DE2908955C2 - - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
- F04C2/08—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
- F04C2/082—Details specially related to intermeshing engagement type machines or pumps
- F04C2/086—Carter
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
- B01F25/60—Pump mixers, i.e. mixing within a pump
- B01F25/62—Pump mixers, i.e. mixing within a pump of the gear type
Description
Die Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe, in der
Flüssigkeit und Gas auf dem Weg zwischen Pumpeneinlaß
und Pumpenauslaß zugeführt werden.
Aus der US-PS 40 59 714 ist eine solche Zahnradpumpe
bekannt, die sich insbesondere dazu eignet, ein Gas
in flüssigem Heißschmelzkleber zu verteilen. Einstufige
und zweistufige Zahnradpumpen werden beschrieben,
bei denen kämmende Paare von Stirnzahnrädern in
Pumpenkammern eingeschlossen sind. Der Kleber wird in
einem Behälter geschmolzen, und die Flüssigkeit wird
durch einen Flüssigkeitseinlaß zwischen den beiden
Zahnrädern dort in die Pumpenkammer eingeführt, wo
die Zähne gerade außer Eingriff gelangen.
Ein Gaseinlaß liegt stromabwärts (d. h. in Richtung
der Zahnradumdrehung) vom Flüssigkeitseinlaß durch
einen oder mehrere Zahnradzähne getrennt beabstandet.
Die Flüssigkeit und das Gas werden in den Zahnlücken
der entsprechenden Zahnräder aufgenommen und in
diesen Zahnlücken um den Umfang der Pumpenkammer herum
befördert, wenn sich die Zahnräder drehen. Innerhalb
der Pumpenkammer werden Gas und Flüssigkeit gemischt.
Am Auslaß, an dem die Zähne erneut in Eingriff kommen,
wird die Flüssigkeit herausgedrückt. Die Lösung
aus flüssigem Kleber und Gas wird unter dem Abgabedruck
der Pumpe einer ventilgesteuerten Kleberabgabeeinrichtung
zugeführt, von der der Kleber selektiv an
den Umgebungsdruck abgegeben werden kann.
Jedoch ist bei dieser bekannten Pumpe die nötige
gleichförmige Verteilung des Gases in der Flüssigkeit
nicht immer gewährleistet. Dies liegt wenigstens
teilweise an ungenügender Vermischung, wenn Gas und
Flüssigkeit im Zahnlückenraum entlang den Pumpenkammerwänden
transportiert werden, wobei auf sie
außer durch die Drehbewegung selbst nicht eingewirkt
werden kann.
Aus der DE-OS 22 00 301 ist eine Zahnradpumpe zur
Gas/Flüssigkeitsvermischung bekannt, bei der die
teilweise flüssigkeitsgefüllten Zahnlückenräume von
einer Lufteinlaßöffnung Außenluft ansaugen, wenn sie
an dieser vorbeistreichen. Die Lufteinlaßöffnung wird
zur Vermeidung von Verschmutzungen mit einer Sammelkammer
verbunden, welche das beim Abstellen der Pumpe
rückgesaugte Gemisch speichert. Diese Sammelkammer
hat jedoch im Betrieb der Pumpe keinerlei Funktion;
sie bildet nur eine Verlängerung der Strecke zwischen
der Lufteinlaßöffnung in die Pumpenkammer und der
Außenseite der Pumpe.
Im allgemeinen sind Heißschmelzkleber in geschmolzenem
Zustand sehr viskos. Ihre Konsistenz bei den An
wendungsbedingungen ist der Konsistenz von geschmolzenem
Glas oder von Molassen ähnlich. Sie fließen im
Vergleich zu anderen Materialien nur sehr wenig, und
viele dieser Kleber besitzen Nicht-Newtonsche Fließeigenschaften.
Die Viskosität jedes beliebigen gegebenen
Klebers hängt stark von der Temperatur ab. Da
eine Pumpe für verschiedene Kleber bei verschiedenen
Temperaturen, Gas/Flüssigkeitsverhältnissen und
Drücken und bei verschiedenen Abgabezyklen benutzbar
sein soll, ist eine Pumpe erwünscht, die den Schaum
bei den verschiedensten möglichen Arbeitsbedingungen
mit einem hohen Maß an Gleichförmigkeit abgibt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Zahnradpumpe
der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß eine
optimale gleichmäßige Durchmischung von Gas und Flüssigkeit
sichergestellt ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale des
Anspruchs 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen nennen die
Unteransprüche.
Die Erfindung liefert eine neuartige Mischeinrichtung,
die statisch ist, d. h. die außer der Antriebskraft
für die Drehung der Zahnräder keine weitere
Energie benötigt. Diese Mischeinrichtung ist in der
Pumpenkammer selbst zwischen dem Flüssigkeitseinlaß
und dem Auslaß vorgesehen.
