DE815000C

DE815000C - Zahnradmesspumpe

Info

Publication number: DE815000C
Application number: DEP475A
Authority: DE
Inventors: Donald Robert Hull; Nelson Hall Tate
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1949-01-04
Filing date: 1949-12-22
Publication date: 1951-09-27

Description

Zahnradmeßpumpe

1>ie Erüiidun- bezieht sich auf Verbesserungen

an l'riizisirnisftü"igkeitsförcierl>umpen und insbe-

sc.nderc auf Verbesserungen an umlaufenden Meß-

pumpen der Zahnradbauart, wie sie zur Förderung

von Doppelströmen einer viskosen Flüssigkeit mit

im wesentlichen konstanterGeschwindigkeit brauch-

har Sind.

Präzisionsumlaufpumpen und insbesondere Prä-

zisiotiszalinradl>uinlien finden in der Kunstseiden-

industrie seit langem zum Pumpen und zur Zutei-

lung fadenbildender Verbindungen zu Spinndüsen

11. dgl. Verwendung. Solche Pumpen sind in der

Lage, viskose Massen mit großer Genauigkeit in

gleichbleibender Menge je Zeiteinheit zu liefern.

1'riicisiollslltlmlien dieser Art und ihre zugehörigen

Antriehsinittel sind jedoch :ehr kostspielig und er-

fordern hohe Unterhaltungskosten, und wenn für jede Spinnstelle eine besondere Pumpe vorgesehen wird, so ist der Raumbedarf ebenfalls von wesentlicher Bedeutung.

