DE102024102029A1

DE102024102029A1 - Procedure for commissioning a pump and pump for process execution

Info

Publication number: DE102024102029A1
Application number: DE102024102029.6A
Authority: DE
Inventors: David Krill; Axel Schunk; Frank Sehr; Maike van Geldern
Original assignee: KSB SE and Co KGaA
Current assignee: KSB SE and Co KGaA
Priority date: 2024-01-24
Filing date: 2024-01-24
Publication date: 2025-07-24
Also published as: WO2025157836A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Minimierung eines hydraulischen Spaltes zwischen Laufrad und Pumpengehäuse einer Kreiselpumpe bei Erstinbetriebnahme, wobei der hydraulische Spalt der Pumpe zwischen einer durch das Laufrad gebildeten oder mit dem Laufrad verbundenen rotierenden Fläche und einer durch das Pumpengehäuse gebildeten oder mit dem Pumpengehäuse verbundenen stationären Fläche definiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die rotierende Fläche durch eine im Pumpenbetrieb wirkende Axialkraft in Richtung der stationären Fläche bewegt und zumindest bei Erstinbetriebnahme mit dieser in Reibkontakt gebracht wird, und wenigstens eine der Flächen eine abrasive Oberflächenstruktur aufweist, wodurch ein axialer Materialabtrag auf der andere Fläche bewirkt wird bis die Axialbewegung der rotierenden Fläche durch ein separates Anschlagsmittel begrenzt wird. The invention relates to a method for minimizing a hydraulic gap between the impeller and the pump housing of a centrifugal pump during initial commissioning, wherein the hydraulic gap of the pump is defined between a rotating surface formed by the impeller or connected to the impeller and a stationary surface formed by the pump housing or connected to the pump housing, characterized in that the rotating surface is moved in the direction of the stationary surface by an axial force acting during pump operation and is brought into frictional contact with the latter at least during initial commissioning, and at least one of the surfaces has an abrasive surface structure, whereby axial material removal is effected on the other surface until the axial movement of the rotating surface is limited by a separate stop means.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Minimierung eines hydraulischen Spaltes zwischen Laufrad und Pumpengehäuse einer Kreiselpumpe bei ihrer Erstinbetriebnahme.The invention relates to a method for minimizing a hydraulic gap between the impeller and the pump housing of a centrifugal pump during its initial commissioning.

Zwischen Laufrad und Pumpengehäuse befindet sich aus konstruktiven Gründen ein Spalt, der die Druckseite von der Saugseite der Pumpe abgrenzt. Bedingt durch den Unterschied der Drücke vor und hinter dem Laufrad fließt ein Teil des bereits auf höheren statischen Druck gebrachten Fördermediums durch den Spalt zwischen dem stehenden und dem rotierenden Teil der Pumpe zurück (Spaltstrom). Der dabei auftretende Leistungsverlust wird als Spaltverlust bezeichnet.For design reasons, there is a gap between the impeller and the pump housing that separates the pressure side from the suction side of the pump. Due to the difference in pressure upstream and downstream of the impeller, part of the pumped fluid, which has already been brought to a higher static pressure, flows back through the gap between the stationary and rotating parts of the pump (gap flow). The resulting power loss is referred to as gap loss.

Um die auftretenden Leistungsverluste zu begrenzen ist es daher wünschenswert, den hydraulischen Spalt zwischen Laufrad und Pumpengehäuse klein zu halten. Aufgrund von Fertigungstoleranzen ist es jedoch oftmals schwierig, Pumpengehäuse und Laufrad mit dem gewünschten Endmaß zur Minimierung des Spaltes zu fertigen.To limit the resulting power losses, it is therefore desirable to keep the hydraulic gap between the impeller and the pump casing small. However, due to manufacturing tolerances, it is often difficult to manufacture the pump casing and impeller with the desired final dimensions to minimize the gap.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine Lösung für die obige Problemstellung aufzuzeigen, um den hydraulischen Spalt zwischen Laufrad und Pumpengehäuse so klein wie möglich zu halten und dadurch auftretende hydraulische Verluste zu minimieren.The object of the present invention is therefore to provide a solution to the above problem in order to keep the hydraulic gap between the impeller and the pump housing as small as possible and thereby minimize the hydraulic losses that occur.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungen des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Zudem wird das Problem durch eine Kreiselpumpe gemäß den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst.This object is achieved by a method according to the features of claim 1. Advantageous embodiments of the method are the subject of the dependent claims. Furthermore, the problem is solved by a centrifugal pump according to the features of claim 11.