Die vorliegende Erfindung geht von dem Konzept aus,
die Fluidmischung in den entsprechenden Zahnlückenräumen
zu "pulsen", während sich die Zahnlückenräume
vom Einlaß zum Auslaß bewegen, wodurch die Mischwirkung
erhöht wird. Dies wird dadurch verwirklicht, daß
jeder Zahnlückenraum schnell in Verbindung mit
kleinen Kammern und außer Verbindung mit diesen Kammern
gebracht wird, die sich in die Pumpenkammer öffnen,
wobei jede der kleinen Kammern eine bestimmte Menge
an Gas/Flüssigkeitsmischung enthält. Obwohl der
genaue Mischungsvorgang, der aus einem derartigen
sequentiellen Pulsen resultiert, nicht völlig verstanden
wird, hat sich gezeigt, daß mit derartigen
Pumpen erzeugte Schäume einen außergewöhnlich hohen
Grad an Gleichförmigkeit besitzen. Die Verwendung
dieser Mischeinrichtung ermöglicht es, einen höheren
Gasanteil mit der Flüssigkeit ohne Auftreten irgendwelcher
"Spuckerscheinungen" zu mischen, die das
Vorhandensein von ungelöstem Gas anzeigen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
enthalten die Mischeinrichtungen eine Reihe von kleinen,
flachen festen Kammern, die zur Pumpenkammer hin offen
sind und die derart positioniert sind, daß sie senquentiell
von den Zähnen der entsprechenden Zahnräder "überwischt"
oder überstrichen werden, während die Zahnräder sich drehen.
Die intermittierende Freigabe dieser Kammern (gegenüber
den Zahnlückenräumen), während die Zahnradzähne an diesen
Kammern vorbeilaufen, verursacht wahrscheinlich eine
Turbulenz innerhalb der Flüssigkeit und dem Gas in
den Zahnlückenräumen, und diese Turbulenz ist beim Verteilen
des Gases in der Flüssigkeit behilflich. Die Kammern
werden auf gegenüberliegenden Stirnflächen der Zahnräder
als flache Sacklöcher in die Platten eingebracht,
welche die Pumpenkammer bilden. Bevorzugt werden getrennte
Gruppen dieser Kammern vorgesehen, wobei eine Gruppe
dem Einlaß und die andere Gruppe dem Auslaß der Zahnrad-
Vorsprünge benachbart angeordnet ist.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung
anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine Seitenansicht, teilweise als Axialschnitt,
teilweise schematisch, einer zweistufigen Zahnradpumpe mit Einlaß-
und Auslaß-Mischeinrichtungen gemäß der
Erfindung, in der zweiten Stufe der Pumpe;
Fig. 2 einen Horizontalschnitt längs der Linie
2-2 der Fig. 1, in Aufwärtsrichtung;
Fig. 3 einen Horizontalschnitt längs der Linie
3-3 der Fig. 1, in Abwärtsrichtung;
Fig. 4 einen Horizontalschnitt längs der Linie
4-4 der Fig. 1, in Abwärtsrichtung;
Fig. 5 einen vergrößerten Vertikalschnitt längs
der Linie 5-5 der Fig. 4;
Fig. 6 eine der Fig. 3 entsprechende vergrößerte
fragmentarische Ansicht, die überlagert
die bevorzugte Position der Einlaß- und
der Auslaßkammern bezüglich des
Einlasses und des Auslasses der zweiten
Stufe zeigt;
Fig. 7 einen fragmentarischen Horizontalschnitt
einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und
Fig. 8 einen fragmentarischen Horizontalschnitt
einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
bei der die Kammern in einem Zahnrad
innerhalb einer Drei-Zahnradpumpe
vorgesehen sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Erfindung
in einer zweistufigen Gas/Flüssigkeits-Zahnradpumpe desjenigen
Typs eingesetzt, der in der deutschen Patentanmeldung
P 29 02 811.3 beschrieben ist. Die in Fig. 1
dargestellte Pumpe besitzt einen Gesamtaufbau, der derjenigen
Pumpe ähnlich ist, die in Fig. 2 der
Anmeldung P 29 02 811.3 beschrieben ist, wobei
auf diese Patentanmeldung zur näheren Beschreibung dieses
Pumpentyps Bezug genommen wird.
Ein Zufuhrstrom eines zuvor geschmolzenen Heißschmelzklebers
wird durch den Einlaß 9 zugeführt und fließt durch
einen in der Einlaßplatte 10 der ersten Stufe vorgesehenen
inneren Kanal (nicht dargestellt) zu einer Getriebepumpe
der ersten Stufe und wird dort in einer Pumpenplatte 11
der ersten Stufe aufgenommen. Die Pumpe der ersten Stufe
sowie die Pumpe der zweiten Stufe enthalten je zwei miteinander
kämmende Stirnzahnräder. Ein Zahnrad jeder Stufe
ist mit einer Welle 12 verbunden und wird von dieser Welle
angetrieben, die ihrerseits durch einen nicht dargestellten
Motorantrieb gedreht wird. In dieser Ausführungsform
wird in der ersten Stufe kein Gas mit dem flüssigen Heißschmelzkleber
vermischt. Die Pumpe der ersten Stufe gibt
flüssigen Heißschmelzkleber an den Auslaß 13 der ersten Stufe
ab, der gestrichelt dargestellt ist
und der als eine Ausnehmung auf der oberen Seite einer
Trennplatte 14 zwischen der ersten und der zweiten Stufe
ausgebildet ist. Vom Auslaß 13 fließt das flüssige Material
durch eine diagonale Bohrung 15 in eine Flüssigkeits-
Einlaßbohrung 16 der zweiten Stufe, die alle in der Platte
14 erzeugt sind.