Zum Zwecke der Raumersparnis war es bisher im allgemeinen üblich, die Pumpenfördermenge aufzuteilen oder sich zur Lieferung von zwei Strömen der zuzuteilenden Flüssigkeit einer einzigen Pumpe zu bedienen. lm allgemeinen wurde dieses Verfahren auf zwei Wegen durchgeführt. Der eine Weg besteht darin, drei oder mehrere miteinander kämmende Zahnräder zu verwenden, die so angeordnet sind, daß eine Mehrzahl von Strömen der zu fördernden Masse geliefert wird. Bei Benutzung des anderen Weges kommt ein Paar miteinander käniinenderZahnräder in Verbindung mit einem üblichen Ausstoßkanal und einem zweiten Auslaß für die zu fördernde Flüssigkeit oder Masse zur Anwendung, wobei dieser zweite Auslaß aus Öffnungen besteht, die am Fuße eines jeden Zahnes des getriebenen Zahnrades angeordnet sind. Wenn nun die Zahnräder ineinandergreifen, so wird der zwischen den Zähnen befindliche Flüssigkeitsteil in die Ausläßöffnungen gedrückt, und zwar etwa in der Weise, wie ein Kolben eine Flüssigkeit aus dem Zylinder herausdrückt, indem er sich bewegt. Die Auslaßöffnungen stehen ihrerseits mit der Hohlwelle des getriebenen Zahnrades in Verbindung, so daß die Flüssigkeit durch diese Hohlwelle gefördert und alsdann einer geeigneten Speiseleitung zugeführt wird. Infolge der für gewöhnlich viskosen Natur von Spinnmassen haben sich solche Pumpenausführungen zur Förderung gleicher Materialmengen zu jeder der formgebenden Vorrichtungen jedoch nicht bewährt. Außerdem weist der durch den zweiten Auslaß gelieferte Materialstrom so starke Pulsationserscheinungen auf, daß man .beim Spinnen einen sehr ungleichmäßigen Faden erhält. Infolgedessen.war es erforderlich, für jede Spinnstelle Einzelpumpen vorzusehen, die mit einem gemeinsamen Antrieb in jeweils gesonderter Getriebeverbindung standen.
Aufgabe der Erfindung ist nun die Schaffung einer verbesserten nach der Zahnradbauart ausgebildeten Umlaufmeß- oder -zuteilpumpe. Eine weitere Aufgabe ist die Schaffung einer umlaufenden Meß- oder Zuteilpumpe der Zahnradbauart, welche zwei Ströme einer viskosen Flüssigkeit mit im wesentlichen gleichmäßiger Geschwindigkeit bzw. Fördermenge liefert.
Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Präzisionsmeß- oder -zuteilpumpe von gedrängter Bauart zur gleichzeitigen Förderung von fadenbildendem Material zu zwei Spinnstellen.
Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Umlaufmeß- oder -zuteilpumpe der Zahnradbauart, durch die sich eine Ersparnis an Raumbedarf, an Anlage- und Unterhaltungskosten ergibt.
Eine beispielsweise Ausführungsform einer die vorstehenden Aufgaben erfüllenden Pumpe gemäß der Erfindung zeigt die Zeichnung, und zwar ist Fig. i eine Seitenansicht der Pumpe, die die Zusammenstellung der das Zahnradpumpengehäuse bildenden Platten darstellt, Fig.'2 eine Ansicht der Vorderseite des Zahnradpumpengehäuses nach Fig. i, Fig. 3 ein senkrechter Schnitt nach Linie 3-3 in Fig. 7 durch die Platte, welche die umschließende Wand der die Flüssigkeit fördernden Zahnräder bildet, Fig.4 eine Ansicht der Mittelplatte der das Zahnrad'pumpengehäuse bildenden Plattengruppe, Fig. 5 eine Seitenansicht der Mittelplatte der das Zahnradpumpengehäuse bildenden Plattengruppe, Fig. 6 ein senkrechter Schnitt nach Linie i-i in Fig. 2, Fig. 7 ein waagerechter Schnitt nach Linie 2-2 in Fig. 2 und Fig. 8 eine teilweise im Schnitt gezeigte Einzeldarstellung der festen Achse der Zahnradpumpe.
