-
Die Erfindung betrifft eine Lösung zur saugseitigen Abdichtung des Radialspalts bei einer Kreiselpumpe. Sie bezieht sich auf eine Anordnung zur Radialspaltabdichtung und auf eine mit einer entsprechenden Anordnung ausgestattete Kreiselpumpe.
-
Kreiselpumpen zum Transport fluider Medien bestehen aus mindestens einem Laufrad, welches auf einer von einem Motor angetriebenen Welle angeordnet ist und innerhalb eines Gehäuses eine Rotationsbewegung vollführt. Durch die Rotation des Laufrades wird an dessen auch als Saugmund bezeichneter Laufradeintrittsseite ein Unterdruck erzeugt, welcher das zu fördernde Fluid über den Saugmund in die Pumpe hineinsaugt, aus welcher es schließlich unter erhöhtem Druck auf der Druckseite wieder ausgetragen wird. Damit sich das Laufrad in dem Pumpengehäuse bewegen kann, muss prinzipbedingt zwischen der Außenkontur des Laufrades und der korrespondierenden Innenkontur des Gehäuses ein Spalt vorgesehen sein. Dieser Spalt ist je nach Bauform der Pumpe als ein Axialoder ein Radialspalt ausgebildet. Zwar ist der Spalt, wie ausgeführt, für das Funktionieren der Pumpe unerlässlich, jedoch resultieren aus dessen Vorhandensein auch Nachteile und Probleme. Ein Nachteil besteht darin, dass Teile des geförderten Fluids sich aufgrund des zwischen der Saugseite und der Druckseite bestehenden Druckunterschiedes über den Spalt wieder zur Saugseite zurückbewegen. Dies ist selbstverständlich unerwünscht, da hierdurch der Wirkungsgrad der Pumpe verringert wird. Sofern das geförderte Fluid zudem mit Feststoffen befrachtet ist, wie dies beispielsweise bei der Förderung von Abwasser mittels Kreiselpumpen gegeben ist, kann es im Bereich des Spaltes außerdem zu Verstopfungen, insbesondere durch sich dort ablagerndes faseriges Material kommen. Hierdurch kann das Laufrad festlaufen und, sofern es durch den Motor weiterhin angetrieben wird, gegebenenfalls auch beschädigt beziehungsweise zerstört werden. Die Folgen sind ein erhöhter Aufwand für die Wartung und Reparatur der Pumpen.
-
Um den zuvor genannten Nachteilen zu begegnen, sind die Pumpenhersteller bestrebt, den Spalt möglichst klein zu halten. Hierbei gilt es allerdings zu beachten, dass durch Unwuchten der Welle und/oder des Laufrades im Betrieb der Pumpe Schwingungen sowohl in axialer als auch in radialer Richtung entstehen. Der Spaltbereich muss daher so gestaltet werden, dass das Laufrad infolge derartiger Schwingungen nicht an die Innenkontur des Pumpengehäuses anschlägt. Zur Verringerung beziehungsweise zur Optimierung des Axialspalts oder des Radialspalts werden teilweise so genannte Wellendichtringe eingesetzt. Diese bestehen in der Regel aus einem Metallring mit einem L-förmigen Profil, welcher mit einem elastischen, beispielsweise elastomeren Element verbunden ist. Nach der Montage liegen beide Schenkel des den Metallring ausbildenden L-Profils an der Innenkontur des Pumpengehäuses an. Das mit dem Metallring beispielsweise durch Vulkanisation verbundene elastische Dichtelement wird druckbeaufschlagt, vorzugsweise mittels einer Ringfeder, an eine auf der Außenkontur des Laufrades ausgebildete Gleitfläche angedrückt, wobei eine an dem Dichtelement ausgebildete Kante an der Gleitfläche zur Anlage gelangt. Allerdings führt der durch die Ringfeder ausgeübte Druck, welcher unmittelbar auf den an der Gleitfläche anliegenden Bereich des Dichtelementes wirkt auch zu einem erhöhten Verschleiß sowohl des Dichtelementes, als auch der Gleitfläche. Durch die erhöhte Andruckkraft läuft im Laufe der Zeit unter anderem die an dem elastischen Dichtelement ausgebildete Kante in die Gleitfläche ein. Der an dem Dichtelement und der Gleitfläche auftretende Verschleiß führt dabei letztlich auch wieder zum Entstehen von Undichtigkeiten und damit zu einer Verringerung des Wirkungsgrades und gegebenenfalls zur Ablagerung im geförderten Medium enthaltener fester Bestandteile im Spaltbereich.
-
Eine vergleichbare, ebenfalls auf eine Spaltoptimierung im Sinne einer Spaltminimierung gerichtete Lösung durch die
DE 199 60 160 A1 beschrieben. Auch hier erfolgt demnach keine völlige Spaltabdichtung.
