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Die Erfindung betrifft eine rotierende Verdrängerpumpe mit Gleitringdichtung, insbesondere zur Förderung von mit Feststoffen durchsetzten Fördermedien, mit einem einen Förderraum ausbildenden Pumpengehäuse und darin positioniert mindestens eine angetriebene rotierende Welle mit mindestens einem Rotor, und mit einem einen Dichtungsraum ausbildenden Pumpengehäuse, und darin positioniert eine ein- oder mehrfachwirkenden Gleitringdichtung vom Typ einer befederten Gleitringdichtung oder einer Laufwerkdichtung.
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Eine rotierende Verdrängerpumpe der eingangs beschriebenen Art ist bekannt durch die
DE 10 2007 036 714 B4 . Dort wird eine Drehkolbenpumpe mit einer Wellenabdichtung für den Einsatz von bei sauberen, aber auch bei mit Feststoffen durchsetzten Fördermedien gezeigt. Diese Wellenabdichtung ist als eine Gleitringdichtung in einem Cartridgegehäuse ausgebildet. Die Gleitringdichtung ist bei dieser Drehkolbenpumpe im Dichtungsraum angeordnet und trennt den Förderraum vom restlichen Pumpenaufbau .
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Gleitringdichtungen haben sich, nicht zuletzt aufgrund ihrer geringen Leckageraten, in der Praxis als Dichtungsstandard für rotierende Verdrängerpumpen etabliert. Eine Gleitringdichtung besteht dabei aus zwei rotationssymmetrischen Ringen, wobei der erste Ring durch Verbindungselemente mit dem stationären Pumpengehäuse verbunden wird und der zweite Ring mit der rotierenden Welle. Durch eine axiale Vorspannung eines der beiden Ringe, beispielsweise durch Federn bei einer Gleitringdichtung oder einen O-Ring bei einer Laufwerkdichtung, werden beide Ringe gegeneinander gedrückt und bilden bei Eindringen von Flüssigkeit in den Spalt einen Dichtspalt aus. Wenn eine Dichtung der beschriebenen Art für die Förderung von feststoffbeladenen Fördermedien eingesetzt wird, können die Feststoffanteile im Fördermedium schnell die Funktion einer solchen Dichtung beeinträchtigen, insbesondere die einer Gleitringdichtung. Bei der Förderung von faserartigen Feststoffen können sich die Fasern im Dichtungsbereich um die Rotationswelle sammeln. Wickeln sich immer mehr Fasern um die Welle, bilden diese eine zusammenhängende Fläche, welche sich immer mehr verdichtet und die den freien Raum verstopfen kann. Auch können sich Fasern an einer einzigen Stelle sammeln und sich zopfartig um die Dichtung wickeln, was als Verzopfung bezeichnet wird. Solche zopfartigen Gebilde können einseitig drücken, was zu einem Öffnen des Dichtspalts an der Gleitringdichtung führt. Sobald dies geschieht, können Feststoffe höherer Härte, beispielsweise Steine, in den Dichtspalt eindringen und die Gleitfläche dauerhaft schädigen.
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Je nach konstruktivem Aufbau einer Gleitringdichtung ist häufig auch die Befederung des Gleitrings auf der dem Förderraum zugewandten Seite der Dichtung angeordnet. In solch einem Fall kommt die Befederung mit dem Fördermedium in Kontakt. Ist dieses mit Feststoffen beladen, so kann die Befederung des Gleitrings durch Faserstoffe im Fördermedium zugesetzt werden, sodass die Funktion der Befederung eingeschränkt wird. Dadurch liegt der Gleitring nicht mehr richtig an und der Dichtspalt öffnet sich, sodass die Gleitringdichtung nicht mehr dichtet. Durch den konstruktiven Aufbau der meisten rotierenden Verdrängerpumpen, beispielsweise bei einer Drehkolbenpumpe, sind die Gleitringdichtungen direkt in Nähe des Förderraums angeordnet, sodass die beschriebene Problematik ein in der Praxis bekannter Sachverhalt ist.
