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Die Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und einen Laufradprotektor für eine derartige Kreiselpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 11.
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Kreiselpumpen dienen zur Förderung von Pumpenmedien, wobei es sich in der Regel um Flüssigkeiten handelt. Das Pumpenmedium tritt durch den Einlass in die Kreiselpumpe ein und wird durch Rotation des Laufrades zur Druckseite gefördert und unter Druck durch den Auslass ausgegeben. Häufig liegt dabei der Auslass radial bezüglich des Laufrades, wobei durch das Laufrad eine radiale Strömung erzeugt wird.
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Für einen guten Wirkungsgrad der Pumpen ist zwischen der Druckseite und der Saugseite eine ausreichende Abdichtung erforderlich. Dafür wirkt das Laufrad mit einem Laufradsitz zusammen, der stationär im Pumpengehäuse ausgebildet ist. Um eine Bewegung des Laufrades relativ zum Laufradsitz zu ermöglichen, erfordert eine möglichst vollständige Abdichtung zwischen Laufrad und Laufradsitz eine passgenaue Fertigung und gegebenenfalls zusätzliche Abdichtung. Dies macht die Herstellung der Pumpe aufwendig und teuer.
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Aufgrund von nicht zu vermeidenden Herstellungstoleranzen sind bei Kreiselpumpen bei Inbetriebnahme häufig unangenehme Schleifgeräusche zu hören, die erst nach einer gewissen Einlaufzeit aufhören. Diese Schleifgeräusche resultieren aus einem Kontakt zwischen dem Laufrad und dem Laufradsitz und bewirken einen Materialabtrag an zumindest einen dieser beiden Elemente. Dadurch entstehen allerdings auch Bypassverbindungen, also Undichtigkeiten, zwischen der Saugseite und der Druckseite. Auch ist ein Austausch des Laufrades relativ problematisch, da dann in der Regel das neue Laufrad nicht mit der Form des alten Laufradsitzes übereinstimmt.
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Dabei kann es auch zu einer Beschädigung einer Beschichtung des Pumpengehäuses beziehungsweise des Laufradsitzes kommen. Dies ist insbesondere bei Einsatz der Kreiselpumpe mit korrosiven Flüssigkeiten, wie beispielsweise Schwimmbadwasser, problematisch. Nach längeren Stillstandszeiten kann es schlimmstenfalls zu einem Festrosten des Laufrades im Laufradsitz kommen, was größere Wartungsarbeiten nach sich zieht oder sogar einen kompletten Austausch der Pumpe erforderlich macht.
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In
DE 37 08 956 C1 ist eine Spaltringdichtung einer Kreiselpumpe beschrieben, die durch zwei aus einem Sinterwerkstoff bestehende Ringe gebildet ist. Einer der Ringe ist dabei am Pumpengehäuse befestigt, während der andere Ring am Laufrad kraft- oder formschlüssig gehalten ist. Die Ringe bilden dabei sozusagen ein Gleitlager, das gleichzeitig als Dichtung dient. In
DE 37 08 956 C1 ist das Laufrad nicht an Innenflächen eines Laufradprotektors beziehungsweise eines der Ringe gleitend geführt, sondern weist vielmehr einen zusätzlichen Ring auf, der dann an den Innenflächen des Außenrings gleitend geführt ist. In
US 6 234 748 B1 ist eine Kreiselpumpe gezeigt, bei der an einem Laufrad stirnseitig ein Innenring befestigt ist, der in einem Außenring eingeführt ist, der wiederum im Pumpengehäuse gelagert ist. Der Innenring ist dabei gleitend an einer Innenfläche des Außenrings geführt, sodass zum einen eine Gleitlagerung und zum anderem eine Dichtung erhalten wird.