-
Bereits durch die
DE 851 630 B wird jedoch eine Lösung für eine Spaltdichtung beschrieben, welche auf die vollständige Abdichtung des Spaltes zwischen dem Gehäuse und dem Laufrad einer Kreiselpumpe gerichtet ist. Die vorgestellte Lösung nutzt an beziehungsweise in der Pumpe sich bei deren Betrieb einstellende Druckunterschiede, das heißt insbesondere den Druckunterschied zwischen der Ansaugseite und der Druckseite der Pumpe. Das hierfür ausgebildete Dichtelement besteht aus einem an der Gehäuseinnenseite der Pumpe festgelegten starren Ring, an den ein elastisches, ebenfalls ringförmiges Dichtelement anvulkanisiert ist. Das in Bezug auf die axiale Erstreckung freie Ende der elastischen Dichtlippe, ist so geformt und innerhalb der Pumpe derart angeordnet, dass es im Betrieb der Pumpe durch den angesprochenen Differenzdruck gegen eine Lauffläche des mittels einer Welle in Rotation versetzten Laufrades gedrückt wird.
-
Allerdings kommt dabei die Dichtlippe hinsichtlich ihrer axialen Erstreckung im Grunde nur mit ihrer Spitze an der vorgenannten Lauffläche zu Anlage. Aufgrund des bei längerem Betrieb der Pumpe infolge der Reibung zwischen der Dichtlippe und der Lauffläche auftretenden Verschleißes dürfte daher die Standzeit des Dichtelements beziehungsweise seiner Dichtlippe im Hinblick auf die gewünschte vollständige Abdichtung des Spaltes eher kurz sein. Insbesondere bei einem Einsatz in Pumpen zur Förderung von Medien, welche Feststoffe enthalten, also etwa bei einem Einsatz in Abwasserpumpen dürfte sich die Standzeit aufgrund des zusätzlich auftretenden abrasiven Verschleißes zudem weiter verkürzen. Dies gilt zumal gemäß der beschriebenen Lösung keinerlei Maßnahmen vorgesehen sind, durch welche die Dichtlippe aufgrund der mechanischen beziehungsweise geometrischen Beschaffenheit des Dichtelements von sich aus unter einer Vorspannung stehen würde oder gewissermaßen selbstnachstellend ausgebildet wäre.
-
Eine die zuvor genannten Nachteile vermeidende, auf die vollständige Spaltabdichtung gerichtete Lösung wird in der
WO 2009/138082 A1 offenbart. Die in der Druckschrift beschriebene Lösung ermöglicht dabei sowohl eine vollständige Abdichtung eines Axialspaltes als auch die Abdichtung eines Radialspaltes. Sie ist darüber hinaus so gestaltet, dass sie beim Pumpenbetrieb auftretende Radialund Axialschwingungen ausgleicht. Zudem weist die beschriebene Anordnung eine sehr gute Standfestigkeit auf, da der an einem zur Abdichtung verwendeten elastischen Element auftretende Verschleiß mittels einer Stellmechanik kompensiert wird, so dass die elastische Dichtlippe des sich insoweit selbst nachstellenden Dichtelementes stets mit einer gewissen Vorspannung dauerhaft an einer Gleitfläche des Laufrades anliegt. Nachteilig bei der in der
WO 2009/138082 A1 beschriebenen Lösung ist es jedoch, dass die zuvor beschriebene Mechanik vergleichsweise komplex ist und ihr Einsatz in einer Kreiselpumpe einen beträchtlichen Montageaufwand verursacht.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, die zuvor beschriebenen Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden. Dabei soll eine Lösung zur Radialspaltabdichtung in einer Kreiselpumpe bereitgestellt werden, welche eine zuverlässige und dauerhafte vollständige Spaltabdichtung gewährleistet, eine hohe Standzeit aufweist, aber dennoch leicht zu montieren ist. Letzteres bezieht sich sowohl auf die Erstausrüstung von Kreiselpumpen mit der erfindungsgemäßen Anordnung als auch auf die Nachrüstung bereits im Betrieb befindlicher Pumpen.
-
Die Aufgabe wird durch eine Anordnung zur Radialspaltabdichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Sie wird ferner durch eine Kreiselpumpe mit den Merkmalen des sich auf eine Kreiselpumpe beziehenden unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Aus- beziehungsweise Weiterbildungen sind durch die Unteransprüche gegeben.
-
Ein wesentliches Element der die Aufgabe lösenden erfindungsgemäßen Anordnung ist ein Dichtelement, welches aus einem starren Grundring und einer mit dem Grundring verbundenen ringförmigen elastischen Dichtlippe besteht. Dieses Dichtelement ist an einer Innenkontur des Gehäuses der Kreiselpumpe festgelegt, welches ein durch eine Welle getriebenes Laufrad mit einem Saugmund aufnimmt. Mit ihrem gegenüber dem Grundring freien, sich in seinem Innendurchmesser verjüngenden Ende gleitet die Dichtlippe des Dichtelementes im Betrieb der Kreiselpumpe an einer auf der Außenkontur des Laufrades an dessen Saugmund ausgebildeten Gleitfläche entlang.
