Kreiselpumpe für mit Feststoffen versetzte Flüssigkeiten

Abstract

 Die Erfindung beinhaltet eine Kreiselpumpe zum Fördern von mit Feststoffen, insbesondere Faserstoffen, versetzten Flüssigkeiten, vorzugsweise Gülle. Die Pumpe ist zur axial vertikalen Anordnung unterhalb eines Flüssigkeitsspiegels bestimmt und saugt die Flüssigkeit von unten her in das Pumpengehäuse ein. An der unteren Stirnfläche des Pumpengehäuses ist ein ringförmiges Abschlußglied mit einem in das Pumpengehäuse verlaufenden zentralen Lagerzapfen befestigt, welcher ein Pumpenlaufrad lagert. Die Lagerung des Pumpenlaufrades ist oben gegenüber dem Flüssigkeitsdruck des Förderstromes hermetisch gekapselt und auch unten gegenüber dem hydrostatischen Flüssigkeitsdruck abgedichtet. Das Abschlußglied, der zentrale Lagerzapfen und das Laufrad mit der Laufradlagerung bilden eine Baueinheit, die zu Reparatur- oder Austauschzwecken von dem Pumpengehäuse gelöst oder mit diesem wieder verbunden werden kann.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

[0002] Bei bekannten Kreiselpumpen der erwähnten Art durchsetzt die Antriebswelle das Pumpengehäuse auf seiner gesamten axialen Länge und ist an beiden Stirnflächen des Pumpengehäuses gelagert. Auf der Antriebswelle sitzt das Laufrad. Bei derartigen Pumpen ist es nur unter Inkaufnahme eines unvertretbar hohen Aufwandes möglich, die Lager der Antriebswelle bzw. des Laufrades gegenüber dem Flüssigkeitsdruck des Förderstromes abzudichten- Eine Abdichtung mit üblichen Stopfbüehsen, die naturgemäß dem Verschleiß unterliegen, ist nicht dauerhaft. Wenn die zu fördernden Flüssigkeiten aggressiv sind, beispielsweise im Falle von Gülle; werden beim Eindringen der Flüssigkeit die Lager in kurzer Zeit durch Korrosion zerstört. Dies erfcrdert eine Grundüberholung der Pumpe beim Herstellen oder in einer spezialisierten Werkstatt.

[0003] Es sind auch Kreiselpumpen einer vom Oberbegriff des Patentanspruchs 1 abweichenden Art bekannt, bei denen das den Flüssigkeitseinlaß bildende ringförmige Absehlußglied an der gleichen Gehäusestirnfläche angeordnet ist, an welcher auch die Antriebswelle in das Pumpengehäuse eintritt. Bei vertikaler Anordnung der Antriebswelle tritt also die Flüssigkeit von oben her in das Pumpengehäuse ein und wird über eine tangentiale Auslaßleitung abgegeben. Bei derartigen Kreiselpumpen stehen die Lager der Antriebswelle nicht unter dem Flüssigkeitsdruck des Förderstromes sondern lediglich unter dem hydrostatischen Druck der auf der Pumpe lastenden Flüssigkeit, der indessen gegenüber dem Flüssigkeitsdruck des Förderstromes verhältnismäßig gering ist, so daß bei diesen Pumpen eine Abdichtung der Lager gegenüber der Flüssigkeit mit verhältnismäßig langen Laufzeiten möglich ist. Jedoch sind derartige Pumpen für eine Reihe von Anwendungsfällen nicht verwendbar.

[0004] Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Kreiselpumpe, bei welcher das Abschlußglied, das Laufrad und die Lagerung des Laufrades eine gegen den Flüssigkeitsdruck des Förderstromes hermetisch abgeschlossene Baueinheit bildet, so daß insbesondere die Standzeit der Laufradlagerung nicht durch Korrosion seitens der zu fördernden Flüssigkeit beeinträchtigt werden kann. Erreicht wird dies durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.