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In
DE 81 15 273 U1 ist eine Kreiselpumpe mit einem Spaltrohr-Magnetkupplungs-Antrieb beschrieben, wobei ein Laufrad über schleifringartige Gleitlager, die als kombinierte Radial-Axial-Lager ausgebildet sind, im Pumpengehäuse gelagert ist. Das Pumpengehäuse ist dabei aus einem Kunststoff gefertigt, das gegenüber einem Fördermedium chemisch inert ist. Lagerteile, die mit dem Laufrad über ein Gewinde verbunden sind, liegen dabei radial an den feststehenden Gleitlagerteilen an, die im Pumpengehäuse vorgesehen sind.
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Aus
US 4 913 619 A ist eine Zentrifugalpumpe bekannt, bei der stirnseitig an einem Laufrad ein Lagerring aus einem verschleißfesten Material angeordnet ist. Der Lagerring wirkt axial mit einem zweiten Lagerring zusammen, der im Pumpengehäuse befestigt ist.
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DE 26 04 133 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Ausgleichen von Radialkräften bei Maschinen mit einem rotierenden Teil, also beispielsweise eine Kreiselpumpe, wobei das rotierende Teil ein Laufrad darstellt. Zwischen dem Laufrad und einem Pumpengehäuse sind dabei Dichtungsringe vorgesehen, wobei ein Dichtungsring Aussparungsgruppen aufweist, um bei den während des Pumpens auftretenden Druckdifferenzen eine gegen das Laufrad gerichtete Radialkraft zu erzeugen.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu beheben und insbesondere eine Lösung anzugeben, mit der die Lebensdauer einer Kreiselpumpe verlängert werden kann und die insbesondere wartungsfreundlich ist, einen Spielausgleich bieten und den Wirkungsgrad der Kreiselpumpe verbessert.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Kreiselpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einem Laufradprotektor mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Hauptmerkmale der Erfindung sind im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 angegeben. Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 10.
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Erfindungsgemäß ist also vorgesehen, den Laufradsitz in einem ringförmigen Laufradprotektor aus einem korrosionsfesten Material auszubilden, der im Pumpengehäuse aufgenommen ist, wobei ein Einführbereich des Laufrades radial vom Laufradprotektor umgeben ist und das Laufrad an den Innenflächen des Laufradprotektors gleitend geführt ist, der radial beweglich gegenüber dem Pumpengehäuse ist, wobei zwischen dem Laufradprotektor und dem Pumpengehäuse eine Radialdichtung angeordnet ist. Die Radialdichtung ist dabei in der Regel als Ringdichtung ausgebildet und verhindert eine Bypassverbindung bzw. Undichtigkeit zwischen dem Laufradprotektor und dem Pumpengehäuse, auch wenn der Laufradprotektor radial Spiel aufweist, also gegenüber dem Pumpengehäuse beweglich ist.
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Der Laufradsitz, der durch Zusammenwirkung mit dem Laufrad die Druckseite der Pumpe von einer Saugseite abdichtet, ist also nicht, wie bisher im Stand der Technik üblich, integral im Pumpengehäuse ausgebildet und/oder als zusätzliche Komponente hier in einer festen Verbindung eingefügt, sondern in einem zusätzlichen dynamischen Element, dem Laufradprotektor. Der Laufradprotektor kann mit geringem Aufwand mit relativ hoher Passgenauigkeit gefertigt werden, sodass ein dynamischer Spielausgleich zwischen dem Laufradprotektor und dem Pumpengehäuse erfolgt. Damit kann ein Spalt zwischen dem Laufradsitz und dem Laufrad sehr klein gehalten werden, sodass ein hoher Wirkungsgrad erreichbar ist. Dabei wird durch die Verwendung eines korrosionsfesten Materials für den Laufradprotektor ein Schutz vor Festrosten erreicht, sodass auch ein Betrieb mit längeren Stillstandszeiten der Kreiselpumpe auch beim Einsatz korrosiver Pumpenmedien problemlos möglich ist. Sollte aufgrund von Verschleißerscheinungen ein Austausch des Laufrades und/oder des Laufradsitzes erforderlich sein, kann der Laufradprotektor relativ einfach ersetzt werden, sodass eine wartungsfreundliche Kreiselpumpe mit hoher Lebensdauer erhalten wird. Über den Laufradprotektor kann eine relativ große Außermittigkeit kompensiert werden. Dies führt zu einer leichteren Montage der Pumpen mit anschließender hohen Laufruhe und hoher Dichtigkeit.
