DE102011054320A1

DE102011054320A1 - Kreiselpumpe und Anordnung zur Spaltabdichtung

Info

Publication number: DE102011054320A1
Application number: DE102011054320A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-10-07
Filing date: 2011-10-07
Publication date: 2013-04-11
Also published as: CN103857917A; RU2014117306A; US20140255165A1; WO2013050031A1; EP2766608A1; RU2583482C2; EP2766608B1; DE112012004156A5

Abstract

Die vorgeschlagene Kreiselpumpe zur Förderung flüssiger und viskoser Medien besteht aus einem Pumpengehäuse (1) und einem auf einer rotativ getriebenen Welle angeordneten Laufrad (2). Das Pumpengehäuse (1) umschließt einen Strömungsraum mit einem Ansaugbereich (4) und mit einem den Umfang des Laufrades (2) umgebenden Druckbereich (5) sowie außerdem einen Radrückenraum (6). Erfindungsgemäß ist der Spalt (3) zum Radrückenraum (6) bezüglich des geförderten Mediums und darin gegebenenfalls enthaltener Feststoffe gegenüber dem Strömungsraum vollständig abgedichtet, wobei aber eine Verbindung des Radrückenraums (6) zum Druckbereich (5) vorgesehen ist, durch welche seine Belüftung und Entlüftung ermöglicht ist. Wesentliche Elemente einer Anordnung zur Abdichtung des Spaltes (3) sind eine an dem Laufrad (2) ausgebildete Gleitfläche (10), ein mit einem Ende (11) an der Gleitfläche (10) entlanggleitendes, zumindest teilweise elastisches Dichtelement (9) und sowie die Mittel (15, 15‘, 16, 16‘, 17, 17‘, 18, 18‘) zur Be- und Entlüftung des Radrückenraums (6), wobei das Dichtelement (9) an einem das Pumpengehäuse (1) auf der dem Ansaugbereich (4) abgewandten Seite verschließenden Druckdeckel fixiert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe mit einem einseitig gelagerten Laufrad zur Förderung flüssiger und viskoser Medien und eine Anordnung zur Abdichtung eines Spaltes bei einer derartigen Kreiselpumpe. Sie bezieht sich, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein, vorzugsweise auf eine Lösung für Kreiselpumpen zur Abwasserförderung.
Bei Kreiselpumpen erfolgt die Förderung des jeweiligen Mediums mittels mindestens eines auf einer rotativ getriebenen Welle angeordneten, sich in einem Pumpengehäuse bewegenden Laufrades. Durch das sich drehende Laufrad wird das geförderte Medium auf einer Ansaugseite der Pumpe gewissermaßen in das Laufrad, nämlich in die Räume zwischen an dem Laufrad ausgebildeten Laufschaufeln, hineingezogen und zu einer Druckseite der Pumpe gefördert, wo es über eine entsprechende Austrittsöffnung wieder aus der Pumpe austritt. Damit sich das Laufrad in dem Pumpengehäuse bewegen kann, sind Spalte zwischen dem Laufrad und der Innenseite des Pumpengehäuses auf der Vorderseite des Laufrades, also im Ansaugbereich der Pumpe, und auf der Laufradrückenseite unerlässlich. Andererseits resultiert jedoch aus dem Erfordernis dieser Spalte eine Reihe von Problemen. So gelangt etwa über den Spalt an der Vorderseite des Laufrades aufgrund des bestehenden Druckunterschiedes zwangsläufig ein Teil des geförderten Mediums von der Druckseite zurück auf die Saugseite der Pumpe, was gleichbedeutend mit dem Entstehen hydraulischer Verluste ist.
Auch in den Radrückenraum gelangende Strömungsanteile des geförderten Mediums bedeuten einen hydraulischen Verlust, welcher zu einer Verringerung des Wirkungsgrades führt. Insbesondere bei einem Einsatz von Kreiselpumpen zur Förderung von Abwasser oder anderen, in irgendeiner Weise durch Feststoffe verunreinigten Medien rückt jedoch im Zusammenhang mit dem Spalt auf der Laufradrückenseite noch ein anderes Problem stärker in den Fokus. Dieses Problem besteht darin, dass feste, insbesondere faserige Verunreinigungen, wie sie gerade im Abwasser vielfach anzutreffen sind, dzu neigen, miteinander zu verschlingen beziehungsweise sich untereinander zu verflechten und/oder das Laufrad und die Welle zu umschlingen. Durch diesen als Zopfbildung bezeichneten Vorgang können sich die Spalte zusetzen, so dass das Laufrad blockiert wird oder es kann hierdurch auch zu einer unmittelbaren Blockade der Antriebswelle kommen. Im Ergebnis dessen kommt es zu Betriebsstörungen und nicht selten zu starken Beschädigungen oder gar zu einer völligen Zerstörung der Pumpe. Entsprechende Schäden müssen durch aufwendige Wartungs- und Instandhaltungs- beziehungsweise Instandsetzungsmaßnahmen verhindert oder, sofern bereits eingetreten, beseitigt werden. Die Gefahr des Entstehens entsprechender Schäden steigt mit der Betriebszeit der Pumpe, innerhalb welcher es aufgrund thermischer Effekte auch zu Einbrennungen von Feststoffverunreinigungen oder von Bestandteilen sich bildender Zöpfe am Laufrad und auf der Innenseite des Pumpengehäuses kommt.
