Kreiselpumpenbauteil

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Kreiselpumpenbauteil, umfassend mindestens ein Einbauteil und einen Spaltring, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.

[0002] Spaltringe und deren Konfiguration sind in vielen Varianten in der Literatur bekannt. Diese werden zumeist als einzelne Bauteile gefertigt und anschließend in ein Pumpengehäuse oder einem Laufrad, also einem Einbauteil, eingebaut. Zwischen dem Spaltring und seinem Gegenbauteil wird dabei stets ein hydraulischer Spalt gebildet. Hierdurch ist der erreichbare Minimalspalt bei starren, einteiligen Konstruktionen begrenzt, da stets Fertigungstoleranzen zu berücksichtigen sind.

[0003] Die EP 2 148 096 A1 zeigt eine mehrteilige Anordnung für einen Spaltring, der am Laufrad der Pumpe angeordnet ist und zu einem gegenüberliegenden hülsenförmigen Abschnitt abdichtet. Nachteilig ist hierbei, dass die aufwändige Dichtung bei der Montage zerstört werden kann. Eine flexible Lippe der Spaltdichtung legt sich im Betrieb durch den abzudichtenden Druckunterschied am Gegenbauteil an. Dies führt zu einer erhöhten Leistungsaufnahme und Verschleiß, was den Bestrebungen nach Wirkungsgradverbesserungen entgegensteht. Zudem müssen an Laufrad und Gehäuse einzelne Teile angebaut werden, was einen Mehraufwand bedeutet.

[0004] Die DE 191 53 95 U zeigt die starre einteilige Konstruktion eines Spaltrings, die zusätzlich eine Transportsicherung zwischen Laufrad und Spaltring vorsieht. Ein im Betrieb auflösbarer Ring in dem Spalt verhindert ein Verkanten oder Fressen. Als Pappring liegt er jedoch direkt im hydraulischen Spalt und vergrößert mit seiner Dicke den minimalen Spaltabstand. Der Pappring ist zusätzlich einzulegen und damit ist ein weiterer Montageschritt nötig.

[0005] Die EP 0 005 159 A1 zeigt eine Gleitringdichtung, bei der einzelne Teile zur Montage, zum Transport und zur Lagerung zu einer Einheit verbunden sind.

[0006] Die GB 543 404 A zeigt das Aufbrechen einer Dichtung während der Montage bei einer Kreiselpumpe, wobei hier ein zeitlicher Effekt genutzt wird.

[0007] Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kreiselpumpenbauteil umfassend ein Einbauten, insbesondere-ein Laufrad, und einen daran angeordneten Spaltring zu schaffeh, wodurch eine Spaltabdichtung am Laufrad einer Kreiselpumpe ermöglicht sein soll, die günstig in der Herstellung und einfach zu montieren ist.

[0008] Die Lösung sieht vor, dass an dem Kreiselpumpenbauteil zwischen dem Laufrad und dem Spaltring oder innerhalb des Spaltringes ein Hilfsverbindungselement vorgesehen ist, wobei das Hilfsverbindungselement als eine Sollbruchstelle ausgebildet ist. Von Vorteil ist dabei, dass das Kreiselpumpenbauteil aus Spaltring und Laufrad als einstückiges Teil fertigbar ist. Dieses Kreiselpumpenbauteil wird entweder direkt aus einem einzigen Rohteil hergestellt oder der Spaltring wird mit dem Laufrad verbunden. Dies vereinfacht die Handhabung bei der Montage in das Gegenbauteil, das das Kreiselpumpenbauteil aus Spaltring und Laufrad aufnimmt. Ist das Kreiselpumpenbauteil im Gegenbauteil montiert, so kann der Spaltring vom Laufrad gelöst werden, indem die Sollbruchstelle gebrochen wird.