Gemäß Fig. 3 enthält die Pumpe der zweiten Stufe in dieser
Ausführungsform zwei Zahnräder 48 und 49, die in entsprechenden
Vorsprüngen oder Ausnehmungen 50 und 51 der Pumpenkammer
17 drehbar angeordnet sind, wobei die Pumpenkammer 17
in der Platte 18 der Pumpe der zweiten Stufe angeordnet ist.
Aus Vereinfachungsgründen sind die Zahnräder in Fig. 1 nicht
in der Pumpenkammer 17 dargestellt, sie sind dagegen in
Fig. 6 gezeigt.
In der zweiten Stufe wird durch den Kanal 16 einströmender
flüssiger Kleber mit Gas gemischt, das der zweiten Stufe
von einer Gasquelle 19 durch einen Kanal 20 zugeleitet
wird. Der Gaseinlaßkanal 20 enthält
ein Rückschlagventil 21, welches verhindert, daß Kleber
durch denKanal 20 zur Quelle 19 strömt. Stromabseitig von
dem Rückschlagventil 21 führen mehrere Gaseinlaß-Zweigkanäle,
deren stromaufseitiges Ende in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 22
versehen ist, zu der Pumpenkammer 17, wie noch erläutert wird.
In der Pumpe der zweiten Stufe wird das Gas sorgfältig
homogen in dem flüssigen Heißschmelzkleber verteilt oder
dispergiert, wie noch beschrieben wird. Die resultierende
Mischung
wird einem Ausgangskanal 23 der zweiten
Stufe zugeführt, der in einer Auslaßplatte 24 der zweiten
Stufe gebildet ist.
Die verschiedenen Platten 10, 11, 14, 18 und 24 werden
mittels Richthülsen 32 und 33 übereinander ausgerichtet
(vgl. Fig. 1) und mittels Schrauben 25 zu
einer Baugruppe miteinander verbunden (vgl. Fig. 2-4).
Die Platten-Baugruppe wird an einem Verteilerblock 26
mittels Befestigungsschrauben 30, 31 befestigt, die durch
die Richthülsen 32, 33 hindurchlaufen.
Im Verteilerblock 26 führt ein Auslaßkanal 35 vom Auslaß 23
der zweiten Stufe innerhalb der Platte 24 nach außen und
wird bei Benutzung mit einer ventilgesteuerten Abgabevorrichtung
36 verbunden, die als eine von Hand oder mittels
eines Magnetventils betätigbare Kanone bekannter Art
ausgebildet sein kann. Eine Rückkehr- oder Rückführleitung
37 führt von der Abgabevorrichtung 36 durch eine variable
Drossel 38 zu einem Rückführkanal 39 im Verteilerblock 26.
Der Kanal 39 erstreckt sich durch die Platten 24, 18 und 14
und führt die in den Zyklus zurückgeführte Mischung an den
Eingang der Zahnräder der ersten Stufe. Ein Entlastungsventil
40, das schematisch in Fig. 1 dargestellt ist,
ist zwischen dem Ausgangskanal 35 und dem Rückführkanal 39
vorgesehen, um zu verhindern, daß der Systemdruck einen
bestimmten Maximalwert überschreitet.
In der zweistufigen Zahnradpumpe der in der Fig. 1-6
dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird die erfindungsgemäße
Mischeinrichtung in der zweiten Stufe eingesetzt,
in welcher das Gas und der flüssige Heißschmelzkleber
zusammengebracht und gemischt werden. In dieser
Stufe dreht sich ein Zahnradpaar 48, 49, vgl. Fig. 3,
innerhalb sich schneidender Ausnehmungen 50 und 51 innerhalb
der Pumpenplatte 18, die zusammen die Pumpenkammer 17
bilden. Auf der Oberseite und der Bodenseite ist die Kammer
17 durch die Platten 14 und 24 geschlossen. Eines der
Zahnräder, das Zahnrad 48, ist ein Antriebszahnrad und
ist mit der Antriebswelle 12 verkeilt. Während des Betriebs
dreht sich das Zahnrad 48 in der durch den Pfeil 52
angegebenen Richtung. Das angetriebene Zahnrad 49 ist auf
einer Leerlaufwelle 53 angeordnet. Dieses Zahnrad kämmt
mit dem Zahnrad 48 in der Zone 55, die in Fig. 6 gestrichelt
dargestellt ist, in der sich die Ausnehmungen 50
und 51 schneiden. Das Zahnrad 49 wird in der durch den
Pfeil 54 angezeigten Richtung gedreht.
Während sich die Zahnräder drehen, kommen ihre Zähne
sequentiell an der Stelle 56 an einem Ende der Eingriffszone
55 in Eingriff und kommen an der Stelle 57 am anderen
Ende der Eingriffszone 55 außer Eingriff (vgl. Fig. 6).
Der der Stelle 57 benachbarte Bereich umfaßt somit die
Einzugszone, in der sich die Räume 58 öffnen, wenn die
Zahnräder auf der Niederdruckseite außer Eingriff gelangen
und sich durch den Einlaß 16 mit Heißschmelzkleber füllen.