Gemäß Fig. i besteht die das Zahnradpumpengehäuse bildende Gruppe aus einer Vorderplatte i, die Zahnräder aufnehmenden Zwischenplatten 2 und 4, einer Mittelplatte 3 und einer Hinterplatt,. 5. Diese fünf Platten werden zweckmäßig durch Bolzen oder Schrauben zusammengehalten, wie man dies der Fig.6 entnehmen kann. Ein miteinander kämmendes, die Flüssigkeit förderndes Zahnradpaar, bestehend aus einem treibenden Zahnrad 6 und einem getriebenen Zahnrad 7, ist in im wesentlichen kreisförmigen Öffnungen 8 und 9 (Fig. 3 und 7) in der Platte 2 zwischen der Vorderplatte i und der Mittelplatte 3 angeordnet. Ein zweites Paar von miteinander kämmenden und flüssigkeitsfördernden Zahnrädern, bestehend aus einem treibenden Zahnrad io und einem getriebenen Zahnrad i i, ist i11 gleicher Weise in den Öffnungen 12 und 13 in der Platte 4 zwischen der Mittelplatte 3 und der Hinterplatte 5 vorgesehen. Man kann auch jedes Paar der miteinander kämmenden Zahnräder innerhalb einer Platte unterbringen, die als Zahnradaufnahmeplatte und als eine Seitenplatte dient, wodurch man eine Gehäuseanordnung aus drei Platten statt aus fünf Platten erhält. Die treibenden Zahnräder 6 und io sind auf einer geteilten Antriebswelle 14 aufgekeilt oder anderweitig befestigt. Die Antriebswelle 14 wird durch beliebige nicht dargestellte Mittel mit konstanter Geschwindigkeit gedreht und ist in Lagern 15, 16 bzw. 17 in den Platten 1, 3 bzw. 5 gelagert. Die angetriebenen Zahnräder 7 und i i sind frei drehbar auf einer festen Achse 18 angeordnet, die in Öffnungen 19, 20 bzw. 21 in den Platten 1, 3 bzw. 5 eingepaßt ist. Durch die einander überdeckenden Öffnungen 22 und 23 in den Platten i bzw. 3 und die bogenförmigen Ausnehmungen (Ausnehmung 24 in Fig. 3) in den Platten 2 bzw. 4 wird ein Flüssigkeitseinlaßkanal an der Einlauf- oder Unterdruckseite jedes Paares miteinander kämmender Zahnräder gebildet.
An der Förder- Ader Hochdruckseite der miteinander im Eingriff stehenden Zahnräder 6 und 7 ist ein Flüssigkeitsauslauf vorgesehen, der aus der bogenförmigen, gegenüber der Öffnung 24 kleineren Ausnehmung 25 besteht, die in der Platte 2 angeordnet ist und mit dem Durchlaß 26 in der Platte i in Verbindung steht. Ein an der Förderseite des Zahnräderpaares io und i i vorhandener Auslaß besteht aus einer bogenförmigen Ausnehmung in der Platte 4, entsprechend der Ausnehmung 25 in der Platte 2. Die in der Platte 4 befindliche Ausnehmung mündet in einen Verbindungskanal 27 in der Platte 3, welcher seinerseits mit einem Kanal 28 in der Achse 18 (Fig. 8) in Verbindung steht.
Im Betrieb tritt die von der Pumpe zu fördernde Flüssigkeit entweder unter der Schwerkraft oder unter der Wirkung einer Zubringerpumpe in die Einlaßöffnung 22 ein und strömt durch die Platte i zu der Niederdruck- oder Einlaßseite 24 der Zahnräder 6 und 7 und durch den Kanal 23 in der Platte 3 zu der Niederdruck- oder Einlaßseite der Zahnräder io und 11. Ein Tei) dieser Flüssigkeit wird von den miteinander kämmenden Zahnrädern 6 und 7 erfaßt und an den Wänden der Öffnungen 8 und 9 entlang zu der Hochdruck- oder Auslaßseite dieser Zahnräder befördert, von wo die Flüssigkeit durch den Kanal 26 in der Vorderplatte fließt und einer geeigneten Spinnvorrichtung zugeführt wird. Der Rest der auf der Einlaßseite der Pumpe befindlichen Flüssigkeit wird von den Zahnrädern io und i i erfaßt und in den zwischen den Zähnen befindlichen Taschen entlang den Wänden der Öffnungen 12 und 13 zu der Hochdruckseite der Zahnräder io und i i befördert, von wo die Flüssigkeit durch die Kanäle 27 und 28' aus der Pumpe herausgedrückt und einer zweiten Spinnvorrichtung zugeleitet wird. Die in die Pumpe eingebrachte Flüssigkeit wird also von dieser in zwei im wesentlichen gleichen und unabhängigen Strömen abgegeben.
Das folgende Beispiel dient einer weiteren Erläuterung der Arbeitsweise und' der bevorzugten Anwendung der Pumpe gemäß der Erfindung.
Geschmolzenes Polyhexamethylenadipinsäureamid mit einer relativen Viskosität von etwa 35 wird unter einem Druck von etwa 1,4 at bei 275° dem Eimaß 22 der beschriebenen Pumpe zugeführt. Die arbeitende Pumpe liefert zwei gleiche genau abgemessene Ströme von i,i g der Schmelze pro Pumpenumdrehung, wie dies vorstehend beschrieben ist. Die beiden aus den Auslaßkanälen ausgestoßenen Ströme des geschmolzenen Polymers werden beide unter einem Druck von etwa 14o at durch eine geeignete Filtervorrichtung hindurch zwei 2o-Loch-Spinndüsen, und zwar je mit einer Förderleistung von 22,07 g/Min. des Polymers zugeleitet. Jede Spinndüse liefert ein gleichmäßiges 24o-Denier-2o-Faden-Garn in einer Menge von 896 m/Min. Beide Garne sind in jeder Hinsicht gleich.
