Schmiertasche (2) wirkverbunden ist. Gear pump with intermeshing gears (1) enclosed by a housing with bearing journals arranged on shaft axes (9), each projecting laterally from the gears (1), which are mounted in the housing by means of plain bearings (3), each having a plain bearing length, each having a lubrication pocket (2) with radial extension, wherein the lubrication pocket (2) is spaced from a gear-side end face (7) of the respective plain bearing (3) by a first distance (d 1 ), so that a first web (11) with a first web width (D 1 ) with axial extension corresponding to a plain bearing surface is present. The invention is characterized in that the lubrication pocket (2) is further spaced apart from the bearing face (8) opposite the gear-side face (7) by a second distance (d 2 ), so that a second web (12) with a second web width (D 2 ) with an axial extension corresponding to a plain bearing surface is present, that a bore (4) leads through the plain bearing (3) and communicates with the lubrication pocket (2) at an injection point (13), and that the bore (4) is operatively connected to a conveying device for conveying lubricating medium into the lubrication pocket (2).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie eine Verwendung der Zahnradpumpe nach Anspruch 15.The present invention relates to a gear pump according to the preamble of claim 1 and a use of the gear pump according to
Zahnradpumpen bestehen im Wesentlichen aus einem Paar ineinandergreifender Zahnräder, die von einem Gehäuse umschlossen sind und von denen seitlich jeweils um die Längsachse angeordnete Lagerzapfen abstehen, die in Fördermedium-geschmierten Gleitlagern ihren Sitz haben.Gear pumps essentially consist of a pair of intermeshing gears which are enclosed in a housing and from which bearing journals protrude laterally, arranged around the longitudinal axis, which are seated in plain bearings lubricated by the pumping medium.
Da Zahnradpumpen eine fördersteife Kennlinie besitzen, eignen sie sich besonders gut für den Transport von Fördermedien von einer Saug- auf eine Druckseite. Zwischen beiden letzteren entsteht aufgrund des geförderten Volumenstromes in den Folgeaggregaten ein Druckgefälle, welches bei hochviskosen Medien besonders gross ist und zu einer Kraftübertragung auf jedes Zahnrad führt.Since gear pumps have a rigid characteristic curve, they are particularly suitable for transporting media from a suction side to a pressure side. Between the two, a pressure gradient is created due to the volume flow in the downstream units, which is particularly large for highly viscous media and leads to a power transmission to each gear.
Eine bekannte Zahnradpumpe ist beispielsweise in
Die bekannten Zahnradpumpen haben Gleitlager, die mit dem Fördermedium geschmiert werden. An den Gleitlagern liegt auf der einen Seite der Zahnradpumpen-austrittsseitige hoher Druck an, wogegen hinter dem Gleitlager annähernd saugseitiger Druck der Zahnradpumpe herrscht, der deutlich niedriger ist als der Druck auf der Seite des Pumpenaustritts. Durch diese Druckdifferenz strömt Fördermedium, das für den Schmierfilmaufbau im Gleitlager benötigt wird, vom Pumpenaustritt in das Gleitlager. Eine Druckschmiernut in der Stirnseite des Gleitlagers bildet hierbei eine direkte Verbindung von der Austrittsseite in das Gleitlager, um die Schmiernut im Gleitlager möglichst gut mit Fördermedium zu versorgen.The well-known gear pumps have plain bearings that are lubricated with the pumped medium. On one side of the plain bearings, there is high pressure on the gear pump outlet side, while behind the plain bearing there is almost the suction side pressure of the gear pump, which is significantly lower than the pressure on the pump outlet side. Due to this pressure difference, the pumped medium, which is required for the lubricating film build-up in the plain bearing, flows from the pump outlet into the plain bearing. A pressure lubrication groove in the front side of the plain bearing forms a direct connection from the outlet side into the plain bearing in order to supply the lubrication groove in the plain bearing with the best possible amount of pumped medium.