Während sich die Zahnräder in Richtung der Pfeile 52 und 54
von der Einlaßzone 57 weg drehen, wird Fluid in den Zahnlückenräumen
58 um die Seitenwände der Ausnehmungen 50
und 51 durch die Transferzonen 59 zum Bereich 56 gebracht.
Wenn ein Zahn eines Zahnrads in Eingriff mit einem Zahnlückenraum
58 des gegenüberliegenden Zahnrads kommt, verdrängt
es zunehmend Fluid aus diesem Raum, und der Bereich 56
enthält dadurch die Auslaßzone der zweiten Stufe. Der Bereich
56 steht mit einem Abgabespalt 60 in Verbindung, der
in der Pumpenplatte 18 gebildet wird, und dieser Spalt
steht seinerseits mit dem Auslaßkanal 23 in der Auslaßplatte
24 der zweiten Stufe in Verbindung (vgl. Fig. 1 und 4).
Das flüssige Heißschmelzkleber wird in die Pumpe der zweiten
Stufe von der Oberseite her (gesehen gemäß Fig. 1) durch
den Kanal 16, der Pumpeneinzugszone 57 benachbart (vgl.
Fig. 6) zugeführt. Das Gas wird etwas stromabwärts, d. h.
in Richtung der Pfeile 52 und 54 vom Flüssigkeitseinlaß 16
zugegeben. Insbesondere wird das Gas den Pumpenkammerausnehmungen
50 und 51 durch die Gaseinlässe 65 und 66
zugeführt. Diese Einlässe sind Löcher, die auf der oberen
Oberfläche 75 der Platte 24 gebildet sind (vgl. Fig. 4).
Jeder dieser Einlässe wird aus einer Gaszufuhrleitung 20
über getrennte Zweigkanäle 22, 22 in der Platte 24 versorgt
(vgl. Fig. 5).
Die bevorzugte Lage der Gaseinlässe 65 und 66 bezüglich
des von den Zähnen der entsprechendenn Zahnräder 48 und 49
überstrichenen Pfades ist in Fig. 6 in Einzelheiten dargestellt.
Die Auslässe sind bevorzugt vom Flüssigkeitseinlaß
16 ungefähr eine solche Strecke stromabwärts beabstandet
angeordnet, die dem Abstand zweier Zahnradzähne
entspricht.
Die Einlässe 65 und 66 sind bevorzugt auf dem Teilkreis 69
der Zahnräder 48 und 49 zentriert, und ihre radial außen
liegenden Kanten befinden sich ungefähr auf dem Umfang der
Ausnehmungen 50 und 51 (vgl. Fig. 1). Der Durchmesser der
Einlässe 65 und 66 ist größer als die Breite eines einzelnen
Zahnes, auf dem Teilkreis gemessen. Beispielsweise
beträgt der Durchmesser der Einlässe 65 und 66 bei einem
Zahnrad mit 16-Durchmesserteilung und 20 Zähnen und einem
Teilkreis von 1,250 Zol (3,175 cm) bevorzugt etwa 0,140 Zoll
(0,356 cm). Obgleich der relative Durchmesser und die beschriebene
Position dieser Einlässe 65 und 66 bezüglich der
Zahnradgröße nicht kritisch ist, stellen diese Werte aus
noch zu beschreibenden Gründen die bevorzugte Ausführungsform
dar. Wie schon erwähnt, sind die Einlässe 65 und 66
vom Flüssigkeitseinlaß 16 stromabwärts beabstandet angeordnet,
und dieser Abstand entspricht etwa dem Abstand
zwischen den Mitten zweier Zahnradzähne, so daß zwei Zähne
ständig zwischen dem Gas- und dem Flüssigkeitseinlaß liegen.
Zwischen den Gaseinlässen 65 und 66 und dem Flüssigkeitseinlaß
16 sind erfindungsgemäß mehrere Mischvorrichtungen
angeordnet. Diese Mischvorrichtungen bestehen aus mehreren
Sacklöchern 71 und 72, die gestaffelt oder diagonal versetzt
auf den Oberflächen 74 und 75 der Platten 14 und 24
angeordnet sind, welche die Pumpenkammer oben und unten begrenzen
(vgl. Fig. 1). Diese Sacklöcher 71 und 72
besitzen denselben Durchmesser wie die Gaseinlaßöffnungen
65 und 66 und liegen alle auf dem Teilkreis 69.
Sie sind nicht mit irgendeinem
Kanal innerhalb der Platten verbunden.
Bevorzugt befinden sich mindestens zwei Sacklöcher (die
in einander entgegengesetzten Oberflächen 74 und 75 liegen
können, um eine ausbalancierte Wirkung zu ergeben) zwischen
jedem Gaseinlaß und dem Flüssigkeitseinlaß 16. In der in
Fig. 2 dargestellten Ausführungsform sind vier Sacklöcher
71 a, b, c und d in der Oberfläche 74 der Platte 24
ausgebildet, wobei zwei Sacklöcher in jeweils eine Ausnehmung
50 und 51 für die Zahnräder münden. Vier Sacklöcher 72 a, b,
c und d sind ferner in die Oberfläche 75 eingearbeitet,
wobei jeweils zwei Sacklöcher in jede der Ausnehmungen 50
und 51 münden.
