DE102013225065B4

DE102013225065B4 - Pumpengehäuse in Kunststoffbauweise

Info

Publication number: DE102013225065B4
Application number: DE102013225065.7A
Authority: DE
Inventors: Frank Anna; Alexander Böhm; Armin Gaiser; Sven Kilian; Karl-Heinz Köfler; Alexander Pütterich; Bernd SCHRAMM; Andrea Seemann; Markus Steffens
Original assignee: KSB AG
Current assignee: KSB SE and Co KGaA
Priority date: 2013-12-06
Filing date: 2013-12-06
Publication date: 2016-04-14
Anticipated expiration: 2033-12-07
Also published as: US20160312794A1; JP2016540158A; EP3077679A1; DE102013225065A1; WO2015082679A1; JP6345246B2; US10415589B2; CN105814318A; JP6345246B6; IL245929A0; EP3077679B1; IL245929B; CY1122921T1; CN105814318B; DK3077679T3

Abstract

Pumpengehäuse in Kunststoffbauweise, wobei das Gehäuse über eine erste Hülle (1) mit einer dem Fördermedium zugewandten erste Seite verfügt, wobei das Gehäuse über eine zweite Hülle (2) mit einer der Umgebung zugewandten zweiten Seite verfügt, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Hülle (1, 2) jeweils formstabil ausgestaltet sind und zwischen der ersten Hülle und der zweiten Hülle ein Abstand besteht, wobei der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Hülle (1, 2) mit einem Füllmaterial (3) versehen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für eine Kreiselpumpe, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses für eine Kreiselpumpe.
Gehäuse für Kreiselpumpen sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Je nach Einsatzbedingungen, also Arbeitsdruck, Fördermedium, Medientemperatur oder ähnlichem, ist das Gehäuse aus speziellen Materialien gefertigt. Der statische Aufbau des Gehäuses ist ebenfalls stark vom Einsatzgebiet abhängig.
Die vorliegende Erfindung betrifft Pumpengehäuse im Bereich aggressiver Medien, wobei ein Werkstoff zum Einsatz kommen soll, der durch diese Fördermedien nicht korrodiert.
Eine einfache Art des Korrosionsschutzes stellen sogenannte Liner Pumpen dar. Hierbei wird der medienberührte Innenbereich der Pumpe mit einem Kunststoff ausgekleidet. Nachteilig ist, dass das Gehäuse von außen unter Umständen doch der Korrosion ausgesetzt ist. Die EP 0 206 031 A1 zeigt eine derartige Auskleidung eines Pumpengehäuses, die mit Verstärkungselementen ausgestattet ist. Das Außengehäuse bleibt dabei konventionell ausgeführt. Durch Druckunterschiede innerhalb des Gehäuses besteht die Gefahr, dass sich der Liner ablöst.
Gehäuse die vollständig aus Kunststoff gefertigt sind, schließen dies ebenfalls aus, jedoch ist bei komplexeren Gehäuseformen ein erheblicher Aufwand bei der Herstellung erforderlich. Die EP 1 972 788 A1 zeigt beispielsweise ein Gehäuse aus Kunststoff, das aus mehreren Teilen besteht, wobei das Gehäuse zum einfachen Austausch von Verschleißteilen unterteilt ist.
Die EP 0 797 737 B1 zeigt ein Gehäuse mit einem Kunststoffinnengehäuse, dessen Außengehäuse in vorteilhafter Weise zerlegbar ist, wobei ebenfalls ein Austausch des Innengehäuses einfach erreichbar sein soll. Auch hier liegen Innen- und Außengehäuse formschlüssig aneinander an. Wie bei allen Beschichtungen besteht die Gefahr, dass zwischen dem Gehäuse und der Beschichtung Korrosion auftritt, wodurch die Beschichtung sich ablösen kann. Wird die Beschichtung beschädigt, kann am Gehäuse ebenfalls Korrosion auftreten.