Eine Pumpe der beschriebenen Art ist besonders für Schmelzspinnverfaliren geeignet, die mit synthetischen linearen Polyamiden arbeiten. Dies deshalb, weil die Pumpe in der Lage ist, sehr viskose Flüssigkeiten mit hohen Drücken zu fördern. Selbstverständlich läßt sich die Pumpe aber auch ebensogut zur Förderung weniger viskoser Flüssigkeiten bei niedrigeren Drücken verwenden. Als Beispiele einiger fadenbildender 'Massen, die mit Hilfe einer solchen Pumpe entweder in geschmolzenem Zustande oder in Form von Lösungen gefördert werden können, seien erwähnt synthetische lineare Polyamide, Polyester, Polyäther, Polyacetale und Polyester-Amid-Mischungen, wie sie durch Kondensationsreaktionen gemäß der amerikanischen Patentschrift 207125o hergestellt werden können, oder andere synthetische Polymere, wie z. B. Äthylenpolymere, Vinylpolymere, wie z. B. Polystyrol und Polyakrylonitril, Polyakrylsäurederivate, Lösungen von Celluloseestern oder cellulosehaltige Lösungen, wie z. 13. Viskose oder Kupferammoniumcellulose 1i. dgl.
Im allgemeinen arbeitet die Pumpe gemäß der Erfindung in wirksamer Weise mit Flüssigkeiten, wie z. B. Lösungen oder Schmelzen von fadenbildenden Massen mit einer Viskosität von 25 Poisen oder mehr. Nylonschmelzen voll 3000 Poisen und noch höherer Viskosität können mit Hilfe der Pumpe ohne weiteres abgemessen bzw. zugeteilt werden. Eine Begrenzung hinsichtlich des Viskositätshöchstwertes ergibt sich nur insofern, daß die Flüssigkeit fließfähig sein muß bzw. daß man sie in die Pumpe einbringen kann. Wenn es sich um die Auspressung von film- oder fadenbildenden Massen bei hohen Temperaturen handelt und insbesondere dann, wenn die Massen bei diesen Temperaturen korrodierende Eigenschaften haben, wenn also z. B. Schmelzen von polymeren Stoffen, wie etwa synthetischen linearen Polyamiden, durch Öffnungen ausgepreßt werden sollen, ist die Wahl eines geeigneten Baumaterials für die Pumpen gemäß der Erfindung von wesentlicher Bedeutung. Für diese Zwecke müssen diese Baustoffe insbesondere Korrosionsfestigkeit, Abriebfestigkeit und Verschleißfestigkeit und eine geringe Wärmeausdehnung aufweisen, nachdem die Teile, welche zum Aufbau der Pumpe dienen, wärmebehandelt worden sind. Es hat sich gezeigt, daß für bestimmte Zwecke, wie z. B. zum Schmelzspinnen von Nylon, diese Kombination von Eigenschaften am besten dadurch erzielt werden kann, daß man Stähle wählt, die etwa io bis 16 % Chrom und i bis 1,6 % Kohlenstoff zusammen mit anderen Zusatzelementen, wie z. B. Kobalt, Vanadium und Molybdän, enthalten. Andere geeignete Stähle sind z. B. luftgehärtete Matrizenstähle und nitrierte stickstoffhaltige Legierungen, bei denen ein Kombinationen von Chrom, Molybdän und Vanadium mit geringen Zusatzmengen von Nickel, Kobalt oder Aluminium enthaltender Stahl in einer nitrierenden Atmosphäre erhitzt wird, um so eine Einsatzhärtung zu erzielen. Nicht auf Eisenbasis aufgebaute Legierungen, die temperaturbeständig sind, wie z. B. Stellit (eine handelsübliche Legierung aus Chrom, Molybdän, Nickel und Eisen) sind ebenfalls brauchbar.
Es hat sich als zweckmäßig herausgestellt, eine Wärmebehandlung der maschinell hergestellten Teile vorzunehmen, so daß jegliche Neigung der Teile sich im Betrieb zu verziehen oder zu verbiegen, wodurch Klemmerscheinungen oder Leckagen auftreten könnten, möglichst unterbunden wird. Die weitgehende Beseitigung des Verziehens oder Verbiegens der Teile im Betrieb kann man dadurch erzielen, daß man die Teile von der Härtetemperatur aus in Luft oder durch Eintauchen in 01 schnell abkühlt und an dieses Abkühlen sofort eine Streck- oder Wärmebehandlung in dem oberen Temperaturbereich des Intervalls von 317 bis 649°, zweckmäßig in dem Bereich von etwa 428 bis 538°, anschließt.
