[0001] Die Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
[0002] In denjenigen Bereichen, in denen eine Kreiselpumpe sehr stark abrasive oder erosive
Medien zu fördern hat, ist es bekannt, das Innere eines Kreiselpumpengehäuses sowie
das Laufrad mit verschleißfesten Medien zu beschichten oder Gehäuse und Laufrad direkt
aus dem verschleißfesten Material herzustellen. Vorwiegend im Bereich der Chemiepumpen
finden Überzüge aus Gummi, Kunststoff, Email, Glas oder dgl. Verwendung. Desweiteren
ist es bekannt, Laufrad und Gehäuse vollständig aus Kunststoff, Glas oder keramischen
Werkstoffen zu erstellen. Hierfür finden sich Beispiele in der DE-PS 34 13 930, dem
DE-GM 75 26 215 oder der US-PS 30 89 423. Problematisch bei derartigen Pumpen ist
der Beschichtungsvorgang sowie die Laufrad-Wellen-Verbindung bei Glas- oder Keramikpumpen.
Desweiteren ergeben sich Probleme mit der Laufradgeometrie und den geringen Festigkeitswerten
der keramischen Werkstoffe.
[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kreiselpumpe aus einfach aufgebauten
keramischen Elementen zu entwickeln, welche bei kompakter Bauweise eine sichere und
störungsfreie Funktion gewährleisten. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß dem
kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches. Infolge der Tatsache, daß das Laufrad mit
seinen axialen Stirnseiten oder auch den Laufraddeckscheiben direkt an den gegenüberliegenden
Gehäusewänden anliegt und dort dichtend entlang gleitet, wird die Entstehung von sog.
Axialschüben auf ein Minimum reduziert. Als Folge davon kann für die Laufrad-Wellen-Verbindung
eine einfache formschlüssige Steckverbindung Anwendung finden, da eventuelle auf das
Laufrad in Achsrichtung einwirkende Schubkräfte direkt von den zugehörigen Gehäusewänden
aufgenommen werden.
[0004] Die in den Ansprüche 2 und 3 beschriebenen Ausgestaltungen haben Laufräder ein- oder
beidseitiger offener Bauart zum Gegenstand, wobei das letztere auch als Flügel- oder
Sternlaufrad bezeichnet werden kann. Bei diesen Laufrädern erfolgt eine Anlage mit
den im Bereich der axialen Laufradstirnflächen befindlichen axialen Schaufelstirnseiten.
Bedingt durch die scheibenförmige Ausbildung der Laufräder ist eine äußerst einfache
Herstellung derselben möglich. Desweiteren sind die an den Laufrädern anliegenden
Seitenflächen ebenfalls scheibenförmig ausgebildet, wodurch eine einfache Bearbeitung
der dichtend aneinanderliegenden sowie aufeinander gleitenden Flächen möglich. Infolge
dieser konstruktiven Lösung existiert bei diesen Kreiselpumpen kein Radseitenraum
mehr. Im Gegensatz zu den sog. Seitenkanalpumpen, bei denen das Laufrad mit engem
Spiel zwischen profilierten und besonders gestalteten Seitenflächen rotiert und dazwischen
auch ein Impulsaustausch erfolgt, liegt bei der erfindungsgemäßen Lösung das Laufrad
mit seinen axialen Stirnflächen, ähnlich wie bei einer Gleitringdichtung, dichtend
an der seitlichen Gehäusewand an. Aufgrund des im Bereich der Gleitflächen befindlichen
Fördermediums sowie der Verwendung von keramischen Werkstoffen ist bei abrasiven,
erosiven bzw. korrosiven Fördermedien ein lang anhaltender und verschleißarmer Pumpenbetrieb
möglich.
[0005] Die in den Ansprüchen 4 bis 6 beschriebenen Ausgestaltungen der Erfindung haben eine
an sich bekannte und gewöhnlich im Bereich der Pumpenwelle angeordnete Saugöffnung
zum Gegenstand; desweiteren eine in der Saugöffnung vorgesehene, beispielsweise durch
Streben gehaltenes Lager für die Pumpenwelle. Auch kann die Durchgangsbohrung für
die Pumpenwelle in der der Saugöffnung gegenüberliegenden Gehäusewand direkt als Wellenlager
ausgebildet sein. Dies sichert im Gegensatz zu den vorbekannten Lösungen einen minimalen
Wellenüberhang und die Laufrad-Wellenverbindung benötigt lediglich eine entsprechend
ausgebildete, formschlüssige Verbindung zur Drehmomentübertragung.