-
Erfindungsgemäß ist der Innendurchmesser der Dichtlippe an der dem Grundring abgewandten Stirnseite ihres freien Endes im unverbauten Zustand des Dichtelementes kleiner als der Durchmesser der Außenkontur des Laufrades im Bereich der Gleitfläche. Ferner ist erfindungsgemäß die Außenkontur des Laufrades am saugseitigen Ende seines Saugmundes auf dem gesamten Umfang in einem Winkel von 15° bis 45° in Richtung der Mittelachse des im Bereich der Gleitfläche im Wesentlichen zylinderförmigen Saugmundes abgeschrägt. Demgemäß verjüngt sich der Außendurchmesser des Saugmundes zum saugseitigen Ende hin. Die Anordnung ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass das beim Einfügen des Laufrades in das Gehäuse der Kreiselpumpe über die saugseitige Abschrägung des Saugmundes auf die Gleitfläche geschobene freie Ende der Dichtlippe im Betrieb der Kreiselpumpe bei auf der Druckseite der Kreiselpumpe voll aufgebautem Druck über 25 % bis 75 % seiner Länge flächig an der Gleitfläche anliegt. Diese großflächige Anlage des freien Endes der Dichtlippe an der Gleitfläche resultiert aus einer gewollten (durch die Auswahl des elastischen Materials und gegebenenfalls durch eingebrachte stützende Materialien oder Elemente gezielt beeinflussten) Verformung der Dichtlippe durch den sich auf der Druckseite der Kreiselpumpe aufbauenden und auf die Dichtlippe wirkenden Druck. Dadurch, dass sich die Dichtlippe nicht nur mit einer Kante oder, bezogen auf ihre axiale Erstreckung (mit der axialen Erstreckung eines Elementes der Anordnung ist hier, wie im Folgenden, jeweils die Erstreckung in Richtung der Mittelachse des Saugmundes beziehungsweise der das Laufrad treibenden Welle gemeint) nur mit ihrer Spitze und damit nicht nur in einem sehr schmalen Abschnitt an die Gleitfläche anlegt, bleibt eine vollständige Abdichtung des Radialspalts, trotz des in Folge der Gleitreibung auftretenden Verschleißes und trotz zusätzlichen, durch im geförderten Medium enthaltene Feststoffe verursachten abrasiven Verschleißes, über sehr lange Standzeiten gewährleistet. Im Gegensatz dazu treten an innerhalb eines schmalen Bereichs der Gleitfläche nur mit einer Kante oder an hinsichtlich ihrer axialen Erstreckung nur mit der Spitze an der Gleitfläche anliegenden Dichtlippen häufig schon nach kurzer Betriebszeit einer entsprechend ausgerüsteten Kreiselpumpe Undichtigkeiten auf. Ursache hierfür ist ein starker Verschleiß der Kante oder „Spitze“ der Dichtlippe, welche zudem zunächst an der Gleitfläche in das Material des Saugmundes des Laufrades einläuft, aber dann mit zunehmendem Verschleiß den Kontakt mit der Gleitfläche verliert. Letzteres führt zunächst zu spürbaren Druckverlusten und schließlich in den meisten Fällen zu einem Ausfall der Kreiselpumpe durch sich zwischen der den Kontakt zur Gleitfläche verlierenden Dichtlippe und der Gleitfläche anlagernde, den Spalt verstopfende Feststoffe.
-
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass im Zusammenhang mit der Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung bewusst nicht von einer Dichtanordnung, sondern von einer Anordnung zur Abdichtung respektive zur Radialspaltabdichtung gesprochen wird. Dem liegt ein Verständnis zugrunde, wonach bei einer Dichtanordnung alle zur Anordnung gehörenden Elemente direkt oder indirekt zu der gewünschten Dichtwirkung beitragen. Dies ist bei der erfindungsgemäßen Anordnung jedoch nicht der Fall. Demgemäß handelt es sich bei dieser Anordnung um eine Anordnung, welche zwar die (saugseitige) Abdichtung des Radialspalts einer Kreiselpumpe ermöglicht, aber Elemente umfasst beziehungsweise Merkmale aufweist, welche, zwingend erforderlich sind, um eine Abdichtung des Radialspaltes zu ermöglichen, aber selbst nicht zur Dichtwirkung beitragen. Vorliegend bezieht sich dies insbesondere auf die bereits angesprochene Abschrägung des sich zum saugseitigen Ende verjüngenden Saugmundes des Laufrades. Erst diese Abschrägung macht es möglich, das Dichtelement derart auszubilden, dass dessen Dichtlippe an ihrer dem Grundring abgewandten Stirnseite ihres freien Endes im unverbauten Zustand einen gegenüber dem Außendurchmesser des Saugmundes im Bereich seiner Gleitfläche kleineren Innendurchmesser aufweist.