Die Kernidee der Erfindung besteht darin, die für den Spalt relevanten Komponenten nicht vorab mit Endmaß zu fertigen, sondern stattdessen durch ein Einlaufen der Pumpe bei der Erstinbetriebnahme dafür zu sorgen, dass der hydraulische Spalt zwischen Laufrad und Pumpengehäuse auf ein Minimum reduziert wird. Der hydraulische Spalt der Pumpe ergibt sich zwischen einer durch das Laufrad gebildeten oder mit dem Laufrad verbundenen rotierenden Fläche und einer durch das Pumpengehäuse gebildeten oder mit dem Pumpengehäuse stationär verbundenen Fläche. Konstruktionsbedingt wirkt während des Pumpenbetriebs eine Axialkraft auf das Laufrad und folglich auf die rotierende Fläche, wodurch die Fläche in Richtung der stationären Fläche gedrückt wird. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, wenigstens eine der den Spalt bildenden Flächen mit einer abrasiven Oberflächenstruktur auszuführen. Initial wird bei Erstinbetriebnahme eine gewisse Axialbewegung des Laufrades und damit Relativbewegung der beiden Flächen aufeinander zu gestattet, sodass beide Flächen in Kontakt kommen. Durch die abrasive Oberflächenstruktur einer der Flächen kommt es zu einem definierten axialen Materialabtrag an der anderen Fläche. Die axiale Bewegung der Flächen aufeinander zu wird jedoch durch einen Axialanschlag begrenzt, sodass nach dem gewünschten axialen Materialabtrag die beiden Flächen mit minimalem Abstand zueinander liegen, d.h. sich ein geringstmöglicher Spalt zwischen beiden Flächen einstellt.The core idea of the invention is not to manufacture the components relevant for the gap to their final dimensions in advance, but instead to ensure that the hydraulic gap between the impeller and the pump housing is reduced to a minimum by running in the pump during initial commissioning. The hydraulic gap of the pump results between a rotating surface formed by the impeller or connected to the impeller and a surface formed by the pump housing or stationary connected to the pump housing. Due to the design, an axial force acts on the impeller and consequently on the rotating surface during pump operation, whereby the surface is pushed towards the stationary surface. According to the invention, it is proposed to design at least one of the surfaces forming the gap with an abrasive surface structure. Initially, during initial commissioning, a certain axial movement of the impeller and thus relative movement of the two surfaces towards each other is permitted so that both surfaces come into contact. The abrasive surface structure of one of the surfaces leads to a defined axial material removal on the other surface. However, the axial movement of the surfaces towards each other is limited by an axial stop, so that after the desired axial material removal, the two surfaces are at a minimum distance from each other, i.e. the smallest possible gap is created between the two surfaces.

Durch diesen erfindungsgemäßen Ansatz wird das gewünschte Endmaß im Bereich des hydraulischen Spalts erst nach einer gewissen Pumpenlaufzeit erreicht. Idealerweise erfolgt die Dimensionierung der abrasiven Oberflächenstruktur bzw. der Materialart des komplementären Flächenabschnittes derart, sodass möglichst schnell ein Endmaß erreicht wird, idealerweise nach maximal 10 Stunden Laufzeit, bevorzugt nach maximal 5 Stunden. Im Idealfall wird ein ausreichender Materialabtrag auch deutlich schneller erreicht, bspw. bereits nach einer Stunde, 30 Minuten oder einer noch kürzeren Laufzeit.With this inventive approach, the desired final dimension in the area of the hydraulic gap is only achieved after a certain pump runtime. Ideally, the abrasive surface structure or the material type of the complementary surface section is dimensioned in such a way that a final dimension is achieved as quickly as possible, ideally after a maximum of 10 hours of runtime, preferably after a maximum of 5 hours. Ideally, sufficient material removal is also achieved significantly faster, e.g., after just one hour, 30 minutes, or even less runtime.

Als vorteilhafte Ausführung wird vorgeschlagen, die stationäre Fläche mit einer abrasiven Oberflächenstruktur auszuführen. Ein axialer Materialabtrag wird somit an der rotierenden Fläche erzwungen. Denkbar ist es beispielsweise, dass die rotierende Fläche durch einen Abschnitt des Laufrades selbst gebildet wird, das heißt das Laufrad zunächst mit einer gewissen Überdimensionierung gefertigt und durch den axialen Materialabtrag dann auf das Endmaß abgeschliffen wird. Besonders bevorzugt ist es, wenn die rotierende Fläche durch eine den Saugmund des Laufrades definierende Stirnfläche des Laufrades gebildet ist, das heißt es kommt zu einem axialen Materialabtrag an dieser Stirnseite in axialer Richtung des Laufrades. Alternativ kann natürlich auch die rotierende Fläche die abrasive Oberflächenstruktur aufweisen und ein axialer Materialabtrag an der stationären Fläche erfolgen.As an advantageous embodiment, it is proposed to design the stationary surface with an abrasive surface structure. This forces axial material removal on the rotating surface. For example, it is conceivable that the rotating surface is formed by a section of the impeller itself, i.e. the impeller is initially manufactured with a certain oversizing and is then ground to the final dimension through the axial material removal. It is particularly preferred if the rotating surface is formed by an end face of the impeller that defines the suction mouth of the impeller, i.e. axial material removal occurs on this end face in the axial direction of the impeller. Alternatively, the rotating surface can of course also have the abrasive surface structure and axial material removal can occur on the stationary surface.

Denkbar ist es auch, dass ein gesondertes Bauteil, bspw. ein Ring am Pumpengehäuse gelagert wird, wobei der Ring eine abrasive Oberflächenstruktur aufweist und in Kontakt mit der Stirnseite des Laufrades tritt.It is also conceivable that a separate component, e.g. a ring, is mounted on the pump housing, whereby the ring has an abrasive surface structure and comes into contact with the front side of the impeller.

Die stationäre Fläche wird durch eine senkrecht zur Axialrichtung orientierte ringförmige Fläche der Innenwand des Pumpengehäuses gebildet, gegen diese die Stirnfläche des Laufrades durch die Axialbewegung bewegt wird. Dieser ringförmige Flächenabschnitt der Innenwand tritt dann bei Erstinbetriebnahme der Pumpe in unmittelbaren Reibkontakt mit der Stirnseite des Laufrades, sodass es zu dem gewünschten axialen Materialabtrag am Laufrad kommt. Nach Erreichen des axialen Endanschlages läuft das Laufrad dann ohne weitere Kontaktierung der senkrechten Fläche des Pumpengehäuses, sodass hier ein minimaler hydraulischer Spalt zwischen Pumpengehäuse und Stirnfläche des Laufrades vorliegt.The stationary surface is formed by an annular surface of the inner wall of the pump casing, oriented perpendicular to the axial direction, against which the front face of the impeller is moved by the axial movement. This annular surface section of the inner wall then comes into direct frictional contact with the front face of the impeller during initial commissioning of the pump, resulting in the desired axial material removal on the impeller. After reaching the axial end stop, the impeller then runs without further contact with the vertical surface of the pump housing, so that there is a minimal hydraulic gap between the pump housing and the end face of the impeller.

