專利名稱：用于粘性介質的齒輪泵的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及齒輪計量泵，特別是涉及一種用于將預定量的復合彈性材料從擠出器 的出口移動到成形模中的齒輪計量泵。
背景技術：
齒輪泵在塑料和纖維產業(yè)中是公知的并廣泛應用。齒輪泵通常通過在具有輸入進 料口和輸出排料口的緊合殼體內封裝一組兩個嚙合齒輪而制成。輸入流體材料填充齒輪 齒間的空間，當齒輪轉動時，由于殼體與齒輪齒之間的緊公差，流體材料的體積元(volume element)滯留在相鄰齒輪齒的側面之間。該體積元通過相對齒的嚙合被正向傳輸到殼體的 排料口。這樣，傳統(tǒng)的齒輪泵被認為是正排量裝置。傳統(tǒng)的齒輪泵通常通過所提供服務而分類，例如計量、增壓、流量輸送，等等，也可 通過所處理材料而分類，例如聚合物、低粘度液體、非粘滯性液體，等等。計量泵和壓力泵是 具有極小的內間隙的精密機器。聚合物計量泵主要被設計用于合成纖維擠出。輸送泵常具 有較大的間隙以實現高RPM時的低摩擦，并允許流體在出口端口被堵塞時滑回或滲回到進 料口。這些傳統(tǒng)的齒輪泵可包括循環(huán)安全閥，以防止壓力過度累積。大多數傳統(tǒng)的齒輪泵通過被泵送或被輸送通過其中的流體進行潤滑。正向壓迫聚 合物流體通過軸承的需要已通過目前在齒輪計量泵產業(yè)中存在的多種不同設計得以實現。 一些這種傳統(tǒng)的計量泵所具有的齒輪直徑是軸直徑的兩倍或更大，使得通過齒輪端面對殼 體側壁的扭曲作用而形成泵送作用，從而提供在聚合物產業(yè)中被稱為“領帶”效應的效應。 潤滑物流動更多地依賴于間隙、泵速度和聚合物流變學，而不是依賴于壓力，因而是自穩(wěn)定 的。傳統(tǒng)的泵常常在組裝后具有稍稍不足的間隙，因而初始側壁的磨損是快速。不過， 在齒輪面處的間隙增大使得泵送更多潤滑劑，因而磨損速率減小。即使如此，傳統(tǒng)的計量泵 常常每隔幾周就被拆卸進行清潔和維護。大多數傳統(tǒng)的輸送泵更多地依賴于內部壓力將潤 滑聚合物壓入軸承中。早期的齒輪泵允許小的潤滑劑流通過軸承并漏到泵外。這不僅是不希望的，而且， 隨著在干燥或凝結時能軋住泵軸的危險的纖維紡紗溶劑和流體的出現而變得不可接受。于 是，開發(fā)出完全的軸密封，并且泵在內部開有端口以使軸承潤滑劑返回到進給流中。被設計用于聚合物的傳統(tǒng)的齒輪泵，特別是齒輪計量泵，難以拆卸以進行清潔和 維護，這是因為各部件必須被設計用于高強度以及極緊密配合且常常通過由其輸送的稠厚 的聚合物保持在一起。對這些傳統(tǒng)聚合物齒輪計量泵的維護常常需要各種扳手、槌棒、撬 棒、齒輪拆卸器和手扳壓機。很常見的是，單獨的或備用泵需要進行維護以恢復生產，而同 時另一齒輪泵從生產線上被取下進行維護。在擠出將在此后被組裝到輪胎中的構形時所遇到的特有問題是，必須使用多種不 同的彈性復合物。為了避免一種復合物與另一種復合物之間的污染，擠出管線可能每天被 清潔二十次或更多次。一個傳統(tǒng)的泵包括很粘且略具彈性的高分子量彈性聚合物復合物，由此形成極大的擠出壓力和應力。這樣的復合物將包含固體增強顆粒，例如碳和/或二氧 化硅，這使其具有摩擦性并增大其粘度。所述復合物也可包含固化劑，其使得所述復合物熱 固(硬化)并焦化敏感。