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Dabei ist besonders bevorzugt, dass das Laufrad radial und axial im Laufradprotektor geführt ist. Die Lage des Laufrades wird also durch den Laufradprotektor sehr genau vorgegeben. Dabei kann der Laufradprotektor einen radial nach innen ragenden Kragen aufweisen, der sozusagen als axialer Anschlag für das Laufrad dient und einen Teil des Laufradsitzes bildet. Damit ergeben sich ein sehr langer Dichtspalt und damit eine gute Abdichtung.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung liegt der Laufradprotektor mit einer Stirnseite an einem Anschlag des Pumpengehäuses an. Der Anschlag kann dabei beispielsweise als radial umlaufender, radial nach innen ragender Steg des Pumpengehäuses ausgebildet sein, an dem der Laufradprotektor anliegt. Die axiale Lage des Laufradprotektors innerhalb des Pumpengehäuses ist damit eindeutig definiert. Dabei wird durch die Anlage des Laufradprotektors an dem Anschlag bereits eine erste Abdichtung zwischen Pumpengehäuse und Laufradprotektor erhalten. Eine Umgehung des Laufradprotektors durch das Pumpenmedium wird damit verhindert.
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Vorzugsweise ist die Stirnseite des Laufradprotektors zumindest an einer radialen Außenkante abgeschrägt oder abgerundet. Ein Einsetzen des Laufradprotektors in das Pumpengehäuse wird dadurch erleichtert. Zusätzlich ergeben sich fertigungstechnische Vorteile, in denen zwischen dem Pumpengehäuse und dem Laufradprotektor eine geometrische Überbestimmtheit vermieden wird.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weist der Laufradprotektor ein Kunststoffmaterial, insbesondere POM oder PTFE auf. Als Kunststoffmaterial kommen insbesondere thermoplastische Kunststoffe in Frage. Derartige Kunststoffe weisen eine hohe thermische Stabilität und eine absolute Korrosionsfestigkeit auf. Darüber hinaus besitzen Kunststoffe eine geringere Wasseraufnahme und sind einfach zu bearbeiten. POM und PTFE zeichnen sich darüber hinaus durch eine hohe Festigkeit, ausreichende Härte und Steifigkeit aus und besitzen eine hohe Abriebfestigkeit sowie einen niedrigen Reibungskoeffizienten. Zwischen dem Laufrad und dem Laufradsitz beziehungsweise dem Laufradprotektor kann dann eine Gleitpaarung ausgebildet sein, bei der das Laufrad auf dem Laufradsitz beziehungsweise einer Innenseite des Laufradprotektors gleitet. Aufgrund des Materials des Laufradprotektors treten dabei nur geringe Reibungsverluste auf, die im Hinblick auf die erreichbaren Vorteile durch die gute Abdichtung zwischen dem Laufradsitz und dem Laufrad nur eine untergeordnete Rolle spielen. Insgesamt wird damit eine Kreiselpumpe mit sehr hohem Wirkungsgrad erhalten.
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Dabei ist besonders bevorzugt, dass die Radialdichtung eine Dichtlippe aufweist, die gegenüber einer Axialrichtung geneigt ist und mit einer saugseitigen Fläche am Pumpengehäuse oder am Laufradprotektor anliegt. Diese Dichtlippe, beispielsweise eine „Viton Gummilippe”, dient zum einen zum Spielausgleich zwischen dem Laufradprotektor und dem Pumpengehäuse und zum anderen zur sicheren Abdichtung. Durch die geneigte Ausbildung der Dichtlippe wird erreicht, das durch den Druck des Pumpenmediums auf der Druckseite die Dichtlippe an das Pumpengehäuse bzw. den Laufradprotektor angedrückt wird, sodass mit steigendem Druck gleichzeitig die Dichtwirkung der Dichtung verbessert wird. Ein radialer Spalt zwischen dem Pumpengehäuse und dem Laufradprotektor, der beispielsweise zum Spielausgleich günstig ist, kann dann problemlos durch die Radialdichtung mit der Dichtlippe überdeckt werden, sodass eine ausreichende Zentrierung zwischen dem Laufrad und dem Pumpengehäuse beziehungsweise dem Laufradprotektor ermöglicht wird.