Im Laufe der Jahre sind daher eine Vielzahl von Lösungen bekannt geworden, durch welche den zuvor geschilderten, durch Zopfbildung entstehenden Beeinträchtigungen insbesondere im Bereich des Spaltes auf der Vorderseite des Laufrades beziehungsweise im Ansaugbereich entgegengewirkt wird. Mit so genannten Spaltringen oder durch andere Maßnahmen wird dabei versucht, diesen Spalt möglichst klein und konstant zu halten oder ihn vorzugsweise zumindest weitgehend für einen Stofftransport zu schließen. Deutlich erschwert werden entsprechende Maßnahmen durch Fertigungstoleranzen der Bauteile der Kreiselpumpen und durch insbesondere bei Kreiselpumpen mit einem einseitig gelagerten Laufrad bei ihrem Betrieb auftretende starke axiale und radiale Schwingungen beziehungsweise Laufradauslenkungen sowohl in axialer als auch in radialer Richtung.
Auf der Laufradrückenseite beschränken sich hingegen Maßnahmen zur Abdichtung vordergründig darauf, dass sichergestellt wird, dass das geförderte Medium auf dieser Seite nicht aus dem Pumpengehäuse austritt oder sich gar in Richtung des die Welle treibenden Aggregats bewegt. Demgemäß werden insbesondere der Motor und Kammern zur Aufnahme für die Schmierung der Anordnung erforderlichen Öls, die sogenannten Ölkammern, gegenüber dem geförderten Medium abgedichtet. Ein Stofftransport, das heißt ein Fließen des geförderten, Feststoffe und Verunreinigungen enthaltenden Mediums durch den Spalt zum Radrückenraum wird dabei jedoch nicht unterbunden.
Andererseits hat man im Zuge praktischer Erfahrungen im Zusammenhang mit der Beseitigung von auftretenden Betriebsstörungen bereits seit Langem erkannt, dass die Problematik einer möglichen Verzopfung von Verunreinigungen auch im Radrückenraum besteht. Dies hat zu der Auffassung geführt, dass im Radrückenraum vorzugsweise für eine gezielte Verwirbelung des geförderten Mediums zu sorgen sei, um mit Hilfe des ständig bewegten Mediums möglicherweise eine Zopfbildung zu vermeiden. Ein Beispiel dafür geschaffener Lösungen ist durch die in der DE 29 00 434 A1 beschriebene Abwasserpumpe gegeben. Die in der Schrift offenbarte Lösung basiert darauf, mittels eines hinter dem Laufrad angeordneten zusätzlichen Flügelkranzes einen sich radial erstreckenden rotierenden Flüssigkeitsschirm zu erzeugen, welcher beispielsweise im Abwasser enthaltene Feststoffe vom Laufrad und der Antriebswelle fernhalten soll.
Aber gerade das Funktionsprinzip der Kreiselpumpe ist an dieser Stelle das Problem, denn aufgrund der Druckgradienten in der eigentlichen Pumpe wird das Fluid, beziehungsweise das geförderte Medium im Bereich des höchsten Druckes über den Spalt zwischen Laufradrücken und Druckdeckel quasi angesaugt („Saugstutzen“) und findet in der niedrigsten Druckzone des Spaltes wieder seine Austrittsstelle („Druckstutzen“) in den Pumpengehäuseraum. Somit wird ständig gezielt, aber unkontrolliert und energievernichtend, abrasive und zur Verstopfung neigende Flüssigkeit in diesen „hydraulischen Totraum“ der Pumpe gefördert. Eine ähnliche Fehlwirkung weisen die weit verbreiteten Radialrückenschaufeln im Betrieb der Abwasserkreiselpumpen auf. Statt das Verstopfungsproblem zu beseitigen, wird durch die erzwungene Radrückenraumdurchströmung erst massiv Verstopfungsmaterial eingetragen und infolge der unkontrollierbaren Strömungsvorgänge gewissermaßen zur Verzopfung, Verstopfung und letztlich zur Festbrennung gezwungen. Weiterhin kommt es durch die abrasiven Bestandteile partiell zu tiefen Auswaschungen bis hin zur Lochbildung und somit zum kostenintensiven Ausfall der Kreiselpumpe. Sämtliche Lösungsansätze, die die Durchströmung des Radrückenraums zum Inhalt haben, sind somit nicht zielführend. Sie erfordern vielmehr durch den beschriebenen „Bypassförderstrom“ zusätzliche interne Antriebsleistung und bewirken damit eine Verminderung des Wirkungsgrades.
Auch ein anderer Lösungsansatz, welcher beispielsweise durch die DE 20 51 011 A1 beschrieben wird, hat sich in der Praxis als nicht geeignet erwiesen, eine Verzopfung von Abwasserpumpen auf der Radrückenseite vollends zu verhindern. Die in der Druckschrift beschriebene Lösung geht, ebenso wie vergleichbare Lösungen, von einem auf der Radrückenseite ausgebildeten Labyrinthsystem aus, durch welches sehr enge und die beim Betrieb der Pumpe auftretenden Schwingungen in gewissen Grenzen ausgleichende Spalte realisiert werden. Da aber weiterhin Teile des geförderten und von dem Laufrad verwirbelten Mediums und darin enthaltene Verunreinigungen durch den rückseitigen Spalt in den Radrückenraum gelangen, wird hierdurch ein Festlaufen des Laufrades aufgrund sich in dem Spalt anlagernder und gegebenenfalls verzopfender Verunreinigungen nicht zuverlässig ausgeschlossen.
