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Die Erfindung betrifft eine Pumpenanordnung,
welche in einem gemeinsamen Pumpengehäuse einen Elektromotor und
eine von diesem über eine
Welle angetriebene Laufradanordnung enthält, wobei ein den Elektromotor
enthaltender Motorraum über
Dichtungsvorrichtungen flüssigkeitsdicht
gegen einen Druckraum am Ausgang der Laufradanordnung abgeschlossen
ist und die Dichtungsvorrichtungen eine Gleitringdichtung um die
Welle an deren Durchführung
durch eine Trennwand in den Druckraum umfassen.
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Eine derartige Pumpenanordnung ist
beispielsweise aus der
DE
295 20 422 U1 bekannt. Der Motor und andere elektrische
Komponenten sind dabei wasserdicht gekapselt, so dass die gesamte Pumpe
auch vollständig
in Wasser eintauchbar ist. Während
die Abdichtung statischer Übergänge im Regelfall
unproblematisch ist, ist die Abdichtung von Durchführungen
der rotierenden Welle durch Trennwände schwieriger. Gebräuchlich
hierfür
sind Gleitringdichtungen wie auch in der
DE 295 20 422 U1 eingesetzt, bei
welchen ein erster Dichtring in die Wandöffnung eingesetzt ist und einen
freien Ringspalt gegen die Welle bildet und ein zweiter Dichtring die
Welle dicht umschließt
und mit dieser rotiert. Die beiden Dichtringe gleiten mit einander
zugewandten axialen Ringflächen
mit reibungsarmer Materialpaarung, z. B. Graphit auf Keramik aufeinander,
wobei der auf der Welle befindliche zweite Dichtring unter dem Einfluss
einer axialen Federkraft gegen den ersten Dichtring gedrückt ist.
Die Gleitringdichtungen sind aber insbesondere bei Druckunterschieden
von mehreren bar nicht leckfrei.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
derartige Pumpenanordnung mit verbesserter Wellenabdichtung eines
Motorraums gegen den wasserführenden
Druckraum am Ausgang der Laufradanordnung anzugeben.
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Die Erfindung ist im Patentanspruch
1 angegeben. Die abhängigen
Ansprüche
enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.
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Die in axialer Richtung im Verlauf
der Antriebswelle zwischen Druckraum am Ausgang der Laufradanordnung
und Motorgehäuse
eingefügte
abgeschlossene Zwischenkammer, welche mit einem hydrophoben Fluid,
vorzugsweise Öl
gefüllt
ist, erweist sich als besonders dicht und langzeitstabil und ist
insbesondere auch für
tauchbare Pumpen geeignet.
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Das Volumen der Zwischenkammer ist
vorteilhafterweise nahezu vollständig,
vorzugsweise zu mehr als 90 % mit dem Öl gefüllt und z. B. mittels eines
abgedichteten Verschlusses an einer Befüllöffnung abgedichtet. Es zeigt
sich, dass das Eindringen von Wasser aus dem Druckraum über die
Gleitringdichtung in die Zwischenkammer bei der erfindungsgemäßen Pumpenanordnung
auch über
lange Betriebszeiten und viele Ein-Ausschalt-Zyklen zuverlässig vermieden
wird. Das hydrophobe Fluid in der Zwischenkammer verhindert das
Eindringen von die Gleitringdichtung passierendem Leckwasser in
die Zwischenkammer und weiter in das Motorgehäuse und sperrt dabei insbesondere
einen bei Gleitringdichtungen typischen Ringspalt des feststehenden Dichtrings
gegen die Welle, dessen radiale Breite vorzugsweise < 0,5 mm ist, ab.
Das Fluid kann insbesondere auch auf der Welle im Ringspalt einen
dünnen
hydrophoben Film ausbilden, welcher durch den Effekt der Kapillardepression
auch unter Druck stehendes Leckwasser an der axialen Ausbreitung
in den Spalt hindert.
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Die weitere Wellendichtung ist vorzugsweise als
Lippendichtung ausgeführt,
welche durch das Öl in
der Zwischenkammer besonders langzeitstabil ist.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand
bevorzugter Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die Abbildungen noch eingehend veranschaulicht. Dabei
zeigt:
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1 ein
Schnittbild durch eine Pumpenanordnung,
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2 einen
Lagerausschnitt aus 1.
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Die in 1 als
Schnittbild in seitlicher Darstellung skizzierte Pumpenanordnung
enthält
in an sich gebräuchlicher
Weise in einem gemeinsamen Pumpengehäuse PG einen Elektromotor in
einem Motorgehäuse
MG und auf der Antriebswelle WE eine Laufradanordnung mit mehreren
im Wasserstrom zwischen einem Ansaugstutzen AN und einem Ausgangsanschluss
AU hintereinander angeordneten Laufrädern LR. Durch die mehrstufige
Ausführung
lässt sich
in einem Druckraum RD am Ausgang der letzten Stufe bei üblichen
Betriebsbedingungen ein Überdruck
von mehreren bar erzeugen.