Bei dem Anschlagsmittel kann es sich um ein Axiallager handeln, das ein auf der Pumpenwelle fixiertes rotierendes Axiallagerteil sowie ein am Pumpengehäuse festgelegtes Axiallagerteil aufweist. Ein solches Axiallager wird zunächst im Auslieferungszustand mit einem definierten Initialspalt gefertigt, sodass die gewünschte Axialbewegung der Welle und somit des Pumpenrades in Richtung der stationären Fläche am Pumpengehäuse ermöglicht wird. Das Axiallager begrenzt jedoch den maximalen axialen Verschiebeweg, sodass nur ein fest definierter axialer Materialabtrag möglich ist. Denkbar ist es beispielsweise, dass es sich bei dem Axiallager um das Motorlager handelt.The stop device can be an axial bearing, which has a rotating axial bearing part fixed to the pump shaft and a thrust bearing part attached to the pump housing. Such an axial bearing is initially manufactured with a defined initial gap upon delivery, allowing the desired axial movement of the shaft and thus of the pump impeller toward the stationary surface on the pump housing. However, the axial bearing limits the maximum axial displacement, so that only a defined axial material removal is possible. For example, it is conceivable that the axial bearing is the motor bearing.

Vorstehend wurde ein Materialabtrag am Laufrad vorgeschlagen. Denkbar ist es jedoch ebenfalls, dass im Bereich zwischen Laufrad und Pumpengehäuse ein sogenannter Spaltring bzw. ein Spaltringlager eingebracht ist. Der hydraulische Spalt zwischen Pumpenlaufrad und Pumpengehäuse wird in diesem Fall zwischen dem rotierenden Ring und dem feststehenden Ring des Spaltlagers definiert. Auch für eine solche Konstruktion ist das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar, indem die Komponenten des Spaltringlagers nicht unmittelbar auf Maß gefertigt werden, sondern eine gewisse Überdimensionierung vorliegt, sodass bei Erstinbetriebnahme der Pumpe ein definierter axialer Materialabtrag erfolgt um das Spaltringlager auf die gewünschten Endmaße mit möglichst geringem Spalt zu fertigen.Material removal from the impeller was suggested above. However, it is also conceivable that a so-called split ring or split ring bearing is inserted in the area between the impeller and the pump housing. In this case, the hydraulic gap between the pump impeller and the pump housing is defined between the rotating ring and the stationary ring of the split ring bearing. The method according to the invention can also be applied to such a design in that the components of the split ring bearing are not manufactured directly to size, but rather a certain oversizing takes place, so that when the pump is first put into operation, a defined axial material removal takes place in order to manufacture the split ring bearing to the desired final dimensions with the smallest possible gap.

Denkbar ist es beispielsweise, dass ein Materialabtrag an einem am Pumpengehäuse festgelegten Lagerring des Spaltringlagers bewirkt wird. Ein saugmundseitig an der Stirnseite des Laufrades fixierter und mit dem Laufrad rotierender Lagerring des Spaltringlagers umfasst dann die benötigte abrasive Oberflächenstruktur, um für den notwendigen Materialabtrag am festgelegten Ring des Spaltringlagers zu sorgen. Alternativ dazu ist es jedoch ebenso vorstellbar, dass ein Materialabtrag an dem saugmundseitig an der Stirnseite des Laufrads fixierten rotierenden Lagerring bewirkt wird und der am Pumpengehäuse festgelegte Lagerring die abrasive Oberflächenstruktur aufweist.For example, it is conceivable that material removal occurs on a raceway bearing ring attached to the pump housing. A raceway bearing ring, fixed to the impeller's face on the suction port side and rotating with the impeller, then comprises the required abrasive surface structure to ensure the necessary material removal on the fixed raceway bearing ring. Alternatively, however, it is also conceivable that material removal occurs on the rotating bearing ring attached to the impeller's face on the suction port side, and that the bearing ring attached to the pump housing has the abrasive surface structure.

Das Aufbringen der abrasiven Oberflächenstruktur auf die Fläche an der Innenwandung des Pumpengehäuses bzw. auf den Ring des Spaltringlagers kann durch Aufbringen einer abrasiven Beschichtung erfolgen, beispielsweise einer mit Diamantpartikeln besetzten Beschichtung. Denkbar ist auch das Aufbringen einer Folie, insbesondere einer mit Diamantpartikeln besetzten Folie auf die Fläche. Vorstellbar ist auch eine Fertigung der abrasiven Oberflächenstruktur mittels adaptiver oder spanabhebender Bearbeitung der Oberfläche. Eine geeignete abrasive Oberflächenstruktur kann beispielsweise durch ein entsprechendes Sägezahnprofil erzeugt werden, die so die gewünschte Rauigkeit aufweist und damit für die Abrasion an der kontaktierten Fläche sorgt.The abrasive surface structure can be applied to the surface on the inner wall of the pump housing or to the ring of the split ring bearing by applying an abrasive coating, for example, one coated with diamond particles. Applying a film, particularly a film coated with diamond particles, to the surface is also conceivable. It is also conceivable to produce the abrasive surface structure by means of adaptive or machining of the surface. A suitable abrasive surface structure can be created, for example, by a corresponding sawtooth profile, which thus exhibits the desired roughness and thus ensures abrasion on the contacted surface.

