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DE602004006827T2 - Gekrümmte Zähne für Zahnradpumpe - Google Patents

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Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Gebiet der Erfindung
  • Diese Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe zum Zuführen eines Elastomermaterials zu einem Extrudierwerkzeug, das Bauteile zum Bauen eines Reifens verschafft. Die Zahnradpumpe dieser Erfindung ist besonders nützlich beim Minimieren des Temperaturgefälles über die Außenseite der Zahnräder und Vermeiden von bei Pfeilzähnen erfahrenen Druckspitzen. Das gepumpte Material wird auch dosiert, ohne Pulsationen, wie die während des Abladens einer Zahnradpumpe mit Geradstirnradzähnen erfahrenen, zu verursachen.
  • Beschreibung der verwandten Technik
  • Zahnradpumpen, wie die in US-A- 5,267,847 gezeigten, sind zum Extrudieren von Kautschukstreifen für Reifenbauteile vorgeschlagen worden, wobei die Zahnräder Geradstirnräder sind. Die Geradstirnräder veranlassten, dass der Kautschuk mit Pulsationen aus der Zahnradpumpe ausgestoßen wird, die der Pumpwirkung der axial orientierten, beabstandeten Zahnradzähne entsprechen. Dies führt zu extrudierten Bauteilen, die nicht gleichförmig sind und die Spezifikationen zum Bauen von Reifen nicht erfüllen.
  • Es ist auch vorgeschlagen worden, Schraubenräder in einer Zahnradpumpe zu verwenden, um die Pulsationen zu reduzieren. Das Elastomermaterial wird jedoch auf eine Seite gedrückt, was zu einem Produkt führt, das auf einer Seite schwer ist und an der einen Seite eine höhere Temperatur hat als an der anderen Seite. Dieses Temperaturgefälle ist nicht wünschenswert, da die Viskosität des Kautschuks dann an einer Seite höher sein wird, was zu einer ungleichförmigen Extrusion des Bauteils führt.
  • Ein spielfreier Getriebemechanismus, wie der in US-A-5,636,550 beschriebene, ist zur Beseitung von Spiel in einer Zahnradantriebskette vorgeschlagen worden. Miteinander kämmende Zahnräder mit gekrümmten Zähnen sind in US-A- 5,533,825 auch für benachbarte Wellen vorgeschlagen worden. Zahnradpumpen mit Zahnrädern mit Pfeilverzahnung sind in US-A- 4,137,023 gezeigt. Die Zähne sind an scharfen zentralen Kanten aneinandergefügt, die hohe Druckspitzen verursachen, welche zu einem Temperaturanstieg des Elastomermaterials an den Mittelteilen des Bauteils führen, was ein ungleichförmiges Bauteil hervorrufen kann. Zahnradpumpen für geschmolzenes thermoplastisches Kunststoffmaterial sind in US-A- 5,458,474 dargestellt und beschrieben, die Zahnradzähne sind jedoch pfeilförmig und haben die scharfen zentralen Kanten, die Druckspitzen verursachen.
  • DE-A- 10148476 lehrt ein Zahnrad und eine Zahnradpumpe gemäß der Einleitung von Anspruch 1.
  • EP-A- 0812988 lehrt ein Plastifizierungsverfahren und eine Zahnradpumpe zur Elastomerextrusion. Die Zahnradpumpe hat zwei Zahnräder, die in einem Gehäuse mit Beschickungskanälen und einer gemeinsamen Extrusionsöffnung vorgesehen sind. Die Zahnräder haben Pfeilverzahnung.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Nach dieser Erfindung wird eine Zahnradpumpe verschafft, die eine Dosierkammer aufweist, welche ein Paar Zahnräder mit Pfeilverzahnung aufweist, wobei jeder der Zahnradzähne einen gekrümmten Mittelteil aufweist. Die Rotationsrichtung der Zahnräder ist so, dass der am dichtesten an der Mitte befindliche Teil jedes Zahns der erste Teil jedes Zahns ist, der in Eingriff tritt. Auf diese Weise wird das Elastomermaterial aus dem Raum zwischen den Zähnen herausgepresst, wenn die Zahnräder rotieren, und wird der Raum zwischen der Einlasskammer und der Auslasskammer verschlossen.