[0005] Der wesentliche Vorteil des Erfindungsgegenstandes besteht darin, daß der durch die Innenfläche des Laufrades sowie den Lagerzapfen gebildete Ringraum an dessen innerem Ende, d.h. demjenigen Ende, welches dem Mitnehmer der Antriebswelle zugewendet ist, absolut hermetisch gegen den Flüssigkeitsdruck des Förderstromes abgedichtet werden kann, da eine hierzu vorgesehene Dichtung nicht von einem Bauelement, beispielsweise der Antriebswelle, axial durchsetzt ist. Das äußere Ende des Ringraumes, welches dem Mitnehmer abgewendet ist, kann zwar nicht hermetisch gegenüber der Flüssigkeit abgedichtet werden, sondern es kann hier lediglich eine übliche Stopfbüchsdichtung verwendet'werden, da das äußere Ende des Lagerzapfens den Ringraum hier durchsetzt, jedoch steht der Ringraum an diesem äußeren Ende des Lagerzapfens nicht unter dem Flüssigkeitsdruck des Förderstromes sondern lediglich unter dem hydrostatischen Druck der auf der Pumpe lastenden Flüssigkeitssäule, der gegenüber dem Flüssigkeitsdruck des Förderstromes in den praktischen Anwendungsfällen als vernachlässigbar gering zu betrachten ist. Darüber hinaus ergibt sich als herstellungstechnischer Vorteil, daß die Baueinheit bestehend aus Abschlußglied, Laufrad, Lagerzapfen und Lagerung einerseits in unterschiedlichen Größen und Auslegungen hergestellt, andererseits aber ein und demselben Pumpengehäuse nebst Antriebswelle und Mitnehmer zugeordnet werden kann. Es ist also möglich, an ein und demselben Pumpengehäuse Baueinheiten bestehend aus Abschlußglied, Laufrad, Lagerzapfen und Lagerung von unterschiedlicher Förderleistung und sogar unterschiedlichen Laufradarten anzubringen, ohne daß hierzu Spezialwerkzeuge, insbesondere Abzieher, erforderlich sind. Auch der Reparaturaustausch wird auf diese Weise erleichtert, weil in den meisten Fällen das Pumpengehäuse nebst Antriebswelle und Mitnehmer an Ort und Stelle verbleiben kann und lediglich die Baueinheit umfassend das Abschlußglied, das Laufrad, den Lagerzapfen und die Lagerung abgebaut werden muß. Dieser Abbau kann durch den Benutzer selbst, beispielsweise einen Landwirt, erfolgen und erfordert kein spezialisiertes Personal. Außerdem kann der Benutzer selbst durch Einsatz unterschiedlicher Baueinheiten die Pumpe auch an unterschiedliche Aufgaben anpassen. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß die Antriebswelle nur an dem vom Pumpengehäuse abgewendeten Ende gelagert werden muß, während sie an ihrem in das Pumpengehäuse verlaufenden Ende durch den Lagerzapfen des Laufrades über den Mitnehmer zentriert wird.

[0006] Durch die Weiterbildung nach dem Patentanspruch 2 wird einerseits ein unbehinderter Flüssigkeitszutritt zu dem Laufrad ermöglicht, während andererseits an dem Steg auch noch eine aus verschleißfestem Hartmetall bestehende Reißkante angebracht werden kann, die mit der oder den Umfangskanten des Laufrades zusammenwirkt, um Feststoffe und Faserstoffe in der Flüssigkeit zu zerreissen oder zerkleinern. Durch die Ausgestaltung nach dem Patentanspruch 3 wird über die Merkmale des Patentanspruchs 2 hinausgehend ein besonders stabiler Aufbau mit einer Mehrzahl von Reißkanten erreicht. Durch die weitere Ausgestaltung nach dem Patentanspruch 4 wird eine Anpassung der Form des Abschlußgliedes an die Enveloppenfläche der normalerweise verwendeten Laufräder erzielt.