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Im skizzierten Beispiel ragt das
Motorgehäuse
aus einem wasserdicht gekapselten Elektrikraum RE in einen wasserführenden
Abschnitt innerhalb des Pumpengehäuses heraus und ist dadurch
besonders gut gekühlt.
Für die
Anordnung des Motors im Pumpengehäuse sind verschiedene Varianten möglich und
bekannt. Die Abdichtung des Elektrikraums, in welchem auch die Anschlussklemmen des
Elektromotors liegen, ist über
die Dichtung D1 problemlos möglich,
welche, wie auch die übrigen statischen
Dichtungen zwischen nicht relativ zueinander bewegten Teilen leckfrei
und langzeitstabil ausgeführt
werden kann. Durch die vollständige
Kapselung des Elektrikraums RE kann die Pumpe auch vollständig in
Wasser eingetaucht betrieben werden.
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Demgegenüber ist die Abdichtung des
Motorgehäuses
im Bereich der rotierenden Antriebswelle problematischer, da hier
die Welle relativ zu einer Durchführung in einer Trennwand rotiert
und eine oder mehrere Gleitflächen
als Dichtungen ausgebildet sein müssen. Gebräuchlich ist hierfür insbesondere
eine Gleitringdichtung aus einem ersten Dichtring GR1, welcher mit
der Trennwand TW1 verbunden ist, und einem zweiten Dichtring GR2,
welcher mit der Welle WE rotiert, wobei einander axial zugewandte
Ringflächen
reibungsarm und ver schleißarm aufeinander
gleiten. Hierbei kann in wiederum gebräuchlicher Weise für die Ringflächen insbesondere eine
Materialpaarung von Keramik und Graphit gewählt werden.
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Zwischen dem wasserführenden
Bereich RA um die Gleitringdichtung, in welchem das Wasser beim
Betrieb unter dem hohen Ausgangsdruck der letzten Stufe vorliegt,
und dem Motorgehäuse
MG ist entlang der Welle WE eine Zwischenkammer ZK vorgesehen, welche
mit einem Fluid, vorzugsweise einem hydrophoben Fluid gefüllt ist.
Vorteilhafterweise handelt es sich dabei um eine Flüssigkeit
mit Schmiermitteleigenschaften, insbesondere Öl. Die Zwischenkammer ist vorzugsweise
im wesentlichen vollständig
mit Öl
gefüllt.
Zur Befüllung
kann eine durch einen Stopfen dicht verschließbare Einfüllöffnung EO vorgegeben sein.
Die mit dem Stopfen verschlossene Einfüllöffnung ist durch eine Gehäuse-Mantelhülse DH abgedichtet,
so dass die Einfüllöffnung nach
Befüllen
der Zwischenkammer durch den Hersteller abgedeckt für den Benutzer
nicht zugänglich
ist, wodurch ein versehentliches Lösen des Verschlussstopfens
ausgeschlossen ist. Im Bereich des Verschlussstopfens verbleibt
typischerweise eine beim Befüllen
schwer vermeidbare Luftblase, deren Volumen aber sehr klein ist
im Vergleich zum Volumen der Zwischenkammer, so dass diese vorzugsweise
zu wenigstens 90 % mit Öl
gefüllt
ist.
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Die Welle WE ist durch zwei Wanddurchführungen
der Zwischenkammer geführt,
wobei die der Laufradanordnung axial zugewandte Durchführung mittels
der bereits beschriebenen Gleitringdichtung GR1, GR2 abgedichtet
ist. Eine weitere Abdichtung in Richtung des Motorraums im Motorgehäuse ist vorteilhafterweise
als Lippendichtung L1 ausgeführt. Diese
weitere Dichtung kann an sich an verschiedenen Positionen entlang
der Welle zwischen Zwischenkammer und Motorraum angeordnet sein
und insbesondere auch axial am Motorgehäuse MG abgestützt sein.
Vorzugsweise ist jedoch die weitere Dichtung L1 an einer die Pumpenkammer
axial in Richtung des Motorgehäuses
abschließenden
Trennwand TW2 abgestützt.
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2 zeigt
in einem vergrößerten Ausschnitt aus 1 Einzelheiten einer bevorzugten
Dichtungsanordnung um die Welle WE im Bereich der Zwischenkammer
und des Motorgehäuses.
Die Laufradanordnung befindet sich in der Skizze links, der Elektromotor
rechts. Die Welle ist in einem Wellenlager WL im Motorraum innerhalb
des Motorgehäuses MG
gelagert.
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Das Motorgehäuse MG kann im Bereich des Durchtritts
der Welle in an sich bekannter Bauart zweischalig ausgeführt sein,
wobei die beiden Blechschalen MG1, MG2 eine Vorkammer bilden, in
welcher Schmierfett deponiert ist. Der Motorraum ist an der Welle
gegen die Vorkammer durch eine zusätzliche Lippendichtung L2 abgedichtet,
welche an der inneren Schale MG1 anliegt.