[0006] Die in den Ansprüchen 7 bis 12 beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen haben
Gehäuseausbildungen zum Gegenstand. Mit Hilfe der Anpreßvorrichtungen wird in einfacher
Weise ständig eine Anlage der aufeinander gleitenden Teile sichergestellt. Hierbei
sind die nicht rotierenden Teile innerhalb eines umgebenden Gehäuses gegen Verdrehung
gesichert. Desweiteren kann eine Gehäusewand Bestandteil eines topfförmigen, das Laufrad
überdeckenden bzw. aufnehmenden Stufengehäuses sein. Innerhalb des das Laufrad umgebenden
Stufengehäuseteiles sind Austrittsöffnungen für das Fördermedium enthalten. Eine das
Stufengehäuse verschließende Gehäusewand würde die Anlage zwischen dem Laufrad und
den Gehäusewänden sicherstellen. In entsprechender Weise finden mit einem sich in
Achsrichtung erstreckenden Bund versehene Gehäusewände Verwendung. Für Anwendungsfälle,
bei denen eine mehrstufige Pumpenkonstruktion vorgesehen ist, sind in die Seitenwände
und/oder zwischen einander benachbarten Seitenwänden Strömungswege zur Weiterleitung
des Fördermediums angebracht.
[0007] Diese Kreiselpumpenbauart, die in ihrer einfachsten Bauart gewissermaßen aus drei
keramischen scheibenförmigen Elementen besteht, wobei zwischen zwei äußeren stillstehenden
Scheiben eine gleitend anliegende mittlere rotierende Scheibe angeordnet ist, weist
erhebliche Vorteile auf. Diese scheibenförmigen Elemente lassen sich in einfachster
Weise als keramische Bauteile herstellen und sind sehr verschleißfest, chemisch resistent,
korrosionsbeständig und weisen neben einer hohen mechanischen Festigkeit auch sehr
gute Gleiteigenschaften auf. Innerhalb der Pumpe können somit die Radseitenreibung,
die Spaltverluste und die Axialschubbelastung vermieden werden. Neben den nun möglichen
hohen Standzeiten bei gleichzeitiger Kostengünstigkeit, ist bei einem eventuellen
Reparaturfall ein sehr schneller Umbau möglich.
[0008] Bei einem möglichen Verzicht auf die vordere und/oder hintere Laufraddeckscheibe
existiert eine geringe Drehmasse und trotzdem die Funktionsweise eines geschlossenen
Laufrades, zumal die stillstehenden seitlichen Gehäusewände für ein daran entlang
gleitendes offenes Laufrad die Funktion der Deckscheibe übernehmen. Bei Verwendung
einer Welle aus Keramik ergeben sich sehr günstige Lagerbedingungen.
[0009] Ausführungsbespiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden
im folgenden näher beschrieben. Es zeigen die
Fig. 1 eine Kreiselpumpe einstufiger Bauart, die
Fig. 2 eine Kreiselpumpe mehrstufiger Bauart, die
Fig. 3 eine Kreiselpumpe in zweiflutiger Bauart, die
Fig. 4 eine Draufsicht auf ein Laufrad in Flügelbauart und die
Fig. 5 eine Draufsicht auf die saugseitige Laufrad deckscheibe.
[0010] Die Fig. 1 zeigt eine einstufige Kreiselpumpe radialer Bauart im Schnitt. An einem
äußeren Gehäuse 1, ausgerüstet mit einem Druckstutzen 2, ist direkt ein Anschlußflansch
3 einer Saugleitung angebracht. Innerhalb des Gehäuses 1 befindet sich eine saugseitige,
seitliche Gehäusewand 4, die durch einen am Umfang angebrachten Vorsprung 5 im Gehäuse
1 gegen Verdrehung gesichert ist. In Nuten des Gehäuses eingelegte Dichtringe 6 dienen
der Abdichtung bzw. der Anpressung. Die saugseitige Gehäusewand 4 ist hier im Bereich
ihres Außendurchmessers mit einem sich in axialer Richtung erstreckenden Bund 7 versehen,
der ein deckscheibenloses Laufrad 8 sowie eine druckseitige Gehäusewand 9 einhüllt.
