Die Erfindung betrifft ein Kreiselpumpenbauteil, umfassend mindestens ein Einbauteil und einen Spaltring, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
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.
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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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Eine Ausführung des Kreiselpumpenbauteils als Spritzgussteil ermöglicht neben der einfachen Herstellung des Spaltringes und des Laufrad einen Filmanguss des Hitfsverbindungselements mit der Sollbruchstelle.
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.
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.
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.
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.
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.
Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus der Kombination der bisher dargestellten und sind deshalb hier nicht weiter ausgeführt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen die
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