-
Die erfindungsgemäße Anordnung ist sowohl für die Erstausrüstung von Kreiselpumpen als auch für die Nachrüstung vorgesehen. Hierbei werden zunächst das Dichtelement und danach das Laufrad in das Pumpengehäuse eingefügt, wobei gegebenenfalls, nämlich im Falle eines doppelflutigen Laufrades, danach ein weiteres Dichtelement in das Pumpengehäuse eingefügt wird. Die zuvor nochmals angesprochene Abschrägung des Saugmundes des Laufrades stellt hierbei nicht lediglich eine Montagehilfe dar, sondern ermöglicht es vielmehr überhaupt erst, das Laufrad bei schon an der Innenkontur des Gehäuses der Pumpe festgelegtem (ersten) Dichtelement in das Gehäuse einzufügen, und zwar, obwohl die Dichtlippe des Dichtelementes an ihrem dem starren Grundring und damit der Saugseite der Pumpe abgewandten Ende einen Innendurchmesser aufweist, der kleiner ist als der Außendurchmesser des Saugmundes des Laufrades im Bereich der Gleitfläche, auf welche die Dichtlippe bei der Montage aufgeschoben wird. Die Dichtlippe weist hierdurch eine Vorspannung auf. Im Zusammenhang mit der Wahl des Materials für die elastische Dichtlippe wird diese Vorspannung gewissermaßen so „eingestellt“, dass die Dichtlippe beim Betrieb der Pumpe, wenn sich an deren Druckseite der entsprechende Förderdruck aufgebaut hat, aufgrund der Druckdifferenz zwischen der Saugseite und der Druckseite flächig, und zwar zu 25 % bis 75 % der Länge ihres freien Endes, an der Gleitfläche anliegt. Hierdurch ist eine vollständige Abdichtung des Radialspalts gewährleistet, welche auch bei großen axialen und/oder radialen Schwingungen erhalten bleibt.
-
Selbstverständlich unterliegt die Dichtlippe bei ständigem Betrieb der Pumpe auch einem Verschleiß. In Versuchen hat sich jedoch gezeigt, dass selbst dann, wenn die Dichtlippe aufgrund dieses Verschleißes beim Stillstand der Pumpe mit ihrem freien Ende nicht mehr an der Gleitfläche anliegt, bei Inbetriebnahme der Pumpe im Moment des Druckaufbaus aufgrund der sich dann verformenden, flächig an die Gleitfläche anlegenden Dichtlippe eine vollständige Abdichtung des Radialspalts erfolgt. In Abhängigkeit des sich beim Einsatz der Kreiselpumpe entsprechend den für den jeweiligen Einsatzzweck bestehenden Vorgaben einstellenden Förderdrucks wird das Material für die elastische Dichtlippe ausgewählt. Das heißt, für Pumpen mit einem eher niedrigen Förderdruck beziehungsweise einer geringen Förderhöhe wird ein möglichst biegsames, sehr elastisches Material auszuwählen sein, wohingegen Kreiselpumpen mit hohem Förderdruck beziehungsweise großer Förderhöhe für die Dichtlippe ein wesentlich steiferes Material zum Einsatz gelangen wird. Im letztgenannten Fall kann eine erhöhte Steifigkeit der Dichtlippe auch dadurch erreicht werden, dass zum Beispiel in ein zur Ausbildung der Dichtlippe verwendetes Elastomer oder PU-Gießharz eine Gewebeeinlage eingebracht wird. Darüber hinaus kann, alternativ oder zusätzlich, wie anhand der Ausführungsbeispiele noch zu zeigen sein wird, in die Dichtlippe ein Versteifungselement eingefügt werden.
-
Der Winkel, mit welchem der Saugmund des Laufrades an seinem saugseitigen Ende in Richtung der Mittelachse des Saugmundes abgeschrägt ist, hängt wiederum von der Art und Beschaffenheit des Materials für die Dichtlippe des Dichtelementes ab. Sofern die Dichtlippe aus einem eher steiferen Material besteht, wie beispielsweise Gummi mit einer Gewebeeinlage, ist es vorteilhaft, am Ende des Saugmundes eine lange flache Abschrägung, das heißt eine Abschrägung mit einem kleineren Winkel, vorzusehen. Über eine solche lange flache Abschrägung lässt sich eine aus einem steiferen Material bestehende Dichtlippe bei der Montage des Laufrades leichter auf die Gleitfläche schieben als über eine steile kurze Schräge. Vorzugsweise ist jedoch die Abschrägung der Außenkontur des Laufrades im Bereich des saugseitigen Endes des Saugmundes so auszubilden, dass sie sich bis maximal ein Viertel der Länge des freien Endes der Dichtlippe unter die Dichtlippe erstreckt. Hierdurch wird gewährleistet, dass die nutzbare Gleitfläche lang genug ist und das freie Ende der Dichtlippe im Betrieb der Kreiselpumpe über 25 % bis 75 % seiner Länge flächig an der Gleitfläche anliegen kann. Insoweit hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das saugseitige Ende des Saugmundes in einem Winkel von wenigstens 15° abgeschrägt ist, damit die Schräge nicht zu lang ist. Je nach Länge des Saugmundes des Laufrades und der damit zur Verfügung stehenden Gleitfläche kann die Abschrägung auch abgestuft, das heißt zunächst steil und dann flacher ausgebildet sein. Im Falle einer Nachrüstung einer Kreiselpumpe mit der erfindungsgemäßen Anordnung muss die am Saugmund vorzusehende Schräge im Zuge der Nachrüstung vorzugsweise durch ein entsprechendes Abdrehen des Saugmundes erzeugt werden.