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Zur axialen Lagesicherung kann die Radialdichtung in einer Ringnut gehalten sein, die insbesondere in einer Umfangsfläche des Laufradprotektors ausgebildet ist. Eine derartige Ringnut ist relativ einfach erzeugbar und sorgt beispielsweise bereits beim Einführen des Laufradprotektors in das Pumpengehäuse für eine definierte Lage der Radialdichtung. Die Montage der Kreiselpumpe wird damit vereinfacht.
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Bevorzugter Weise ist eine Nutöffnung der Ringnut kleiner als ein Nutgrund, wobei die Ringnut insbesondere aufeinander zu geneigte Seitenflanken aufweist. Dadurch wird die Radialdichtung mittels Formschluss in der Ringnut gehalten. Gleichzeitig ergibt sich eine hohe Abdichtung zwischen der Radialdichtung innerhalb der Ringnut.
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Vorzugsweise ist die Radialdichtung zwischen dem Laufradprotektor und dem Pumpengehäuse vorgespannt. Die radiale Vorspannung kann dabei beispielsweise durch Verformung der Dichtlippe erzeugt werden. Dabei kann durch die Vorspannung ein kraftschlüssiger Halt des Laufradprotektors im Pumpengehäuse erzeugt werden. Gleichzeitig sichert die Vorspannung der Radialdichtung eine ausreichende Abdichtung auch dann, wenn der Laufradprotektor zum Spielausgleich gegenüber dem Pumpengehäuse leicht versetzt ist. Ein radialer Luftspalt zwischen dem Pumpengehäuse und dem Laufradprotektor wird also zuverlässig durch die Radialdichtung abgedichtet.
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Die oben genannte Aufgabe wird durch einen Laufradprotektor mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Ein derartiger Laufradprotektor ist ringförmig ausgebildet und weist ein korrosionsfestes Material, insbesondere Kunststoff, auf, wobei im Laufradprotektor ein Laufradsitz für ein Laufrad ausgebildet ist. Die im Zusammenhang mit der Kreiselpumpe aufgeführten Ausgestaltungen des Laufradprotektors und die sich daraus ergebenden Vorteile gelten sinngemäß natürlich auch für den Laufradprotektor.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
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1: eine Kreiselpumpe in teilgeschnittener, räumlicher Darstellung,
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2: einen Ausschnitt aus 1,
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3: ein Detail aus 2 und
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4: einen Laufradprotektor in räumlicher Darstellung.
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In 1 ist eine Kreiselpumpe 1 mit einem mehrteiligen Pumpengehäuse 2 dargestellt. Das Pumpengehäuse 2 weist einen Einlass 3 und einen radialen Auslass 4 auf. Innerhalb des Pumpengehäuses 2 ist ein Laufrad 5, das mit einer Motorwelle 6 verbunden ist, rotierbar gehalten.
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Dabei erstreckt sich ein Einführbereich 7 des Laufrads 5 in einen ringförmigen Laufradprotektor 8. Der Laufradprotektor 8 weist einen radial nach innen gerichteten, umlaufenden Kragen 9 auf und bildet einen Laufradsitz 10 für das Laufrad 5. Das Laufrad 5 ist dafür am Laufradsitz 10 bzw. an Innenflächen des Laufradprotektors 8 gleitend geführt, so dass das Pumpenmedium, wie beispielsweise Schwimmbadwasser, das vom Einlass 3 zum Auslass 4 gefördert wird, nicht zwischen dem Laufradprotektor 8 und dem Laufrad 5 hindurch strömen kann, sondern durch das Laufrad 5 radial mitgenommen wird und so in einem Druckkanal 11 und von dort zum Auslass 4 gelangt.