Die DE 10 96 753 B beschreibt eine verschleißfeste Kreiselpumpe zum Fördern von grobem Fördergut mit einem Verschleißeinsatz aus Gummi, der aus mehreren nebeneinanderliegenden, verankerten Profilstreifen besteht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Pumpengehäuse in Kunststoffbauweise herzustellen, wobei das Gehäuse über eine erste Hülle mit einer dem Fördermedium zugewandten erste Seite verfügt, wobei das Gehäuse über eine zweite Hülle mit einer der Umgebung zugewandten zweiten Seite verfügt. Das Pumpengehäuse soll stabil und kostengünstig herstellbar sein.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass bei dem Pumpengehäuse die erste und die zweite Hülle jeweils formstabil ausgestaltet sind und zwischen der ersten Hülle und der zweiten Hülle ein Abstand besteht. Dies bietet den Vorteil, dass die beiden Hüllen unabhängig voneinander herstellbar sind, wobei insbesondere bei der Herstellung von Kunststoffteilen die jeweilige Kontur in einem einfachen Laminierverfahren herstellbar ist, da innere und äußere Gehäuseform unabhängig voneinander sind. Der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Hülle wird mit einem Füllmaterial versehen. Dieses Füllmaterial bewirkt zunächst eine Abstützung der beiden Hüllen aufeinander. Zusätzlich kann ein Füllmaterial so gewählt werden, dass mögliche Vibrationen zwischen den beiden Hüllen durch Dämpfung im Füllmaterial reduziert werden. Eine weitere Möglichkeit bietet sich mit der Reduktion von Wärmeübertragung zwischen den beiden Hüllen durch ein entsprechendes wärmeisolierendes Füllmaterial.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die erste und/oder die zweite Hülle des Pumpengehäuses aus Segmenten zusammengesetzt. Dies bietet den Vorteil, dass Einzelteile einfach herstellbar sind. Das einzelne Segment kann so ausgestaltet sein, dass seine Form Hinterschneidungen gänzlich vermeidet.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Füllmaterial ein selbstschäumender Schaumstoff, insbesondere ein Schaumstoff, der ohne Druckaufbau expandiert. Der Vorteil des selbstschäumenden Schaumstoffes liegt in der bereits erwähnten Expansion ohne Druckaufbau. Dadurch wird eine Schädigung der Hüllen vermieden. Ein weiterer Vorteil ist, dass eine aufwendige mechanische Bearbeitung des Schaumstoffkerns entfällt, die notwendig wäre, wenn bereits geschäumter Schaumstoff zum Einsatz käme. Desweiteren weist ein selbstschäumender Epoxyharzschaumstoff sehr gute mechanische Eigenschaften auf im Vergleich zu konventionellen Schaumstoffen, wie beispielsweise Polyurethan-Schaum. Zudem ist er kostengünstig.
In einer weiteren Ausgestaltung sind die einzelnen Segmente durch Anschlussflansche verbindbar, diese ermöglichen eine passgenaue Anordnung der einzelnen Segmente, die zur optimalen hydraulischen Funktion gegeben sein muss. Zusätzlich können in die Anschlussflansche Dichtvorrichtungen eingearbeitet sein, die das gesamte Gehäuse abdichten. Bedarfsweise lassen sich in die Anschlussflansche stabilisierende Elemente. einarbeiten.
In einer weiteren Ausgestaltung sind in dem Abstand zwischen der ersten und der zweiten Hülle Armierungselemente vorgesehen, die dem gesamten Gehäuse eine ausreichende Stabilität verleihen. Insbesondere sind Verbindungselemente zwischen den beiden Hüllen vorsehbar, die sowohl Zug- als auch Druckkräfte übertragen.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die erste und/oder zweite Hülle aus faserverstärktem Verbundmaterial hergestellt, wobei die Fasern aus Glas, Kohlenstoff, Bor oder Aramid bestehen. Das zugehörige Matrixsystem besteht aus einem Thermoplast, beispielsweise PP, PA, PE, PC, SAN, PBT, PPS oder ähnliche oder aus einem Duroplast, wie beispielsweise EP, UP, VE, PF, PU oder vergleichbare, der die Fasern einbettet. Hierdurch lässt sich für die jeweilige Anwendung der Pumpe eine ideal angepasste Lösung für die Ausgestaltung des Pumpengehäuses finden. Berücksichtigt werden Druckbelastung, in Abhängigkeit von der Förderhöhe der Pumpe, Vibrationen, die auf das Gehäuse einwirken, Einflüsse des geförderten Mediums, weshalb eine besondere chemische oder thermische Stabilität notwendig sein kann.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Pumpengehäuse aus mehreren geometrisch gleichen Segmenten aufbaubar. Dies erleichtert die Herstellung des Gehäuses deutlich. Mehrere gleiche Segmente lassen sich parallel vorbereiten, zur Diversifizierung können spezielle Segmente, die Eigenschaften einer speziellen Pumpe berücksichtigen, in das gesamte Gehäuse eingearbeitet werden. So lassen sich aus einem Vorrat an standardisierten Segmenten mit der Erweiterung um die speziellen Teile eine sehr große Anzahl verschiedener Pumpengehäuse herstellen, die zu nahezu jedem beliebigen Anwendungsbereich anpassbar sind.