在剪切停止時，所述復合物可進一步呈現出固體的性能。這些性 能使這樣的復合物難以用于齒輪計量泵。作為潤滑劑穿過齒輪計量泵的這種復合彈性材料的循環(huán)不令人滿意，這是由于前 述的性能所致，特別是由于存在所述復合物硬化并阻塞用于使?jié)櫥瑒┝鱾鬏敺祷刂鬟M給流 通過的通道和端口的風險所致。同樣，在開始時潤滑是不確定的，特別是當擠出頭是空的或 初始潤滑劑的量不足以正常潤滑軸承時。齒輪計量泵、特別是用于計量復合彈性材料的齒輪計量泵中的另一問題在于，對 于嚙合齒輪的動力驅動軸使用剛性密封，當復合彈性材料從齒輪泵殼體引出時，產生相當 嚴重的熱量問題。產生的這種熱量在擠出大多數纖維和膜時不成問題，不過在所述材料是 這種復合彈性材料時是嚴重的問題。控制復合物的溫度至關重要，從而確保其處于足夠高 的溫度下以擠出通過相鄰模具，而又不會溫度過高而導致局部硬化。已發(fā)現，軸密封可提供 差不多50%的熱量，這些熱量被加到由泵的嚙合齒輪計量的復合物中，因而加劇了熱量控 制問題。此外，轉子可被水冷以實現更好的復合物溫度控制。

發(fā)明內容
根據本發(fā)明，一種用于移動彈性材料的齒輪泵，其包括殼體、第一斜齒輪、第二斜 齒輪和驅動機構。殼體具有第一和第二側板、內齒輪腔、與所述腔連通的材料入口和與所述腔 連通的材料出口。第一斜齒輪設置在所述腔內。所述第一斜齒輪圍繞第一旋轉軸線可旋轉地 安裝到所述殼體。第二斜齒輪設置在所述腔內，所述第二斜齒輪圍繞第二旋轉軸線可旋轉地 安裝到所述殼體。所述第二斜齒輪接合所述第一斜齒輪而使得所述第一斜齒輪沿第一方向的 旋轉影響所述第二斜齒輪沿相反的第二方向的旋轉。所述第一旋轉軸線平行于所述第二旋轉 軸線。驅動機構直接驅動所述第一斜齒輪旋轉并同時間接驅動所述第二斜齒輪旋轉。所述第 一和第二斜齒輪的旋轉將所述彈性材料從所述材料入口傳輸到所述材料出口。根據本發(fā)明的另一方案，第一和第二軸承組件緊固到所述殼體的第一和第二側 板，用于將所述第一和第二斜齒輪可旋轉地安裝到所述腔內。根據本發(fā)明的又一方案，流體壓力缸安裝到所述殼體，用于允許從外部通入所述腔。根據本發(fā)明的再一方案，所述第一斜齒輪圍繞第一軸旋轉，所述第二斜齒輪圍繞 第二軸旋轉，所述第一軸被可旋轉地安裝到所述殼體的第一側板，所述第二軸被可旋轉地 安裝到所述殼體的第二側板，并且所述第一側板設置在所述殼體的相對側上而離開所述第 二側板。根據本發(fā)明的再一方案，所述第一軸是驅動軸，其可操作地連接到所述用于正向 旋轉所述第一軸的機構；所述第二軸是惰輪軸，其通過所述第一和第二斜齒輪的嚙合而由 所述第一軸驅動。


例示出申請人已想到的采用本發(fā)明原理實現的最佳模式的本發(fā)明的優(yōu)選實施例在以下描述中闡釋并在附圖中顯示，且在所附權利要求書中特別地和明確地提出和闡明。圖1是傳統(tǒng)的包含齒輪泵的粘性介質擠出系統(tǒng)的示意圖；圖2是根據本發(fā)明的用于諸如圖1所示系統(tǒng)的系統(tǒng)中的齒輪泵的示意性立體圖；圖3是粘性介質流動通過圖2所示泵的齒輪的示意圖；圖4是圖2所示泵的截面圖；和圖5是類似于圖4的截面圖，其中所示泵處于開啟位置。
