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DE102024116807A1 - Kreiselpumpenanordnung - Google Patents

Kreiselpumpenanordnung

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Publication number
DE102024116807A1
DE102024116807A1 DE102024116807.2A DE102024116807A DE102024116807A1 DE 102024116807 A1 DE102024116807 A1 DE 102024116807A1 DE 102024116807 A DE102024116807 A DE 102024116807A DE 102024116807 A1 DE102024116807 A1 DE 102024116807A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
sleeve
centrifugal pump
shaft
slot
pump arrangement
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102024116807.2A
Other languages
English (en)
Inventor
Uwe Dörner
Sven Oberholz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KSB SE and Co KGaA
Original Assignee
KSB SE and Co KGaA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by KSB SE and Co KGaA filed Critical KSB SE and Co KGaA
Priority to DE102024116807.2A priority Critical patent/DE102024116807A1/de
Priority to PCT/EP2025/066410 priority patent/WO2025257324A1/de
Publication of DE102024116807A1 publication Critical patent/DE102024116807A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/02Selection of particular materials
    • F04D29/026Selection of particular materials especially adapted for liquid pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/04Shafts or bearings, or assemblies thereof
    • F04D29/046Bearings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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    • F04D29/04Shafts or bearings, or assemblies thereof
    • F04D29/046Bearings
    • F04D29/0465Ceramic bearing designs
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    • F04D29/04Shafts or bearings, or assemblies thereof
    • F04D29/046Bearings
    • F04D29/047Bearings hydrostatic; hydrodynamic
    • F04D29/0473Bearings hydrostatic; hydrodynamic for radial pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00Function
    • F05D2260/30Retaining components in desired mutual position

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kreiselpumpenanordnung mit einer Anordnung (1), die eine Welle (2) und eine Hülse (3) umfasst, wobei die Hülse (3) einen ersten Bereich (4) mit einer Funktionsfläche (4a) und einem geschlossenem Querschnittsprofil aufweist, wobei im Bereich der Funktionsfläche (4a) ein Hohlraum (8) zwischen der Hülse (3) und der Welle (2) ausgebildet ist. Erfindungsgemäß weist die Hülse (3) wenigstens an einer Seite des ersten Bereichs (4) einen zweiten Bereich (5) mit einem offenen Querschnittsprofil mit mindestens einer Schlitzung (6) auf.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kreiselpumpenanordnung mit einer Anordnung, die eine Welle und eine Hülse umfasst, wobei die Hülse einen ersten Bereich mit einer Funktionsfläche und einem geschlossenem Querschnittsprofil aufweist, wobei im Bereich der Funktionsfläche ein Hohlraum zwischen der Hülse und der Welle ausgebildet ist.
  • Die Anordnung mit einer Welle und einer Hülse kann beispielsweise in Form einer Welle ausgeführt sein, auf der zum Schutz eine Wellenschutzhülse angeordnet ist. Des Weiteren kann die Anordnung auch als Gleitlager ausgeführt sein, bei der die Hülse als Gleithülse ausgebildet auf der Welle angeordnet ist.
  • Die Wellenschutzhülse ist auf der Welle montiert und rotiert beispielsweise in der Lagerbuchse. Sie schützt die Pumpenwelle vor mechanischen Beschädigungen durch Wellendichtungen sowie Lagerschalen und chemischer Beschädigung durch aggressive Fördermedien.
  • Es ist bekannt, Wellen nicht unmittelbar in Gleitlagern und anderen Engstellen des Gehäuses laufen zu lassen, sondern an solchen berührungsgefährdeten Stellen mit Wellenschutzhülsen zu versehen.
  • Die DE 23 34 673 A1 offenbart eine Wellenschutzhülse, bestehend aus einem Werkstoff, der einen anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten als der Werkstoff der Welle hat.