[0007] Durch die Weiterbildung nach dem Patentanspruch 5 wird erreicht, daß der Spalt zwischen dem Enveloppenmantel des Laufrades und dem durch die Innenfläche des Käfigsteges bzw. die Innenflächen der Käfigstege definierten Enveloppenmantel in Abhängigkeit vom jeweiligen Abnutzungszustand justiert werden kann.

[0008] Durch die Weiterbildung nach dem Patentanspruch 6 wird erreicht, daß die Lagerung des Laufrades am äußeren Ende des Lagerzapfens gegenüber dem Eindringen von Flüssigkeit aufgrund des hydrostatischen Druckes verhältnismäßig unempfindlich wird, im Gegensatz zu einem Kugellager.

[0009] Durch die Weiterbildung nach dem Patentanspruch 7 wird eine besonders sichere hermetische Abdichtung des Ringraumes zwischen der Innenfläche des Laufrades und der Außenfläche des Lagerzapfens gegenüber dem Flüssigkeitsdruck des Förderstromes erzielt.

[0010] Durch die Weiterbildung nach dem Patentanspruch 8 wird erreicht, daß selbst beim Undichtwerden einer Dichtung am äußeren Ende des Lagerzapfens Flüssigkeit aufgrund des hydrostatischen Druckes nicht eindringen kann, da sich die praktisch inkompressible Fettfüllung in dem Ringraum gegen den Steifen am inneren Ende des Lagerzapfens abstützen kann.

[0011] Durch die Weiterbildung nach dem Patentanspruch 9 wird eine günstige Zentrierung der Antriebswelle an ihrem in das Pumpengehäuse verlaufenden Ende erreicht, so daß es einer besonderen Lagerung der Antriebswelle an der zugeordneten Gehäusestirnfläche nicht bedarf. Dies ist deshalb wiederum günstig, weil sonst dieses Lager ebenfalls gegen das Eindringen von Flüssigkeit gekapselt werden müßte und einem beschleunigten Verschleiß aufgrund des Eindringens von Flüssigkeit unterliegen könnte.

[0012] Durch die Weiterbildung nach dem Patentanspruch 10 wird das Exzentrizitätsspiel der Antriebswelle an ihrem dem Lagerzapfen zugewendeten Ende zuverlässig begrenzt, was insbesondere bei stoßweisen radialen Belastungen des Laufrades durch Einsaugen von Feststoffen und bei der Begrenzung von Resonanzschwingungsamplituden der Antriebswelle von Wichtigkeit sein kann. Durch die Ausgestaltung nach dem Patentanspruch 11 wird erreicht, daß die Berührungsfläche des Exzentrizitätsbegrenzungslagers verhältnismäßig groß sein kann, so daß dessen Abnützung über die gesamte Standzeit der Pumpe vernachlässigt werden kann.

[0013] Wegen der zuverlässigen Begrenzung der Exzentrizitätsamplitude der Antriebswelle an ihrem in das Pumpengehäuse verlaufenden Ende wird die Weiterbildung gemäß dem Patentanspruch 12 möglich, deren wesentlicher Vorteil wiederum darin liegt, daß das Mantelrohr für die Antriebswelle in Anpassung an verschiedene Anwendungszwecke nicht in verschiedenen Längen bereitgehalten werden muß, da es beliebig ablängbar ist, während gemäß dem Stand der Technik, bei welchem beide Enden der Antriebswelle in dem Mantelrohr gelagert sind, dieses mit der Antriebswelle eine Baueinheit bildet, so daß für die verschiedenen Anwendungszwecke eine Anzahl unterschiedlich langer Baueinheiten bereitgehalten werden muß.

[0014] Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kreiselpumpe mit einem mehrere Flügel aufweisenden Pumpenlaufrad im Axialschnitt,

Fig. 2 ein gegenüber Fig. 1 abgewandeltes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Pumpe mit einem als konische Schnecke gestalteten Pumpenlaufrad in perspektivischer Darstellung.