Wird als Fördermedium eine Polymerschmelze verwendet, die zudem mit hohen Anteilen an Feststoffen oder mit Feststoffen oberhalb einer kritischen Grösse (allgemein als Fremdpartikel bezeichnet) versetzt ist, stellt dies für eine ausreichende Schmierung im Gleitlager eine Schwierigkeit dar. Für eine gute Funktion der Gleitlager ist es wichtig, einen Schmierfilm aus Fördermedium aufzubauen. Gelangen zu viele oder zu grosse Fremdpartikel in den engen Schmierspalt zwischen Welle und Gleitlager, besteht die Gefahr eines Schadens am Gleitlager oder an der Welle, was zu einem Ausfall der Zahnradpumpe führen kann. Dies ist insbesondere bei einer Partikelgrösse der Fall, die grösser ist als die Höhe des Minimalschmierfilms, denn dies führt zu einer Unterbrechung des Schmiermittelflusses durch Verstopfung im Gleitlager und damit zu einem Ausfall der Zahnradpumpe. Gelangt zu wenig Schmelze in das Gleitlager, besteht die Gefahr einer Mangelschmierung. Ein erhöhter Durchfluss von Partikel-beladener Schmelze (Fördermedium) kann auch zu erhöhten abrasivem Verschleiss der Gleitlageroberflächen führen.If a polymer melt is used as the conveying medium, which also contains high proportions of solids or solids above a critical size (generally referred to as foreign particles), this poses a problem for adequate lubrication in the plain bearing. For the plain bearings to function well, it is important to build up a lubricating film from the conveying medium. If too many or too large foreign particles get into the narrow lubrication gap between the shaft and the plain bearing, there is a risk of damage to the plain bearing or the shaft, which can lead to failure of the gear pump. This is particularly the case with a particle size that is larger than the height of the minimum lubricating film, because This leads to an interruption of the lubricant flow due to blockage in the plain bearing and thus to a failure of the gear pump. If too little melt reaches the plain bearing, there is a risk of insufficient lubrication. An increased flow of particle-laden melt (conveying medium) can also lead to increased abrasive wear on the plain bearing surfaces.
Ferner können bei einem Polymer als Fördermittel nicht geschmolzene Polymerpartikel (kleine Klumpen), die über die Schmiernut in das Gleitlager gelangen, den Schmierstrom blockieren und zu einem Ausfall der Zahnradpumpe führen.Furthermore, when a polymer is used as the conveying medium, unmelted polymer particles (small lumps) that enter the plain bearing via the lubrication groove can block the lubricant flow and lead to failure of the gear pump.
Das Problem der Fremdpartikel kann in gewissen Grenzen durch den Einsatz eines Gleitlagers mit Fülltaschen angegangen werden, wie es z. B. in der
Bei Polymerschmelzen als Fördermedium mit niedriger Viskosität, die nur einen dünnen Schmierfilm im Gleitlager aufbauen können, reicht diese bekannte Art der Filterung des Fördermediums jedoch nicht aus. Es gelangen immer noch zu viele Fremdstoffe in den Schmierspalt und das Risiko eines Schadens (so genannter Fresser) steigt an.When polymer melts are used as a conveying medium with low viscosity, which can only build up a thin lubricating film in the plain bearing, this known type of filtering is sufficient of the pumped medium. Too many foreign substances still get into the lubrication gap and the risk of damage (so-called seizure) increases.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Zahnradpumpe anzugeben, die im Betrieb gegenüber bekannten Lösungen wesentlich robuster ist.It is therefore an object of the present invention to provide an improved gear pump which is considerably more robust in operation than known solutions.
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen von Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sowie eine Verwendung sind in weiteren abhängigen Ansprüchen definiert.This object is achieved by the features specified in the characterizing part of claim 1. Further embodiments of the present invention and a use are defined in further dependent claims.