Der zwischen benachbarten Sacklöchern auf derselben Platte
eingeschlossene Winkel soll bevorzugt kleiner, bevorzugt
etwa 2° kleiner als der zwischen benachbarten Zahnradzahnen
eingeschlossene Winkel sein. Die Sacklöcher 72 in der
Platte 24 sind an Umfangspositionen angeordnet, die in
der Mitte zwischen den Mittelpunkten der Sacklöcher 71 der
Platte 14 liegen, d. h., einander gegenüberliegende Sacklöcher
sind untereinander versetzt, wie sich am besten der Fig. 6
entnehmen läßt. Die Sacklöcher 72 a und 72 c, die dem Flüssigkeitseinlaß
16 am nächsten liegen, schneiden sich in der
Platte 24 und sind um etwa ihren halben Durchmesser gegen
den Flüssigkeitseinlaß 16 in der Platte 14 versetzt (vgl.
die Fig. 1 und 6). Gemäß Fig. 4 ist der Abstand zwischen
einem Gaseinlaß 65 oder 66 und einem benachbarten Sackloch 72 b
oder 72 d ungefähr gleich dem Abstand zwischen dem Sackloch
und dem nächsten Sackloch 72 a und 72 c. Die Sacklöcher können durch
Bohren erzeugt werden und sind ungefähr 0,76 mm (0,03 Zoll)
tief.
Die Sacklöcher 71 und 72 sind bezüglich der gleichförmigen
Mischung des Gases in die Flüssigkeit überraschend wirksam.
Wie schon erwähnt, sind die Sacklöcher "blind", d. h. sie führen
nirgendwo hin, und es wird durch diese Löcher auch nichts
zugeführt. Die Begründung für diese Wirkung scheint folgende
zu sein: Jeder Zahnlückenraum 58 nimmt ein abgemessenes
Flüssigkeitsvolumen auf, während er an den Flüssigkeitseinlaß
16 vorbeiläuft. Das Flüssigkeitsvolumen füllt
den Zahnlückenraum nicht vollständig aus;
die Pumpe der zweiten Stufe hat eine Förderleistung, die größer
als das Flüssigkeitsvolumen ist, welche von der ersten
Pumpe geliefert wird, um dem aufzunehmenden Gasvolumen
Rechnung zu tragen. Das durch die Einlässe 65 und 66 zugeleitete
Gas steht unter Druck, der bis zu 3,61 Kp/cm²
(45 psi) betragen kann. Da
die Zahnlückenräume nicht vollständig
gefüllt sind, fließt Gas entgegen der Drehrichtung der
Zahnräder und füllt das restliche Volumen der Zahnlückenräume
auf. Da die Sacklöcher 71 und 72 breiter als die
Zahnradzähne sind, wird jeder Zahn von einem Sackloch "überspreizt",
während der Zahn an dem Sackloch vorbeiläuft; das
Sackloch stellt einen Kurzschlußpfad parallel zu dem Zahn
(von seiner vorderen Flanke zu seiner rückseitigen Flanke)
dar, durch den der Gasdruck an dem Zahn vorbei (stromaufwärts)
zum nächstfolgenden Zahnlückenraum zurückgeleitet
wird.
Dieser "Druckimpuls" erhöht die Bewegung
des Gases relativ zur Flüssigkeit in jedem Zahnlückenraum
58 und verbessert dadurch die Vermischung. Gemäß Fig. 6
kann insbesondere das durch den Gaseinlaß 66 in den Zahnlückenraum
58 a eingeleitete Gas expandieren und in das
Sackloch 71 d strömen. Der Gasdruck in diesem Sackloch
wird, während der Zahnradzahn 61 a an dem Sackloch 71 vorbeistreicht,
an dem Zahn vorbei zum nächsten Zahnlückenraum
58 b in das gegenüberliegende Sackloch 72 d geleitet etc.
Auf diese Weise strömt das Gas zurück, d. h. es strömt
stromaufwärts zur Drehrichtung der Zahnräder in Richtung
auf den Flüssigkeitseinlaß 16. Diese Bewegung und dieser
Druckzyklus verursacht Turbulenz, welche die Mischung von
Flüssigkeit und Gas innerhalb der entsprechenden Zahnlückenräume
verbessert.
Die Sacklöcher 71 und 72 brauchen sich vom Flüssigkeitseinlaß
16 nicht weit in Stromabwärtsrichtung, oder über
die Gaseinlässe 65 und 66 hinaus zu erstrecken. Die genaue
Anordnung, Gestalt, Zahl und Durchmesser sind nicht besonders
kritisch. Im allgemeinen sollen die Sacklöcher
derart angeordnet werden, daß sie eine unregelmäßige
Verbindung (während die Zähne vorbeidrehen) mit den Zahnlückenräumen
bilden.
Die obenstehend beschriebenen Sacklöcher können als
Einlaß-Mischvorrichtungen bezeichnet werden, da sie
dem Gas- und dem Flüssigkeitseinlaß benachbart
liegen. Alternativ, bevorzugt jedoch zusätzlich, zu den
Einlaß-Mischvorrichtungen wird eine getrennte Gruppe an
Sacklöchern näher und stromaufwärts der Auslaßzone 56
der Pumpe der zweiten Stufe vorgesehen. Diese Sacklöcher
können als Auslaß-Mischvorrichtungen bezeichnet werden.