[0015] Gemäß Fig. 1 umfaßt die dort veranschaulichte Kreiselpumpe ein vierflügeliges Pumpenlaufrad 1, welches in einem umgebenden Pumpengehäuse 2 von Kreisquerschnitt gelagert ist. An der unteren Gehäusestirnfläche ist ein ringförmiges Abschlußglied 3 mittels mehrerer über den Umfang verteilter Schrauben 4 lösbar befestigt. Das Abschlußglied 3 umfaßt an seinem von dem Pumpengehäuse 2 abgewandten äußeren Ende eine Aufnahme 5 für einen zentralen Lagerzapfen 6. Die Aufnahme 5 ist über zwei diametrale exzentrische Käfigstege 7, die zu dem Pumpengehäuse 2 hin konisch divergieren, mit dem Umfang eines einen Bestandteil des Abschlußgliedes 3 bildenden Basisringflansches 8 verbunden. Die der Mantelenveloppe des Laufrades 1 gegenüberstehenden Kanten 9 der Stege 7 können zur Bildung von Reißkanten mit Hartmetall-Auftragsschweißraupen versehen sein. Dies gilt auch für die eine Mantelenveloppe definierenden Außenkanten des Laufrades 1.

[0016] Der Lagerzapfen 6 ist in der Aufnahme 5 mittels Zentrierschrauben 10 festgeklemmt und kann zu Justierungszwecken axial verstellt werden, um den Ringspalt zwischen den Kanten 9 der Stege 7 und der gedachten Mantelenveloppe des Laufrades 1 auf einen vorgegebenen günstigen Wert einzustellen, unbeschadet von einem eventuellen Verschleiß an den Kanten der Flügel des Laufrades 1 bzw. den hiermit zusammenwirkenden Kanten 9 der Stege 7. An dem in das Pumpengehäuse 2 hinein verlaufenden inneren Ende nimmt der Lagerzapfen 6 ein Radial/Axial-Kugellager 11 auf, das mittels eines Sprengringes 12 axial unverschieblich gehalten ist. Der äussere Ring des Kugellagers 11 ist in eine axiale Bohrung am inneren Ende des Laufrades 1 eingepreßt und dort durch einen Sprengring 13 gegen axiale Verschiebung gesichert. An dem äußeren Ende des Lagerzapfens 6 ist das Laufrad 1 mittels eines Gleitlagers 14 gelagert. Dem Gleitlager in Richtung zum äußeren Ende des Lagerzapfens 6 nachgeordnet ist eine Axialdichtung oder Stopfbüchsendichtung 15, auf welche lediglich der hydrostatische Druck der auf der Pumpe lastenden Flüssigkeit wirkt. Der Innenquerschnitt der axialen Bohrung des Laufrades 1 benachbart der Stirnfläche des inneren Endes des Lagerzapfens 6 bzw. benachbart dem Kugellager 11 ist mittels eines kappenartigen Kunststoffstopfens 16 hermetisch gegenüber dem Flüssigkeitsdruck des Förderstromes der Pumpe abgedichtet. Der durch den Lagerzapfen 6 und die diesen umgebende Innenfläche des Laufrades 1 g.ebildete Ringraum 17 ist von dem Gleitlager 14 bis zu dem Stopfen 16 mit Lagerfett gefüllt.