[0009] In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Sollbruchstelle beim Anliegen von Scherkräften in einer Richtung bricht. Die Sollbruchstelle ist dermaßen dimensioniert, dass das Kreiselpumpenbauteil einfach in das Gegenbauteil einbaubar ist, wobei das Hilfsverbindungselement das Laufrad und den Spaltring fest verbindet. Nach erfolgtem Einbau ist es möglich, bei zusätzlicher Belastung, insbesondere bei einer anderen Kraftflussrichtung als der Einbaürichtung, nach dem Lösen einen Minimalspalt zwischen Laufrad und Spattring auszubilden, während das Gegenbauteil und der Spaltring fest und dicht miteinander verbunden sind. Eine besonders vorteilhafte Gestaltung der Sollbruchstelle ist es, wenn diese in Richtung der Rotation der Pumpe aufbricht und in axialer Richtung sperrt. Dabei ist es unerheblich, ob der entstehende Spalt radialer, axialer oder diagonaler Art ist und ob sich Regeleinrichtungen in den Geometrien verbergen.

[0010] Des Weiteren besteht die Möglichkeit, das Laufrad aus einem ersten Material zu fertigen, insbesondere aus Metall, Kunststoff oder Keramik. Da das Laufrad in seiner späteren Funktion, beispielsweise als Laufrad in einer Kreiselpumpe, unter Umständen sehr rauen Bedingungen ausgesetzt ist, ist es wichtig, den zur Anwendung passenden Werkstoff auszuwählen. Neben der Medienbeständigkeit spielen auch Masse des Bauteils und Herstellbarkeit eine wesentliche Rolle bei der Auswahl.

[0011] In einer weiteren Ausführungsform ist der Spaltring aus einem zweiten Material gefertigt, insbesondere aus Metall, Kunststoff oder Keramik. Die Anwendungen der Kreiselpumpe erfordern eine sorgfältige Auswahl der Materialpaarung zwischen Spaltring und Laufrad. Der Spaltring ist erfindungsgemäß so auslegbar, dass er als Schleißteil im Spalt zwischen Laufrad und Gehäuse vorgesehen ist.

[0012] Es besteht die Möglichkeit das Hilfsverbindungselement aus einem dritten Material zu fertigen, insbesondere aus Metall, Kunststoff oder Keramik. Dies ermöglicht eine beliebige Auswahl der Materialien für den Spaltring und das Laufrad wobei für das Hilfsverbindungselement ein weiteres Material gewählt werden kann, das ein Brechen der Sollbruchstelle bei der gewünschten Scherkraft ermöglicht.

[0013] In einer weiteren Ausführungsform ist zwischen dem Laufrad und dem Spaltring eine Labyrinthdichtung ausgebildet. Die Anordnung von Spaltring und Laufrad in einem Kreiselpumpenbauteil ermöglicht die Ausbildung einer hochpräzisen Dichtvorrichtung in Form einer Labyrinthdichtung. Durch die Verbindung der beiden Teile zum Kreiselpumpenbauteil sind der Abstand und die Anordnung festgelegt, sodass beim Einbau in das Gegenbauteil kein weiterer Einstellaufwand nötig ist.

[0014] An dem Spaltring können Strukturen der Selbstsicherung im Betrieb vorgesehen sein, insbesondere Gewinde in Richtung der Umdrehung des Laufrades. Hierdurch wird die Verbindung zwischen Spaltringe und Gegenbauteil der Pumpe selbst gesichert, insbesondere weist der Spaltring ein der Drehung der Pumpe entsprechendes Gewinde auf, so dass er sich bei auftretende tangentialer Belastung des Spaltes durch Anlaufen fester einschraubt.

[0015] Eine Ausführung des Kreiselpumpenbauteils als Spritzgussteil ermöglicht neben der einfachen Herstellung des Spaltringes und des Laufrad einen Filmanguss des Hitfsverbindungselements mit der Sollbruchstelle.

[0016] Außerdem kann das Kreiselpumpenbauteil als Mehrkomponentenspritzgussteil ausgeführt sein, insbesondere bei Verwendung unterschiedlicher Materialien für Laufrad und Spaltring. Durch Inkompatibilitäten der eingesetzten Werkstoffe lassen sich somit auch ineinandergreifende Labyrinthsysteme herstellen, wobei sich zur Herstellung generative Verfahren besonders eignen. Die Sollbruchstelle ist in diesem Fall die Grenzschicht zwischen den beiden Komponenten, die nach der Fertigung gegeneinander haften. Die Haftung ist weitaus geringer, als die Festigkeit der beiden Komponenten und die Belastung beim Betrieb der Pumpe.