Ein weiterer Ansatz wie in der JP 57024491 A dargestellt, will durch eine spezielle Laufradgeometrie den Stoffeintag hinter den Laufrad verhindern, ohne jedoch den konstruktiv erforderlichen Spalt abzudichten und somit auch die unnötige, verlusterzeugende Radrückenraumdurchströmung zu verhindern.
Aufgabe der Erfindung ist es, die zuvor dargestellten Nachteile zu vermeiden. Mittels der dafür anzugebenden Lösung sollen eine Zopfbildung und ein sich Festsetzen von Verunreinigungen im Spaltbereich des Radrückenraums einer Kreiselpumpe mit einem einseitig gelagerten Laufrad zuverlässig verhindert werden, so dass ein sehr langer, störungsfreier Betrieb der entsprechenden Pumpe, insbesondere auch bei einem Einsatz als Abwasserpumpe, ermöglicht ist. Hierzu sind eine entsprechend ausgebildete Kreiselpumpe und eine Anordnung zur Spaltabdichtung einer solchen Kreiselpumpe bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch eine Kreiselpumpe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eine Anordnung zur Spaltabdichtung gemäß Patentanspruch 2 gelöst. Vorteilhafte Aus- beziehungsweise Weiterbildungen sind durch die Unteransprüche gegeben.
Die zur Lösung der Aufgabe vorgeschlagene Kreiselpumpe zur Förderung flüssiger und viskoser Medien besteht, wie grundsätzlich bekannt, aus einem Pumpengehäuse und einem in dem Pumpengehäuse auf einer rotativ getriebenen Welle angeordneten und somit beweglichen, einseitig gelagerten Laufrad. Das Pumpengehäuse weist eine Medieneintrittsöffnung und eine Medienaustrittsöffnung auf. Es umschließt einen Strömungsraum mit einem Ansaugbereich auf einer der Medieneintrittsöffnung zugewandten Vorderseite des Laufrades und mit einem den Umfang des Laufrades umgebenden Druckbereich sowie außerdem einen Radrückenraum, welcher auf der der Medieneintrittsöffnung abgewandten Seite des Laufrades ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist der Spalt zum Radrückenraum mittels eines mit einem elastischen Ende an einer Gleitfläche des Laufrades entlang gleitenden Dichtelements bezüglich des geförderten Mediums und darin gegebenenfalls enthaltener Feststoffe gegenüber dem Strömungsraum vollständig abgedichtet. Darüber hinaus ist aber eine Verbindung des Radrückenraums zum Druckbereich des Strömungsraums vorgesehen, durch welche eine Belüftung und Entlüftung des Radrückenraums gegeben ist.
Der Erfindung liegt demnach die Überlegung zugrunde, dass es möglich ist, den Spalt zum Radrückenraum, abweichend von den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen, vollständig gegen einen Stofftransport aus dem Druckbereich des Strömungsraums in den Radrückenraum abzudichten, sofern gleichzeitig für eine Belüftung und Entlüftung des Radrückenraums und damit, im Hinblick auf eventuell entstehende Luft- beziehungsweise Gasblasen, für einen Druckausgleich zum Druckbereich des Strömungsraums hin Sorge getragen wird. Anders, als beim Stand der Technik wird also einer Zopfbildung nicht durch gezieltes Erzeugen einer dies vermeintlich vermeidenden, verwirbelten Strömung im Radrückenraum entgegengewirkt, sondern durch eine Abdichtungslösung, die nicht, wie aus dem Stand der Technik bekannt, lediglich dazu dient, einen die Antriebswelle für das Laufrad treibenden Motor, Ölkammern oder dergleichen vor dem Eindringen geförderten Mediums zu schützen. Vielmehr erfolgt eine vollständige Abdichtung des Spaltes zum Radrückenraum gegen einen Stofftransport. Durch die letztgenannte Maßnahme zum Druckausgleich wird dabei sichergestellt, dass das mit seinem elastischen Ende am Laufrad entlang gleitende Dichtelement den Spalt während des Betriebs der Pumpe permanent geschlossen hält und nicht durch auftretende Druckunterschiede aufgrund sich bildender Luft- oder Gasblasen in seiner Dichtwirkung beeinträchtigt oder gar geschädigt wird.
Dieser Überlegung und damit der grundsätzlichen erfinderischen Idee ordnet sich hinsichtlich ihrer Beschaffenheit auch die zur Lösung der Aufgabe vorgeschlagene Anordnung zur Spaltabdichtung unter.