  • Die DE 10 2022 106 442 A1 betrifft eine Anordnung zur Förderung heißer Flüssigkeiten mit einer Kreiselpumpe, die ein Laufrad aufweist, das von einer um eine Drehachse drehbar antreibbaren Welle in Rotation versetzt wird, wobei die Welle von mindestens einem radialen Gleitlager gestützt wird und das Gleitlager mindestens eine Hülse aufweist. Die Hülse weist an wenigstens einem Ende einer Stirnseite eine Schrägfläche auf, wobei die Schrägfläche auf eine korrespondierende Schrägfläche wirkt.
  • Gleitlager weisen meist einen Lagerspalt auf, der in der Regel parallel zur Wellenachse steht. Im Betrieb gleiten Lagerflächen aufeinander, die durch hydraulische und/oder mechanische Kräfte aufeinandergedrückt werden. Zwischen diesen beiden feinst bearbeiteten Gleitflächen befindet sich ein Lagerspalt mit einem meist flüssigen Schmierfilm.
  • Die Anordnung mit einer Welle und einer Hülse kann beispielsweise neben einer Gleitlagerung auch als Verschleißschutz ausgeführt sein und weist eine Wellenhülse auf. Wellenhülsen können Wellen vor Verschleiß schützen. Treten Verschleißerscheinungen auf, so muss nur die deutlich preiswertere Wellenhülse ausgetauscht werden und nicht die gesamte Welle.
  • Die DE 10 2015 221 255 A1 offenbart eine Anordnung zur Wellendichtung. Die Anordnung weist eine Paarung mit einem rotierenden Element und einem stationären Element auf. Zwischen den beiden Elementen wird ein Dichtspalt für einen Schmierfilm gebildet. Die Anordnung umfasst eine Wellenhülse. Das rotierende Element ist einstückig mit der Wellenhülse ausgebildet.
  • Aus dem Stand der Technik sind auch alternative Ausführungen bekannt. So kann die Hülse, die die Welle schützt, auch aus einem nichtmetallischen Werkstoff ausgeführt sein. Die DE 10 2018 214 650 A1 betrifft eine strömungsführende Vorrichtung. Die Vorrichtung weist ein Bauteil auf, das aus einem nichtmetallischen Werkstoff besteht bzw. mit einem nichtmetallischen Werkstoff beschichtet ist.
  • Insbesondere Alternativwerkstoffe haben gegenüber metallischen Wellen andere thermische Ausdehnungskoeffizienten. Dies führt dann meist bei hohen Temperaturunterschieden zwischen Montage- und Betriebstemperatur entweder zu hohen thermisch induzierten mechanischen Spannungen innerhalb der Welle und/oder der Wellenschutzhülse oder die Wellenschutzhülse weist keine sichere Verbindung zur Welle bei Betriebstemperatur auf.
  • Aufgabe der Erfindung ist es eine Kreiselpumpe mit einer Anordnung bereitzustellen, die möglichst wenige thermisch induzierte mechanische Spannungen aufweist oder möglichst frei von thermisch induzierten mechanischen Spannungen ausgebildet werden kann. Die Anordnung soll sicher gefügt werden können und auch bei Betriebstemperaturen eine dauerhafte Verbindung zwischen Welle und Hülse gewährleisten können. Weiterhin soll sich die Anordnung durch eine kompakte Bauform auszeichnen. Der Austausch von Ersatzteilen sollte durch die Konstruktion der Anordnung begünstigt sein. Die Anordnung sollte einfach und kostengünstig realisiert werden können.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kreiselpumpenanordnung mit einer Anordnung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Varianten sind den nebengeordneten Hauptansprüchen, den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen.
  • Erfindungsgemäß weist die Hülse wenigstens an einer Seite des ersten Bereichs bzw. der Funktionsfläche einen zweiten Bereich mit einem offenen Querschnittsprofil mit mindestens einer Schlitzung auf.
  • Bei einer vorteilhaften Variante der Erfindung weist die Hülse beidseitig der Funktionsfläche bzw. des ersten Bereichs ein offenes Querschnittsprofil mit mindestens einer Schlitzung auf.