Eine erfindungsgemässe Zahnradpumpe umfasst ineinandergreifende, von einem Gehäuse umschlossene Zahnräder mit auf Wellenachsen angeordneten, jeweils seitlich von den Zahnrädern abstehenden Lagerzapfen, die im Gehäuse mittels jeweils eine Gleitlagerlänge aufweisenden Gleitlagern gelagert sind, die je eine Schmiertasche mit radialer Ausdehnung aufweisen, wobei die Schmiertasche von einer zahnradseitigen Stirnseite des jeweiligen Gleitlagers um einen ersten Abstand beabstandet ist, so dass ein erster Steg mit einer ersten Stegbreite mit axialer Ausdehnung entsprechend einer Gleitlageroberfläche vorhanden ist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus,
- dass die Schmiertasche ferner zur gegenüber der zahnradseitigen Stirnseite liegenden Lagerstirnseite um einen zweiten Abstand beabstandet ist, so dass ein zweiter Steg mit einer zweiten Stegbreite mit axialer Ausdehnung entsprechend einer Gleitlageroberfläche vorhanden ist,
- dass eine Bohrung durch das Gleitlager führt und mit der Schmiertasche bei einer Einspritzstelle kommuniziert und
- dass die Bohrung mit einer Fördereinrichtung zur Förderung von Schmiermedium in die Schmiertasche wirkverbunden ist.
- that the lubrication pocket also faces the bearing face opposite the gear side face is spaced apart by a second distance so that a second web with a second web width with axial extension corresponding to a plain bearing surface is present,
- that a hole leads through the plain bearing and communicates with the lubrication pocket at an injection point and
- that the bore is operatively connected to a conveying device for conveying lubricating medium into the lubrication pocket.
Die erfindungsgemässe Zahnradpumpe ist damit im Vergleich zu bekannten Zahnradpumpen wesentlich robuster, denn es können bei einem Polymer als Fördermedium weder unaufgeschmolzene Polymerpartikel (kleine Klumpen) noch Fremdpartikel in die Schmiernut im Gleitlager gelangen. Das Risiko einer Blockade des Schmierstromes wird dadurch signifikant reduziert. Der Schmierstrom wird daher weit weniger blockiert, wodurch die Ausfallwahrscheinlichkeit der erfindungsgemässen Zahnradpumpe deutlich geringer ist.The gear pump according to the invention is therefore much more robust than known gear pumps, because when a polymer is used as the pumping medium, neither unmelted polymer particles (small lumps) nor foreign particles can get into the lubrication groove in the plain bearing. The risk of the lubrication flow being blocked is thus significantly reduced. The lubrication flow is therefore blocked far less, which means that the probability of failure of the gear pump according to the invention is significantly lower.
Eine Ausführungsvariante der erfindungsgemässen Zahnradpumpe besteht darin, dass die erste Stegbreite mindestens 5% bis 20%, vorzugsweise 15%, der Gleitlagerlänge beträgt.A variant of the gear pump according to the invention consists in that the first web width is at least 5% to 20%, preferably 15%, of the plain bearing length.
Weitere Ausführungsvarianten der erfindungsgemässen Zahnradpumpe bestehen darin, dass die zweite Stegbreite mindestens 5% bis 15%, vorzugsweise 10%, der Gleitlagerlänge beträgt.Further embodiments of the gear pump according to the invention consist in that the second web width is at least 5% to 15%, preferably 10%, of the plain bearing length.
Noch weitere Ausführungsvarianten der erfindungsgemässen Zahnradpumpe bestehen darin, dass die Schmiertasche in Bezug auf eine durch die beiden Wellenachsen aufgespannte Ebene und in Rotationsrichtung der Zahnräder in einem Winkelbereich von 210° bis 315°, vorzugsweise bei 270°, beginnt.Still further embodiments of the gear pump according to the invention consist in that the lubrication pocket begins in an angular range of 210° to 315°, preferably at 270°, with respect to a plane spanned by the two shaft axes and in the direction of rotation of the gears.
Noch weitere Ausführungsvarianten der erfindungsgemässen Zahnradpumpe bestehen darin, dass die Schmiertasche in Bezug auf eine durch die beiden Wellenachsen aufgespannte Ebene und in Rotationsrichtung der Zahnräder in einem Winkelbereich von 300° bis 30°, vorzugsweise bei 355°, endet.Still further embodiments of the gear pump according to the invention consist in that the lubrication pocket ends in an angular range of 300° to 30°, preferably at 355°, with respect to a plane spanned by the two shaft axes and in the direction of rotation of the gears.