-
Die Dichtlippe wird vorzugsweise so ausgebildet, dass sich der Innendurchmesser ihres freien Endes derart verjüngt, dass die der Gleitfläche des Laufrades zugewandte Innenseite der Dichtlippe in einem Winkel von 10° bis 30° auf die Gleitfläche des Laufrades trifft. Dabei bezieht sich die vorgenannte Winkelangabe auf den Zustand bei in das Gehäuse eingefügtem Laufrad, also fertig montierter, jedoch stillstehender Kreiselpumpe.
-
Bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung weist das freie Ende der Dichtlippe an seiner dem Grundring abgewandten Stirnseite ebenfalls eine Abschrägung auf. Die Abschrägung ist dabei derart, dass die betreffende Stirnseite der Dichtlippe gegenüber der parallel zur Mittelachse des Saugmundes verlaufenden Gleitfläche bei in das Gehäuse eingefügtem Laufrad und Stillstand der Kreiselpumpe in einem Winkel von 15° bis 45° geneigt ist. Durch diese Maßnahme wird das Einfügen des Laufrades in das Pumpengehäuse bei bereits eingefügtem Dichtelement erleichtert und eine Beschädigung der Dichtlippe bei der Montage des Laufrades verhindert.
-
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung sind in die elastische Dichtlippe über deren Umfang sowie gegebenenfalls außerdem über ihre axiale Erstreckung verteilt mehrere Bohrungen mit einem Durchmesser von 0,5 mm bis 1 mm eingebracht. Durch diese Bohrungen werden Schmierkanäle ausgebildet, durch die ein Trockenlaufen des Kontaktbereichs zwischen der Dichtlippe und der Gleitfläche verhindert wird. Hierdurch wird der Verschleiß sowohl an der Gleitfläche als auch an der Dichtlippe verringert, so dass sich die Standzeit der Anordnung beziehungsweise einer damit ausgestatten Kreiselpumpe erhöht.
-
Für die Ausführung des Dichtelementes und für dessen Festlegung an der Innenkontur des Pumpengehäuses sind in Abhängigkeit der verwendeten Materialien und der eingesetzten Fertigungstechnologie unterschiedliche Möglichkeiten gegeben. Entsprechend einer vorgesehenen Möglichkeit ist der starre Grundring als ein einfacher Ring mit einem rechteckigen Profil ausgebildet, wobei in dem Ring, bezogen auf seine Anordnung in der Pumpe, in axialer Richtung eine umlaufende Nut ausgebildet ist. Bezogen auf die vorgenannte axiale Richtung beziehungsweise bezüglich ihrer Erstreckung in die Tiefe ist diese Nut leicht angeschrägt, so dass sie sich bei in das Gehäuse eingefügtem Dichtelement in die Tiefe des Grundrings hinein in einem Winkel zur Mittelachse des Saugmundes in Richtung der Innenkontur des Gehäuses erstreckt. In diese Nut ist die elastische Dichtlippe zur Verbindung mit dem Grundring eingefügt und wird hier durch eine Klemmverbindung und/oder eine Klebeverbindung gehalten. Aufgrund der Schräge der Nut ist das freie Ende der darin befestigten Dichtlippe bei montierter Pumpe, das heißt bei in das Gehäuse eingefügtem Laufrad, gegen die Gleitfläche des Saugmundes in gewünschter Weise geneigt. Zur Festlegung des Dichtelementes an der Innenkontur des Pumpengehäuses sind entsprechend einer möglichen Variante der an dieser Stelle beschriebenen Ausbildungsform des Dichtelementes auf dem Umfang des Grundrings verteilt mehrere parallel zu der die Dichtlippe aufnehmenden Nut, das heißt schräg in Richtung des Pumpengehäuses verlaufende Gewindebohrungen angeordnet. Die Gewindebohrungen sind derart ausgeführt, dass sie im hinteren Sitzbereich (Passungsbereich) des Grundrings in Richtung der Innenkontur des Pumpengehäuses austreten. Zur Festlegung des Dichtelementes am Gehäuse werden in die vorgenannten Gewindebohrungen Schrauben eingefügt, welche aufgrund dessen, dass die Gewindebohrungen an der am Gehäuse anliegenden Stirnseite des Grundrings austreten, die Gewindebohrungen durchragen und sich mit ihren Enden in die Innenkontur des Gehäuses eindrücken und somit gewissermaßen das Dichtelement an der Innenkontur des Gehäuses verhaken. Denkbar ist es aber auch, die dem Gehäuse zugewandte Stirnseite des starren Grundrings zum Beispiel sägezahnartig zu profilieren und den mit dieser Profilierung versehenen Grundring in das Gehäuse einzudrücken und dort zu verkeilen.