Neben dem erfindungsgemäßen Verfahren betrifft die vorliegende Erfindung eine Kreiselpumpe, insbesondere eine Kreiselpumpe die geeignet ist zur Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung. Eine solche Kreiselpumpe umfasst ein Pumpengehäuse und ein im Pumpengehäuse drehbar gelagertes Laufrad, wobei zwischen einer durch das Laufrad gebildeten oder mit dem Laufrad verbundenen rotierenden Fläche und einer durch das Pumpengehäuse gebildeten oder mit dem Pumpengehäuse verbundenen stationären Fläche ein hydraulischer Spalt besteht. Erfindungswesentlich ist, dass die rotierende Fläche oder die stationäre Fläche mit einer abrasiven Oberflächenstruktur versehen und im Pumpenbetrieb eine gewisse Axialbewegung des Laufrades in Richtung der feststehenden Fläche möglich ist, sodass ein axialer Materialabrieb entweder an der rotierenden oder alternativ an der stationären Fläche ermöglicht wird, bis die Axialbewegung durch einen axialen Anschlag begrenzt ist.In addition to the method according to the invention, the present invention relates to a centrifugal pump, in particular a centrifugal pump which is suitable for carrying out the method according to the invention. Such a centrifugal pump comprises a pump housing and an impeller rotatably mounted in the pump housing, wherein a hydraulic gap exists between a rotating surface formed by the impeller or connected to the impeller and a stationary surface formed by the pump housing or connected to the pump housing. It is essential to the invention that the rotating surface or the stationary surface is provided with an abrasive surface structure and that a certain axial movement of the impeller in the direction of the stationary surface is possible during pump operation, so that axial material abrasion is enabled either on the rotating or alternatively on the stationary surface until the axial movement is limited by an axial stop.

Vorteilhaft ist es, wenn die stationäre Fläche des Pumpengehäuses eine abrasive Beschichtung umfasst oder alternativ mit einer reibungserhöhenden Folie versehen ist. Die Beschichtung bzw. die Folie weist beispielsweise eine diamantbesetzte Struktur auf. Alternativ kann auch mittels materialabtragenden oder additiven Verfahren eine abrasive Oberflächenstruktur erzielt werden, insbesondere in Form eines Sägezahnprofils. Alternativ kann auch ein gesondertes Bauteil mit abrasiven Eigenschaften eingesetzt sein.It is advantageous if the stationary surface of the pump housing includes an abrasive coating or, alternatively, is provided with a friction-increasing film. The coating or film has, for example, a diamond-coated structure. Alternatively, an abrasive surface structure can be achieved using material-removing or additive processes, particularly in the form of a sawtooth profile. Alternatively, a separate component with abrasive properties can also be used.

Die rotierende Fläche am Laufrad besteht aus einem weicheren Material, insbesondere aus Kunststoff, sodass durch die abrasive Oberflächenstruktur der axiale Materialabtrag erreicht werden kann. Denkbar ist es auch, dass das Laufrad aus unterschiedlichen Komponenten, insbesondere Kunststoffkomponenten besteht, wobei im Bereich der saugmundseitigen Stirnseite des Laufrades ein weicheres Kunststoffmaterial vorhanden ist. Ein solches Laufrad kann besonders einfach per 2-Komponenten Spritzgussverfahren hergestellt werden.The rotating surface of the impeller is made of a softer material, particularly plastic, so that the abrasive surface structure allows for axial material removal. It is also conceivable for the impeller to consist of different components, particularly plastic components, with a softer plastic material being used in the area of the impeller's suction port end face. Such an impeller can be manufactured particularly easily using a two-component injection molding process.

Bei Vorhandensein eines Spaltringlagers ist der rotierende Lagerring des Spaltrings aus einem keramischen Material gefertigt. Der festgelegte Ring des Spaltringlagers kann aus einem kohlebasierenden Material bestehen, was deutlich weicher ist und somit einen gewissen Materialabtrag gestattet. Genauso kann der rotierende Ring aus einem kohlebasierenden Material und der festgelegte Ring aus einem keramischen Material bestehen.In the case of a split ring bearing, the rotating bearing ring of the split ring is made of a ceramic material. The fixed ring The split ring bearing can be made of a carbon-based material, which is significantly softer and thus allows for a certain amount of material removal. Likewise, the rotating ring can be made of a carbon-based material and the fixed ring of a ceramic material.

Der festgelegte Ring des Spaltringlagers kann mittels eines gesonderten Trägerrings axial und in Umfangsrichtung am Pumpengehäuse fixiert sein. Zusätzlich kann der festgelegte Ring mittels eines elastischen Rings schwimmend am Pumpengehäuse gelagert sein, um dadurch eine gewisse Ausgleichsbewegung zuzulassen.The fixed ring of the split ring bearing can be fixed axially and circumferentially to the pump housing by means of a separate carrier ring. Additionally, the fixed ring can be mounted on the pump housing in a floating manner by means of an elastic ring to allow for a certain amount of compensating movement.

Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung sollen nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:

1: eine Schnittdarstellung durch das Laufrad einer Kreiselpumpe gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Ausführung,
2: eine perspektivische Draufsicht auf das Gehäuse der Kreiselpumpe für die erste Ausführung,
3: eine Schnittdarstellung durch das Gehäuse gemäß 2,
4: eine Schnittdarstellung durch die erfindungsgemäße Kreiselpumpe gemäß der ersten Ausführung,
5: eine vergrößerte Detaildarstellung gemäß der Schnittdarstellung der 4,
6: eine Schnittdarstellung durch das Gehäuse einer Kreiselpumpe gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
7: eine Schnittdarstellung durch das Gehäuse einer Kreiselpumpe gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung,
8: eine perspektivische Draufsicht auf das Gehäuse der Kreiselpumpe für die dritte Ausführung der Erfindung und
9: den eingesetzten Ring für die dritte Ausführung.