  • Der Begriff Schlitzung bezieht sich auf einen Schnitt oder eine Öffnung bzw. eine Materialaussparung, die in einen innen hohl ausgebildeten Körper, d.h. die Hülse, eingebracht wird. Dadurch ist der Querschnitt des Körpers nicht mehr geschlossen, sondern aufgrund der Aussparungen offen ausgebildet.
  • Ein offenes Querschnittprofil bezieht sich auf eine bestimmte Form oder Konfiguration eines Querschnitts, die offen ist. Das offene Querschnittsprofil verfügt somit über keine vollständig geschlossene Umrandung bzw. Mantelfläche.
  • Die Funktionsfläche beschreibt jene Fläche der Hülse, die in besonderem Maße einer Belastung ausgesetzt ist und bezieht sich somit auf den Bereich der Welle, die von der Hülse geschützt wird. Im Falle der Gleitlagerfunktion wird die Lagerfläche geschützt und im Falle der Dichtfunktion wird die Dichtfläche geschützt. Wird die Hülse als Verschleißschutz genutzt, schützt die Funktionsfläche die darunter liegende Welle.
  • Beispielsweise weist die mindestens eine Schlitzung eine axiale Längserstreckung auf. Somit erstreckt sich die Materialaussparung in der Hülse parallel zur Achse der Welle. Die Hülsenachse entspricht somit der Ausrichtung der Wellenachse.
  • Bei einer Variante der Erfindung kann die Schlitzung im zweiten Bereich beidseitig der Funktionsfläche identisch ausgeführt sein.
  • Alternativ können sich die Schlitzungen in einem zweiten Bereich von den Schlitzungen im anderen zweiten Bereich unterscheiden.
  • Die Schlitzungen im zweiten Bereich mit offenem Querschnittprofil bilden elastische Hülsenstücke, wobei die Schlitzungen das Querschnittsprofil in einzelne Kreisringsegmenten untergliedern. Diese Kreisringsegmente fungieren als elastische Elemente, die unterschiedliches Dehnverhalten der Hülse und der Welle aufgrund verschiedener thermischer Ausdehnungskoeffizienten in Form von Biegung aufnehmen können.
  • Bei einer alternativen Variante der Erfindung kann die Schlitzung des offenen Querschnittsprofils auf beiden Seiten der Funktionsfläche unterschiedlich ausgeführt sein. Dabei können sich beispielsweise die Anzahl und die Art sowie die Ausgestaltung der Schlitzung unterscheiden.
  • Bei einer Variante der Erfindung kann das offene Querschnittsprofil bzw. der zweite Bereich mehr als zwei, vorzugsweise mehr als vier, insbesondere mehr als sechs Schlitzungen aufweisen.
  • Dabei können beispielsweise die Schlitzungen in Form und Ausgestaltung identisch ausgebildet sein.
  • Alternativ können die Schlitzungen des Querschnittsprofil jeweils eine individuelle und somit von den anderen Schlitzungen unterschiedliche Ausgestaltung in Form und in der Art aufweisen.
  • Beispielsweise weisen auch unterschiedliche ausgestaltete Schlitzungen jeweils eine axiale Längserstreckung auf.
  • Bei einer Variante der Erfindung ist die mindestens eine Schlitzung winklig zu einer Linie parallel zur Hülsenachse ausgerichtet. Die Linie liegt beispielsweise mit der Hülsenachse in einer Ebene, wobei die Linie parallel zur Hülsenachse gleichzeitig in einer Ebene mit der Oberfläche der Hülse liegt. Dabei kann der Winkel zwischen der Linie parallel zur Hülsenachse und der Schlitzung mehr als 1° und weniger als 90° betragen.
  • Beispielsweise beträgt der Winkel zwischen der Linie parallel zur Hülsenachse und der Schlitzung mehr als 30° und weniger als 60°.
  • Bei einer Variante der Erfindung beträgt der Winkel der Schlitzung betrachtet bei einer hypothetisch abgewickelten Oberfläche der Hülse zu einer orthogonalen Linie in Bezug auf die Stirnseite der Hülsenoberfläche mehr als 15° und weniger als 75°.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung sind alle Winkel der Schlitzungen des offenen Querschnittsprofils identisch ausgebildet.