-
Bei einer weiteren grundsätzlichen Ausbildungsform des Dichtelementes weist der Grundring ein L-Profil auf, dessen einer Schenkel im Wesentlichen parallel zur Mittelachse des Saugmundes des Laufrades verläuft und dessen anderer Schenkel am saugseitigen Ende des vorgenannten Schenkels in Richtung der Innenkontur des Pumpengehäuses aufragt. An den Grundring, welcher aus Stahl, vorzugsweise Edelstahl, oder einem Hartkunststoff gefertigt wird, ist die Dichtlippe, den Bereich zwischen den Schenkeln des L-förmigen Grundrings ausfüllend, angefügt. Das Anfügen der Dichtlippe kann dabei durch Angießen eines PU-Gieß-harzes oder eines Elastomers an den dafür in eine entsprechende Form eingelegten Grundring oder durch Vulkanisation geschehen. Im Falle einer Ausbildung des Grundrings aus einem Hartkunststoff ist es aber auch denkbar, das gesamte, aus dem Grundring und der Dichtlippe bestehende Dichtelement im Wege des 3D-Drucks herzustellen. Bei der hier betrachteten Ausbildungsform mit einem Grundring mit L-förmigem Profil ist die Dichtlippe vorzugsweise so ausgebildet, dass die Dichtlippe in einem sich konisch erweiternden Abschnitt das Ende des zweiten, in Richtung der Gehäuseinnenkontur aufragenden Schenkels überragt Beim Einfügen des Dichtelementes in das Pumpengehäuse wird das den Grundring überragende Elastomer oder PU-Gießharz zusammengedrückt und steht infolge dessen derart unter Vorspannung, dass hierdurch das Dichtelement im Gehäuse der Pumpe verdrehsicher gehalten wird. Dieser Halteeffekt wird durch die bei bestehendem Pumpenbetriebsdruck auf das elastische Material wirkende Presskraft noch verstärkt. Das elastische Material kann, wie bereits ausgeführt, an den L-förmigen Grundring angegossen, anvulkanisiert oder mit diesem zusammen in einem 3D-Druckverfahren erzeugt werden.
-
Eine mit der erfindungsgemäßen Anordnung ausgestattete Kreiselpumpe weist, in bekannter Weise, ein Gehäuse ein von dem Gehäuse aufgenommenes, auf einer Welle montierte Laufrad und eine oder – im Falle eines doppelflutigen Laufrades – zwei Saugseiten, eine Druckseite sowie mindestens einen Radialspalt zwischen einer Innenkontur des vorgenannten Gehäuses und dem einen oder (bei doppelflutigen Laufrad) zwei Saugmündern des Laufrades auf. Das Laufrad wird durch die Welle getrieben, welche ihrerseits durch einen, nicht zur Pumpe im eigentlichen Sinne gehörenden, sondern mit ihr zu verbindenden Motor direkt oder indirekt getrieben wird. Der oder die Saugmünder sind jeweils mit der bei der Anordnung erläuterten Abschrägung versehen und der oder die Radialspalte mittels (jeweils) eines Dichtelementes abgedichtet, dessen Dichtlippe im unverbauten Zustand an ihrer der (jeweiligen) Saugseite abgewandten Stirnfläche einen gegenüber dem Außendurchmesser des Saugmundes im Bereich der Dichtfläche geringeren Innendurchmesser aufweist.
-
Anhand von Zeichnungen sollen nachfolgend nochmals Einzelheiten der erfindungsgemäßen Anordnung und insbesondere der Ausbildung des Dichtelementes erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
-
1: den Saugbereich einer Kreiselpumpe in einer Schnittdarstellung,
-
2 bis 8: unterschiedliche Ausbildungsformen des Dichtelementes jeweils in axial geschnittener Darstellung.
-
Die 1 zeigt einen Ausschnitt des saugseitigen Bereiches einer Kreiselpumpe in einer Schnittdarstellung mit einem axial geführten Schnitt. Die axiale Richtung entspricht hierbei der Erstreckungsrichtung der das Laufrad 5 treibenden, hier nicht gezeigten Motorwelle beziehungsweise der Mittelachse 13. In der Figur dargestellt sind das saugseitige Ende des Laufrades 5 mit dem Saugmund 6 und der daran ausgebildeten Gleitfläche 7 sowie das aus dem Grundring 1 und der Dichtlippe 2 bestehende Dichtelement und ein Teil des Pumpengehäuses 8. In dem in der 1 gezeigten Beispiel besteht das Dichtelement aus einem metallischen Grundring 1 mit einem im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt und einem elastischen, die Dichtlippe 2 ausbildendem Ring, der an seinem einen axialen Ende in eine in dem Grundring umlaufend ausgebildete Nut 19 eingefügt ist. Die Dichtlippe 2 ist in der vorgenannten Nut 19 verklebt und darüber hinaus an dem Grundring 1 verklemmt. Hierzu ist der Grundring an seiner dem Saugmund des Laufrades 5 zugewandten Stirnseite in einem Winkel von etwa 5° in Richtung der Innenkontur 9 des