具體實施例方式根據本發(fā)明的齒輪泵使用兩個轉子用于聚合物傳輸。這兩個轉子分別具有從齒輪 泵相對側延伸的軸。每個轉子具有與另一斜齒輪嚙合的斜齒輪。僅有一個轉子被驅動，以 將聚合物(例如橡膠、塑料)從入口傳輸到出口側。相互嚙合的各斜齒輪的軸線相互平行， 使得兩個斜齒輪的齒并行。僅有其中一個斜齒輪被主動驅動。傳統(tǒng)的具有轉子的齒輪軸受限于可能的扭矩傳遞量。軸直徑是齒輪面上的齒腔的 根部。軸直徑增大不會使轉子的強度增大。進一步地，傳統(tǒng)的齒輪泵受限于齒輪上的彎曲 力、壓力等，而齒輪上的彎曲力、壓力限制用于更新的、更具韌性的和更硬的復合物的泵的 通過量。斜齒輪的軸直徑比傳統(tǒng)軸的直徑大得多。因此，斜齒輪可傳遞更高的扭矩負載。高 粘性介質的使用越來越多，由此將傳統(tǒng)的兩轉子齒輪泵推向其極限甚至超出極限。這樣，根 據本發(fā)明的齒輪泵斜齒輪可允許處理高粘性介質，而不會超出最大扭矩極限。圖1例示出示例性擠出系統(tǒng)10，用于生產擠出的彈性復合物的精確構形條2，精確 構形條2在離開擠出模具3之后通過動力驅動傳送器4運送以進行冷卻，并轉移到儲存器 或工作站。根據本發(fā)明的齒輪泵1可安裝在擠出頭5的入口與喂料擠出機6的出口之間。 喂料擠出機6可具有各種設計和構造，但可基本包括具有內部進給螺桿的中空桶，內部進 給螺桿通過動力驅動傳動組件7而轉動。喂料擠出機6內的各種溫度和壓力可通過各種通訊線路9而在適合的控制面板8 上進行監(jiān)測和控制。在被排放到齒輪泵1中之前，彈性復合物11可通過輸入斜槽12被喂入 喂料擠出機6中，復合物11在輸入斜槽12中被加熱和混合，并同時沿喂料擠出機6移動。齒輪泵1可由電動馬達14驅動，電動馬達14具有通過驅動聯接部17聯接到輸入 軸16的驅動軸15。在圖1中為了清楚起見，馬達14和驅動聯接部17顯示處于脫離且以 90度取向的位置。示例性擠出系統(tǒng)10的各種部件在不影響本發(fā)明范圍的情況下可以不同，并示出 了用于根據本發(fā)明的改進齒輪泵1的僅一種類型的系統(tǒng)。齒輪泵1(更具體地如圖2-5中 所示)可包括具有中空內部或腔21 (圖3)的主殼體20。輸入口 22和排出口或排料口 23 形成在殼體20的端部中并與腔21連通。多個流體腔25、26可形成在殼體20中，用以循環(huán) 遍及殼體中的冷卻或加熱流體。這種冷卻/加熱流體可通過多條輸入線路27進入并可通 過排放線路27A排出。流體將加熱或冷卻通過齒輪泵1 (圖2)傳輸的復合物28，以使復合 物保持在所希望的溫度，從而有利于移動通過齒輪泵并防止復合物超過溫度上限(即硬化 溫度)。多個螺釘接納孔29可形成在殼體20的相對端面33中，用于使齒輪泵1連接到喂 料擠出機6以及連接到擠出頭5。第一側板30可被可拆卸地安裝在殼體20的一側上，以封閉腔21的側部。第一側板30可為鋼制，并具有足夠厚度以將軸承組件牢固保持就位。腔21的相對側可通過第二 側板31封閉，第二側板31通過多個安裝螺釘32(圖4-5)緊固到殼體20。包括套筒軸承的 套筒或輥軸承組件34可通過多個螺釘緊固到第一側板30內，從而當其與殼體20分離時與 第一側板一起被拆卸。包括套筒軸承的類似的套筒或輥的軸承組件37可牢固安裝到第二 側板31內。一對嚙合斜齒輪40、41可分別通過平行并相反延伸的軸42、43被可旋轉地安裝在 腔21中。斜齒輪40、41可緊固到軸承組件34、37，以在套筒軸承內旋轉，特別是如圖4-5中 所示。