Die Auslaß-Mischvorrichtungen bestehen bevorzugt wie die
Einlaß-Mischvorrichtungen aus Sackbohrungen in den
Oberflächen 74 und 75 der Platten 14 und 24, sie befinden sich
jedoch stromaufwärts vom Abgabespalt 60.
In der dargestellten Ausführungsform sind mehrere Auslaßsacklöcher
80 in der Platte 14 auf jeder Seite der Auslaßzone
56 (vgl. Fig. 2 und 6) angeordnet. In der Platte 24
sind auf der unteren Seite der Zahnräder der zweiten Stufe
mehrere zusätzliche Sacklöcher 81 auf beiden Seiten der Zone 56
ausgebildet (vgl. Fig. 4 und 6). Die Sacklöcher 80 und 81 sind,
wie die Einlaß-Sacklöcher, blind, sie können ziemlich
flach sein, und sie führen nicht durch die Platten hindurch
zu irgendeinem Kanal. Bevorzugt, obwohl nicht notwendig,
können diese Sacklöcher kleiner sein als die Einlaß-
Sacklöcher; bei der Pumpe mit den oben angegebenen
Abmessungsgrößen können die Auslaß-Sacklöcher
0,76 cm (0,03 Zoll) tief sein und einen Durchmesser
von 2,18 mm (0,086 Zoll) besitzen, während die
Einlaß-Sacklöcher eine Tiefe von 0,76 mm (0,03 Zoll)
und einen Durchmesser von 3,56 mm (0,14 Zoll) besitzen.
Die Mitten der Sacklöcher 80 und 81 können auf oder in der
Nähe des Teilkreises der Zahnräder 48 und 49 liegen, so
daß die radial inneren Kanten der Sacklöcher ungefähr denselben
radialen Abstand wie die Wurzeln der Zahnlückenräume
besitzen. Während die Einlaß-Sacklöcher einen Durchmesser
besitzen können, der größer als die Breite der Zahnradzähne
ist, um eine Gasrückströmung zum Einlaß hin zu
ermöglichen, besitzen die Auslaß-Sacklöcher 80 und 81
Durchmesser, die kleiner als die Breite der Zahnradzähne
"überspreizt" oder sich über die Breite des Zahns
hinaus erstreckt, während der Zahn über das Loch läuft.
Dadurch wird verhindert, daß der Auslaßdruck die Zahnrad-
Zähne kurzschließt. Die Sacklöcher in den Platten 14 und 24
sind bevorzugt gestaffelt angeordnet, vergl. Fig. 6. Bei
Verwendung einer Pumpe mit 20 Zähnen enthaltenden Zahnrädern,
einer Durchmesserteilung von 16, einem Teilkreisdurchmesser
von 1,25 Zoll (3,18 cm), können die Mitten
gegenüberliegender Sacklöcher 80 und 81 um 7° voneinander
beabstandet sein, gemessen vom Zentrum des Zahnrads, so daß
der Abstand zwischen benachbarten Sacklöchern auf derselben
Platte etwas kleiner als der 18°-Abstand zwischen benachbarten
Zahnrad-Zähnen ist. Das am weitesten stromabwärts
befindliche Auslaß-Sackloch (81 a und 81 h in Fig. 6) kann
einen Winkel von 45° gegen eine imaginäre Linie einschließen,
welche die Zahnradmitten miteinander verbindet, und der
Bogen zwischen diesen Sacklöchern und den am weitesten stromaufwärts
liegenden Auslaß-Sacklöchern beträgt bevorzugt
etwa 90°.
Es wird angenommen, daß während des Betriebs, während die
Zähne die Auslaß-Sacklöcher abdichten und öffnen,
sich das Gas in den entsprechenden Zahnlückenräumen in
die Auslaß-Sacklöcher ausdehnen kann.
Dieser Impuls erzeugt eine Turbulenz und Fluidbewegung
innerhalb der Zahnlückenräume und ermöglicht dadurch eine
verbesserte Vermischung.
Die verbesserte Vermischung zeigt sich daran,
daß größere Gas/Flüssigkeits-Verhältnisse ohne
"Spucken" erzeugt werden können.
So konnten Gas/Flüssigkeits-Verhältnisse bis
zum Wert 3,0 verwirklicht werden, ohne daß bei der Abgabe
mittels einer Heißschmelzkleberkanone die als "Spucken"
bekannte Erscheinung auftrat.
Es ist wesentlich, daß die Einlaß-Sacklöcher eine
Verbesserung der Vermischung auch ohne das Vorhandensein der
Auslaß-Sacklöcher bewirken, und daß umgekehrt auch die
Auslaß-Sacklöcher ohne die Einlaß-Sacklöcher die Vermischung
verbessern. Die Einlaß-Sacklöcher können daher ohne
die Auslaß-Sacklöcher verwendet werden, und umgekehrt
können auch die Auslaß-Sacklöcher ohne die Einlaß-Sacklöcher
eingesetzt werden.