[0017] Die Erfindung umfasst weiterhin ein Verfahren zum Montieren eines Laufrad mit daran angeordnetem Spaltring in eine Kreiselpumpe, bei dem ein einstückiges Teil aus Laufrad und Spaltring im ersten Schritt in das Gegenbauteil gefügt wird, wobei der Spaltring zwischen dem Laufrad und dem Gegenbauteil angeordnet wird, in einem weiteren Schritt wird der Spaltring an der Sollbruchstelle vom einstückigen Teil gebrochen. Von Vorteil ist dabei, dass beim Fügen des Kreiselpumpenbauteils in das Gegenbauteil keine weiteren Einstellarbeiten zwischen Laufrad und Spaltring mehr nötig sind. Beim Zusammenbau der Kreiselpumpe ist nur ein Teil passgenau zu montieren. Nach dem Brechen der Sollbruchstelle sind Laufrad und Spaltring optimal eingestellt.

[0018] In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt die Verbindung des Spaltrings mit dem Gehäuse formschlüssig, insbesondere durch Gewinde, Steck- oder Schnappverbindungen. Dies ermöglicht eine einfache und präzise Montage. Die Verbindung kann reversibel ausgeführt sein, wodurch ein späterer Austausch des Kreiselpumpenbauteils ermöglicht ist.

[0019] In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt die Verbindung des Spaltrings mit dem Gehäuse stoffschlüssig, insbesondere durch Kleben, Schweißen oder vergleichbares. Von Vorteil ist hierbei, dass die Montage sehr einfach durchführbar ist. Durch Stoffschluss lassen sich sehr robuste Verbindungen herstellen.

[0020] In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt die Verbindung des Spaltrings mit dem Gehäuse kraftschlüssig, insbesondere durch Passungen, Aufschrumpfen oder vergleichbare Verfahren. Bei dieser Variante ist eine sichere Verbindung des Kreiselpumpenbaüteils mit dem Gegenbauteil ermöglicht.

[0021] Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus der Kombination der bisher dargestellten und sind deshalb hier nicht weiter ausgeführt.

[0022] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen die

Figur 1 eine Montagevorbereitung und die

Figur 2 ein vergrößertes Detail daraus.

[0023] Die Figur 1 zeigt ein Einbauteil in Form eines Laufrades 1. Dieses kann in einer Strömungsarbeits- oder -kraftmaschine Verwendung finden. Bei einer Kreiselpumpe können ein oder zwei Spaltringe 2 zur Abgrenzung der Druckbereiche vorgesehen sein. Hier dienen je ein saug- und druckseitiger Spaltring 2 zur Abdichtung eines Pumpendruckraumes an hier nicht dargestellten, im Gehäuse befindlichen Gegenflächen. Diese Spaltringe 2 sind jeweils durch ein Hilfsverbindungselement 3 mit dem Laufrad 1 verbunden. Das Hilfsverbindungselement 3 weist eine Sollbruchstelle auf, die in Figur 1 nicht dargestellt ist. Nach erfolgter Montage des Einbauteils im Gehäuse liegen die Spaltringe fest im Gehäuse an. Das Laufrad ist in diesem Zustand nicht drehbar. Durch Aufbrechen der Sollbruchstelle wird Laufrad 1 und Spaltring 2 voneinander getrennt und ein kleinstmöglicher, enger hydraulischer Spalt wird zwischen den Bauteilen gebildet. Etwaige Rauhigkeiten der Sollbruchstelle schleifen sich problemlos ab.

[0024] Die Figur 2 zeigt in einem vergrößerte Ausschnitt aus der Figur 1, die Anordnung des Spaltrings 2 und des Hilfsverbindungselements 3 in Relation zum Laufrad 1. In der Figur ist gezeigt, dass drei Komponenten aus drei unterschiedlichen Materialien bestehen können. Die Auswahl der Materialien hängt von den Anforderungen an die Kreiselpumpe und der Lösbarkeit der Sollbruchstelle ab. Das Aufbrechen kann durch eine definierte axiale Belastung oder ein Drehmoment erfolgen.