多個齒輪齒45、46可處于嚙合接合狀態(tài)，以實現復合物28的計量移動(圖3)。斜齒 輪40、41在齒輪泵1的操作過程中可進行水冷或流體調節(jié)，以實現溫度控制。參見圖3，隨著齒輪40、41旋轉，在相鄰齒45、46之間的空間被通過輸入口 22進入 腔21中的復合物28填充。隨著齒輪40、41繼續(xù)旋轉，復合物28受限于限定一部分腔21 的弧形內表面47、48，直到復合物到達排料口 23。這樣，齒輪40、41的齒45、46嚙合，并迫 使復合物28通過出口開口 23進入擠出頭5中。上齒輪軸42可包括延伸端50 (圖4-5)，延伸端50具有在其上形成的聯接齒，用于 將齒輪軸驅動地聯接到聯接軸16(在圖4中以虛線顯示)，以通過電動馬達14正向驅動上 齒輪軸42，上齒輪軸42進而通過齒輪齒45、46的嚙合而驅動從動軸43。進一步地，驅動軸 可替代地可為下齒輪41的軸43，而不會影響本發(fā)明的思路。可替代地，可同時直接驅動軸 42、43用于極粘復合物。開口 51形成在第二側板31中，使得上齒輪軸42及其端部50能夠穿過開口 51，而 不使用任何剛性外部密封。省略這樣的端部密封可顯著減少在復合物流動通過腔21時將 給予復合物28的所產生熱量。多個動力致動推動器/拉出器機構65可安裝在第二側板31上，并可被可操作地 連接到第一側板30，以從殼體20內拆卸第一側板、軸承組件34、37之一、和/或斜齒輪40、 41 (圖4-5)。每個推動器/拉出器機構65可為被牢固安裝在第二側板31上的液壓缸67， 其中活塞桿68從液壓缸向外延伸?；钊麠U68可通過螺釘69連接到第一側板30。活塞桿 68可延伸穿過安裝在殼體延伸部74中的套筒軸承70，以使第一側板30相對于殼體20穩(wěn) 定移動。一對流體線路71、72可與每個缸67連通，并將液壓流體流提供到內活塞73的兩 側，以沿開啟方向和關閉方向依前進方向移動活塞桿68。這樣，第一側板30可通過經由線路72引入流體以同時致動活塞73而從殼體20 容易地和自動地拆卸，這將使活塞桿68和相連的第一側板30移動到開啟位置(圖5)。第 一側板30的移動可沿斜齒輪40、41和軸承套筒34、37實現，從而自動將齒輪和軸承套筒從 殼體20的腔21內拆卸。這可使得復合物28能夠容易地從腔21內被去除，通常由工人手 動去除，由此能夠容易地清潔斜齒輪40、41。通過線路71將加壓流體引入到缸67中，可使活塞桿68和相連的第一側板30以 及斜齒輪40、41和軸承組件34、37 —起從圖5的開啟位置移動到圖4的關閉位置。然后， 軸端部50可手動或自動地重新連接到聯接軸16，以完成與諸如電動馬達14之類的動力驅 動源的驅動連接。環(huán)形斜切部58 (圖5)可圍繞側開口 36形成，作為用于將斜齒輪40、41 可滑動地接納在腔21內的引導部。推動器/拉出器機構65可為兩個或更多個前述的液壓缸，并可通過已知設備而同步以通過共用馬達和多個流計量閥驅動兩個或更多個相連的液壓泵。為了避免在斜齒輪 40,41的推拉過程中由于緊公差而導致歪斜，液壓動力源可通過雙計量齒輪泵進行供應，從 而從分立的恒定排量泵為每個缸提供等量的液壓流體。不過，為了將第一側板30保持在關 閉位置，液壓流體可通過閥被調節(jié)至常規(guī)液壓供應，以減少精確泵使用。