  • Zum Beispiel kann die winklige Ausrichtung bei jeder Schlitzung unterschiedliche Winkel aufweisen.
  • Bei einer Variante ist die Schlitzung gewellt ausgebildet. Die Welle kann dabei S-förmig oder als Sinuswelle ausgeführt sein und eine oder mehrere Perioden umfassen. Die Amplitude kann beispielsweise mehr als das einfache und/oder weniger als das fünffache der Hülsenwandstärke betragen.
  • Beispielsweise ist die Schlitzung rechtwinklig zur Oberfläche der Hülse ausgebildet. Somit erstreckt sich die Schlitzung parallel zur Achse der Welle, auf der die Hülse montiert ist.
  • Bei einer alternativen Variante der Erfindung ist die Schlitzung winklig geneigt zur Oberfläche der Hülse ausgebildet.
  • Bei einer winklig geneigten Ausführung der Schlitzung beträgt der Winkel zwischen einer Mittelpunktslinie bei einer geschnittenen Draufsicht und einer tangentialen Linie zur Oberfläche mehr als 15° und weniger als 90°.
  • Beispielsweise weist der zweite Bereich eine einfach abgestufte Schlitzung auf.
  • Bei einer weiteren Variante der Erfindung weist der zweite Bereich eine mehrfach abgestufte Schlitzung auf.
  • Bei einer mehrfach abgestuften Schlitzung kann beispielswiese der Winkel zwischen einer Linie parallel zur Hülsenachse und der Schlitzung mehr als 30° und weniger als 60° betragen, während der Winkel zwischen den Abstufungen mehr als 60° und weniger als 120° beträgt. Dabei erstreckt sich die Schlitzung auch mit den Abstufungen parallel zur Hülsenachse.
  • Beispielsweise sind die Schlitzungen sägezahnartig ausgebildet in der Ausführung als abgestufte Schlitzung.
  • Beispielsweise weist die Schlitzung eine Breite mit einem Faktor von mehr als 0,3 und von weniger als 1,5 der stirnseitigen Hülsenwandstärke auf.
  • Bei einer Variante der Erfindung weist die Schlitzung eine Breite mit einem Faktor von mehr als 0,7 und von weniger als 1,2 der stirnseitigen Hülsenwandstärke auf.
  • Beispielsweise weisen die Aussparungen in Form von Schlitzungen jeweils eine Länge von mehr als einem Faktor von 0,05 und von weniger als 0,3 der Länge der Hülse auf.
  • Bei einer Variante der Erfindung ist der Auslauf der Aussparungen verrundet ausgebildet.
  • Die Verrundung kann als Teilkreis oder nahezu als Vollkreis als Abschluss der Schlitzung ausgebildet sein.
  • Alternativ kann der Auslauf der Aussparung als Bohrung in die Wellenschutzhülse eingebracht sein. Das verrundete Ende der Schlitzung bildet einen vorteilhaften Schutz gegen Risse aufgrund hoher Spannungen in der Wellenschutzhülse.
  • Beispielsweise reichen die Aussparungen über die auf der Welle aufliegenden Enden mindestens bis an Hohlraum der Hülse. Dadurch wird die thermische Indizierung von mechanischen Spannungen in der Hülse wirksam vermieden, da die Spannungen nur im Kontaktbereich zur Welle aufgrund der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten auftreten können.
  • Bei einer Variante der Erfindung ist der Hohlraum durch ein Freistechen der Hülse ausgebildet.
  • Das Freistechen ist ein Verfahren in der Werkstückbearbeitung, das beispielsweise in der Zerspanungstechnik eingesetzt wird. Dabei wird ein Hohlraum zwischen Wellenschutzhülse und Welle durch eine spanabhebende Bearbeitung, zum Beispiel durch Drehen, erzeugt.