Further advantages and features of the invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment illustrated in the drawings. They show:

1 : a sectional view through the impeller of a centrifugal pump according to a first embodiment of the invention,
2 : a perspective top view of the centrifugal pump housing for the first version,
3 : a sectional view through the housing according to 2 ,
4 : a sectional view through the centrifugal pump according to the invention according to the first embodiment,
5 : an enlarged detailed view according to the sectional view of the 4 ,
6 : a sectional view through the housing of a centrifugal pump according to a second embodiment of the invention,
7 : a sectional view through the housing of a centrifugal pump according to a third embodiment of the invention,
8 : a perspective top view of the housing of the centrifugal pump for the third embodiment of the invention and
9 : the inserted ring for the third version.

1 zeigt eine Schnittdarstellung eines Laufrades 1 für eine erfindungsgemäße Kreiselpumpe gemäß einer ersten Ausführung. Das Laufrad 1 umfasst eine koaxial zur Rotationsachse liegende Saugöffnung 4, die durch eine zylindrische Auskragung 4a gebildet ist. Am stirnseitigen äußeren Ende der Auskragung 4a ist der mit dem Laufrad 1 rotierende Lagerring 10 einer Spaltringdichtung angeordnet. Die außenliegende Ringfläche 10a stellt die rotierende Fläche dar und ist im in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel als durchgängige Ringfläche ausgestaltet. 1 shows a sectional view of an impeller 1 for a centrifugal pump according to the invention in a first embodiment. The impeller 1 comprises a suction opening 4 which is coaxial with the rotational axis and is formed by a cylindrical projection 4a. The bearing ring 10 of a split ring seal, which rotates with the impeller 1, is arranged at the outer end of the projection 4a. The outer annular surface 10a represents the rotating surface and is 1 shown embodiment is designed as a continuous annular surface.

Das Laufrad 1 wird bspw. per Spritzgussverfahren aus Kunststoff gefertigt. Der aus Keramik bestehende Lagerring 10 wird dann beim Spritzgiessen des Laufrades eingespritzt, so dass dieser in Axialrichtung der Pumpe am Saugmund 4 fixiert ist. Die Axialfixierung wird durch eine Hinterspritzung 11 des Lagerrings 10 erreicht.The impeller 1 is manufactured from plastic, for example, by injection molding. The ceramic bearing ring 10 is then injected during the impeller injection molding process, so that it is fixed in the axial direction of the pump at the suction port 4. The axial fixation is achieved by a back-injection 11 of the bearing ring 10.

Der feststehende Teil des Spaltringlagers besteht aus dem stationären Lagerring 30, der mittels eines Lagerringträgers 31 in axialer Richtung festgelegt wird. Der Schnittdarstellung der 3 ist der Saugkanal 40 im Pumpengehäuse 50 zu entnehmen. Der Saugkanal 40 weist hierbei eine Doppelstufe mit dem ersten Absatz 41 und dem zweiten, näher am Laufrad befindlichen Absatz 42 auf, die jeweils durch eine stufige Durchmesservergrößerung des Saugkanals 40 gebildet sind. Auf der ersten Stufe 41 wird der stationäre Lagerring 30 auf einem O-Ring 32 gelagert, wodurch der Lagerring 30 geringfügig vom Laufrad wegbewegt werden kann, um etwaige Abweichungen von der Planparallelität der Flächen 10a, 30a ausgleichen zu können. Auf der nächsten Stufe 42 wird dann der Lagerringträger 31 aufgesetzt und am Gehäuse 50 drehfest sowie in axialer Richtung unbeweglich fixiert. Der Lagerring 30 liegt also in Axialrichtung zwischen Laufrad 1 und Pumpengehäuse 50.The stationary part of the split ring bearing consists of the stationary bearing ring 30, which is fixed in the axial direction by means of a bearing ring carrier 31. The sectional view of the 3 The suction channel 40 can be seen in the pump housing 50. The suction channel 40 has a double stage with the first step 41 and the second step 42, located closer to the impeller, each of which is formed by a stepped increase in the diameter of the suction channel 40. On the first step 41, the stationary bearing ring 30 is mounted on an O-ring 32, whereby the bearing ring 30 can be moved slightly away from the impeller in order to compensate for any deviations from the plane-parallelism of the surfaces 10a, 30a. On the next step 42, the bearing ring carrier 31 is then placed and fixed to the housing 50 in a rotationally fixed manner and immovably in the axial direction. The bearing ring 30 is therefore located in the axial direction between the impeller 1 and the pump housing 50.

Sowohl Lagerringträger 31 als auch Lagerring 30 haben kreisrunde Öffnungen, die koaxial zueinander liegen. Der Innendurchmesser des Lagerringträgers 31 ist größer gewählt, so dass die Gleitfläche 30a des Lagerrings 30 freigelegt wird (siehe 2). Ferner ist der Innendurchmesser des Lagerringträgers 31 größer als der Aussendurchmesser des zylindrischen Saugmundes 4 des Laufrades 1 gewählt, so dass die zylindrische Auskragung 4a des Laufrades im Innendurchmesser des Lagerringträgers 31 aufgenommen werden kann.Both bearing ring carrier 31 and bearing ring 30 have circular openings that are coaxial to each other. The inner diameter of bearing ring carrier 31 is larger so that the sliding surface 30a of bearing ring 30 is exposed (see 2 ). Furthermore, the inner diameter of the bearing ring carrier 31 is selected to be larger than the outer diameter of the cylindrical suction mouth 4 of the impeller 1, so that the cylindrical projection 4a of the impeller can be accommodated in the inner diameter of the bearing ring carrier 31.