Noch weitere Ausführungsvarianten der erfindungsgemässen Zahnradpumpe bestehen darin, dass die Einspritzstelle in axialer Ausdehnung der Schmiertasche mittig in der Schmiertasche angeordnet ist.Still further embodiments of the gear pump according to the invention consist in that the injection point is arranged centrally in the lubricating pocket in the axial extension of the lubricating pocket.
Noch weitere Ausführungsvarianten der erfindungsgemässen Zahnradpumpe bestehen darin, dass die Einspritzstelle in Bezug auf eine durch die beiden Wellenachsen aufgespannte Ebene und in Rotationsrichtung der Zahnräder in einem Winkelbereich von 225° bis 315°, vorzugsweise in einem Winkelbereich von 240° bis 300°, vorzugsweise bei 270°, angeordnet ist.Still further embodiments of the gear pump according to the invention consist in that the injection point is arranged in relation to a plane spanned by the two shaft axes and in the direction of rotation of the gears in an angular range of 225° to 315°, preferably in an angular range of 240° to 300°, preferably at 270°.
Noch weitere Ausführungsvarianten der erfindungsgemässen Zahnradpumpe bestehen darin, dass die Schmiertasche im Bereich der Einspritzstelle am tiefsten ist.Still further embodiments of the gear pump according to the invention consist in that the lubrication pocket is deepest in the area of the injection point.
Noch weitere Ausführungsvarianten der erfindungsgemässen Zahnradpumpe bestehen darin, dass die Einspritzstelle, in Rotationsrichtung der Zahnräder gesehen, am Anfang der Schmiertasche angeordnet ist.Still further embodiments of the gear pump according to the invention consist in that the injection point, seen in the direction of rotation of the gears, is arranged at the beginning of the lubrication pocket.
Noch weitere Ausführungsvarianten der erfindungsgemässen Zahnradpumpe bestehen darin, dass die Schmiertasche, ausgehend von der Einspritzstelle und in Rotationsrichtung der Zahnräder gesehen, breiter ausgebildet ist.Still further embodiments of the gear pump according to the invention consist in that the lubrication pocket is wider, starting from the injection point and seen in the direction of rotation of the gears.
Noch weitere Ausführungsvarianten der erfindungsgemässen Zahnradpumpe bestehen darin, dass Querschnittsflächen der Schmiertasche, ausgehend von der Einspritzstelle und in Rotationsrichtung der Zahnräder gesehen, über 2/3 deren abgewickelten Länge gleich gross sind und dass Querschnittflächen der Schmiertasche über die restliche abgewickelte Länge bis zum Ende der Schmiertasche stetig abnehmend ausgebildet sind.Still further embodiments of the gear pump according to the invention consist in that cross-sectional areas of the lubrication pocket, starting from the injection point and viewed in the direction of rotation of the gears, are of equal size over 2/3 of their unrolled length and that cross-sectional areas of the lubrication pocket are continuously decreasing over the remaining unrolled length up to the end of the lubrication pocket.
Noch weitere Ausführungsvarianten der erfindungsgemässen Zahnradpumpe bestehen darin, dass eine Querschnittfläche der Bohrung gleich gross wie die Querschnittflächen der Schmiertasche in den ersten 2/3 der abgewickelten Länge der Schmiertasche ist.Still further embodiments of the gear pump according to the invention consist in that a cross-sectional area of the bore is equal to the cross-sectional areas of the lubrication pocket in the first 2/3 of the developed length of the lubrication pocket.
Noch weitere Ausführungsvarianten der erfindungsgemässen Zahnradpumpe bestehen darin, dass die Bohrung radial zu einem Aussendurchmesser des jeweiligen Gleitlagers angeordnet ist.Still further embodiments of the gear pump according to the invention consist in that the bore is arranged radially to an outer diameter of the respective plain bearing.
Noch weitere Ausführungsvarianten der erfindungsgemässen Zahnradpumpe bestehen darin, dass mindestens einer der Lagerzapfen zumindest über einen Teil seiner axialen Erstreckung einen Lagerzapfendurchmesser aufweist, der im Bereich von 90% bis 100% eines Fusskreisdurchmessers der Verzahnung des zugehörenden Zahnrades liegt.Still further embodiments of the gear pump according to the invention consist in that at least one of the bearing journals has, at least over part of its axial extent, a bearing journal diameter which lies in the range of 90% to 100% of a root circle diameter of the toothing of the associated gear.