Pumpengehäuses 8 gedrückt worden, so dass die die Dichtlippe 2 aufnehmende Nut 19 im Bereich des Eintritts der Dichtlippe 2 in die Nut 19 unter Ausbildung einer Klemmverbindung für die Dichtlippe 2 verengt wurde. Deutlich zu erkennen in der Darstellung ist auch die erfindungswesentliche Abschrägung 10 des Saugmundes 6 an seinem saugseitigen Ende 11. Bei der nach der Festlegung des Dichtelementes an der Innenkontur 9 des Gehäuses 8 erfolgenden Montage des Laufrades 5 beziehungsweise beim Einfügen des Laufrades 5 in das Pumpengehäuse 8 wird die Dichtlippe 2 des Dichtelementes über diese Abschrägung 10 auf die Gleitfläche 7 am Saugmund 6 aufgeschoben. Hierdurch wird die Dichtlippe 2 unter Vorspannung in Kontakt mit der Gleitfläche 7 am Saugmund 6 gebracht. Wie zu erkennen, ist dabei die Dichtlippe 2 aufgrund der entsprechenden Ausbildung der Nut 19 in dem Grundring 1 gegen die Gleitfläche 7 in einem Winkel geneigt. Die voll durchgezogenen Linien stellen die Verhältnisse bei montiertem Laufrad 5 und Stillstand der Kreiselpumpe dar. Wird nun die Kreiselpumpe in Betrieb genommen, baut sich auf deren Druckseite 18 der zur Überwindung der geforderten Förderhöhe erforderliche Förderdruck auf. Durch den sich infolge dessen zwischen der Druckseite 18 und der Saugseite 17 einstellenden Druckunterschied wird die Dichtlippe 2 zur Saugseite 17 hin verformt. Sie kommt dadurch mit einer Länge von 25 % bis 75 % der Länge ihres freien Endes 3 an der Gleitfläche 7 zur Anlage. Dies ist in der Figur durch die gestrichelten Linien angedeutet. Die Dichtlippe 2 liegt somit, den Radialspalt abdichtend, großflächig, gewissermaßen wie ein „Lappen“ an der Gleitfläche 7 an.
-
Bei dem in der 1 gezeigten Beispiel wird das Dichtelement an der Innenkontur 9 des Gehäuses 8 mittels mehrerer auf dem Umfang des Grundrings 1 in dafür vorgesehene Gewindebohrungen 20 eingefügter Schrauben festgelegt. Wie aus der Abbildung zu erkennen, sind die entsprechenden, zur Aufnahme der Schrauben vorgesehenen Gewindebohrungen 20 mit einem zu der Nut 19 annähernd parallelem Verlauf ausgebildet, so dass sie ausgehend von ihrem Eintritt in den Grundring 1 auf der Druckseite 18 in Richtung der Innenkontur 9 des Gehäuses 8 aufragen. Die Gewindebohrungen 20 sind dabei derart geführt, dass sie aus der an der Innenkontur 9 des Gehäuses 8 anliegenden Stirnseite 21 des Grundrings 1 austreten. Werden nun der Dichtring 1 in das Gehäuse 8 eingeführt und anschließend die Schrauben in den dafür vorgesehenen Gewindebohrungen 20 verschraubt, so treten die Enden der Schrauben auf der an der Innenkontur 9 des Gehäuses 8 anliegenden Stirnseite 21 des Grundrings 1 aus und drücken sich hier an der Innenkontur 9 des Gehäuses 8 in das Gehäusematerial hinein. Hierdurch wird ein Kraft- und Formschluss erzielt, durch den das Dichtelement verdrehsicher am Gehäuse 8 festgelegt wird.
-
Die 2 bis 8 zeigen unterschiedliche Ausbildungsformen des Dichtelementes. Diesen Ausbildungsformen ist gemeinsam, dass der Grundring 1 einen annähernd L-förmigen Querschnitt aufweist. Die Dichtlippe 2 wird hierbei angegossen, anvulkanisiert oder gemeinsam mit dem Grundring 1 (welcher in diesem Falle aus einem Hartkunststoff besteht) in einem 3D-Druckverfahren hergestellt. Bei dem in der 2 gezeigten Dichtelement besteht der Grundring 1 aus einem Winkelring aus Stahlblech, an welchen die Dichtlippe 2 aus einem PU-Gießharz angegossen ist. Hierzu wird der Winkelring beziehungsweise Grundring 1 in eine Form eingelegt, die mit dem PU-Gießharz ausgegossen wird. Die entsprechende Form kann dabei beispielsweise in einem 3D-Druckverfahren hergestellt werden.
-
Der Grundring 1 des Dichtelementes gemäß der 3 besteht aus einem Hartkunststoff und wird gemeinsam mit der aus einem gummiartigen Elastomer gefertigten Dichtlippe 2 in einem 3D-Druckverfahren hergestellt. Das in der 4 gezeigte Dichtelement entspricht weitgehend dem in der 2 gezeigten und wird vorzugsweise auch in gleicher Weise gefertigt. Jedoch wird hier beim Angießen der Dichtlippe 2 in die dafür verwendete Form neben dem Winkelring beziehungsweise Grundring 1 noch eine Gewebeeinlage 14 in die Form eingefügt, durch welche die Dichtlippe 2 hinsichtlich ihrer Form stabilisiert und demgemäß steifer wird. Die einlagig oder zweilagig eingebrachte Gewebeeinlage 14 kann beispielsweise aus einem Glasfasermaterial bestehen.