  • Bei einer weiteren Variante der Erfindung ist der Hohlraum durch ein Freistechen der Welle ausgebildet.
  • Bei einer alternativen Variante der Erfindung kann der Hohlraum sowohl durch ein Freistechen der Hülse als auch durch ein Freistechen der Welle ausgebildet sein.
  • Beispielsweise ist die Wellenschutzhülse aus einem keramischen Werkstoff ausgebildet.
  • Bei einer Variante der Erfindung ist die Welle aus einem Stahlwerkstoff ausgeführt.
  • Durch die Wahl zweier unterschiedlicher Werkstoffe für Hülse und Welle können die Funktionsfähigkeit und die Lebensdauer beispielsweise in der Ausführung eines Gleitlagers verbessert werden. So schützt die hochfeste bzw. verschleißbeständige Keramikhülse, die einen niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, die aus Metall gefertigte korrosionsgefährdetere bzw. weniger verschleißbeständige Welle, die einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Durch die besondere Ausbildung einer Hülse mit offenem Querschnittsprofil können mechanische Spannungen am Auflagebereich der Hülse auf der Welle aber auch in der Hülse selbst reduziert bzw. vermieden werden.
  • Gemäß der Erfindung wird eine Kreiselpumpe mit einer Anordnung bei hohen Betriebstemperaturen zur Reduktion thermisch induzierten mechanischen Spannungen verwendet.
  • Keramische Werkstoffe weisen weitgehend einen geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten und gute tribologische Eigenschaften auf. In Kombination mit einer wenig ausgeprägten Korrosionsneigung sind keramische Werkstoffe in vielen Fällen prädestiniert als Gleitpartner bei mediumsgeschmierten Gleitlagern in Kreiselpumpen, bei denen die Gehäuse und die Laufräder meist aus Stahlwerkstoffen ausgebildet sind.
  • Bei der Fügung von keramischen Werkstoffen mit Stahlwerkstoffen, wie beispielsweise der Fügung einer Wellenschutzhülse mit einer Welle, wird ein Bauteil mit niedrigen Ausdehnungskoeffizienten mit einem Bauteil mit deutlich höheren Ausdehnungskoeffizienten in einen funktionellen Kontakt gebracht. Insbesondere bei Temperaturänderungen oder beim Kreiselpumpenbetrieb mit hohen Medientemperaturen können dadurch unzulässige thermische Spannungen oder eine unvorteilhafte Passungslücke entstehen.
  • Gemäß der Erfindung wird das Querschnittsprofil der Wellenschutzhülse durch Schlitzungen so modifiziert, dass thermisch bedingte mechanische Spannungen innerhalb der Hülse auf ein zulässiges Maß reduziert und Passungslücken verhindert werden können.
  • Beispielsweise wird die Wellenschutzhülse mit einer Funktionsfläche ausgebildet, die die Schutzfunktion für die Welle realisiert. Die Funktionsfläche ist mit einem geschlossenen Querschnittsprofil ausgeführt. Zur Reduktion oder zur Vermeidung von thermischen Spannungen in der Wellenschutzhülse wird das geschlossene Querschnittsprofil beidseitig um ein offenes Querschnittsprofil ergänzt.
  • Vorteilhafterweise können durch diese Erfindung eine Wellenschutzhülse und eine Welle aus Werkstoffen mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auch im Einsatz bei hohen Temperaturen sicher miteinander gefügt werden. Zudem sind auch Werkstoffkombinationen mit extrem unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten realsierbar. Weiterhin können auftretende Spannungen in der Wellenhülse über die Geometrie des elastischen Profils begrenzt oder kompensiert werden. Dadurch kann eine hohe Bandbreite an möglichen Werkstoffen für die Wellenschutzhülse verwendet werden, insbesondere in Bezug auf die Korrosionsbeständigkeit und die Festigkeit bei höheren Temperaturen. Darüber hinaus kann die Wellenschutzhülse einfach und kostengünstig gefertigt werden.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen und aus den Zeichnungen selbst.