Die 2 zeigt zudem, dass der Lagerringträger 31 mit axialen Nuten 33 versehen ist, in die sich in Axialrichtung zum Laufrad 1 hin erstreckende komplementäre Auskragungen 34 des Lagerrings 30 eingreifen. Durch diesen mechanischen Formschluss wird eine drehfeste Verbindung zwischen Lagerring 30 und Lagerringträger 31 geschaffen.The 2 also shows that the bearing ring carrier 31 is provided with axial grooves 33, into which complementary projections 34 of the bearing ring 30, extending in the axial direction toward the impeller 1, engage. This mechanical form-fitting connection creates a rotationally fixed connection between the bearing ring 30 and the bearing ring carrier 31.

Der hydraulische Spalt der Pumpe besteht dann zwischen der rotierenden Fläche 10a des rotierenden Lagerrings 10 und der stationären Fläche 30a des Lagerrings 30. Der Lagerring 30 ist aus einem weichen, kohlebasierenden Material gefertigt.The hydraulic gap of the pump then exists between the rotating surface 10a of the rotating bearing ring 10 and the stationary surface 30a of the bearing ring 30. The bearing ring 30 is made of a soft, carbon-based material.

Das keramische Material des rotierenden Lagerrings 10, insbesondere die Oberfläche 10a, ist mit abrasiven Eigenschaften ausgestattet, zum Beispiel:

- durch eine definierte Rauigkeit auf der axialen Lauffläche aus dem Sinterprozess,
- durch Aufbringen einer abrasiven Schicht, zum Beispiel mit Diamantpartikeln
- durch Verwendung einer Keramik-Diamant-Mischung als Lagermaterial
- durch eine definierte Oberflächenform, die mit Hilfe additiver Fertigung aufgeprägt wird, bspw. Kugelkappen.

The ceramic material of the rotating bearing ring 10, in particular the surface 10a, is endowed with abrasive properties, for example:

- by a defined roughness on the axial running surface from the sintering process,
- by applying an abrasive layer, for example with diamond particles
- by using a ceramic-diamond mixture as bearing material
- through a defined surface shape that is embossed using additive manufacturing, e.g. spherical caps.

Der Gesamtaufbau der Pumpe ist im Längsschnitt der 4 ersichtlich. Das Pumpengehäuse 50 umfasst den Saugstutzen 51 sowie den Druckstutzen 52. Das Laufrad sitzt auf der Pumpenwelle 53, die durch den Motor 54 angetrieben wird. Zwischen Hydraulik und Motor 54 ist ein Axiallager im Motorgehäuse angeordnet. Das Axiallager besteht aus einem mittels des Axiallagerträgers 56 auf der Welle 53 fixierten und zusammen mit der Welle rotierenden Axiallagerteil 57 aus Keramik und einem im Motorgehäuse feststehenden Axiallagerteil 58 aus Kohle. Zwischen den Axiallagerflächen 57, 58 besteht im Auslieferungszustand ein axialer Spalt 59 von wenigen hundertstel Millimetern (0.01-0,2mm).The overall structure of the pump is shown in the longitudinal section of the 4 The pump housing 50 comprises the suction port 51 and the discharge port 52. The impeller sits on the pump shaft 53, which is driven by the motor 54. An axial bearing is arranged in the motor housing between the hydraulic system and the motor 54. The axial bearing consists of a ceramic axial bearing part 57, which is fixed to the shaft 53 by means of the axial bearing carrier 56 and rotates together with the shaft, and a carbon axial bearing part 58, which is fixed in the motor housing. In the delivery state, there is an axial gap 59 of a few hundredths of a millimeter (0.01-0.2 mm) between the axial bearing surfaces 57 and 58.

Im laufenden Pumpenbetrieb besteht in jedem Betriebspunkt eine Axialkraft, die vom Motor 54 in Richtung der Hydraulik wirkt und das Pumpenlaufrad 1, insbesondere die Fläche 10a auf die Fläche 30a des Lagerrings 30 drückt. Im Auslieferungszustand kontaktieren sich demzufolge die Flächen 10a, 30a. Nach dem initialen Einschalten der Pumpe startet der Einlaufprozess. Durch die abrasiven Eigenschaften der Keramik des rotierenden Lagerrings 10 schleift sich die Kohle an der Fläche 30a des Lagerrings 30 ab. Während dieses Prozesses schiebt sich der Rotor entsprechend der abgeschliffenen axialen Länge in Richtung Pumpengehäuse. Dieser Prozess findet solange statt, bis das Axiallager 57, 58 im Motorgehäuse zum Tragen kommt, d.h. der rotierende Axiallagerteil 57 den Initialspalt 59 überwunden hat und am feststehenden Axiallagerteil 58 anschlägt. Die dann anliegende Axialkraft wurde vom Axiallager 57, 58 aufgenommen, der Schleifprozess im Bereich der Flächen 10a, 30a kommt zum Erliegen.During pump operation, an axial force exists at every operating point, acting from the motor 54 in the direction of the hydraulic system, pressing the pump impeller 1, in particular surface 10a, against surface 30a of the bearing ring 30. In the as-delivered state, surfaces 10a, 30a are therefore in contact. After the pump is initially switched on, the running-in process begins. Due to the abrasive properties of the ceramic of the rotating bearing ring 10, the carbon on surface 30a of the bearing ring 30 is ground down. During this process, the rotor slides towards the pump housing according to the ground-down axial length. This process continues until the axial bearing 57, 58 in the motor housing comes into play, i.e., the rotating axial bearing part 57 has overcome the initial gap 59 and strikes the stationary axial bearing part 58. The axial force then applied was absorbed by the axial bearing 57, 58, and the grinding process in the area of the surfaces 10a, 30a came to a standstill.