Wesentliche Elemente der dementsprechend ausgebildeten Anordnung sind demnach ein zumindest teilweise elastisches Dichtelement und eine an dem Laufrad der mit der Anordnung auszustattenden Kreiselpumpe ausgebildete Gleitfläche. Im Betrieb der Kreiselpumpe gleitet ein elastisches Ende des Dichtelements an der an dem Laufrad ausgebildeten Gleitfläche entlang. Erfindungsgemäß ist das Dichtelement an einem das Pumpengehäuse der Kreiselpumpe auf der ihrem Ansaugbereich abgewandten Seite verschließenden Druckdeckel fixiert, wobei die Gleitfläche an dem Laufrad im Bereich des rückwärtigen Spaltes, also eines Spaltes angeordnet ist, welcher im Bereich des Radrückenraums ausgebildet ist. Die zur Lösung der Aufgabe vorgeschlagene Anordnung umfasst erfindungsgemäß ferner Mittel zur Be- und Entlüftung dieses Radrückenraums. Vorzugsweise wird beim Verschließen des Pumpengehäuses mittels des Druckdeckels das elastische Ende des Dichtelementes an die Gleitfläche des Laufrades angedrückt, wobei der Druckdeckel dadurch, dass das Dichtelement an ihm fixiert ist, ein Bestandteil der vorgeschlagenen Anordnung ist. Aufgrund der Elastizität des Endes des Dichtelementes werden axiale und radiale Schwingungen, welche beim Betrieb der Pumpe nicht zu vermeiden sind, wirksam ausgeglichen, ohne dass hierdurch der Spalt im Bereich des Radrückenraums vorübergehend für einen Stofftransport geöffnet würde. Die wie vorstehend beschrieben ausgebildete Anordnung zur Spaltabdichtung eignet sich sowohl für eine werkseitige Ausstattung (Erstausrüstung) als auch für eine entsprechende Nachrüstung von Kreiselpumpen. Dabei wird die Möglichkeit der Nachrüstung in besonderer Weise durch die Fixierung des Dichtelements an dem das Pumpengehäuse verschließenden Druckdeckel begünstigt. Im Sinne einer solchen Nachrüstung lassen sich, wie aus den nachfolgenden Erläuterungen erkennbar wird, die Gleitfläche durch entsprechende Nachbearbeitung des Laufrades und die Mittel für den Druckausgleich durch eine entsprechende Ausbildung des Dichtelements oder eine Nachbearbeitung des Druckdeckels verhältnismäßig einfach realisieren.
Ein wesentliches Element der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, dass das an der verschleißarmen Gleitfläche des Laufrades entlanggleitende Ende des Dichtelements elastisch ausgebildet ist. Entsprechende elastische Eigenschaften weisen insbesondere elastomere Werkstoffe, wie zum Beispiel Polyurethan auf. Demgemäß besteht bei einer praxisgerechten Ausbildungsform der Erfindung zumindest das vorgenannte Ende des Dichtelements aus einem Elastomer, wie zum Beispiel Polyurethan. Denkbar ist es aber auch, das Dichtelement größtenteils oder sogar vollständig aus einem Elastomer auszubilden. Eine vorteilhafte Ausbildungsform ist in diesem Zusammenhang dadurch gegeben, dass die aus Elastomer bestehenden Bereiche des Dichtelementes zumindest abschnittsweise von einem Gewebe durchwirkt sind. Hierdurch wird das Dichtelement mechanisch stabilisiert und dessen Standzeit beziehungsweise Lebensdauer erhöht.
Für die Befestigung des Dichtelements an dem Druckdeckel sind unterschiedliche Möglichkeiten gegeben. Beispielsweise kann das Dichtelement an dem Druckdeckel stoffschlüssig, beispielsweise durch Kleben oder Vulkanisation, befestigt sein. Entsprechend einer bevorzugten Ausbildungsform ist das Dichtelement jedoch kraft- oder kraft- und formschlüssig an dem Druckdeckel fixiert.
Insbesondere in Abhängigkeit des sonstigen Aufbaus der mit der erfindungsgemäßen Anordnung zur Spaltabdichtung ausgestatteten Kreiselpumpe kann auch das Dichtelement hinsichtlich seiner Form unterschiedlich ausgebildet sein. Gemäß einer insoweit vorgesehenen Ausbildungsform ist dabei das Dichtelement als ein elastomerer Dichtring ausgebildet, welcher mit einem ersten axialen Abschnitt an der Gleitfläche des Laufrades entlanggleitet und mit einem zweiten, sich gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausbildungsform bezüglich des Durchmessers konisch verjüngenden axialen Abschnitt auf einen in den Radrückenraum hineinragenden Abschnitt oder Absatz des Druckdeckels aufgezogen ist. Hierbei wird durch den vorgenannten ersten axialen Abschnitt das elastische, an der Gleitfläche des Laufrades entlanggleitende Ende des Dichtelements ausgebildet. Eine solche Ausbildungsform kommt insbesondere dann in Betracht, wenn das Laufrad einerseits und der Absatz des Druckdeckels, auf welchen das insoweit vorzugsweise vollständig aus einem Elastomer bestehende Dichtelement unter Ausbildung eines Kraftschlusses oder eines Kraft- und Formschlusses aufgezogen ist, anderseits einen nahezu gleichen Durchmesser aufweisen.
Die Be- und Entlüftung des Radrückenraums ist bei der zuletzt beschriebenen Ausbildungsform entsprechend einer ersten Möglichkeit dadurch gegeben, dass in dem Druckdeckel bezüglich seines Umfangs an mindestens zwei Positionen je eine sich hinter dem auf den Druckdeckel aufgezogenen Abschnitt des Dichtelementes in radialer Richtung in das Material des Druckdeckels erstreckende erste Bohrung und eine sich aus dem Radrückenraum im axialer Richtung bis zu der ersten Bohrung erstreckende zweite Bohrung ausgebildet sind. Hierbei ist durch die beiden aufeinander zulaufenden Bohrungen gewissermaßen ein Kanal gebildet, über welchen der Druckausgleich zum Beispiel bei der Erstbefüllung der Kreiselpumpe mit dem zu fördernden Medium erfolgen kann. Eine weitere Möglichkeit zur Be- und Entlüftung des Radrückenraums bei der mit einem elastomeren Dichtring als Dichtelement ausgestatteten Ausbildungsform besteht darin, dass in dem Dichtring bezüglich seines Umfangs an mindestens zwei Positionen je ein sich radial erstreckender Durchbruch zum Radrückenraum ausgebildet ist. Die betreffenden mindestens zwei Durchbrüche sind dabei demnach im Übergangsbereich zwischen dem das elastische Ende ausbildenden ersten axialen Abschnitt und dem zweiten, auf den Druckdeckel aufgezogenen axialen Abschnitt des Dichtelements ausgebildet.