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Eine Lösung zu der beschriebenen Problematik ist durch die
DE 200 10 216 U1 bekannt. Die beschriebene rotierende Verdrängerpumpe ist als Drehkolbenpumpe mit einer Axialdichtung ausgebildet. Zum Schutz der Wellenlagerungen und zum Erhalt der Funktion der Dichtungen werden vor dieser Räumglieder mit Schneiden angeordnet, welche eine Verzopfung durch das Zerkleinern von eindringenden Fasern und durch das Erzeugen von Turbulenzen im Fördermedium verhindern sollen.
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Aus dem Stand der Technik ist ebenfalls eine Gleitringdichtung in der
DD 94 536 B1 offenbart, welche mit einer Vordichtung und einem als Schaber oder Schleuderscheibe wirkenden Sternrad ausgeführt ist. Die statisch wirkende Vordichtung dient dabei zur Aufrechterhaltung der Druckverhältnisse bei einem Tausch der Gleitringe der Gleitringdichtung und wird aus einem Elastomer oder einer Weichstoffpackung ausgebildet.
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Auch ist aus der Praxis bekannt, dass die Anordnung einer Gleitringdichtung mit einer vorgeschalteten Dichtung kritisch ist, da auf die Gleitringdichtung der unverminderte Betriebsdruck wirken soll. In Verbindung der Gleitringdichtung mit einer vorgeschalteten Dichtung übernimmt diese aber einen Teil der Dichtwirkung. Auch können sich in dem abgeschlossenen Raum zwischen Gleitringdichtung und einer vorgeschalteten Dichtung undefinierte Druckzustände einstellen, verursacht durch beispielsweise Leckagen oder Wärmeausdehnungen der eingeschlossenen Flüssigkeit. Dies kann zu zu hohen Drücken an der Gleitringdichtung führen.
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Der Erfindung liegt vor dem diskutierten Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, eine konstruktive Lösung für rotierende Verdrängerpumpen mit einer Gleitringdichtung zu entwickeln, welche ohne den Aufbau einer Dichtwirkung das Eindringen von Faserbestandteilen eines Fördermediums in den Dichtspalt der Gleitringdichtung verhindert, somit die Lebensdauer einer Gleitringdichtung verlängert und selbst ebenfalls verschleißresistent ist.
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Die beschriebene Aufgabe wird gelöst durch eine rotierende Verdrängerpumpe der eingangs beschriebenen Art, die zwischen dem Förderraum und dem Dichtungsraum eine zusätzlich separierend wirkende Anordnung als Separator aufweist, umfassend eine nachgiebige Einlage aus beispielsweise textilen Halbzeug und eine Differenzdruckentlastung dieser Einlage mittels mindestens eines Druckentlastungskanals zwischen Förderraum und Dichtungsraum.
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Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist, dass der separierende Gleitring keine Dichtwirkung übernimmt und nicht wie eine weitere der Gleitringdichtung vorgeschaltete Dichtung wirkt. Dadurch werden die in [0007] beschriebenen Nachteile einer solchen Anordnung vermieden.