Schliesslich umfasst die vorliegende Erfindung eine Verwendung der Zahnradpumpe nach einer oder mehrerer der vorstehend genannten Ausführungsvarianten zur Förderung von hochviskosen Fördermedien, wie Polymer, mit einem Massenprozentanteil von Füllstoffen (z.B. Titandioxid TiO2, Calciumcarbonat, Holzmehl, Stein, Kreide, Talg, Talkum, Silicate, Kohlenstoffe, insbesondere in Form von Russ) von über 60% an der Gesamtmasse des Fördermedium.Finally, the present invention includes a use of the gear pump according to one or more of the above-mentioned embodiments for conveying highly viscous conveying media, such as polymer, with a mass percentage of fillers (eg titanium dioxide TiO 2 , calcium carbonate, wood flour, stone, chalk, tallow, talc, silicates, carbons, in particular in the form of soot) of more than 60% of the total mass of the conveying medium.
Ebenfalls umfasst die vorliegende Erfindung eine Verwendung der Zahnradpumpe nach einer oder mehrerer der vorstehend genannten Ausführungsvarianten zur Förderung von Fördermedien mit geringer Viskosität (grösser gleich einer Pascalsekunde), sowie fremdpartikelbeladene Polymerschmelzen, bei denen die Fremdpartikel eine Grösse aufweisen, die gleich oder grösser als der Minimalschmierfilm im Gleitlager ist.The present invention also includes a use of the gear pump according to one or more of the above-mentioned embodiments for conveying conveying media with low viscosity (greater than or equal to one Pascal second), as well as polymer melts loaded with foreign particles, in which the foreign particles have a size that is equal to or larger than the minimum lubricating film in the plain bearing.
Die erwähnten Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung lassen sich in beliebiger Reihenfolge kombinieren. Lediglich diejenigen Kombinationen von Ausführungsvarianten sind ausgeschlossen, die durch die Kombination zu einem Widerspruch führen würden.The mentioned embodiments of the present invention can be combined in any order. Only those combinations of embodiments are excluded which would lead to a contradiction as a result of the combination.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachstehend anhand von Figuren noch näher erläutert. Diese dienen lediglich zur Erläuterung und sind nicht einschränkend auszulegen. Es zeigen:
- Fig. 1
- ein bekanntes Zahnrad mit Lagerzapfen für eine erfindungsgemässe Zahnradpumpe in perspektivischer Darstellung,
- Fig. 2
- einen Schnitt durch ein erfindungsgemässes Gleitlager parallel zu einer Längsachse des Zahnrades mit Blick auf eine Bohrung mit Schmiertasche,
- Fig. 3
- einen teilweisen Schnitt quer durch das erfindungsgemässe Gleitlager im Bereich der Bohrung,
- Fig. 4
- einen Schnitt gemäss
Fig. 3 durch das erfindungsgemässe Gleitlager mit Winkelangaben zur Positionsbestimmung der Bohrung und der Schmiertasche und - Fig. 5
- eine graphische Darstellung des Querschnittverlaufs der erfindungsgemässen Schmiertasche in Funktion eines Rotationswinkels.
- Fig. 1
- a known gear with bearing pin for a gear pump according to the invention in perspective view,
- Fig. 2
- a section through a plain bearing according to the invention parallel to a longitudinal axis of the gear with a view of a bore with a lubrication pocket,
- Fig. 3
- a partial section through the plain bearing according to the invention in the area of the bore,
- Fig. 4
- a cut according to
Fig. 3 by the inventive plain bearing with angle specifications for determining the position of the bore and the lubrication pocket and - Fig. 5
- a graphical representation of the cross-sectional profile of the lubrication pocket according to the invention as a function of a rotation angle.