Bei einer bezüglich der Ausbildung des Dichtelements anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung, welche insbesondere für solche Kreiselpumpen vorgesehen ist, bei denen ein in den Radrückenraum hineinragendes axiales Ende des Druckdeckels einen gegenüber dem Laufrad größeren Durchmesser aufweist, ist das Dichtelement als eine einen Absatz des Druckdeckels hintergreifende Dichtmanschette ausgebildet. Mittels dieser Dichtmanschette werden dabei die unterschiedlichen Durchmesser von Druckdeckel und Laufrad durch einen sich in radialer Richtung erstreckenden Abschnitt der Dichtmanschette ausgeglichen. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung dieser Ausbildungsform wird die Be- und Entlüftung des Radrückenraums durch eine spezielle Gestaltung der vorgenannten Dichtmanschette bewerkstelligt. Hierbei ist in dem sich in radialer Richtung erstreckenden Abschnitt der Dichtmanschette, bezogen auf deren Umfang, an mindestens zwei Positionen jeweils ein den betreffenden radialen Abschnitt in axialer Richtung durchragender Durchbruch ausgebildet. Darüber hinaus ist im Bereich der vorgenannten zumindest zwei Durchbrüche auf der dem Druckdeckel zugewandten Seite des radialen Abschnitts der Dichtmanschette jeweils mindestens eine in axialer Richtung aufragende, aus dem Material der Dichtmanschette bestehende Abstützung beziehungsweise ein Abstützpunkt ausgebildet. Vorzugsweise sind bezogen auf den Umfang der Dichtmanschette in gleichmäßigem Abstand zueinander sogar vier derartige Abstützungen vorgesehen. Durch diese Abstützungen beziehungsweise Abstützpunkte wird auf der Radrückenseite zwischen der dem Druckdeckel zugewandten Fläche des radialen Abschnitts der Dichtmanschette und dem Druckdeckel gewissermaßen ein flächiger Hohlraum ausgebildet. Über die zuvor genannten, in dem radialen Abschnitt der Dichtmanschette ausgebildeten Durchbrüche und den flächigen Hohlraum kann zum Beispiel bei der Erstbefüllung der Pumpe mit dem zu fördernden Medium ein Druckausgleich beziehungsweise eine Be- und Entlüftung des Radrückenraums erfolgen.
Im Falle einer vollständigen Ausbildung des gesamten Dichtelements aus Elastomer und dessen Fixierung am Druckdeckel kann eine zusätzliche stoffschlüssige Fixierung vorteilhafterweise dadurch erreicht werden, dass das Dichtelement mit dem Druckdeckel durch Vulkanisation haftend verbunden wird.
Auch für die Realisierung der verschleißarmen Gleitfläche am Laufrad sind unterschiedliche Möglichkeiten gegeben. Eine besteht darin, diese durch eine Verschleißschutzbeschichtung der entsprechenden Bereiche des Laufrades zu realisieren. Eine derartige Beschichtung kann beispielsweise durch Metallflammaufspritzen aufgebracht werden. Darüber hinaus ist es möglich, im Bereich der radrückseitigen Außenkante des Laufrades, das heißt vorzugsweise an dessen entsprechenden axialen Ende auf seiner radialen Außenfläche, oder auf einen dort eingearbeiteten Absatz eine aus einem verschleißarmen Material bestehende Buchse aufzupressen. Je nach den Anforderungen und/oder den für den jeweiligen Einsatzfall zu vertretenden Kosten kann eine solche Buchse beispielsweise aus Edelstahl, Bronze oder einem sonstigen verschleißarmen, das heißt insbesondere abriebfesten und korrosionsbeständigen Material bestehen. Sofern der Druckdeckel einen gegenüber dem Laufrad größeren Durchmesser aufweist, ist es aber auch möglich, an der Rückseite des Laufrades eine Buchse aufzupressen, von welcher ein mit der Buchse verbundener Laufring radial aufragt, der aus einem entsprechenden verschleißarmen Material besteht.
Selbstverständlich ist bei der erfindungsgemäßen Kreiselpumpe, ohne dass die hier näher erläutert würde, vorzugsweise auch der Spalt auf der Vorderseite des Laufrades, also im Ansaugbereich der Pumpe vollständig gegen einen Stofftransport abgedichtet.
Anhand von Zeichnungen sollen nachfolgend Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
1a: eine Kreiselpumpe mit einer Anordnung zur Spaltabdichtung gemäß einer ersten möglichen Ausbildungsform der Erfindung,
1b: die Einzelheit Z der 1a,
2a: eine weitere mögliche Ausbildungsform der Erfindung mit Spaltabdichtung einer Kreiselpumpe im Radrückenraum,
2b: die Einzelheit Z der 2a,
3a: die bei der Ausbildungsform gemäß 2a beziehungsweise 2b verwendete Dichtmanschette,
3b: die Einzelheit Z der 3a.