Bezugszeichenliste

[0025] 

1.

Laufrad

2.

Spaltring

3.

Hilfsverbindungselement

Ansprüche

1. Kreiselpumpenbauteil umfassend ein Einbauteil, wobei das Einbauten ein Laufrad (1) und ein daran angeordneter Spaltring (2) ist, wobei ein Teil des Spaltrings (2) bei der Montage der Pumpe stationär mit einem Gegenbauteil, insbesondere einem Gehäuse, verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen dem Laufrad und dem Spaltring (2) oder innerhalb des Spaltringes (2) ein Hilfsverbindungselement (3) vorgesehen ist, wobei das Hilfsverbindüngselement (3) als Sollbruchstelle ausgebildet ist.

2. Kreiselpumpenbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollbruchstelle beim Anliegen von Scherkräften in einer Richtung bricht.

3. Kreiselpumpenbauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad aus einem ersten Material gefertigt ist, insbesondere aus Metall, Kunststoff oder Keramik.

4. Kreiselpumpenbauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Spaltring (2) aus einem zweiten Material gefertigt ist, insbesondere aus Metall, Kunststoff oder Keramik.

5. Kreiselpumpenbauteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Hilfsverbindungselement (3) aus einem dritten Material gefertigt ist, insbesondere aus Metall, Kunststoff oder Keramik.

6. Kreiselpumpenbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Laufrad und dem Spaltring (2) eine Labyrinthdichtung ausgebildet ist.

7. Kreiselpumpenbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Spaltring (2) Strukturen zur Selbstsicherung im Betrieb vorgesehen sind, insbesondere Gewindesicherungen.

8. Kreiselpumpenbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kreiselpumpenbauteil als Spritzgussteil ausgeführt ist.

9. Kreiselpumpenbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kreiselpumpenbauteil als Mehrkomponentenspritzgussteil ausgeführt ist, insbesondere bei Verwendung unterschiedlicher Materialien für Laufrad und Spaltring (2).

10. Verfahren zum Montieren eines Laufrads mit mindestens einem daran angeordnetem Spaltring (2) in eine Kreiselpumpe, dadurch gekennzeichnet, dass ein einstückiges Teil aus Laufrad und Spaltring (2) im ersten Schritt in das Gegenbauteil also in das Gehäuse gefügt wird, und dass in einem weiteren Schritt der Spaltring (2) an einer Sollbruchstelle vom einstückigen Teil gebrochen wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung des Spaltrings (2) mit dem Gehäuse formschlüssig erfolgt, insbesondere Gewinde, Steck- oder Schnappverbindungen.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung des Spaltrings (2) mit dem Gehäuse stoffschlüssig erfolgt, insbesondere durch Kleben, Schweißen oder vergleichbares.

13. Verfahren nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung des Spaltrings (2) mit dem Gehäuse kraftschlüssig erfolgt, insbesondere durch Passungen, Aufschrumpfen oder vergleichbare.

Claims

1. Centrifugal pump component comprising an installation part, the installation part being an impeller (1) and a split ring (2) which is arranged thereon, a part of the split ring (2) being connected, during assembly of the pump, in a stationary manner to a corresponding component, in particular a casing, characterized in that an auxiliary connecting element (3) is provided between the impeller and the split ring (2) or within the split ring (2), the auxiliary connecting element (3) being configured as a predetermined break point.

2. Centrifugal pump component according to Claim 1, characterized in that the predetermined break point fractures when shearing forces prevail in one direction.

3. Centrifugal pump component according to Claim 1 or 2, characterized in that the impeller is manufactured from a first material, in particular from metal, plastic or ceramic.

4. Centrifugal pump component according to Claim 3, characterized in that the split ring (2) is manufactured from a second material, in particular from metal, plastic or ceramic.

5. Centrifugal pump component according to Claim 4, characterized in that the auxiliary connecting element (3) is manufactured from a third material, in particular from metal, plastic or ceramic.

6. Centrifugal pump component according to one of Claims 1 to 5, characterized in that a labyrinth seal is configured between the impeller and the split ring (2).

7. Centrifugal pump component according to one of Claims 1 to 6, characterized in that structures for self-locking during operation are provided on the split ring (2), in particular thread locks.