Werden sowohl Einlaß-Sacklöcher als auch Auslaß-Sacklöcher
verwendet, so sollen diesen beiden Gruppen in Umfangsrichtung
um jede der Zahnradausnehmungen herum getrennt voneinander
werden; d. h., es soll zwischen dem am weitesten stromabwärts
liegenden Einlaß-Sackloch 71 b und dem an weitesten
stromaufwärts liegenden Auslaß-Sackloch 81 g der Ausnehmung
50 ein Abstand bestehen. Im allgemeinen sind die Einlaß-
Sacklöcher zwischen den Gaseinlässen 65 und 66 und dem
Flüssigkeitseinlaß sehr wirksam. Die Auslaß-Sacklöcher
können sich von dem Abgabespalt 60 stromaufwärts über einen
Winkelabstand von 90° oder mehr erstrecken, vorausgesetzt,
daß sie von den Einlaß-Sacklöchern ausreichend beabstandet
sind, so daß kein wesentlicher Druckverlust oder
Durchblasen erfolgt. Wenn keine Einlaß-Sacklöcher verwendet
werden, können sich die Auslaß-Sacklöcher weiter zurück
in Richtung auf den Einlaß hin, über die in den Fig. 2 und 4
dargestellten Stellen hinaus, z. B. bis zu einer durch die
Mitten der beiden Zahnräder gezogenen Linie zurück
erstrecken.
In der beschriebenen Ausführungsform sind die Sacklöcher
in denjenigen Platten angeordnet, welche die Pumpenkammer
auf gegenüberliegenden Seiten der Zahnräder schließen.
Alternativ hierzu können die Sacklöcher in den Umfangswänden
der Ausnehmungen angebracht sein, in
denen die Zahnräder sitzen. Eine derartige Anordnung ist
in Fig. 7 dargestellt, gemäß der Sacklöcher 85 in der
Platte 18 in den Umfangswänden 86 und 87 der Ausnehmungen
50 und 51 gebildet sind. Die Sacklöcher kommen in und
außer Verbindung mit den Zahnlückenräumen 58, während die
Zähne diese Sacklöcher bedecken und freigeben. Im Gegensatz
zu der gerade beschriebenen Ausführungsform der
Erfindung sind die Sacklöcher bei dieser Ausführungsform
jedoch nicht gestaffelt angeordnet. Ein weiterer Unterschied
besteht darin, daß die Sacklöcher in diesem
Ausführungsbeispiel vom Einlaß 57 und vom Auslaß 60 der
Pumpenkammer ungefähr gleich weit beabstandet sind und
von beiden isoliert sind. Derartige Sacklöcher lassen
sich in der gekrümmten Umfangswand in bekannter
Weise, z. B. durch elektromechanisches Bearbeiten ("ECM")
oder durch Bearbeitung mittels elektrischer Entladung ("EDM")
ausbilden. Obwohl die Sacklöcher allgemein mit einer
zylindrischen Gestalt dargestellt sind, können die Einlaß-
und/oder Auslaß-Sacklöcher auch eine rechteckförmige,
dreieckförmige oder andere Gestalt besitzen.
Die Lehre der Erfindung läßt sich auch in anderen Zahnradpumpen
als dem Typ mit zwei Stirnrädern verwenden. Fig. 8
zeigt eine Mischpumpe mit drei Zahnrädern, bei der die
Kammern in einem der Zahnräder statt in den Oberflächen
der Pumpenkammer angeordnet sind, in der die Zahnräder
sitzen.
In dieser Ausführungsform sind drei Stirnräder 90, 91 und
92 in drei Ausnehmungen 93, 94 und 95 einer Pumpenkammer
drehbar angeordnet. Eines dieser Zahnräder, z. B. das
Zahnrad 92, wird in Richtung des Pfeiles 98 angetrieben. Dieses
Zahnrad dreht dann das Zahnrad 91 in die Gegenrichtung,
vgl. den Pfeil 99. Das Zahnrad 91 treibt das Zahnrad 90
in Richtung des Pfeiles 100. Flüssigkeit von einer Flüssigkeitszufuhr
und Gas von einem Kanal 102 werden am Einlaß
101 zusammengebracht, an dem die Zähne der Zahnräder 92
und 91 außer Eingriff gelangen. Die Zahnlückenräume des
Zahnrads 92 ragen die Mischung um die Ausnehmung 95 herum
in den Bereich 103, in dem die Zähne wieder mit den Zähnen
des Zahnrads 91 in Eingriff gelangen. Dadurch wird die
Mischung aus den Zahnlückenräumen verdrängt und unter Druck
in einen Kanal 104 gedrückt, der in eine Zone 105 führt,
in welcher die Zähne des Zahnrads 90 außer Eingriff mit
den Zähnen des Zahnrads 91 gelangen. Die Mischung wird in
den Zahnlückenräumen des Zahnrads 90 aufgenommen, um die
Außenseite der Ausnehmung 93 herum in eine Zone 106
gebracht, in der die Mischung in einen Auslaß 107 gedrückt
wird, wenn die Zähne des Zahnrads 91 in Eingriff mit den
Zähnen des Zahnrads 90 gelangen.