[0017] An der von dem Abschlußglied 3 abgewendeten Stirnfläche des Pumpengehäuses 2 ist mittels eines diametral geteilten Klemmflansches 18, dessen Segmente mittels Schrauben 19 mit dem Pumpengehäuse 2 verbunden sind, ein Mantelrohr 20 befestigt, welches zur Kapselung einer im wesentlichen zentrisch darin verlaufenden Antriebswelle 21 dient. An ihrem in das Pumpengehäuse 2 verlaufenden, dem Lagerzapfen 6 zugewendeten Ende ist auf der Antriebswelle 21 mittels eines Schwerspannstiftes 22 ein flanschartiger Mitnehmer 23 befestigt, welcher über mehrere über den Umfang verteilte axiale Mitnehmerklauen 24 mit korrespondierenden stirnseitigen Einschnitten des Laufrades 1 in Eingriff steht. Der Mitnehmer 23 ist hierbei an einem Endabschnitt mit radialem Spiel in der zentralen Bohrung des Laufrades 1 aufgenommen, in welcher auch das Kugellager 11 sitzt. Dem Mitnehmer 23 und mittelbar auch der Antriebswelle 21 ist ein Exzentrizitätsbegrenzungslager 25 zugeordnet, welches mit Zentriervorsprüngen 26 in der zugeordneten Stirnfläche des Pumpengehäuses 2 gehalten und mittels der Schrauben 19 durch die Segmente des Klemmflansches 18 in seiner Lage festgehalten ist. Die zentrale Bohrung des Exzentrizitätsbegrenzungslagers 25 weist einen größeren Durchmesser als der Aussendurchmesser des umgebenden zugeordneten Abschnittes des Mitnehmers 23 auf, so daß die Antriebswelle 21 insgesamt ein gewisses Radialspiel sowohl gegenüber dem Exzentrizitätsbegrenzungslager 25 als auch ge- , genüber dem Laufrad 1 hat.

[0018] Im Betrieb ist die Kreiselpumpe unterhalb eines Flüssigkeitsspiegels S angeordnet. Die zu fördernde Flüssigkeit gelangt an den beiden Stegen 7 gemäß den gekrümmten Pfeilen Pf in den Bereich des Laufrades und wird von diesem nach oben in das Pumpengehäuse 2 gefördert, wo sie durch ein tangentiales Auslaßrohr 27 austritt. Der für die Pumpe spezifische Flüssigkeitsdruck wird erst in dem Pumpengehäuse 2 erreicht, so daß, wie dies bereits in der Einleitung erwähnt wurde, das Gleitlager 14 lediglich unter dem hydrostatischen Druck der Flüssigkeit steht. Hingegen steht der Stopfen 16 unter dem vollen Flüssigkeitsdruck des Förderstromes, jedoch wird ein hermetischer Abschluß erzielt, weil der Stopfen 16 weder von dem Lagerzapfen 6 noch von der Antriebswelle 21 durchsetzt ist. Außerdem kann unter dem Flüssigkeitsdruck des Förderstromes stehende Flüssigkeit aus dem zwischen dem Exzentrizitätsbegrenzungslagers 25 und dem Mitnehmer 23 gebildeten Ringraum nach oben in das Mantelrohr 20 eintreten, jedoch wird hierdurch eine Beschädigung von Lagern nicht bewirkt, da die Antriebswelle 21 lediglich an ihrem (nicht veranschaulichten) oberen Ende weit oberhalb des Flüssigkeitsspiegels S gelagert ist. Bei aufgetretenem Verschleiß an dem Laufrad 1 und/oder den Kanten 9 der Stege 7 kann die gesamte Baueinheit bestehend aus dem Laufrad 1, dem Abschlußglied 3, dem Lagerzapfen 6 nebst Lagern 11, 14 durch Lösen der Schrauben 4 von dem Pumpengehäuse 2 abgebaut und durch eine andere Baueinheit ersetzt werden. Dieser Ersatz kann entweder zu Reparaturzwecken oder auch zum Zwecke eines Umbaues der Pumpe auf andere Pumpenparameter erfolgen. In dem letzteren Fall wird eine Baueinheit mit anderen Parametern des Laufrades 1 angebaut.

[0019] Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2 sind ähnliche Bauelemente wie in Fig. 1 mit gleichen Bezugsziffern versehen und nicht gesondert beschrieben. Der wesentliche Unterschied besteht lediglich darin, daß ein Laufrad 1a in Form einer konischen Schnecke anstelle eines Laufrades 1 mit achsparallelen Flügeln verwendet wird.