-
Eine andere Ausbildungsform zur Stabilisierung der Dichtlippe ist in der 5 gezeigt. Hierbei erfolgt die Stabilisierung durch ein zusätzliches, in Form eines Ringes in die Dichtlippe 2 eingebrachtes Stützelement 15. Die in der 5 gezeigte Ausbildungsform kann beispielsweise komplett im 3D-Druck hergestellt werden, wobei der Winkelring beziehungsweise Grundring 1 sowie das Stützelement 15 aus einem Hartkunststoff bestehen. Bei dieser Ausbildungsform ist das eigentliche freie Ende 3 der elastischen Dichtlippe 2 der Bereich zwischen dem Stützelement 15 und der der Saugseite 17 abgewandten Stirnseite 4 der Dichtlippe 2.
-
Die 6 zeigt eine Ausbildungsform, welche gegebenenfalls ebenfalls vollständig im 3D-Druck hergestellt werden kann und bei welcher in die elastische Dichtlippe 2 mehrere dünne Bohrungen 16 (mit einem Durchmesser von 0,5 mm bis 1 mm) eingebracht worden sind. Im Falle einer Komplettherstellung im 3D-Druck handelt es sich genauer gesagt bei den Bohrungen 16 um Durchbrüche, welche in dieser Form unmittelbar auch im Zuge des 3D-Drucks bereits erzeugt werden können (dennoch soll auch in diesem Zusammenhang zur Vereinfachung von Bohrungen 16 gesprochen werden). Diese Bohrungen 16 dienen als Schmierkanäle, über welche geringste Mengen des geförderten Fluids in den Kontaktbereich zwischen der Dichtlippe 2 und der Gleitfläche 7 gelangen und gewissermaßen eine Schmierung bewirken, so dass die hier aneinander gleitenden Abschnitt der Dichtlippe 2 und der Gleitfläche 7 speziell im Mittelbereich nicht trockenlaufen, da jeweils von außen das Fördermedium zur Schmierung ansteht. Aufgrund dessen, dass sich die Dichtlippe 2 bei aufgebautem Druck zu 25 % bis 75 % der Länge ihres freien Endes 3 an die Gleitfläche 7 anlegt, wird durch diese Schmierkanäle auf der Druckseite 18 keinerlei Druckverlust hervorgerufen. Die Schmierung trägt jedoch zu einer Erhöhung der Standzeit der Anordnung und somit der mit ihr ausgestatten Kreiselpumpe bei. Die 7 und 8 zeigen Varianten, bei denen zur mechanischen Stabilisierung sowohl eine Gewebelage 14 als auch ein Stützelement 15 in die elastische Dichtlippe 2 eingebracht wurden.
-
Den in den 2 bis 8 gezeigten Ausbildungsformen des Dichtelementes ist, wie aus den Figuren zu erkennen, neben der L-förmigen Ausbildung des Grundrings 1 gemeinsam, dass die angegossene, anvulkanisierte (beziehungsweise im Spritzgießverfahren angefügte) oder mit dem Grundring 1 gemeinsam im 3D-Druck gefertigte Dichtlippe 2 den bei eingebautem Dichtelement in Richtung der Innenkontur 9 des Gehäuses 8 aufragenden Schenkel 1‘‘ des L-förmigen Profils des Grundrings 1 überragt. Im Zuge des Einbringens des Dichtelementes in das Gehäuse 8 wird dabei das den genannten Schenkel 1‘‘ des Grundrings 1 überragende Material der Dichtlippe 2 zusammengepresst und hält schließlich aufgrund der dabei im Material erzeugten Vorspannung das gesamte Dichtelement verdrehsicher im Gehäuse 8 fest. Die Haltewirkung beim Betrieb der Pumpe durch den auf die Dichtlippe von der Druckseite 18 her wirkenden Druck noch verstärkt.
-
Allen Ausbildungsformen des Dichtelementes, einschließlich der in der 1 gezeigten, ist zudem gemeinsam, dass die Dichtlippe 2 an ihrer dem Grundring 1 beziehungsweise der Saugseite 17 abgewandten Stirnfläche 4 eine Abschrägung aufweist. Hierdurch wird, wie bereits erläutert, die Montage des Laufrades 5 bei schon im Gehäuse 8 festgelegtem Dichtelement zusätzlich erleichtert. Zudem werden mögliche Beschädigungen der Dichtlippe 2 bei leicht verkanteter beziehungsweise außermittiger Einbringung des Laufrades 5 verhindert.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Grundring
- 2
- Dichtlippe
- 3
- freies Ende
- 4
- Stirnseite (der Dichtlippe)
- 5
- Laufrad
- 6
- Saugmund
- 7
- Gleitfläche
- 8
- Gehäuse
- 9
- Innenkontur (des Gehäuses)
- 10
- Abschrägung
- 11
- saugseitiges Ende
- 12
- Winkel (der Dichtlippenstirnseite)
- 13
- Mittelachse
- 14
- Gewebeeinlage
- 15
- Stützelement
- 16
- (Schmier-)Bohrung
- 17
- Saugseite
- 18
- Druckseite
- 19
- Nut
- 20
- Gewindebohrung
- 21
- Stirnseite (des Grundrings)
- 22
- Abschnitt