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Die stirnseitige äußere Gehäuseschale MG2 ist mittels einer
statischen Ringdichtung D2 gegen die motorseitige Trennwand TW2
evtl. wie skizziert über
einen an der Wellendurchführung
durch die Trennwand ausgebildeten Stutzen TS der Zwischenkammer
ZK abgedichtet. Radial außerhalb
dieser Ringdichtung D2 befindet sich zwischen Motorgehäuse und
Trennwand TW2 Wasser mit dem Ausgangsdruck der Pumpe. Die Dichtigkeit
der statischen Dichtung D2 ist aber unproblematisch.
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Die Zwischenkammer ZK ist zum Motorgehäuse MG bzw.
der Vorkammer VK hin auf der Welle durch die Lippendichtung L1 abgeschlossen,
welche vorzugsweise in einer Dichtungsaufnahme der Trennwand angeordnet
ist, aber auch am Motorgehäuse
MG abgestützt
sein könnte.
Die Welle WE kann an der Anlagegleitfläche zur Lippendichtung verschleißmindernd
behandelt, beispielsweise keramisch beschichtet sein. Das in der
Zwischenkammer befindliche Öl
umspült
die Lippendichtung und kann zur Schmierung der Gleitfläche beitragen.
In der der Laufradanordnung zugewandten Trennwand TW1 ist der erste
Dichtring GD1 der Gleitringdichtung in einer Dichtringaufnahme der
Gehäusewand
abgestützt und
liegt an den Abstützflächen statisch
abdichtend an der Trennwand an. Der zweite Dichtring GD2 der Gleitringdichtung
enthält
beispielsweise einen elastischen Grundkörper, z. B. aus Gummi, in dessen
dem ersten Gleitring zugewandter Stirnfläche ein Graphitring eingesetzt
oder eingeklebt ist. Der Grundkörper ist
eng, vorzugsweise unter elastischer Verspannung anliegend auf die
Welle WE aufgesetzt und mit dieser mitgedreht. Eine Feder FE drückt den
zweiten Dichtring GD2 axial in Richtung des ersten Dichtrings GD1.
Die Dichtringe GD1, GD2 bilden mit ihren einander zugewandten Stirnflächen die
Gleitring-Dichtfläche
GF.
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Der erste Dichtring begrenzt über einen
axialen Abschnitt, der axial typischerweise nahe bei der Dichtfläche GF liegt,
mit der Welle einen ersten engen Ringspalt RS1, dessen radiale Breite
DS vorzugsweise kleiner als 0,5 mm ist. Die axiale Länge des
Abschnitts, über
welchen der Ringspalt ausgebildet ist, ist wesentlich größer und
liegt typischerweise zwischen 1 mm und 8 mm axial in Richtung des
Motorgehäuses
an den Ringspalt RS1. Anschließend weitet
sich der Raum zwischen Dichtring GD1 und Welle WE deutlich auf,
z. B. in Form eines zweiten Ringspalts RS2, auf typischerweise mehr
als 1 mm radialer Spaltbreite.
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In der Zwischenkammer befindliches Öl füllt den
Raum nach dem ersten Ringspalt RS1, im skizzierten Beispiel also
den zweiten Ringspalt RS2 vollständig
aus, dringt aber kaum in den engen ersten Ringspalt RS1 ein. Das
am Ende des ersten Ringspalts anstehende Öl hält zuverlässig Leckwasser, welches durch
die Gleitfläche
GF der Gleitringdichtung gelangt, vom weiteren Eindringen in die
Zwischenkammer ab. Hydrophobe Oberflächeneigenschaften, insbesondere
auch aufgrund eines sich gegebenenfalls am ersten Dichtring und/oder
auf der Welle ausbildenden, in den ersten Ringspalt reichenden dünnen Öl-films, erschweren
zusätzlich
das Eindringen von Leckwasser in den ersten Ringspalt.
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Mit der axialen Einfügung der ölgefüllten Zwischenkammer
zwischen den Ausgangsraum der Laufradanordnung, in welcher beim
Betrieb Wasser unter hohem Druck ansteht, und das Motorgehäuse wird
auf vorteilhafte Weise eine langzeitstabile Abdichtung gegen an
der Gleitringdichtung unvermeidbares Leckwasser erreicht, wodurch
insbesondere auch vermieden werden kann, dass derartiges Leckwasser
an Teile oder Bereiche gelangt, welche so hohe Temperaturen aufweisen,
dass das Leckwasser in geschlossenen Hohlräumen verdampft und die Pumpenanordnung
dadurch beschädigt
wird. Die Verdampfungstemperatur des Fluids in der Zwischenkammer
liegt weit über
der Verdampfungstemperatur von Wasser, vorzugsweise höher als
200 °C.
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Die vorstehend und die in den Ansprüchen angegebenen
sowie die den Abbildungen entnehmbaren Merkmale sind sowohl einzeln
als auch in verschiedener Kombination vorteilhaft realisierbar.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt,
sondern im Rahmen fachmännischen
Könnens
in mancherlei Weise abwandelbar.