Ansprüche

1. Kreiselpumpe für mit Feststoffen, insbesondere Faserstoffen, versetzte Flüssigkeiten umfassend ein Pumpenlaufrad, welches in einem umgebenden Pumpengehäuse gelagert ist, eine mit dem Pumpenlaufrad in Formschlußeingriff stehende sowie in dem Pumpengehäuse geführte Antriebswelle, welche eine Stirnfläche des Pumpengehäuses durchsetzt, und Abdichtelemente zur Abdichtung des Gehäuseinnenraumes gegenüber der Lagerung des Laufrades, wobei zur Entfernung des Laufrades an der von der Antriebswelle abgewendeten Gehäusestirnfläche ein einen Flüssigkeitseinlaß bildendes ringförmiges Abschlußglied lösbar befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschlußglied (3) gegenüber der zugeordneten Gehäusestirnfläche um zumindest die Axiallänge des Laufrades (1) nach außen verlängert ist, daß am äußeren Ende des Abschlußgliedes eine feste Aufnahme (5) für einen zum Pumpengehäuse (2) verlaufenden zentralen Lagerzapfen (6) zur Lagerung des Laufrades vorgesehen ist, daß der durch die Innenfläche des Laufrades sowie den Lagerzapfen gebildete Ringraum (17) gegenüber dem Σumpengehäuse abgedichtet ist und daß die Antriebswelle (21) mit dem zugewendeten Stirnflächenbereich des Laufrades über einen zwischengeordneten Mitnehmer (23) in Formschlußeingriff steht.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an dem äußeren Ende des Abschlußgliedes (3) vorgesehene Aufnahme (5) für den Lagerzapfen (6) über zumindest einen exzentrischen Steg (7) mit dem Umfang eines einen Bestandteil des Abschlußgliedes bildenden, an dem Pumpengehäuse (2) befestigten Basisringflansches (8) verbunden ist.

3. Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme (5) für den Lagerzapfen (6) mit dem Umfang des Basisringflansches (8) über zwei oder mehrere über den Umfang verteilte Stege (7) nach Art eines Käfigs verbunden ist.

4. Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Käfigstege (7) von der Aufnahme (5) für den Lagerzapfen (6) konisch divergierend zu dem Umfang des Basisringflansches (8) verlaufen.

5. Pumpe nach einem der Ansprüche ^1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerzapfen (6) in der Aufnahme (5) des Abschlußgliedes (3) axial verstellbar ist.

6. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad (1) an dem äußeren Ende des Lagerzapfens (6) mittels eines Gleitlagers (14) gelagert ist.

7. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenquerschnitt des Laufrades (1) benachbart der Stirnfläche des inneren Endes des Lagerzapfens (6) mittels eines Stopfens (16) abgedichtet ist.

8. Pumpe nach einem der Ansprüche 6, 7, dadurch gekennzeichnet, daß der durch den Lagerzapfen (6) und die diesen umgebende Innenfläche des Laufrades (1) gebildete Ringraum (17) von dem Gleitlager (14) bis zu dem Stopfen (16) mit Fett gefüllt ist.

9. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mitnehmer (23) an dem in das Pumpengehäuse (2) verlaufenden Ende der Antriebswelle (21) befestigt ist und flanschartig mit zumindest zwei über den Umfang verteilten axialen Mitnehmerklauen (24) ausgebildet ist, welche mit korrespondierenden stirnseitigen Einschnitten des Laufrades (1) in Eingriff stehen.

10. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebswelle (21) an ihrem dem Lagerzapfen (6) zugewendeten Ende ein Exzentrizitätsbegrenzungslager (25) zugeordnet ist.

11. Pumpe nach den Ansprüchen 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Exzentrizitätsbegrenzungslager (25) dem Umfang des Mitnehmers (23) zugeordnet ist.

12. Pumpe nach einem der Ansprüche 9-11, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Antriebswelle (21) von einem Mantelrohr (20) umgeben ist, welches an der einen Stirnfläche des Pumpengehäuses (2) dicht befestigt ist, und daß zur Befestigung eines Mantelrohres an dem Pumpengehäuse ein diametral geteilter Klemmflansch (18) vorgesehen ist.

Zeichnung