Obwohl die Pumpe gemäß der Erfindung in Verbindung mit dem Auspressen von film- oder fadenbildenden Massen durch Öffnungen beschrieben worden ist, ist die Pumpe auch zum Messen und Zuteilen der zu bearbeitenden Massen beim Spinnen von Borsten und beim Überziehen von Draht usw. verwendbar. Die Vorteile der Pumpe gemäß der Erfindung liegen auf der Hand, da es unter Verwendung einer einzigen angetriebenen Welle und einer einzigen Flüssigkeitsspeiseleitung möglich ist, eine gleichmäßige Förderung zu zwei die Formgebungsarbeit leistenden Vorrichtungen zu erhalten.
Erzielt wird' dies mittels einer billigen Vorrichtung von gedrängter Bauart, deren Unterhaltungskosten weit geringer sind als diejenigen zweier Pumpen. Auch der Kraftverbrauch ist niedriger. Außerdem bewirken die bekannten Pumpen, welche gewöhnlich dazu verwendet werden, um zwei gleiche Flüssigkeitsströme zu liefern, wie z. B. Pumpen mit drei Zahnrädern, keine so genaue Messung und Zuteilung wie Pumpen gemäß der Erfindung. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß eine Pumpe gemäß der Erfindung aus weniger Teilen besteht und daß die Teile alle eine übliche Ausbildung haben.
Das beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung kann Abänderungen erfahren, ohne daß damit der Rahmen der Erfindung erlassen wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Zahnradmeß- oder -zuteilpumpe, insbesondere zur gleichmäßigen Förderung viskoser Flüssigkeiten, gekennzeichnet durch zwei in getrennten Gehäusen angeordnete Sätze flüssigkeitsfördernder Zahnräder, wobei jeder Satz aus einem auf einer Antriebswelle befestigten flüssigkeitsfördernden antreibenden Zahnrad und einem damit kämmenden flüssigkeitsfördernden, frei drehbar auf einer festen Achse angeordneten getriebenen Zahnrad besteht und die Antriebswelle und die feste Achse beiden Zahnradsätzen gemeinsam sind.
2. Pumpe nach Anspruch i, gekennzeichnet durch einen beiden Zahnradsätzen gemeinsamen Flüssigkeitseinlaß und getrennte Flüssigkeitsauslässe für jeden Zahnradsatz zwecks gleichzeitiger Lieferung von zwei Flüssigkeitsströmen.
3. Pumpe nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die getrennten Gehäuse für jedes Zahnradpaar aus Vorder-, Hinter- und jedes Zahnradpaar umschließenden Wänden bestehen. .
4. Pumpe nach Anspruch i, 2 oder 3, gekennzeichnet durch einen Flüssigkeitsstrom von einer gemeinsamen Quelle zu den Zahnrädern führende Einlaßöffnungen in der Vorderwand jedes Gehäuses, eine Öffnung in der Vorderwand des Gehäuses für das erste Zahnradpaar, wodurch die von diesem Zahnradpaar geförderte Flüssigkeit ausgestoßen wird und einem Kanal in der festen Achse zum Ausstoß der von dem zweiten Zahnradpaar geförderten Flüssigkeit, so daß die aus einer gemeinsamen Quelle kommende Flüssigkeit von der Pumpe in zwei unabhängigen Strömen abgegeben wird.
5. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gesamtgehäuse der Zalinräderanordnung aus einer Vorderwandplatte für das Gehäuse des ersten Zahnrädersatzes, einer zweiten, die Umfangswand des Gehäuses für den ersten Zahnrädersatz bildenden ausgeschnittenen Platte, einer dritten, als Hinterwand des Gehäuses des ersten Zahnrädersatzes und als Vorderwand des Gehäuses für den anderen Zalinrädersatz dienenden Platte, einer vierten, die Umfangssand des Gehäuses für den zweiten Zahnrädersatz bildenden ausgeschnittenen Platte, und einer Rückwandplatte für das Gehäuse des zweiten Zahnrädersatzes besteht, daß die Vorderplatte die dritte Platte und die Rückwandplatte fluchtende Öffnungen haben, durch die die Antriebswelle und die feste Achse hindurchgehen, und daß die Vorderplatte und die dritte Platte mit fluchtenden Öffnungen versehen sind, durch die die Flüssigkeit zu den Zahnrädern strömen kann, während sich in der Vorderplatte eine weitere Öffnung für den Ausstoß der von dem ersten Zahnradsatz gelieferten Flüssigkeit befindet und Flüssigkeitsauslaßmittel für die von dem zweiten Zahnrädersatz gelieferte Flüssigkeit vorgesehen sind, die aus einem von den Zahnrädern des zweiten Satzes zu einer innerhall> der festen Achse verlaufenden und an deren Ende ausmündenden Bohrung führenden, in der dritten Platte untergebrachten Kanal bestehen.