  • Dabei zeigt:
    • 1 eine perspektivische Draufsicht auf einen Wellenabschnitt mit Wellenschutzhülse,
    • 2 einen Wellenabschnitt mit Wellenschutzhülse in einer Schnittdarstellung,
    • 3 eine Schnittdarstellung des Wellenabschnitts im Bereich des offenen Querschnittsprofils,
    • 4 eine Schnittdarstellung des Wellenabschnitts im Bereich der Funktionsfläche,
    • 5 eine perspektivische Teildarstellung der Wellenschutzhülse,
    • 6 eine perspektivische Teildarstellung einer weiteren Ausführung der Wellenschutzhülse,
    • 7 eine perspektivische Teildarstellung einer alternativen Ausführung der Wellenschutzhülse,
    • 8 eine perspektivische Teildarstellung einer weiteren alternativen Ausführung der Wellenschutzhülse,
    • 9 eine perspektivische Teildarstellung einer weiteren alternativen Ausführung der Wellenschutzhülse,
  • 1 zeigt eine perspektivische Draufsicht auf einen Wellenabschnitt. Die Anordnung 1 umfasst eine Welle 2 und eine erste Ausführungsform einer Hülse 3. Die Hülse 3 weist einen ersten Bereich 4 mit einer Funktionsfläche 4a und einem geschlossenem Querschnittsprofil auf. Beidseitig des ersten Bereichs bzw. der Funktionsfläche 4a weist die Hülse 3 einen zweiten Bereich 5 mit einem offenen Querschnittsprofil mit jeweils mehreren Schlitzungen 6 auf, wobei die gezeigte Ausführungsform jeweils fünf Schlitzungen 6 aufweist.
  • Der erste Bereich 4 der Hülse 3 bzw. die Funktionsfläche 4a ist durch einen Übergang 7 bzgl. des Durchmessers von den beiden zweiten Bereichen 5 mit offenem Querschnittsprofilen abgesetzt. Die Hülse 3 ist in dieser Ausführungsvariante als hochfeste, verschleißbeständige Keramikhülse, die einen im Vergleich zur Welle 2 niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, ausgeführt. Die Welle 2 ist aus einem Stahlwerkstoff gefertigt ist und dadurch im Vergleich zur Hülse 3 korrosionsgefährdet sowie weniger verschleißbeständig ausgeführt und weist einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten auf.
  • Jeder zweite Bereich 5 mit dem offenen Querschnittsprofil der Hülse 3 weist durch die Schlitzung 6 eine erhöhte Elastizität auf und kann thermisch bedingte Längenänderungen und/oder thermisch bedingte Durchmesseränderungen der Welle 2 aufnehmen, ohne dass Passungsverlust der Hülse 3 auf der Welle 2 und/oder ohne dass thermisch induzierte Spannungen entstehen.
  • In 2 ist eine Schnittdarstellung des in der 1 gezeigten Wellenabschnitts dargestellt. Es ist ersichtlich, dass im Wesentlichen im Bereich der Funktionsfläche 4a bzw. des ersten Bereichs 4 ein Hohlraum 8 zwischen der Hülse 3 und der Welle 2 ausgebildet ist. Die Schlitzungen 6 des zweiten Bereichs 5 reichen mindestens bis an den Hohlraum 8.
  • Bei der gezeigten Ausführungsform ist der Hohlraum 8 durch ein Freistechen der Hülse 3 ausgebildet ist. Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform kann der Hohlraum 8 durch ein Freistechen der Welle 2 ausgebildet sein.
  • In 3 ist ein Schnitt durch die Hülse 3 entlang der in der 2 gezeigten Linie E-E im Bereich des zweiten Bereichs 5 dargestellt. In dieser Ausführungsvariante sind fünf Schlitzungen 6 in der Hülse 3 ausgebildet, wodurch fünf Kreisringsegmente 11 gebildet werden, die eine thermische Differenzdehnung der Welle 2 in Form einer Biegung aufnehmen können. Ebenfalls ist der Übergang 7 zu sehen.