進一步地，機械螺 旋千斤頂可替代液壓缸，并通過由共用換向器進給的共用鏈或同步馬達而統(tǒng)一驅動，從而 確保其同時一致的運動以使第一板30從殼體20中移出。在以上描述中，為了簡潔、清楚和便于理解而使用特定的術語，不過，這并不意味 著由此超出現有技術的要求而限制本發(fā)明，這是因為，這樣的術語用于描述目的，并意在涵 蓋廣義范圍。而且，本發(fā)明的描述和圖示是示例性的，本發(fā)明的范圍不限于所顯示和描述的 具體細節(jié)。至此已經描述了本發(fā)明的特征、發(fā)現和原理、改進齒輪泵的構造和使用方式、構造 特征、和所獲得的有利的新的有用的結果、新的有用的結構、裝置、元件、構造、部件及其組 合的范圍，這些將在所附權利要求書中呈現。
權利要求
1.一種用于移動彈性材料的齒輪泵，其特征在于殼體，其具有第一和第二側板、內齒輪腔、與所述腔連通的材料入口和與所述腔連通的 材料出口 ；第一斜齒輪，其設置在所述腔內，所述第一斜齒輪圍繞第一旋轉軸線可旋轉地安裝到 所述殼體；第二斜齒輪，其設置在所述腔內，所述第二斜齒輪圍繞第二旋轉軸線可旋轉地安裝到 所述殼體，所述第二斜齒輪接合所述第一斜齒輪而使得所述第一斜齒輪沿第一方向的旋轉 影響所述第二斜齒輪沿相反的第二方向的旋轉，所述第一旋轉軸線平行于所述第二旋轉軸 線.一入 ，用于直接驅動所述第一斜齒輪旋轉并同時間接驅動所述第二斜齒輪旋轉的機構；所述第一和第二斜齒輪的旋轉將所述彈性材料從所述材料入口傳輸到所述材料出口。
2.如權利要求1所述的齒輪泵，其進一步的特征在于第一和第二軸承組件，其緊固到所述殼體的第一和第二側板，用于將所述第一和第二 斜齒輪可旋轉地安裝到所述腔內。
3.如權利要求1所述的齒輪泵，其進一步的特征在于流體壓力缸，其安裝到所述殼體，用于允許從外部進入所述腔。
4.如權利要求1所述的齒輪泵，其特征在于，所述第一斜齒輪圍繞第一軸旋轉，所述第 二斜齒輪圍繞第二軸旋轉，所述第一軸被可旋轉地安裝到所述殼體的第一側板，所述第二 軸被可旋轉地安裝到所述殼體的第二側板，所述第一側板被設置在與所述第二側板相對的 所述殼體的側面上。
5.如權利要求4所述的齒輪泵，其特征在于所述第一軸是驅動軸，其可操作地連接到 所述用于正向旋轉所述第一軸的機構；所述第二軸是惰輪軸，其通過所述第一和第二斜齒 輪的嚙合由所述第一軸驅動。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于粘性介質的齒輪泵。一種用于移動彈性材料的齒輪泵，包括殼體、第一斜齒輪、第二斜齒輪和驅動機構。殼體具有第一和第二側板、內齒輪腔、與腔連通的材料入口和與腔連通的材料出口。第一斜齒輪設置在腔內。第一斜齒輪圍繞第一旋轉軸線可旋轉地安裝到殼體。第二斜齒輪設置在腔內，第二斜齒輪圍繞第二旋轉軸線可旋轉地安裝到殼體。第二斜齒輪接合第一斜齒輪而使得第一斜齒輪沿第一方向的旋轉影響第二斜齒輪沿相反的第二方向的旋轉。第一旋轉軸線平行于第二旋轉軸線。驅動機構直接驅動第一斜齒輪旋轉并同時間接驅動第二斜齒輪旋轉。第一和第二斜齒輪的旋轉將彈性材料從材料入口傳輸到材料出口。
文檔編號F04C2/18GK101994690SQ20101025057
公開日2011年3月30日 申請日期2010年8月10日 優(yōu)先權日2009年8月10日
發(fā)明者C·恩德勒斯, G·R·伯格 申請人:固特異輪胎和橡膠公司