Die Pumpengehäuse, die mit den erfindungsgemäßen Mitteln hergestellt sind, können als eine Kombination aus Kunststoffteilen und metallischen Bauteilen aufgebaut sein. Sie können sowohl an ihrer Außenseite, als auch an der Innenseite, die dem Fördermedium zugewandt ist, mit einer in-situ Beschichtung versehen sein, die dicht für das jeweilige Medium ist. Beispielsweise wird mittels einer Gelcoat Beschichtung die Oberfläche fluiddicht und besonders glatt, außerdem wird verhindert, dass einzelne Fasern freiliegen. Ebenso können Oberflächen vorgesehen sein, die sehr stabil sind und weder mechanisch noch chemisch mit dem Fördermedium reagieren, beispielsweise kann eine zusätzliche Beschichtung vorgesehen sein, die trinkwassergeeignet ist, weitere Beschichtungen können abrassionsmindernd sein.
Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines oben beschriebenen Pumpengehäuses, wobei in einem ersten Schritt die geometrische Form des Gehäuses festgelegt wird, wobei eine hydraulisch und mechanisch optimierte Form ermittelt wird, die sich an den üblichen Regeln der Konstruktion orientiert, anschließend wird in einem weiteren Schritt diese geometrische Form derart in Segmente unterteilt, dass in jedem Segment keine Hinterschneidung auftritt. Dies vereinfacht die Herstellung des Segments derart, dass eine aufwändige Gestaltung einer Gussform mit einem Kern oder eine Nachbearbeitung des Bauteils vermeidbar wird. In einem nächsten Schritt werden die einzelnen Segmente aus einem Verbundmaterial hergestellt, wobei Anschlussflansche ausgebildet werden. In einem nächsten Schritt werden die Segmente zu einem Gehäusebauteil gefügt, wobei jeweils eine erste Hülle und eine zweite Hülle ausgebildet werden, wobei zwischen der ersten und der zweiten Hülle ein Abstand entsteht, der in einem weiteren Schritt mit einem Füllmaterial versehen wird.
Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt eine erfindungsgemäße Anlage zur Flüssigkeitsbehandlung.
Die 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Gehäuse einer Kreiselpumpe und die 2 einen Detailausschnitt daraus.
Ein erfindungsgemäßes Gehäuse einer Kreiselpumpe ist in der 1 dargestellt. Das Gehäuse ist aus einzelnen Hüllen 1, 2 aufgebaut, die aus einem faserverstärkten Kunststoff, beispielsweise aus Glasfasergewebe mit Epoxidharz beziehungsweise Vinylesterharz, hergestellt sind. Die einzelnen Teile der Hüllen werden in üblichen Laminierverfahren hergestellt, wobei sich hierfür besonders Handlaminierverfahren, Spritzpressen (RTM), Reaction Injection Moulding oder Vakuuminfusionsverfahren eignen. Alle Verfahren zielen darauf ab möglichst eine etwa 10 mm dicke Hülle zu erstellen, die in einer Form frei von Einschlüssen oder Blasen hergestellt wird. Die der Form zugewandte Seite die Oberfläche wird sehr glatt, weshalb sie ohne oder mit nur geringer Nachbearbeitung sowohl als Oberfläche für den Pumpenraum als auch als Kontaktfläche zwischen den Hüllen genutzt werden kann. Die gegenüberliegende Oberfläche der jeweiligen Hülle ist eher rau und braucht nicht weiter bearbeitet zu werden. Die Hüllen 1, 2 werden so verbunden, dass die beiden rauen Seiten zueinander zeigen. Die Verbindung kann dabei lösbar oder fest ausgeführt sein. Der zwischen einer äußeren Hülle 1 und einer inneren Hülle 2 entstehende Hohlraum, wird mit einem Schaumstoff 3 gefüllt. Dieser Schaumstoff verbindet sich bevorzugt mit der rauen Oberfläche und expandiert ohne weiteren Druckaufbau. Bevorzugt wird man hier Polyurethan Schaumstoff oder Epoxidharzschaum verwenden.