Der sich so eingestellte Spalt zwischen Lagerring 10 am Laufrad 1 und Lagerring 30 im Pumpengehäuse 50 ist auf wenige hundertstel Millimeter reduziert. Alternativ zur gezeigten Ausführung der 1 bis 5 könnte natürlich auch der Lagerring 10 aus einem weicheren Material (bspw. kohlebasiertes Material oder weicher Kunststoff) gefertigt sein und der Lagerring 30 besteht aus einem härteren Material (bspw. Keramik) und umfasst die notwendige abrasive Oberflächenstruktur.The resulting gap between bearing ring 10 on impeller 1 and bearing ring 30 in pump casing 50 is reduced to a few hundredths of a millimeter. As an alternative to the shown design of the 1 to 5 Of course, the bearing ring 10 could also be made of a softer material (e.g. carbon-based material or soft plastic) and the bearing ring 30 could be made of a harder material (e.g. ceramic) and include the necessary abrasive surface structure.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kreiselpumpe ist in 6 dargestellt. Gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel der 1 bis 5 ist hier im Bereich des Laufrades 1 kein Spaltringlager 10, 30 eingebracht. Stattdessen läuft hier eine saugseitige Stirnfläche 10a' des Laufrades 1 direkt auf der Stufe 41 des Pumpengehäuses. Auf dieser Stufenfläche 41 ist zudem eine abrasive Schicht unmittelbar auf das Material des Pumpengehäuses 50 aufgebracht. Diese reibungserhöhende Schicht kann eine Beschichtung oder eine reibungserhöhende Folie sein (z. Bsp. eine diamantbesetzte Schicht).A further embodiment of the centrifugal pump according to the invention is shown in 6 Compared to the first embodiment of the 1 to 5 Here, no split ring bearing 10, 30 is incorporated in the area of the impeller 1. Instead, a suction-side end face 10a' of the impeller 1 runs directly on the step 41 of the pump housing. On this step surface 41, an abrasive layer is also applied directly to the material of the pump housing 50. This friction-increasing layer can be a coating or a friction-increasing film (e.g., a diamond-coated layer).

Im Auslieferungszustand liegt die axiale Stirnseite 10a' des Laufrades 1 an der reibungserhöhenden Schicht 41 an. Wird die Pumpe nun gestartet, startet der Einlaufprozess. Durch die abrasive Eigenschaft der Beschichtung des Absatzes 41 schleift sich die Stirnfläche 10a' des Laufrads 1 axial ab. Während diesem Prozess schiebt sich der Rotor entsprechend der abgeschliffenen Länge in Richtung Pumpengehäuse 50. Dieser Prozess findet so lange statt, bis das eigentliche Axiallager 57, 58 im Motorgehäuse zum Tragen kommt. Die dann anliegende Axialkraft wird vom Axiallager 57, 58 aufgenommen, der Schleifprozess am Laufrad 1 kommt zum Erliegen. Der sich so eingestellte Spalt zwischen Laufrad 1 und Absatz 41 des Pumpengehäuses 50 hat nun maximal die Höhe der Rauheit beider Flächen 10a', 41 und ist daher auf wenige Hundertstel reduziert.In the delivery state, the axial end face 10a' of the impeller 1 rests against the friction-increasing layer 41. When the pump is now started, the running-in process begins. Due to the abrasive properties of the coating on the shoulder 41, the end face 10a' of the impeller 1 is ground down axially. During this process, the rotor slides towards the pump housing 50 according to the ground-down length. This process continues until the actual axial bearing 57, 58 in the motor housing comes into play. The then applied axial force is absorbed by the axial bearing 57, 58, and the grinding process on the impeller 1 comes to a halt. The gap thus established between the impeller 1 and the shoulder 41 of the pump housing 50 now has a maximum roughness of both surfaces 10a', 41 and is therefore reduced to a few hundredths.

Die 7 bis 9 zeigen noch ein weiteres drittes Ausführungsbeispiel. Bei dieser Variante ist am Absatz 41 des Pumpengehäuses 50 ein extra Ring 30 mit einer abrasiven Oberflächenstruktur eingesetzt, der im initialen Pumpenbetrieb wie im zweiten Ausführungsbeispiel die Stirnfläche des Laufrades 1 abschleift. Der Ring 30' wird wie in der ersten Ausführung mittels Träger 31 am Pumpengehäuse 50 fixiert. Die abrasiven Eigenschaften des Lagerrings 30' werden durch eine Art Sägezahnprofil 35 auf seiner Oberfläche 30a' erzeugt.The 7 to 9 show yet another third embodiment. In this variant, an extra ring 30 with an abrasive surface structure is inserted on the shoulder 41 of the pump housing 50, which, as in the second embodiment, grinds the end face of the impeller 1 during initial pump operation. The ring 30' is fixed to the pump housing 50 by means of a carrier 31, as in the first embodiment. The abrasive properties of the bearing ring 30' are created by a type of sawtooth profile 35 on its surface 30a'.