  • Damit das Elastomermaterial herausgepresst wird, ohne durch übermäßigen Druck beschädigt zu werden, sind die Zahnräder mit Pfeilverzahnung mit gekrümmten Mittelteilen versehen, die eine Umfangsbreite gleich mindestens der Hälfte der Teilung der Zahnradzähne haben. Dementsprechend findet, wenn die Zahnradzähne der einander gegenüberliegenden Zahnräder zusammenkommen, ein allmähliches Verschließen des Raums zwischen den Zahnradzähnen statt, um das gepumpte Material zu der Auslasskammer im Zahnradpumpengehäuse hin abzuleiten.
  • Auf diese Weise findet ein allmähliches Abladen des Materials zwischen den Zahnradzähnen statt, wenn die Zahnräder an der Auslasskammer in dem Zahnradpumpengehäuse vorbei rotieren. Auch wird der klemmende oder pulsierende Durchfluss des Materials erheblich minimiert.
  • Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Zahnrad für eine Zahnradpumpe gemäß Anspruch 1 verschafft.
  • Nach einem anderen Aspekt der Erfindung wird eine Zahnradpumpe zur Zufuhr von Elastomermaterial zu einem Extrudierwerkzeug, das Bauteile zum Bauen eines Reifens bereitstellt, gemäß Anspruch 3 verschafft.
  • Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Pumpen von Elastomermaterial durch eine Zahnradpumpe gemäß Anspruch 6 verschafft.
  • Weitere Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein Aufriss im Schnitt einer die Erfindung verkörpernden Zahnradpumpe.
  • 2 ist eine vergrößerte Endansicht eines der in 1 gezeigten Zahnräder.
  • 3 ist eine Seitenansicht des Zahnrads, genommen entlang der Ebene von Linie 3-3 in 2.
  • 4 ist eine Perspektivansicht der Zahnräder in miteinander kämmendem Eingriff, mit weggebrochenen Teilen.
  • Beschreibung der Ausführungsform
  • Bezugnehmend auf die Zeichnungen ist 1 eine Querschnittsansicht einer Zahnradpumpe 10 mit einem Gehäuse 12, das eine Einlasskammer 14, eine Auslasskammer 16 und eine Dosierkammer 18 enthält. Das Gehäuse 12 kann mit einer Quelle zur Zufuhr von Elastomermaterial 19, wie etwa einem Extruder 20 (nicht dargestellt) an der Einlasskammer verbunden sein. Die Auslasskammer 16 kann auch mit einem formenden Element, wie etwa einem Extrudierwerkzeug 21 oder anderem nichtflexiblen Mittel zum Formen eines Reifenbauteils 23 in Verbindung stehen. In dem Gehäuse 12 sind zwei Zahnräder 22, 24 in Kämmeingriff montiert. Die Zahnräder 22, 24 haben Wellen 26, 28, die rotierbar in dem Gehäuse 12 montiert sind, und eine der Wellen, oder beide Wellen, können angetrieben werden, um die Zahnräder 22, 24 so zu rotieren, dass das in die Einlasskammer 14 eingespeiste Elastomermaterial 19 durch die Dosierkammer 18 in die Auslasskammer 16 befördert wird.