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Durch den Laufradprotektor 8 erfolgt eine radiale und axiale Führung des Laufrads 5 bezüglich des Pumpengehäuses 2. Dabei ermöglicht der Laufradprotektor 8 neben einer Zentrierung und einem Spielausgleich auch eine gute Abdichtung zwischen Saugseite und Druckseite und gleichzeitig geringe Reibungsverluste. Dabei ist der Laufradprotektor 8 aus einem Kunststoff, wie beispielsweise POM oder PTFE gebildet und dementsprechend korrosionsfest. Ein Festrosten des Laufrads 5 am Laufradsitz 10 ist daher auch bei längeren Stillstandszeiten nicht zu befürchten.
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Der Laufradprotektor 8 liegt mit einer Stirnseite 12 an einem Anschlag 13 des Pumpengehäuses 2 an, der durch einen radial nach innen vorstehenden, umlaufenden Steg des Pumpengehäuses 2 gebildet ist. Die axiale Lage des Laufradprotektors 8 innerhalb des Pumpengehäuses 2 wird also durch Formschluss vorgegeben. Dadurch wird eine sichere und dichte Anlage des Laufradprotektors 8 im Pumpengehäuse 2 erreicht.
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In 2 ist die Anordnung des Laufradprotektors 8 innerhalb des Pumpengehäuses 2 und das Laufrad 5 in vergrößerter Ansicht dargestellt. Der Laufradsitz 10 ist die Berührungsfläche zwischen dem Einführbereich 7 des Laufrads 5 und einer radialen Innenseite des Laufradprotektors 8 mit einer axialen Oberseite des Kragens 9. Damit ergibt sich eine relativ große Berührungsfläche, durch die eine gute Abdichtung erzielt. Gleichzeitig wird durch das verwendete Material des Laufradprotektors 8 eine Reibung gering gehalten, so dass insgesamt ein hoher Wirkungsgrad erzielbar ist.
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In einer Ringnut 14 des Laufradprotektors 8 ist eine Radialdichtung 15 angeordnet, die den Laufradprotektor 8 radial gegenüber dem Pumpengehäuse 2 abdichtet. Die Radialdichtung 15 weist dabei an ihrer radialen Außenseite eine Dichtlippe 16 auf, die mit einer saugseitigen Fläche 17 am Pumpengehäuse 2 anliegt. Die Dichtlippe 16 erstreckt sich also in einem Winkel zur Axialrichtung der Motorwelle 6. Dabei wird durch die Radialdichtung 15 bzw. die Dichtlippe 16 ein Spalt 18, der ringförmig zwischen dem Laufradprotektor 8 und dem Pumpengehäuse 2 ausgebildet ist, überbrückt. Der Laufradprotektor 8 kann dadurch bezüglich seiner radialen Lage innerhalb des Pumpengehäuses 2 ausgerichtet werden und so Toleranzen zwischen der Lage des Laufrads 5 und dem Pumpengehäuse 2 ausgleichen. Gegenüber dem Laufrad 5 kann der Laufradprotektor 8 damit immer genau zentriert sein. Dabei kann durch die Radialdichtung 15 eine Haltekraft erzeugt werden, indem die Radialdichtung 15 zwischen dem Laufradprotektor 8 und dem Pumpengehäuse 2 radial verspannt wird. Dies führt zu einer kraftschlüssigen Befestigung des Laufradprotektors 8 im Pumpengehäuse 2.
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Wie insbesondere in 3 zu erkennen ist, ist eine Nutöffnung 19 kleiner als ein Nutgrund 20. Dies wird durch aufeinander zu geneigte Seitenflanken 21, 22 der Ringnut 14 erreicht. Die Radialdichtung 15 kann dadurch formschlüssig innerhalb der Ringnut 14 aufgenommen sein, so dass die Lage der Radialdichtung 15 gegenüber dem Laufradprotektor 8 eindeutig definiert ist. Auch ergibt sich eine große Dichtfläche zwischen der Radialdichtung 15 und dem Laufradprotektor 8 und damit eine gute Abdichtung.