In dieser Ausführungsform sind die Kammern als
Durchgangsbohrungen 110 ausgebildet, die sich durch das
Zahnrad 91 zwischen den Wurzeln gegenüberliegender Zahnlückenräume
erstrecken. Die Bohrungen 110 schneiden sich nicht
im Zentrum, da sie in verschiedenen Ebenen liegen. An einander
gegenüberliegenden Enden einer Durchgangsbohrung 110 liegen
unterschiedliche Drucke, wenn ein Ende am Auslaß 107 vorbeiläuft.
dieser Druckunterschied hat eine Saugwelle zum Raum
kleineren Druckes hin, der Zone 103 benachbart, zur Folge,
und dies bewirkt eine Vermischung in diesem Raum. In diesem
Falle sind die Kammern nicht blind, es kann jedoch
durch sie hindurch keine wesentliche Strömung stattfinden,
da sie an dem Ende, welches vom Auslaß 107 entfernt liegt,
geschlossen sind.
Claims (16)
1. Zahnradpumpe, in der Flüssigkeit und Gas auf dem
Weg zwischen Pumpeneinlaß und Pumpenauslaß zugeführt
werden,
dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einer
Wandung (14, 24) der Pumpenkammer (17) in dem Bereich,
der von den Zähnen der Zahnräder (48, 49) überstrichen
wird, zwischen Pumpeneinlaß (47) und Pumpenauslaß
(56, 60) zur Pumpenkammer (17) hin offene
Kammern (71, 72; 80, 81; 85; 110) vorgesehen sind.
2. Zahnradpumpe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (71, 72; 80,
81; 85; 110) Sacklöcher sind.
3. Zahnradpumpe nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Kammern bzw.
Sacklöcher (71, 72; 80, 81; 85; 110) einen Abstand
aufweisen, der ungefähr der Breite eines Zahnes der
Zahnräder (48, 49) entspricht.
4. Zahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern bzw. Sacklöcher
(71, 80) bzw. (72, 81) in einander gegenüberliegenden
Pumpenkammerwandungen (14, 24) in Umfangsrichtung
um eine Kammer- bzw. Sacklochbreite zueinander
versetzt angeordnet sind.
5. Zahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der Gaseinlaß (65, 66) in
Drehrichtung des bzw. der Zahnräder (48, 49) hinter
dem Flüssigkeitseinlaß (16) angeordnet ist und mindestens
zwei Kammern (Sacklöcher) (71 a, b; 72 a, b
bzw. 71 c, d; 72 c, d) zwischen dem Gaseinlaß (65, 66)
und dem Flüssigkeitseinlaß (16) vorgesehen sind.
6. Zahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern bzw. Sacklöcher
(71, 72) breiter sind als die Zahnradzähne, derart,
daß ein Zahnrad eine Kammer bzw. ein Sackloch (71, 72) nicht vollständig abdeckt.
7. Zahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelpunkte der
Kammern bzw. Sacklöcher (71, 72; 80, 81) auf dem
Teilkreis (69) der Zahnräder (48, 49) angeordnet sind.
8. Zahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern bzw. Sacklöcher
(80, 81) vor dem Pumpenauslaß (56, 60) angeordnet
sind.
9. Zahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern bzw. Sacklöcher
(71, 72) unmittelbar hinter dem Gas- und Flüssigkeitseinlaß
(16, 20; 65, 66) angeordnet sind.
10. Zahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Gruppe von
Kammern bzw. Sacklöchern (71, 72) unmittelbar hinter
dem Flüssigkeitseinlaß (16) und eine zweite Gruppe
von Kammern bzw. Sacklöchern (80, 81) vor dem Auslaß
(56, 60) der Pumpe angeordnet sind und daß die erste
und die zweite Gruppe (71, 72; 80, 81) voneinander
derart beabstandet sind, daß sie zwischen Einlässen
und Auslaß keine kontinuierliche Reihe von Kammern
bzw. Sacklöchern (71, 72; 80, 81) bilden.
11. Zahnradpumpe nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der
Kammern bzw. Sacklöcher (71, 72) der ersten Gruppe
größer ist als der Durchmesser der Kammern bzw. Sacklöcher
(80, 81) der zweiten Gruppe.
12. Zahnradpumpe nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der
Kammern bzw. Sacklöcher (71, 72) der ersten Gruppe
größer als die Breite der Zahnradzähne und der
Durchmesser der Kammern bzw. Sacklöcher (80, 81) der
zweiten Gruppe kleiner als die Breite der Zahnradzähne
ist.
13. Zahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern bzw. Sacklöcher
(71, 72; 80, 81) mittig zwischen den Einlässen
(16, 20; 65, 66) und dem Auslaß (23; 60) angeordnet
sind.
14. Zahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern bzw. Sacklöcher
(71, 72; 80, 81) flache Bohrlöcher sind.
15. Zahnradpumpe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern bzw. Sacklöcher
(85) in einer die parallelen Pumpenkammerwandungen
(14, 24) verbindenden Umfangswand der Pumpenkammer
(17) angeordnet sind.
16. Zahnradpumpe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einem
Zahnrad (91) Durchgangsbohrungen vorgesehen sind, die
sich von einem Zahnlückenraum zu einem diametral
gegenüberliegenden Zahnlückenraum des Zahnrades (91)
erstrecken und daß die diametrale Zahnlückenräume
miteinander verbindenden Durchgangsbohrungen (110)
untereinander keine Verbindung aufweisen.
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