  • Bezugnehmend auf die 2, 3 und 4 sind die Zahnräder 22, 24 detaillierter dargestellt. Eine Vielzahl von Pfeilzähnen 30 ist in Umfangsrichtung um den Umfang der Zahnräder 22, 24 herum beabstandet. Jeder der Zähne 30 hat eine generelle Pfeilform mit Wendel-Seitenteilen 32 und einem gekrümmten Mittelteil 34. Wie in den 2 und 3 gezeigt, sind die Zähne 30 um eine vorbestimmte Teilung P beabstandet. Der gekrümmte Mittelteil 34 erstreckt sich in Umfangsrichtung des Zahnrads über einen Abstand P/2 gleich mindestens 1/2 der Teilung P der Zähne 30. Dementsprechend werden die Zähne 30, wenn die Zahnräder 24 und 22 in Kämmeingriff stehen, in kontinuierlichem Kontakt sein und ein problemloses kontinuierliches Auspressen des elastischen Materials 19 aus den Räumen zwischen den Zähnen verschaffen, wie in 1 gezeigt. Das Elastomermaterial 19 wird nicht überhitzt und behält eine im Wesentlichen gleichförmige Temperatur, wenn es durch die Auslasskammer 16 in einen Extrudierwerkzeugkanal 36 des Extrudierwerkzeugs 21 bewegt wird.
  • Wie in 1 gezeigt, wird das Elastomermaterial 19 von Zähnen 30 des oberen Zahnrads 24 und Zähnen 30' des unteren Zahnrads 22 durch die Dosierkammer 18 in die Auslasskammer 16 befördert. Das Elastomermaterial 19 zwischen den Zähnen 30 und 30' wird aus den Nuten zwischen den Zähnen herausgepresst, wodurch es die Räume zwischen den Zahnrädern 22 und 24 abdichtet. Der Druck in der Auslasskammer 16 bewegt das Elastomermaterial dann durch das Extrudierwerkzeug 21 und den Extrudierwerkzeugkanal 36, wodurch ein Reifenbauteil zum Bauen eines Reifens geformt wird. Der Druck kann durch die Rotationsgeschwindigkeit der Zahnräder 22 und 24 geregelt werden.
  • Das der Zahnradpumpe 10 zugeführte Elastomermaterial 19 kann dadurch bereitgestellt werden, dass der Extrudier 20 auf einer Geschwindigkeit rotierbar ist, die genug Material auf einem vorbestimmten Druck bereitstellt, um die Einlasskammer 14 und die Räume zwischen den Zähnen 30, 30' zu füllen.
  • Die Zahnradzähne 30 und 30' können Querschnitte haben wie in 1 gezeigt, die identisch zu den Querschnitten von für Zahnradpumpen verwendeten Standard-Zahnrädern mit Geradverzahnung sind. Der Mittelteil 34 der Zahnradzähne 30, 30' kann durch Rotieren eines Querschnitts entlang einer Achse jedes der Zähne 30, 30' erzeugt sein.

Claims (6)

  1. Zahnrad für eine Zahnradpumpe (10), die eine Einlasskammer (14), eine Dosierkammer (18) und eine Auslasskammer (16) aufweist, wobei das Zahnrad sich in der Dosierkammer (18) befindet und ein Paar Pfeilzähne (30) aufweist, die mit einer vorbestimmten Teilung (P) voneinander beabstandet sind, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Zahnradzähne (30, 30') schraubenförmige Seitenteile (32) und einen gekrümmten Mittelteil (34), der die Seitenteile (32) verbindet, aufweist, und dadurch, dass jeder gekrümmte Mittelteil (34) sich in Umfangsrichtung des Zahnrads über einen Abstand gleich mindestens einer Hälfte der vorbestimmten Teilung (P) erstreckt, wodurch von der Zahnradpumpe (10) befördertes Material problemlos aus dem Raum zwischen den Zahnradzähnen (30, 30') an dem gekrümmten Teil (34) jedes der Zähne herauspressbar und dann axial auswärts und über die Zahnradzähne (30, 30') in die Auslasskammer (16) bewegbar ist.
  2. Zahnrad von Anspruch 2, weiter umfassend, dass der gekrümmte Mittelteil (34) jedes der Zähne (30, 30') durch Rotieren eines Querschnitts entlang einer Achse jedes der Zähne erzeugt wird.