Der obere Teil des Gehäuses ist einteilig ausgeführt, während der untere Teil des Gehäuses aus mehreren Segmenten 6 zusammengesetzt ist. Die Segmente 6 sind so zugeschnitten, dass sie den gewünschten Pumpenraum 4 ausbilden, wobei darauf geachtet wurde, dass die Geometrie der einzelnen Segmente ohne Hinterschneidungen auskommt, wodurch die Herstellung wesentlich erleichtert wird. Zwischen den einzelnen Segmenten 6 kann zusätzlich eine Abdichtung vorgesehen sein, die bei Bedarf in speziell ausgeformten Dichtungsnuten angeordnet sein kann. Die Verbindung der Segmente kann entweder lösbar durch Schrauben als auch nicht lösbar, beispielsweise durch Kleben erfolgen.
Erfindungsgemäß können die Segmente 6 des unteren Teils des Gehäuses so ausgeführt sein, dass Gleichteile verwendet werden können. Beispielsweise gibt es Segmente, die für den Rand geeignet sind und Segmente, die den Pumpenraum für einzelne Pumpenstufen bereit stellen. Abhängig von der Anzahl der Pumpenstufen lassen sich beliebig viele der letzeren Segmente zwischen die erstgenannten anordnen. Die Teile selbst können bei der Fertigung identisch hergestellt werden. Der obere Teil des Gehäuses wäre dann für jede Pumpe entsprechend der Stufenanzahl passend herzustellen. Oberer und Unterer Teil des Gehäuses werden vorteilhafter Weise mit einer Dichtung versehen und lösbar miteinander verbunden.
Im oberen Teil des Gehäuses sind verschiedene Einleger 8 vorgesehen, die der mechanischen Aussteifung des Gehäuseteils dienen. Diese Einleger 8 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel als 40 mm starke Metallteile ausgeführt. Die Teile werden exakt positioniert, wobei die jeweilige Position in Hinblick auf eine vorteilhafte Verteilung von auftretenden Kräften als auch zur Reduktion von Schwingungen gewählt wird. Die positionierten Einleger 8 werden an ihrer Position in den Gehäuseteil einlaminiert, bevor das Segment mit dem expandierenden Schaum versehen wird. Auf ähnliche Weise werden in das Gehäuse Flansche 7 zur Verbindung mit benachbarten Bauteilen eingearbeitet. Diese werden beispielsweise als Metallteile in eine Hülle 1 einlaminiert und anschließend mit eventuell notwendigen Bohrungen versehen.
Durch die Herstellung der einzelnen Segmente 6 in einer Laminierform ergibt sich eine gute Passgenauigkeit, die die Montage von Spaltringen 5 im Pumpenraum 4 deutlich vereinfacht. Vor dem abschließenden Zusammenbau des Gehäuses lassen sich die Spaltringe 5 an ihrer jeweiligen Position befestigen. Im fertigen Gehäuse sind diese dann passgenau und dicht fixiert.
An dem in der 1 dargestellten Gehäuse lassen sich Befestigungsstrukturen anbringen, wobei diese ebenfalls durch einlaminierte Metallteile gestützt werden können. Beispielsweise lassen sich an der Unterseite Standfüße vorsehen, die durch einen entsprechenden Metalleinleger in den Segmenten 6 des Unterteils des Gehäuses verstärkt werden.