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Eine radiale Außenkante 23 der Stirnseite 12 des Laufradprotektors 8 weist eine Abschrägung auf, durch die der Laufradprotektor 8 leichter in das Pumpengehäuse 2 eingeführt werden kann. Zusätzlich wird dadurch eine geometrische Überbestimmtheit vermieden.
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In 4 ist der Laufradprotektor 8 in dreidimensionaler Darstellung gezeigt. Die Radialdichtung 15 ist in der Ringnut 14, die in der Umfangsfläche des Laufradprotektors 8 ausgebildet ist, aufgenommen. Der umlaufende Kragen 9, der einen Teil des Laufradsitzes 10 darstellt, ist der Stirnseite 12 zugeordnet, so dass eine ausreichende Führungsfläche in radialer und axialer Richtung für das Laufrad 5 innerhalb des Laufradprotektors 8 zur Verfügung steht.
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Durch den Laufradprotektor wird eine flexible Abdichtung des Laufradsitzes, also zum Laufrad, erhalten. Dabei ergibt sich eine maximale Abdichtung, wobei nachteilige Bypässe zwischen einer Druckseite und einer Saugseite vermieden werden. Gleichzeitig ergibt sich ein Verschleißschutz, da durch den Laufradprotektor eine Beschichtung des Pumpengehäuses geschützt wird. Ein direkter Kontakt des Laufrads mit dem Pumpengehäuse wird durch den Laufradprotektor vermieden. Dabei ermöglicht der Laufradprotektor, in dem das Laufrad gleitend gelagert ist, eine sehr reibungsarme Bewegung des Laufrads. Zusätzlich wird ein Festrosten des Laufrads im Pumpengehäuse verhindert, indem der Laufradprotektor aus einem nichtrostenden Material wie beispielsweise Kunststoff hergestellt wird. Durch eine Radialdichtung insbesondere mit einer Dichtlippe wird dabei auch zwischen dem Laufradprotektor und dem Pumpengehäuse eine hohe Dichtigkeit erreicht, wobei gleichzeitig ein Spielausgleich sichergestellt wird.
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Durch den Laufradprotektor wird ein nahezu verschleißfreies Drehen des Laufrads innerhalb des Pumpengehäuses, das vollständig beschichtet sein kann, erreicht. Durch die gute Abdichtung wird dabei der Wirkungsgrad der Pumpe nochmals verbessert. Ein weiterer Vorteil ergibt sich bei der Wartung der Kreiselpumpen. So ist beispielsweise durch einen Austausch des Laufradprotektors ein einfacher Austausch des Laufradsitzes möglich, ohne dass beschichtete Flächen des Pumpengehäuses beschädigt werden. Dabei treten auch bei einer ersten Inbetriebnahme keine unangenehmen Schleifgeräusche auf, sondern es wird ein leiser und angenehmer Betrieb erreicht.
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Die erfindungsgemäße Kreiselpumpe kann auch mit korrosiven Pumpenmedien, wie beispielsweise Schwimmbadwasser, eingesetzt werden. Dabei ist es möglich, das Pumpengehäuse als Graugussteil herzustellen und alle mit dem Pumpenmedium in Kontakt kommenden Flächen zu beschichten, so dass ein guter Schutz des an sich korrosionsanfälligen Materials Grauguss erreicht wird. Der Einsatzbereich dieser Pumpen wird damit stark vergrößert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kreiselpumpe
- 2
- Pumpengehäuse
- 3
- Einlass
- 4
- Auslass
- 5
- Laufrad
- 6
- Motorwelle
- 7
- Einführbereich
- 8
- Laufradprotektor
- 9
- Kragen
- 10
- Laufradsitz
- 11
- Druckkanal
- 12
- Stirnseite
- 13
- Steg
- 14
- Ringnut
- 15
- Radialdichtung
- 16
- Dichtlippe
- 17
- Saugseitige Fläche
- 18
- Spalt
- 19
- Nutöffnung
- 20
- Nutgrund
- 21
- Seitenflanke
- 22
- Seitenflanke
- 23
- Außenkante