Im Gegensatz zum bewährten Prinzip der Lagerschmierung mittels Fördermedium, welches durch Nuten in die Gleitlager geleitet wird (siehe beispielsweise
Wie bereits aus
Ferner ist die Schmiertasche 2 auf der anderen Lagerseite zu einer zweiten Stirnfläche 8 (auch etwa als Lageraussenseite bezeichnet), die gegenüber der Zahnrad-seitigen Stirnfläche 7 des Gleitlagers 3 liegt, um einen zweiten Abstand d2 beabstandet, so dass ein zweiter Steg 12 vorhanden ist, der eine zweite Stegbreite D2 aufweist, wobei diese wiederum kleiner ist als der zweite Abstand d2, denn ein Übergang von der Gleitfläche des Gleitlagers 3 auf die zweite Stirnfläche 8 des Gleitlagers 3 wird wiederum nicht zum zweiten Steg 12 gezählt. Es hat sich gezeigt, dass die Stegbreite D2 5 bis 15%, vorzugsweise 10% der Gleitlagerlänge L betragen soll. Zu beachten ist auch hier, dass es sich bei der Stegbreite D2 um eine Minimalangabe handelt, d.h. ein Lageraussenseite-seitiger Rand der Schmiertasche 2 muss nicht parallel zur Lageraussenseite verlaufen. Zudem ist es nicht zwingend notwendig, dass die Schmiertasche 2 überhaupt die minimale Stegbreite D2 einnimmt.Furthermore, the
Damit ist eine maximale axiale Ausdehnung (in Bezug auf die Wellenachse) der Schmiertasche 2 durch die vorstehenden Definitionen des ersten und zweiten Steges 11 bzw. 12 festgelegt. Eine maximale Ausdehnung der Schmiertasche 2 entlang der Gleitfläche des Gleitlagers 3 wird im Folgenden anhand von
Anhand von
Aus den vorstehenden Winkelangaben ergibt sich, dass sich die Einspritzstelle 13 nicht zwingend unmittelbar nach dem Startwinkel α befinden muss, auch wenn dies vorzugsweise so vorgesehen ist. Denkbar ist vielmehr, dass die Einspritzstelle 13 - unter Berücksichtigung der vorstehend genannten Bedingungen an den Winkelbereich für die Einspritzstelle 13 und die Ausdehnung der Schmiertasche 13 - an beliebiger Stelle sein kann, insbesondere auch im Bereich des Endwinkels β.From the above angle specifications it follows that the
Während die Position der Einspritzstelle 13 hinlänglich definiert ist, ist die dazugehörende Bohrung 4 beispielsweise als radiale Bohrung 4 durch das Gleitlager 3 ausgeführt. Denkbar ist jedoch eine beliebiger Bohrrichtung durch das Gleitlager 3 zur Einspritzstelle 13.While the position of the
Damit ist - nunmehr wiederum mit Blick auf
Wie bereits kurz im Zusammenhang mit Erläuterungen der
Wie bereits erwähnt worden ist, kann sich die Einspritzstelle 13 an beliebiger Stelle innerhalb des maximalen Rahmens 20 (
Im Gegensatz zum bewährten Prinzip der Lagerschmierung mittels Fördermedium, welches durch Nuten in die Gleitlager gemäss dem Stand der Technik geleitet wird, wird neu ein sauberes, fremdstoffarmes Schmiermedium zum Schmierfilmaufbau von einem separaten externen Fördereinrichtung, die beispielsweise ein Extruder oder wiederum eine Zahnradpumpe sein kann, bereitgestellt und in das Gleitlager 3 gepresst. Auf diese Weise ist der Schmierfilmaufbau weitestgehend unabhängig von den schmierfilmaufbauenden Eigenschaften des Fördermediums, da diese Aufgabe von einem geeigneten, sauberen und vor allem fremdstoffarmen Schmiermedium übernommen wird. Es wird ausdrücklich auf den Vorteil verwiesen, dass dieses externe Schmiermedium zum Schmierfilmaufbau von dem Fördermedium verschieden sein kann. Allerdings muss das Schmiermedium derart gewählt werden, dass es sich mit dem Schmiermedium verträgt, da sich das Schmiermedium mit dem Fördermedium in der Folge, d.h. nach dem Austritt aus dem Gleitlagerspalt, vermischt.In contrast to the proven principle of bearing lubrication using a conveying medium, which is fed through grooves into the plain bearings according to the state of the art, a clean, low-impurity lubricating medium is now supplied to build up the lubricating film from a separate external Conveying device, which can be an extruder or a gear pump, for example, and pressed into the