Im Bereich des Druckstutzens 2 weist der Bund 7 entsprechend ausgebildete Durchströmöffnungen
für das Fördermedium auf. Zwischen den beiden keramischen Gehäusewänden 4, 9 gleitet
das ebenfalls aus keramischen Material bestehende, scheibenförmig ausgebildete Laufrad
8. Die druckseitige Gehäusewand 9 wird von einem Druckdeckel 10 gegen das Laufrad
8 gedrückt, wobei als Federelemente ausgebildete Anpreßeinrichtungen 11 für eine sichere
Anlage der Teile sorgen.
[0011] Am Beispiel der druckseitigen Gehäusewand 9 ist auch eine andere Art der Verdrehsicherung
gezeigt, nämlich mit Hilfe eines einfachen Stiftes 12.
[0012] Die saugseitige Gehäusewand 4 weist im Bereich der Pumpenwelle 12 eine Saugöffnung
13 auf, welche gleichzeitig mit einem Lager 14 für die Pumpenwelle 12 versehen ist.
Eine Dichtung 15, die als Gleitringdichtung, Stopfbuchse oder Dichtring ausgebildet
sein kann, verhindert einen Flüssigkeitsaustritt aus der Pumpe.
[0013] Das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 zeigt eine mehrstufige Pumpe, deren strömungsbeeinflussende
Teile aus scheibenförmigen keramischen Elementen bestehen. Innerhalb eines äußeren
Gehäuses 1 sind zwischen den Laufrädern 16 der ersten und zweiten Stufe scheibenförmige
Gehäusewände 17 angeordnet, welche mit ein Überströmen zwischen den einzelnen Pumpenstufen
sicherstellenden Strömungswegen 18 versehen sind. Hierbei können die gezeigten Gehäusewände
17 aus einem scheibenförmigen Element mit darauf angebrachten, sich in axialer Richtung
erstreckenden Rippen oder in entsprechender Weise eingearbeiteten Nuten bestehen.
Zwischen den Rippen bzw. von den Nuten werden die Strömungswege 18 gebildet. Die axialen
Stirnseiten der Rippen liegen jeweils an der Deckscheiben-Rückseite des vorangestellten
Laufrades 16 an. Die Gehäusewände 17 sind durch entsprechend gestaltete, im Gehäuse
1 anliegende Vorsprünge 19 gegen Verdrehung gesichert. Am Laufrad 16 der dritten Stufe
liegt druckseitig eine einfach ausgebildete druckseitige Gehäusewand 20 an. Die Verbindung
zwischen den Laufrädern 8 aus Fig. 1 und 16 aus Fig. 2 und der Pumpenwelle 12 erfolgt
durch eine, beispielsweise einen polygonalen Querschnitt aufweisende Formgebung der
Pumpenwelle Die in der Gehäusewand 20 angebrachte Durchgangsbohrung für die Pumpenwelle
12 ist hier gleichzeitig als keramisches Wellenlager 21 ausgebildet.
[0014] In der Fig. 3 ist eine doppelflutige Bauart gezeigt. Die obere Bildhälfte zeigt zwei
scheibenförmig ausgebildete offene und keramische Laufräder 8, zwischen denen eine
ebenfalls scheibenförmig ausgebildete und mit der Welle 12 rotierende Trennscheibe
22 angeordnet ist. Beiderseits des so gebildeten doppelflutigen Laufrades liegen jeweils
saugseitige keramische Gehäusewände 4 an. Die untere Bildhälfte zeigt ein einteilig
ausgebildetes doppelflutiges Laufrad 23, welches in offener Bauart scheibenförmig
ausgebildet ist. Selbstverständlich ist auch eine geschlossene Bauart der Laufräder
möglich.
[0015] Die Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf ein Laufrad 8, wie es beispielsweise in Fig.
1 Anwendung findet. Es besteht aus strahlenförmig angeordneten und mit einer Nabe
24 einstückig ausgebildeten Schaufeln 25, wobei es ist ohne weiteres möglich ist,
den Schaufeln 25 auch einen gebogenen Verlauf zu geben. In jedem Fall ist die mögliche
Schaufelbelastung mit den zulässigen Materialbeanspruchungen in Einklang zu bringen.