Bei den Ausführungen der 6-9 könnte auch noch ein zusätzlicher Ring an der Stirnfläche des Laufrades angebracht sein, der aus einem weicheren Material gefertigt ist, um den axialen Materialabrieb zu beschleunigen. Denkbar ist es bspw. auch, dass ein solcher Ring aus Kunststoff besteht, d.h. das Laufrad per 2K-Spritzgiessverfahren hergestellt wird, wobei im Bereich des Saugmundes ein weicheres Kunststoffmaterial verwendet wird.In the statements of the 6-9 An additional ring made of a softer material could also be attached to the front face of the impeller to accelerate axial material wear. It is also conceivable, for example, that such a ring could be made of plastic, i.e., the impeller could be manufactured using a 2K injection molding process, with a softer plastic material being used in the suction port area.

Claims

Method for minimizing a hydraulic gap between impeller (1) and pump housing housing (50) of a centrifugal pump during initial commissioning, wherein the hydraulic gap of the pump is defined between a rotating surface (10a, 10a') formed by the impeller (1) or connected to the impeller and a stationary surface (30a, 30a', 41) formed by the pump housing (50) or connected to the pump housing (50), characterized in that the rotating surface (10a, 10a') is moved in the direction of the stationary surface (30a, 30a', 41) by an axial force acting during pump operation and is brought into frictional contact with the stationary surface at least during initial commissioning, and at least one of the surfaces (10a, 10a', 30a, 30a', 41) has an abrasive surface structure, whereby an axial removal of material is effected on the other surface until the axial movement of the rotating surface (10a, 10a') is stopped by a separate stop means (57, 58) is limited.

Procedure according to Claim 1 , characterized in that the stationary surface (30a, 30a', 41) has the abrasive surface structure and an axial material removal takes place on the rotating surface (10a, 10a').

Procedure according to Claim 1 , characterized in that the rotating surface (10a, 10a') has the abrasive surface structure and an axial material removal takes place on the stationary surface (30a, 30a', 41).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the rotating surface (10a, 10a') is formed by an end face (10a') of the impeller (1) defining the suction mouth (4) of the impeller (1).

Procedure according to Claim 4 , characterized in that by means of the method material is removed in the axial direction on the end face (10a') of the impeller (1).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the stationary surface (30a, 30a', 41) is formed by an annular surface section (41) of the inner wall of the pump housing (50) which is perpendicular to the axial direction or by a ring (30') attached to the housing wall of the pump housing, against which the end face (10a') of the impeller (1) is moved.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the stop means is an axial bearing which has a rotating bearing part (57) fixed on the pump shaft (53) and a bearing part (58) fixed to the motor housing, wherein the axial bearing has a defined initial gap (59) in the delivery state in order to enable the axial material removal.

Method according to one of the preceding Claims 1 until 3 , characterized in that a split ring bearing (10, 30) is provided in the region of the suction mouth (4) of the impeller (1) and the two surfaces (10a, 30a) are formed by the components of the split ring bearing (10, 30).

Procedure according to Claim 8 , characterized in that a material removal is generated on a bearing ring (30) of the split ring bearing (10, 30) fixed to the pump housing (50) and a bearing ring (10) of the split ring bearing (10, 30) fixed to the front side on the suction mouth side and rotating with the impeller (1) has the abrasive surface structure.

Procedure according to Claim 8 , characterized in that a material removal is generated on a rotating bearing ring (10) of the split ring bearing (10, 30) fixed on the suction mouth side to the front side of the impeller (1), and a bearing ring (30) of the split ring bearing (10, 30) fixed to the pump housing (50) has the abrasive surface structure.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the axial material removal is completed after a running time of a maximum of 10 hours, preferably a maximum of 5 hours, ideally less than 1 hour.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the abrasive surface structure is provided by applying an abrasive coating or film, for example by a coating or film coated with diamond particles, or is produced by means of an additive or subtractive manufacturing process.

Centrifugal pump, in particular for carrying out the method according to one of the preceding claims, comprising a pump housing (50) and an impeller (1) rotatably mounted in the pump housing (50), wherein a hydraulic gap exists between a rotating surface (10a, 10a') formed by the impeller (1) or connected to the impeller (1) and a stationary surface (30a, 30a', 41) formed by the pump housing (50) or connected to the pump housing (50), characterized in that the rotating surface (10a, 10a') or the stationary surface (30a, 30a', 41) is provided with an abrasive surface structure and, during pump operation, an axial movement of the impeller (1) in the direction of the fixed surface (30a, 30a', 41) is possible in order to to enable axial material removal on the rotating or stationary surface (10a, 10a', 30a, 30a', 41) until the axial movement is limited by an axial stop (57, 58).

Centrifugal pump according to Claim 13 , characterized in that a coating or a friction-increasing film, in particular a diamond-coated layer, is applied to the stationary surface of the pump housing (50) as an abrasive surface structure and/or the rotating surface (10a, 10a') on the impeller (1) consists of a soft material, in particular plastic, in particular the impeller (1) consists of different material components with a soft plastic material forming the rotating surface (10a, 10a').

Centrifugal pump according to Claim 13 , characterized in that , when a split ring bearing (10, 30) is present, the rotating ring (10) of the split ring bearing (10, 30) is made of a ceramic material and the fixed ring (30) of the split ring bearing (10, 30) is made of a carbon-based material or the rotating ring (10) of the split ring bearing (10, 30) is made of a carbon-based material and the fixed ring (30) of the split ring bearing (10, 30) is made of a ceramic material.

Centrifugal pump according to Claim 15 , characterized in that the fixed ring (30) is fixed axially and circumferentially to the pump housing (50) by means of a support (31), in particular is mounted in a floating manner on an elastic ring (32).