  • Die 4 zeigt einen Schnitt durch die Hülse 3 entlang der in der 2 gezeigten Linie F-F im Bereich der der Funktionsfläche 4a, also dem ersten Bereich 4.
  • 5 zeigt eine perspektivische Teildarstellung der Hülse 3 in der Ausführung als Wellenschutzhülse 3. Die fünf Schlitzungen 6 des offenen Querschnittprofils im zweiten Bereich 5 weisen eine axiale Längserstreckung L auf, sind parallel zur Hülsenachse 9 ausgerichtet und sind im Wesentlichen rechtwinklig zur Oberfläche der Hülse 3 ausgebildet.
  • Jede Schlitzung 6 weist eine Breite b auf, die im Wesentlichen der stirnseitigen Wandstärke d der Hülse 3 entspricht. Die Schlitzungen 6 in Form von Aussparungen weisen jeweils eine gleiche Länge auf, wobei die axiale Länge oder Erstreckung in dieser Ausführungsvariante bei einem Faktor von mehr als 0,05 und weniger als 0,3 der Länge der Hülse 3 liegt.
  • Die Anordnung in 6 entspricht im Wesentlichen der Darstellung in 3, wobei in 4 der Auslauf der Schlitzung 6 verrundet ausgebildet ist. Die Verrundung 10 ist in der dargestellten Ausführungsvariante durch eine Bohrung in dem zweiten Bereich 5 eingebracht, wobei die Bohrung einen größeren Durchmesser D als die Breite b der Schlitzung 6 aufweist. Das verrundete Ende der Schlitzung 6 bildet einen vorteilhaften Schutz gegen hohe Spannungen in der Hülse 3 und vermeidet vorteilhaft Bauteilrisse. Die Verrundung 10 befindet sich nahe dem Übergang 7 bzw. nahe dem ersten Bereich 4 oder dem Funktionsbereich 4a.
  • Die Ausführungsvariante der 7 unterscheidet sich von der Ausführung in 5 darin, dass die Schlitzung 6 winklig mit einem Winkel α ausgerichtet ist. Jeweils eine Schlitzung 6 ist winklig zu einer gedachten Linie 12 parallel zur Hülsenachse 9 ausgerichtet. Die Linie12 liegt beispielsweise mit der Hülsenachse 9 in einer Ebene, wobei die Linie 12 parallel zur Hülsenachse 9 gleichzeitig in einer Ebene mit der Oberfläche der Hülse 3 liegt. Der Winkel α beträgt in der dargestellten Ausführung jeweils 45°. Dadurch werden fünf Kreisringsegmente 11 gebildet, die eine rautenförmige Grundfläche aufweisen. Die Kreisringsegmente 11 fungieren als elastische Elemente, die die thermische Differenzdehnung der Welle 2 in Form einer Biegung aufnehmen können.
  • Die 8 zeigt die in 7 dargestellte Ausführungsform in der Draufsicht, in einer Sicht auf die Stirnseite der Hülse 3 sowie in einer perspektivischen Teildarstellung der Hülse 3. Aus der mittleren Darstellung der Hülse 3, also bei Sicht auf die Stirnseite, ist ersichtlich, dass die Schlitzungen 6 im zweiten Bereich 5 winklig geneigt zur Oberfläche der Hülse 3 mit einem Winkel φ ausgebildet sind. Bei einer winklig geneigten Ausführung der Schlitzung 6 beträgt der eingeschlossene Winkel φ zwischen einer Mittelpunktslinie LM der Schlitzung 6 und einer tangentialen Linie LT zur Oberfläche im Uhrzeigersinn mehr als 15° und weniger als 90°.