Die 1a zeigt eine erste mögliche Ausbildungsform der Erfindung mit der gemäß der vorgeschlagenen Lösung im Spaltbereich des Radrückenraums 6 einer Kreiselpumpe ausgebildeten Abdichtung, durch welche der betreffende Spalt 3 vollständig gegen einen Stofftransport abgedichtet ist. Die Kreiselpumpe besteht im Wesentlichen aus einem Pumpengehäuse 1, einem von dem Pumpengehäuse 1 aufgenommenen, durch eine nicht dargestellte Welle rotativ getriebenen, einseitig gelagerten Laufrad 2 und einem das Pumpengehäuse 1 auf der Rückseite verschließenden Druckdeckel 12. Das Pumpengehäuse 1 umschließt einen Strömungsraum, durch den das zu fördernde Medium im Betrieb der Pumpe strömt beziehungsweise von dem sich drehenden Laufrad 2 hindurchbewegt wird. In einen Ansaugbereich 4 dieses Strömungsraums mündet eine Medieneintrittsöffnung 7 für das zu fördernde Medium, welches über eine Medienaustrittsöffnung 8 in dem das Laufrad radial umgebenden Druckbereich 5 des Strömungsraums ausgetragen wird. Ferner wird der sich auf der dem Ansaugbereich 4 abgewandten Seite des Laufrades 2 befindende Radrückenraum 6 von dem Pumpengehäuse 1 umschlossen, welches hier von dem Druckdeckel 12 verschlossen ist. An dem Druckdeckel 12 ist ein Dichtelement 9 befestigt. Das Dichtelement 9 besteht aus einem Elastomer, vorzugsweise Polyurethan oder Gummi, welches zur Stabilisierung mit einem Gewebe durchsetzt sein kann. Durch das Dichtelement 9, dessen elastisches Ende 11 im Betrieb der Pumpe an einer im Bereich der Radrückenseite ausgebildeten verschleißarmen Gleitfläche 10 des Laufrades 2 entlanggleitet, ist der Spalt 3 zum Radrückenraum 6 vollständig gegen einen Stofftransport abgedichtet.
In der 1b, welche die Einzelheit Z der in der 1a dargestellten Ausbildungsform zeigt, ist zu erkennen, dass das Dichtelement 9 vorliegend als ein elastomerer Dichtring ausgeführt ist. Dieser Dichtring verjüngt sich in einem axialen Abschnitt 14 konisch. Mit dem sich konisch verjüngenden Abschnitt 14 ist der insoweit vollständig elastische Dichtring auf einen in den Radrückenraum 6 hineinragenden Abschnitt beziehungsweise Absatz des Druckdeckels 12 aufgezogen. Im Hinblick darauf, dass sich der das Dichtelement 9 ausbildende Dichtring in seinem auf dem Druckdeckel 12 aufgezogenen Abschnitt 14 aufgrund seiner elastischen Beschaffenheit zusammenzieht ist das Dichtelement 9 an dem Druckdeckel 12 kraftschlüssig und somit möglicherweise bereits zuverlässig fixiert. Dadurch, dass sich der auf den Druckdeckel 12 aufgezogene axiale Abschnitt 14 des Dichtelements 9 aber bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel zudem konisch verjüngt, wird dieser Kraftschluss zusätzlich noch durch einen Formschluss unterstützt.
Ferner ist in der 1b zu erkennen, dass hinter dem, dem Laufrad 2 abgewandten axialen Ende des Dichtelements 9 eine sich in radialer Richtung r in das Material des Druckdeckels hineinerstreckende Bohrung 15 ausgebildet ist. Diese Bohrung 15 trifft auf eine zweite, sich vom Radrückenraum 6 her in axialer Richtung a in den Druckdeckel 12 hineinerstreckende Bohrung 16. Durch das solchermaßen verlaufende Paar von Bohrungen 15, 16 und zumindest ein zweites, an anderer Stelle des Umfangs in gleicher Weise angeordnetes weiteres Paar von Bohrungen 15‘, 16‘ sind in den Radrückenraum 6 zwischen Laufrad 2 und Druckdeckel 12 führende Kanäle ausgebildet. Über diese Kanäle ist insbesondere im Hinblick auf eine Erstbefüllung der Kreiselpumpe mit dem zu fördernden Medium ein Druckausgleich zwischen Radrückenraum 6 und Druckbereich 5 des Strömungsraums beziehungsweise eine Be- und Entlüftung des Radrückenraums 6 gegeben. Hierdurch wird auch sichergestellt, dass sich das Dichtelement 9 nicht durch andernfalls eventuell entstehende Druckunterschiede in seiner Form verdrückt und/oder in unerwünschter Weise den mit seiner Hilfe abgedichteten Spalt 3 temporär oder dauerhaft freigibt.
Die verschleißarme Gleitfläche 10 ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel, wie sowohl aus der 1a als auch aus der 1b erkennbar ist, dadurch gebildet, dass im Bereich der Radrückenseite eine Buchse 19 auf das Laufrad 2 aufgepresst ist, welche mit einem in radialer Richtung r aufragenden Laufring 20 verbunden ist. Durch den Laufring 20 wird ein zwischen den Durchmessern des Laufrades 2 einerseits und des Druckdeckels 12 andererseits bestehender Unterschied ausgeglichen. Der Außenumfang des aus einem verschleißarmen Material wie beispielsweise Edelstahl oder Bronze bestehenden Druckrings 20 bildet die Gleitfläche 10 aus, an welcher das entsprechende elastische Ende 11 des Dichtelements 9 beim Betrieb der Pumpe entlanggleitet.