Zur Übertragung des Drehmomentes weist die Nabe 24 ein Dreiecks- Polygon als Querschnittsprofil
auf. Mit den in axialer Richtung weisenden Schaufelkanten 26 gleitet das Laufrad an
den Gehäusewänden entlang.
[0016] Die Fig. 5 zeigt die saugseitige Gehäusewand 4 gemäß Fig. 1. Die Saugöffnung 13 ist
hier unterteilt durch zwei Stege 27, welche innerhalb der Saugöffnung 13 ein Lager
14 für die Pumpenwelle halten. Zur Verdrehsicherung ist am Außenumfang ein Vorsprung
5 angeformt, der in einer entsprechenden Ausnehmung des Gehäuses liegt. In den Anwendungsfällen,
in denen ein einseitig offenes oder ein geschlossenes Laufrad Verwendung findet, gleiten
die Laufraddeckscheiben jeweils auf den benachbarten Gehäusewänden entlang.
[0017] Es ist ohne weiteres möglich, das Gehäuse 1, die Saug- und/oder Druckstutzen ebenfalls
aus Keramik herzustellen oder bei Verwendung eines anderen Materials mit einer keramischen
Beschichtung zu versehen.
1. Kreiselpumpe zentrifugaler Bauart, deren strömungsführende und/oder strömungsfördernde
Bauteile aus keramischen Materialien bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere scheibenförmige Laufräder (8,16,23) mit ihren axialen Stirnseiten
an innerhalb eines Gehäuses (1) angeordneten, gegen Verdrehung gesicherten sowie das
Laufrad (8,16,23) abdeckenden seitlichen Gehäusewänden (4,9,17,20) dichtend entlang
gleiten.
2. Kreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einseitig offene Laufräder (16,23) mit ihren im Bereich der axialen Stirnseiten
befindlichen seitlichen Schaufelkanten (26) sowie einer rückseitigen Deckscheibe
an den gegenüberliegenden seitlichen Gehäusewänden (4,9,17,20) dichtend entlang gleiten.
3. Kreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Laufräder beidseitig offener Bauart (8,23) mit den im Bereich der axialen Stirnseiten
befindlichen seitlichen Schaufelkanten (26) an den gegenüberliegenden seitlichen Gehäusewänden
(4) dichtend entlang gleiten.
4. Kreiselpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der seitlichen Gehäusewände (4) eine an sich bekannte Saugöffnung
(13) für ein scheibenförmiges Laufrad (8) aufweist.
5. Kreiselpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugöffnung (13) ein Lager (14) für eine Pumpenwelle (12) aufweist.
6. Kreiselpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine in der Gehäusewand (9,20) angebrachte Durchgangsbohrung das Wellenlager
(21) für die Pumpenwelle (12) bildet.
7. Kreiselpumpen nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die am Laufrad (8, 16, 23) anliegenden seitlichen Gehäusewände (4,9,17,20) in
einem umgebenden Gehäuse (1) gegen Verdrehung gesichert gehalten sind.
8. Kreiselpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Anpreßeinrichtungen (11) eine oder mehrere, gegen Verdrehung gesicherte, seitliche
Gehäusewände (4,9,17,20) gegen das Laufrad oder die Laufräder (8,16,23) bewegen.
9. Kreiselpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine gegen Verdrehung gesicherte seitliche Gehäusewand (4) Bestandteil eines
topfförmigen Stufengehäuses ist.
10. Kreiselpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine gegen Verdrehung gesicherte seitliche Gehäusewand (4) mit einem das Laufrad
(8) ganz oder teilweise überdeckenden, sich in axialer Richtung erstreckenden Bund
(7) versehen ist.
11. Kreiselpumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Bund (7) das Laufrad (8) und/oder eine zweite seitliche Gehäusewand (9)
überdeckt.
12. Kreiselpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehrstufiger Pumpenbauart in den Gehäusewänden (17) und/oder zwischen einander
benachbarten seitlichen Gehäusewänden Strömungswege (18) für das Fördermedium angeordnet
sind.