Erfindungsgemäss wird die Geometrie des Gleitlagers 3 und die Gestaltung der Schmiertasche 2 im Gleitlager 3 so gestaltet, dass für die hydrodynamischen Gleitlager 3 eine möglichst geringe Menge des Schmiermediums erforderlich ist. Gleichzeitig muss das Design des Gleitlagers 3 und die Geometrie der Schmiertasche 2 sicherstellen, dass möglichst wenig verschmutztes Fördermedium aus dem Hauptförderstrom in das Gleitlager 3 gelangt, da ansonsten die guten Schmiereigenschaften des sauberen extern zugeführten Schmiermediums nicht genutzt werden können. Durch geeignete Wahl der Geometrie für das Gleitlager 3 und der Gestaltung der Schmiertasche 2 wird dabei gesorgt, dass ohne zusätzliche Komponenten in der Zahnradpumpe selber (wie beispielsweise eine Wellenabdichtung etc.) das verschmutzte Fördermedium weitgehend aus dem Schmierspalt der Gleitlager 3 ferngehalten wird.According to the invention, the geometry of the
In Weiterentwicklung der vorstehenden Ausführungen wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung auch vorzüglich für kritische Anwendungen eingesetzt werden kann, bei denen zwar keine Fremdpartikel im Fördermedium enthalten sind, aber dennoch ein sehr dünner Schmierfilm im Gleitlager gewünscht ist, wenn also das Fördermedium einen solchen dünnen Schmierfilm nicht zulässt.In further development of the above statements, it is expressly pointed out that the present invention can also be used excellently for critical applications in which no foreign particles are contained in the conveying medium, but a very thin lubricating film is nevertheless desired in the plain bearing, i.e. when the conveying medium does not permit such a thin lubricating film.
- 11
- Zahnradgear
- 22
- Schmiertaschelubrication pocket
- 33
- Gleitlagerplain bearings
- 44
- Bohrungdrilling
- 5,65.6
- Lagerzapfenbearing journals
- 77
- Lagerinnenseite; Zahnrad-seitige Stirnfläche; ZahnradstirnseiteBearing inside; Gear side face; Gear face
- 88
- Lageraussenseite; Stirnfläche, die gegenüber der Zahnrad-seitigen Stirnfläche liegt; LagerstirnseiteBearing outer side; face opposite the gear side face; bearing face
- 99
- Wellenachseshaft axis
- 1010
- Winkelbezugsebeneangular reference plane
- 1111
- erster Stegfirst bridge
- 1212
- zweiter Stegsecond bridge
- 1313
- Einspritzstelleinjection point
- 1414
- Sehnenflächetendon surface
- 1515
- Austrittskantetrailing edge
- 1616
- Startkantestarting edge
- 2020
- maximaler Rahmenmaximum frame
- 2121
- Grenzlinieborder line
- RR
- Rotationsrichtung der Welledirection of rotation of the shaft
- rr
- Rotationswinkelrotation angle
- αα
- Startwinkelstarting angle
- ββ
- Endwinkelend angle
- δδ
- Einspritzstellenwinkelinjection point angle
- DLDL
- Lagerzapfendurchmesserbearing journal diameter
- DFDF
- Fusskreisdurchmesserroot diameter
- LL
- Gleitlagerlängeplain bearing length
- Querschnittsflächecross-sectional area
- d1d1
- erster Abstand der Schmiertasche von der Zahnrad-seitigen Stirnseite des Gleitlagersfirst distance of the lubrication pocket from the gear-side face of the plain bearing
- d2d2
- zweiter Abstand der Schmiertasche von der gegenüberliegenden Seite zur Zahnrad-seitigen Stirnseite des Gleitlagerssecond distance of the lubrication pocket from the opposite side to the gear-side face of the plain bearing
- D1D1
- erste Stegbreitefirst web width
- D2D2
- zweite Stegbreitesecond web width
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