Die 2a und 2b zeigen ein weiteres mögliches Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung mit einem hinsichtlich seiner Form etwas anders gestalteten Dichtelement 9. Das Dichtelement 9 ist hier als eine, einen Absatz des Druckdeckels 12 hintergreifende elastomere Manschette ausgebildet. Auch bei diesem Beispiel ist der Durchmesser des in den Radrückenraum 6 hineinragenden Endes des Druckdeckels 12 größer als der des Laufrades 2. Die dadurch gegebene Durchmesserdifferenz wird jedoch bei dieser Ausbildungsform nicht durch eine entsprechende Gestaltung der zur Ausbildung der Gleitfläche 10 dienenden Elemente, sondern durch eine entsprechende Formgebung des Dichtelements 9, in Form einer elastomeren Dichtmanschette ausgeglichen. Hierfür weist die Dichtmanschette einen sich in radialer Richtung r erstreckenden Abschnitt 21 auf. An diesen Abschnitt 21 schließt sich das ihm gegenüber abgewinkelte elastische Ende 11 des Dichtelements 9 an, welches an der verschleißarmen Gleitfläche 10 entlanggleitet. Die Be- und Entlüftung des Radrückenraums 6 ist vorliegend dadurch gegeben, dass in der Dichtmanschette an bezüglich ihres Umfangs mindestens zwei Positionen jeweils ein den radialen Abschnitt 21 der Dichtmanschette in axialer Richtung a durchragender Durchbruch 17, 17‘ vorgesehen ist. Gleichzeitig ist der sich radial erstreckende Abschnitt 21 der Dichtmanschette durch mindestens zwei, vorzugsweise vier verteilt auf dem Umfang dieses Abschnitts 21 ausgebildete, in axialer Richtung a zum Druckdeckel 12 aufragende Abstützungen 18, 18‘ aus dem Material der Dichtmanschette geringfügig gegenüber dem Druckdeckel 12 beabstandet. Hierdurch ist über die wenigstens zwei, den radialen Abschnitt 21 des Dichtelements 9 durchragenden Durchbrüche 17, 17‘ und einen flächigen Hohlraum zwischen der dem Druckdeckel 12 zugewandten Fläche des radialen Abschnitts 21 der Dichtmanschette und dem Druckdeckel 12 eine Be- und Entlüftung des Radrückenraums 6 gegeben. Die Gleitfläche ist vorliegend in einer auf der Radrückseite in das Laufrad 2 eingearbeiteten umlaufenden Nut geringer Tiefe ausgebildet. Im Bereich dieser Nut ist das Laufrad 2 entweder durch ein verschleißfestes Material beschichtet oder die Gleitfläche 10 durch Einpressen eines verschleißfesten Rings in die Nut ausgebildet.
In den 3a und 3b ist nochmals die bei der Ausführungsform gemäß den 2a und 2b verwendete elastomere Dichtmanschette einzeln dargestellt, wobei die 3b die Einzelheit Z der 3a betrifft. Besonders gut zu erkennen sind in der 3a die beiden an einander gegenüberliegenden Umfangspositionen in dem Dichtelement 9 beziehungsweise in der Dichtmanschette vorgesehenen Durchbrüche 17, 17‘ und die in ihrem Bereich jeweils ausgebildeten, in axialer Richtung aufragenden Abstützungen 18, 18‘. Für den oberen Teil der in der 3a dargestellten Dichtmanschette wird die entsprechende Ausbildung nochmals durch die in der 3b gegebene Vergrößerung verdeutlicht.
Bezugszeichenliste

1: Pumpengehäuse
2: Laufrad
3: Spalt
4: Ansaugbereich
5: Druckbereich
6: Radrückenraum
7: Medieneintrittsöffnung
8: Medienaustrittsöffnung
9: Dichtelement
10: Gleitfläche
11: elastisches Ende
12: Druckdeckel
13: axialer Abschnitt
14: axialer Abschnitt
15, 15‘: Bohrung
16, 16‘: Bohrung
17, 17: Durchbruch
18, 18: Abstützung
19: Buchse
20: Laufring
21: Abschnitt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 2900434 A1 [0006]
DE 2051011 A1 [0008]
JP 57024491 A [0009]

Claims

Kreiselpumpe zur Förderung flüssiger und viskoser Medien, mit einem eine Medieneintrittsöffnung (7) und eine Medienaustrittsöffnung (8) für das jeweils zu fördernde Medium aufweisenden Pumpengehäuse (1) und einem in dem Pumpengehäuse (1) auf einer rotativ getriebenen Welle angeordneten Laufrad (2), wobei das Pumpengehäuse einen Strömungsraum mit einem Ansaugbereich (4) auf einer der Medieneintrittsöffnung (7) zugewandten Vorderseite des Laufrades (2) und mit einem den Umfang des Laufrades (2) umgebenden Druckbereich (5) sowie einen Radrückenraum (6) umschließt, der auf der der Medieneintrittsöffnung (7) abgewandten Seite des Laufrades (2) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein konstruktiv bedingter Spalt (3) zum Radrückenraum (6) mittels eines mit einem elastischen Ende (11) an einer verschleißarmen Gleitfläche (10) des Laufrades (2) entlanggleitenden Dichtelements (9) bezüglich des geförderten Mediums und darin gegebenenfalls enthaltener Feststoffe gegenüber dem Strömungsraum vollständig abgedichtet ist, wobei aber über eine dafür vorgesehene Verbindung zum Druckbereich (5) des Strömungsraums eine Be- und Entlüftung des Radrückenraums (6) gegeben ist.