  3. Zahnradpumpe (10) zur Zufuhr von Elastomermaterial zu einem Extrudierwerkzeug (21), das Bauteile zum Bauen eines Reifens verschafft, wobei die Zahnradpumpe (10) ein Gehäuse (12) mit einer Einlasskammer (14), einer Dosierkammer (18) und einer Auslasskammer (16), ein rotierbar in der Dosierkammer (18) montiertes Paar Zahnräder (22, 24), wobei jedes der Zahnräder (22, 24) eine Vielzahl von Pfeilzähnen (30, 30') aufweist, die mit einer vorbestimmten Teilung (P) zum Kämmeingriff mit Zahnradzähnen (30, 30') des anderen der Zahnräder (22, 24) beabstandet sind, und Mittel zum Rotieren der Zahnräder (22, 24) aufweist, um das Elastomermaterial von der Einlasskammer (14) durch die Dosierkammer (18) in die Auslasskammer (16) zu befördern und um den Raum zwischen der Auslasskammer (16) und der Einlasskammer (14) bei dem Kämmeingriff der Zahnradzähne (30, 30') des Paars von Zahnrädern (22, 24) abzudichten, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Zahnradzähne (30, 30') schraubenförmige Seitenteile (32) und einen gekrümmten Mittelteil (34), der die Seitenteile (32) verbindet, aufweist, wobei jeder gekrümmte Mittelteil (34) sich in Umfangsrichtung des Zahnrads über einen Abstand gleich mindestens einer Hälfte der vorbestimmten Teilung (P) erstreckt.
  4. Zahnradpumpe von Anspruch 1, weiter eine Einlassöffnung in der Einlasskammer (14) zur Aufnahme des Elastomermaterials umfassend, um die Einlasskammer (14) während des Betriebs der Zahnradpumpe (10) zu füllen.
  5. Zahnradpumpe von Anspruch 4, weiterhin einen Extrudierwerkzeugkanal (36) in der Auslasskammer (16) des Extrudierwerkzeugs (21) zur Zufuhr von Elastomermaterial mit einem gewünschten Querschnitt umfassend.
  6. Verfahren zum Pumpen von Elastomermaterial durch eine Zahnradpumpe (10), die eine Einlasskammer (14), eine Auslasskammer (16) und eine Dosierkammer (18), ein Paar Zahnräder (22, 24) mit Pfeilgetriebezähnen (30, 30'), die mit einer vorbestimmten Teilung (P) in der Dosierkammer (18) angeordnet sind, wobei jeder der Zähne (30, 30') schraubenförmige Seitenteile (32) und einen gekrümmten Mittelteil (34) hat, wobei das Verfahren das Zuführen des Materials unter Druck in die Einlasskammer (14), Rotieren der Zahnräder (22, 24), um das Material durch die Dosierkammer (18) in die Auslasskammer (16) zu befördern und das Material aus dem Raum zwischen den miteinander kämmenden Zahnradzähnen (30, 30') an dem gekrümmten Mittelteil (34) jedes der Zahnräder (22, 24) und dann über die Zahnradzähne (30, 30') problemlos in die Auslasskammer (16) herauszupressen, da die Zahnradzähne (30, 30') den Raum zwischen der Auslasskammer (16) und der Einlasskammer (14) abdichten, umfasst, wobei die Pfeilzähne (30, 30') der Zahnräder (22, 24) für Kämmeingriff um eine vorbestimmte Teilung (P) voneinander beabstandet sind, wobei der gekrümmte Mittelteil (34) jedes der Zähne (30, 30') sich in Umfangsrichtung des Zahnrads (22, 24) über einen Abstand gleich mindestens einer Hälfte der vorbestimmten Teilung (P) erstreckt, um einen kontinuierlichen Auspresskontakt zwischen den Zähnen (30, 30') des Paars von Zahnrädern (22, 24) zu verschaffen, wenn letztere rotieren, um das Material zu der Auslasskammer (16) zuzuführen.
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