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Um eine Lösung für die erfindungsgemäße Aufgabe zu entwickeln, wird nach Anspruch 1 eine der Gleitringdichtung vorgeschaltete, zusätzliche und separierend wirkende Anordnung als Separator vorgeschlagen. Die Anordnung ist zwischen dem Dichtungsraum und Förderraum einer Verdrängerpumpe positioniert. Der Separator besteht hauptsächlich aus zwei Elementen: einer Einlage aus textilem Halbzeug und mindestens einem dazu angeordnetem Druckentlastungskanal. Dabei wirkt die Textileinlage nicht wie eine zusätzliche Dichtung, sondern separiert nur die Feststoffbestandteile vom Flüssigkeitsanteil des Fördermediums und verhindert das Wandern der Fasern längs der Welle vom Förderraum in den Dichtungsraum. Zu diesem Zweck schleift der Separator drucklos auf der Welle, damit sich keine Fasern in dieser Fläche sammeln können und wird deshalb mit einer Einlage aus einem textilen Halbzeug ausgeführt. Textile Halbzeuge sind teilelastische, aber auch robuste Materialien, welche sehr verschleißresistent sind. Um einen Druckaufbau am Separator beziehungsweise der Einlage aus textilem Halbzeug zu vermeiden, werden Druckentlastungskanäle vorgesehen. Sie verlaufen zu diesem Zweck vom Förderraum bis zum Dichtungsraum in einer parallelen Anordnung zu der Einlage aus textilem Halbzeug und enthalten ein stehendes Flüssigkeitsmedium. Somit strömt in ihnen kein Medium, sodass an den Druckentlastungskanälen keine Verstopfungsgefahr besteht. Durch die beschriebene Anordnung der Druckentlastungskanäle kann nicht mehr der Differenzdruck der Pumpe am Separator anliegen, sodass dieser differenzdruckentlastet ist. In einem Ausführungsbeispiel wird der Separator als eine U-förmige Kassette ausgeführt, in welche die Einlage aus textilem Halbzeug eingelegt werden kann. Die Druckentlastungskanäle werden in die Kassette integriert. Die beschriebene Kassettenbauweise baut folglich sehr kompakt und kann auch in engen Bauräumen verwendet werden.
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Um die Gleitringdichtung zusätzlich zu schützen, ist nach Anspruch 8 ein optionaler Spül- oder Schmieranschluss im Dichtungsraum zwischen Separator und Gleitringdichtung vorgesehen. Je nach Art des zu verpumpenden Fördermediums kann der Zwischenraum zwischen Gleitringdichtung und Separator über diesen Zuführkanal mit einer Fett- oder Schmiermittelfüllung versehen werden. Durch das Vorhandensein von Fett oder Schmiermittel wird das Eindringen von Schmutz erschwert. Auch kann eindringender Schmutz durch Abschmieren in den Förderraum zurück gedrängt werden.
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Aus der Praxis ist bekannt, dass die Auswahl von eingesetzten Materialien in Pumpen stark vom Betriebsfall abhängt, also von Kenngrößen wie Drehzahl, Betriebsdruck und Beschaffenheit des Fördermediums. Dies ist auch gültig für die Auswahl des textilen Halbzeugs, welches als Einlage vorgesehen ist; Ausgestaltungen sind beschrieben in den Ansprüchen 3 bis 7. Das textile Halbzeug kann dabei von seiner textilen Struktur her als Vlies, Gewebe, Gelege oder Geflecht ausgebildet sein. Bevorzugt kann das textile Halbzeug aus Aramid ausgeführt werden, da dieses Material eine hohe Festigkeit und Zähigkeit aufweist.
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Die Erfindung wird in den nachfolgenden Zeichnungen dargestellt. Gleiche Bauteile sind dabei unabhängig von der Figur mit gleichen Zeichen benannt. Die Ausgestaltungen der dargestellten Elemente entsprechen nicht immer den realen Verhältnissen, da diese zu Veranschaulichungszwecken schematisch und vergrößert dargestellt sind.
- 1: 1 zeigt exemplarisch den schematischen Aufbau einer rotierenden Verdrängerpumpe in einer perspektivischen Ansicht.
- 2: 2 zeigt den schematischen Aufbau einer Gleitringdichtung mit erfindungsgemäßer separierender Anordnung in einer Schnittansicht.
- 3: 3 zeigt den schematischen Aufbau einer Gleitringdichtung mit erfindungsgemäßer separierender Anordnung in einem Ausführungsbeispiel in einer Schnittansicht.
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Der mögliche Aufbau einer rotierenden Verdrängerpumpe wird schematisch in 1 gezeigt. Die gezeigte rotierende Verdrängerpumpe ist vom Typ der Drehkolbenpumpe und weist zwei rotierende und synchronisierte Wellen 4 auf, auf welchen jeweils ein als Rotor ausgeführter Förderkolben 5 in einem Pumpengehäuse 8 angeordnet ist. Bei der Rotation der Förderkolben 5 im Pumpengehäuse 8 bilden diese Förderkammern zum Verpumpen des Fördermediums aus und somit den Förderraum 1 der Verdrängerpumpe. Um den Eintritt des Fördermediums in andere Bereiche der rotierenden Verdrängerpumpe zu verhindern, ist zwischen dem Förderraum 1 und dem restlichen Aufbau der Pumpe ein Dichtungsraum 2 angeordnet. Im Dichtungsraum 2 können Dichtungen verschiedener Art angeordnet werden, hier eine Gleitringdichtung 3.