Anordnung zur Spaltabdichtung bei einer, ein von einem Pumpengehäuse (1) aufgenommenes Laufrad (2) aufweisenden Kreiselpumpe, mit einem zumindest teilweise elastischen Dichtelement (9) und mit einer an dem Laufrad (2) ausgebildeten Gleitfläche (10), an welcher im Betrieb der Kreiselpumpe ein elastisches Ende (11) des Dichtelements (9) entlanggleitet, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (9) an einem das Pumpengehäuse (1) auf der einem Ansaugbereich (4) der Kreiselpumpe abgewandten Seite verschließenden Druckdeckel (12) fixiert und die Gleitfläche (11) an dem Laufrad (2) im Bereich eines Spaltes (3) zu einem Radrückenraum (6) auf der dem Ansaugbereich (4) abgewandten Seite des Laufrades (2) ausgebildet ist und dass die Anordnung Mittel (15, 15‘, 16, 16‘, 17, 17‘, 18, 18‘) zur Be- und Entlüftung des Radrückenraums (6) umfasst.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das an der Gleitfläche (10) des Laufrades (2) entlanggleitende Ende (11) des Dichtelements (9) aus einem Elastomer besteht.
Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die aus einem Elastomer bestehenden Bereiche des Dichtelements (9) zumindest abschnittsweise von einem Gewebe durchwirkt sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (9) mittels einer Klebverbindung oder durch Vulkanisation an dem Druckdeckel (12) fixiert ist.
Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, wobei das gesamte Dichtelement (9) aus einem Elastomer besteht, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (9) kraftschlüssig oder kraft- und formschlüssig an dem Druckdeckel (12) fixiert ist.
Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (9) als ein elastomerer Dichtring ausgebildet ist, welcher mit einem ersten, das elastische Ende (11) ausbildenden axialen Abschnitt (13) an der Gleitfläche (10) des Laufrades (2) entlangleitet und mit einem zweiten axialen Abschnitt (14) auf einen in den Radrückenraum hineinragenden Abschnitt oder Absatz des Druckdeckels (12) aufgezogen ist.
Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich der axiale Abschnitt (14) bezüglich seines Durchmessers konisch verjüngt.
Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Be- und Entlüftung des Radrückenraums (6) in den Druckdeckel (12) bezüglich seines Umfangs an mindestens zwei Positionen je eine, sich hinter dem axialen Abschnitt (14) des Dichtelements (9) in radialer Richtung (r) in das Material des Druckdeckels (12) erstreckende erste Bohrung (15, 15‘) und eine sich aus dem Radrückenraum (6) in axialer Richtung (a) bis zu der ersten Bohrung (15, 15‘) erstreckende zweite Bohrung (16, 16‘) ausgebildet sind.
Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Be- und Entlüftung des Radrückenraums (6) in dem als Dichtring ausgebildeten Dichtelement (9) bezüglich seines Umfangs an mindestens zwei Positionen je ein sich radialer Richtung (r) in den Radrückenraum (6) erstreckender Durchbruch ausgebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 6, wobei ein in den Radrückenraum (6) hineinragendes axiales Ende des Druckdeckels (12) einen gegenüber dem Laufrad (2) größeren Durchmesser aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (9) als eine, einen Absatz des Druckdeckels (12) hintergreifende Dichtmanschette ausgebildet ist, die einen sich, zum Ausgleich der unterschiedlichen Durchmesser zwischen Druckdeckel (12) und Laufrad (2), in radialer Richtung (r) erstreckenden Abschnitt (21) aufweist.
Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Be- und Entlüftung des Radrückenraums (6) in dem sich in radialer Richtung (r) erstreckenden Abschnitt (21) des als Dichtmanschette ausgebildeten Dichtelements (9) bezogen auf dessen Umfang an mindestens zwei Positionen jeweils ein den betreffenden Abschnitt (21) in axialer Richtung (a) durchragender Durchbruch (17, 17‘) und eine sich auf der dem Druckdeckel zugewandten Seite in axialer Richtung (a) aufragende, aus dem Material der Dichtmanschette bestehende Abstützung (18, 18‘) ausgebildet sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (9) zur zusätzlichen Fixierung an dem Druckdeckel (12) mit diesem durch Vulkanisation haftend verbunden ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die verschleißarme Gleitfläche (10) durch eine Verschleißschutzbeschichtung des Laufrades (2) realisiert ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung der Gleitfläche (10) eine Buchse (19) auf der dem Radrückenraum (6) zugewandten Seite auf den Umfang oder auf einen eingearbeiteten Absatz des Laufrades (2) aufgepresst ist, wobei die Gleitfläche (10) auf der radialen Außenfläche der aus einem verschleißarmen Material bestehenden Buchse (19) ausgebildet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 13, wobei ein in den Radrückenraum (6) hineinragendes axiales Ende des Druckdeckels (12) einen gegenüber dem Laufrad (2) größeren Durchmesser aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung der Gleitfläche (10) eine Buchse (19) auf der dem Radrückenraum (6) zugewandten Seite auf den Umfang oder auf einen eingearbeiteten Absatz des Laufrades (2) aufgepresst ist, wobei die Gleitfläche (10) auf der radialen Außenfläche eines mit der Buchse (19) verbundenen, gegenüber dieser in radialer Richtung (r) aufragenden Laufrings (20) aus einem verschleißarmen Material ausgebildet ist.