  • In 9 ist eine Ausführungsvariante der Hülse 3 dargestellt, die eine mehrfach abgestufte Schlitzung 6 im zweiten Bereich 5 aufweist. Der Winkel α zwischen Schlitzung 6 zu einer Linie 12 parallel zur Hülsenachse 9 beträgt in der dargestellten Ausführung jeweils im Wesentlichen 45°. Die Abstufung der Schlitzung 6 erfolgt durch den Winkel β, wobei der Winkel β jeweils im Wesentlchen 90° beträgt. Die Winkel α und β sind so zueinander angeordnet, dass sich eine Längserstreckung der Schlitzung parallel zur Hülsenachse 9 ergibt.
  • 10 zeigt eine Ausführungsvariante der Hülse 3, bei der die Schlitzungen 6 jeweils gewellt ausgebildet sind. Die wellige Schlitzung 6 ist jeweils sinus- oder S-förmig ausgeführt und weist beispielhaft aber nicht zwingend eine Länge einer Periode auf. Die Amplitude A der welligen Schlitzung 6 beträgt im Wesentlichen die doppelte Wandstärke d der Hülse 3.
  • Es versteht sich, dass die in den 7 bis 10 dargestellten Schlitzungen 6 an ihrem Auslauf eine Verrundung 10 aufweisen können, wie sie in der 6 dargestellt ist. Ebenfalls ist es ersichtlich, dass die axiale Länge oder Erstreckung der Schlitzung 6 bei allen Ausführungsformen bei einem Faktor von mehr als 0,05 und weniger als 0,3 der Länge der Hülse 3 liegen kann.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 23 34 673 A1 [0005]
    • DE 10 2022 106 442 A1 [0006]
    • DE 10 2015 221 255 A1 [0009]
    • DE 10 2018 214 650 A1 [0010]

Claims (15)

  1. Kreiselpumpenanordnung mit einer Anordnung (1), die eine Welle (2) und eine Hülse (3) umfasst, wobei die Hülse (3) einen ersten Bereich (4) mit einer Funktionsfläche (4a) und einem geschlossenem Querschnittsprofil aufweist, wobei im Bereich der Funktionsfläche (4a) ein Hohlraum (8) zwischen der Hülse (3) und der Welle (2) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (3) wenigstens an einer Seite des ersten Bereichs (4) einen zweiten Bereich (5) mit einem offenen Querschnittsprofil mit mindestens einer Schlitzung (6) aufweist.
  2. Kreiselpumpenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schlitzung (6) eine axiale Längserstreckung aufweist.
  3. Kreiselpumpenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitzung (6) winklig zu einer Linie (12) parallel der Hülsenachse (9) ausgerichtet ist.
  4. Kreiselpumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitzung (6) gewellt ausgebildet ist.
  5. Kreiselpumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitzung (6) im Wesentlichen rechtwinklig zur Oberfläche der Hülse (3) ausgebildet ist.
  6. Kreiselpumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitzung (6) winklig geneigt zur Oberfläche der Hülse (3) ausgebildet ist.
  7. Kreiselpumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bereich (5) eine einfach abgestufte Schlitzung (6) aufweist.
  8. Kreiselpumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bereich (5) eine mehrfach abgestufte Schlitzung (6) aufweist.
  9. Kreiselpumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitzung (6) eine Breite (b) mit einem Faktor von mehr als 0,3 und weniger als 1,5 der stirnseitigen Wandstärke (d) der Hülse (3) aufweist.
  10. Kreiselpumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitzung (6) jeweils eine Länge von mehr als einem Faktor von 0,05 und weniger als 0,3 der Länge der Hülse (3) aufweist.
  11. Kreiselpumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslauf der Schlitzung (6) eine Verrundung (10) aufweist.
  12. Kreiselpumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitzungen (6) über die aufliegenden Enden mindestens bis an den Hohlraum (8) reichen.
  13. Kreiselpumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (8) durch ein Freistechen der Hülse (3) ausgebildet ist.
  14. Kreiselpumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (8) durch ein Freistechen der Welle (2) ausgebildet ist.
  15. Verwendung einer Kreiselpumpenanordnung mit einer Anordnung (1) bei hohen Betriebstemperaturen zur Reduktion thermisch induzierter, mechanischer Spannungen innerhalb der Hülsen-Wellenpaarung.
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