Die 2 zeigt das Oberteil des Gehäuses, bestehend aus der äußeren Hülle 1 und der inneren Hülle 2. Der Zwischenraum ist mit dem Schaumstoff 3 gefüllt. An dieser Detailansicht sind verschiedene Bohrungen zur Befestigung beispielsweise am Unterteil dargestellt.
Bezugszeichenliste

1: äußere Hülle
2: innere Hülle
3: Schaumstoff
4: Pumpenraum
5: Spaltring
6: Segment
7: Flansch
8: Einleger

Claims

Pumpengehäuse in Kunststoffbauweise, wobei das Gehäuse über eine erste Hülle (1) mit einer dem Fördermedium zugewandten erste Seite verfügt, wobei das Gehäuse über eine zweite Hülle (2) mit einer der Umgebung zugewandten zweiten Seite verfügt, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Hülle (1, 2) jeweils formstabil ausgestaltet sind und zwischen der ersten Hülle und der zweiten Hülle ein Abstand besteht, wobei der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Hülle (1, 2) mit einem Füllmaterial (3) versehen wird.
Pumpengehäuse Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Hülle (1, 2) aus Segmenten (6) zusammengesetzt ist.
Pumpengehäuse nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmaterial (3) ein selbstschäumender Schaumstoff ist, insbesondere ein Schaumstoff, der ohne Druckaufbau expandiert.
Pumpengehäuse nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmaterial (3) ein Verbundmaterial ist.
Pumpengehäuse nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Segmente (6) jeweils keine Hinterschneidungen aufweisen.
Pumpengehäuse nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Segmente (6) durch Anschlussflansche (7) verbindbar sind.
Pumpengehäuse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in die Anschlussflansche (7) Dichtvorrichtungen eingearbeitet sind.
Pumpengehäuse nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Abstand zwischen der ersten und der zweiten Hülle (1, 2) Armierungselemente vorgesehen sind.
Pumpengehäuse nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder zweite Hülle (1, 2) aus faserverstärktem Verbundmaterial aus einem Matrixsystem und Fasern hergestellt sind.
Pumpengehäuse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern aus Glas, Kohlenstoff, Bor oder Aramid bestehen.
Pumpengehäuse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Matrixsystem aus einem Kunststoff besteht, insbesondere aus einem Thermoplast oder Duroplast besteht.
Pumpengehäuse nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Pumpengehäuse aus mehreren geometrisch gleichen Segmenten (6) aufbaubar ist.
Pumpengehäuse nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in den Anschlussflanschen (7) stabilisierende Elemente vorgesehen sind.
Pumpengehäuse nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpengehäuse als eine Kombination aus Kunststoffteilen und metallischen Bauteilen hergestellt ist.
Pumpengehäuse nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beschichtung vorgesehen ist, die fluiddicht ist, insbesondere eine Beschichtung auf Epoxidharzbasis.
Verfahren zum Herstellen eines Pumpengehäuses nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt die geometrische Form des Gehäuses festgelegt wird, wobei eine hydraulisch und mechanisch optimierte Form ermittelt wird, die sich an den üblichen Regeln der Konstruktion orientiert, in einem weiteren Schritt wird diese geometrische Form derart in Segmente (6) unterteilt, dass in jedem Segment keine Hinterschneidung auftritt, in einem nächsten Schritt werden die einzelnen Segmente (6) aus einem Verbundmaterial hergestellt, wobei Anschlussflansche (7) ausgebildet werden, in einem nächsten Schritt werden die Segmente zu einem Gehäusebauteil gefügt, wobei eine erste Hülle (1) und eine zweite Hülle (2) ausgebildet werden, wobei zwischen der ersten und der zweiten Hülle (1, 2) ein Abstand entsteht, der in einem weiteren Schritt mit einem Füllmaterial (3) versehen wird.
Verfahren zum Herstellen eines Pumpengehäuses nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche durch eine Beschichtung bearbeitet wird, insbesondere durch eine Beschichtung, die an der Oberfläche eine Rauheit kleiner 10 μm erzeugt.