8. Centrifugal pump component according to one of Claims 1 to 7, characterized in that the centrifugal pump component is configured as an injection moulded part.

9. Centrifugal pump component according to one of Claims 1 to 8, characterized in that the centrifugal pump component is configured as a multiple-component injection moulded part, in particular if different materials are used for the impeller and the split ring (2) .

10. Method for mounting an impeller with at least one split ring (2) which is arranged thereon into a centrifugal pump, characterized in that, in the first step, a single-piece part comprising an impeller and a split ring (2) is joined into the corresponding component, that is to say into the casing, and in that, in a further step, the split ring (2) is broken from the single-piece part at a predetermined break point.

11. Method according to Claim 10, characterized in that the connection of the split ring (2) to the casing takes place in a positively locking manner, in particular by way of threads, plug-in or snap-action connections.

12. Method according to Claim 10, characterized in that the connection of the split ring (2) to the casing takes place in an integrally joined manner, in particular by way of adhesive bonding, welding or something comparable.

13. Method according to Claim 10, characterized in that the connection of the split ring (2) to the casing takes place in a non-positive manner, in particular by way of locating fits, shrink fits or something comparable.

Revendications

1. Composant de pompe centrifuge comprenant une pièce de montage, la pièce de montage étant une roue mobile (1) et une bague fendue (2) disposée sur celle-ci, une partie de la bague fendue (2) étant connectée lors du montage de la pompe de manière stationnaire à un composant conjugué, en particulier un boîtier,
caractérisé en ce
qu'entre la roue mobile et la bague fendue (2) ou à l'intérieur de la bague fendue (2) est prévu un élément de connexion auxiliaire (3), l'élément de connexion auxiliaire (3) étant réalisé sous forme de zone destinée à la rupture.

2. Composant de pompe centrifuge selon la revendication 1, caractérisé en ce que la zone destinée à la rupture se casse lors de l'application de forces de cisaillement dans une direction.

3. Composant de pompe centrifuge selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la roue mobile est fabriquée en un premier matériau, en particulier en métal, en plastique ou en céramique.

4. Composant de pompe centrifuge selon la revendication 3, caractérisé en ce que la bague fendue (2) est fabriquée en un deuxième matériau, en particulier en métal, en plastique ou en céramique.

5. Composant de pompe centrifuge selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'élément de connexion auxiliaire (3) est fabriqué en un troisième matériau, en particulier en métal, en plastique ou en céramique.

6. Composant de pompe centrifuge selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'entre la roue mobile et la bague fendue (2) est réalisé un joint à labyrinthe.

7. Composant de pompe centrifuge selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que des structures pour la fixation automatique pendant le fonctionnement sont prévues au niveau de la bague fendue (2), en particulier des fixations par vissage.

8. Composant de pompe centrifuge selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le composant de pompe centrifuge est réalisé sous forme de pièce moulée par injection.

9. Composant de pompe centrifuge selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le composant de pompe centrifuge est réalisé sous forme de pièce moulée par injection à plusieurs composants, en particulier lors de l'utilisation de matériaux différents pour la roue mobile et la bague fendue (2).

10. Procédé de montage d'une roue mobile comprenant au moins une bague fendue (2) disposée sur celle-ci dans une pompe centrifuge, caractérisé en ce qu'une pièce d'un seul tenant constituée de la roue mobile et de la bague fendue (2) est assemblée dans la première étape dans le composant conjugué, c'est-à-dire dans le boîtier, et en ce que dans une étape supplémentaire, la bague fendue (2) est séparée de la pièce d'une seule pièce par rupture au niveau d'une zone destinée à la rupture.

11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la connexion de la bague fendue (2) au boîtier s'effectue par engagement par correspondance de formes, en particulier par des connexions vissées, par enfichage ou par encliquetage.

12. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la connexion de la bague fendue (2) au boîtier s'effectue par engagement par liaison de matière, en particulier par collage, soudage ou similaire.

13. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la connexion de la bague fendue (2) au boîtier s'effectue par engagement par force, en particulier par ajustement serré, emmanchement par frettage ou similaire.

Zeichnung