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In einer Schnittansicht wird 2 wird die Anordnung der Gleitringdichtung 3 mit erfindungsgemäßem Separator 6 und die Anordnung der benannten Elemente zwischen Förderraum 1 und Dichtungsraum 2 gezeigt. Man erkennt im rechten Teil der Ansicht einen Förderkolben 5, der auf einer Welle 4 angeordnet ist. Da die Förderkolben 5 berührungsfrei im Förderraum 1 rotieren, ist zwischen dem Pumpengehäuse 8 und Förderkolben 5 ein Spalt ausgebildet, in welchem sich während der Pumpbetriebs Fördermedium befindet. Der Separator 6 stützt sich im Pumpengehäuse 8 ab und ist zwischen dem Förderkolben 5 und der Gleitringdichtung 3 angeordnet. Durch diese Positionierung des Separators 6 kann ein Eintreten schädigender Feststoffanteile in den Dichtungsraum 2 verhindert und somit einer Beschädigung der Gleitringdichtung 3 vorgebeugt werden. Der Separator 6 selbst wird durch zwei Elemente ausgebildet: Einer Einlage aus textilem Halbzeug 7 und mindestens einem dazu angeordneten Druckentlastungskanal 11. Die Einlage aus textilem Halbzeug 7 wird in dem direkten Verbindungsspalt zwischen Dichtungsraum 2 und Förderraum 1 positioniert, also zwischen dem Förderkolben 5 und der Gleitringdichtung 3. Sie verhindert das Eintreten von Feststoffbestandteilen des Fördermediums in den Dichtungsraum 2, und somit in die Gleitringdichtung 3, und weist durch die gewählte Materialausführung eine hohe Zähigkeit und Festigkeit auf. Durch einen Druckentlastungskanal 11 mit Verbindung zwischen Förderraum 1 und Dichtungsraum 2, welcher parallel zu der Einlage aus textilem Halbzeug 7 angeordnet wird, wird die Textileinlage 7 druckentlastet und wirkt dadurch nicht wie eine Dichtung. Zusätzlich kann zwischen der Gleitringdichtung 3 und dem Separator 6 ein Anschluss 9 im Dichtungsraum 2 angeordnet werden, welcher durch eine Füllung mit Fett- oder Schmiermittel das Eindringen kleinerer Schmutzanteile verhindern kann.
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Ein Ausführungsbeispiel für den Separator wird in 3 in einer Schnittansicht gezeigt. Dabei besteht der Separator 6 aus einer U-förmigen Kassette 10, in welche eine Einlage aus textilem Halbzeug 7 eingelegt wird. Durch umlaufende Druckentlastungskanäle 11 in der U-förmigen Kassette 10 des Separators 6 kann der Flüssigkeitsanteil des Fördermediums weiterhin in den Dichtungsraum 2 gelangen, während die Feststoffanteile des Fördermediums im Förderraum 1 gehalten werden. Die Druckentlastungskanäle 11 sind dabei in die Kassette 10 integriert, sodass das hier dargestellte Ausführungsbeispiel sehr kompakt baut.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Förderraum
- 2
- Dichtungsraum
- 3
- Gleitringdichtung
- 4
- Welle
- 5
- Förderkolben bzw. Rotor
- 6
- Separator
- 7
- textiles Halbzeug
- 8
- Pumpengehäuse
- 9
- Spülanschluss bzw. Abschmieranschluss
- 10
- U-förmige Kassette
- 11
- Druckentlastungskanal
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007036714 B4 [0002]
- DE 20010216 U1 [0005]
- DD 94536 B1 [0006]
