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Die Erfindung betrifft ein Gehäuse einer
Strömungsmaschine,
insbesondere einer Kreiselpumpe, mit einem mehrteiligen Stufengehäuse mit
einer Eintritts- und einer Austrittsöffnung, innerhalb des aus mehreren
Blechformteilen zusammengesetzten Stufengehäuses ist ein Laufrad drehbar
angeordnet, wobei ein Teil des Laufrades eine Öffnung in einer Stufengehäusewand
durchdringt und zwischen Laufradteil und Stufengehäusewand
ein Dichtungselement angeordnet ist.
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Für
solche aus Blechformteilen hergestellte Kreiselpumpen, die ein oder
mehrstufig ausgebildet sind, existieren die verschiedensten konstruktiven Lösungsformen.
So zeigt die WO 94/23211 eine Stufengehäusekonstruktion, die aus mehreren
zusammengesetzten Baugruppen besteht. Solche als Tiefziehbauteile
ausgebildeten Stufengehäuseteile
weisen entsprechend umgeformte Wandabschnitte auf, die als Aufnahme,
Widerlager oder Dichtungselement dienen. Solche baugruppenartige
Stufengehäuseteile
erfordern einen hohen Werkzeugaufwand, um die entsprechende Passungsqualität sicherzustellen.
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Eine andere Bauart zeigt die
DE 38 16 280 C2 ,
bei der in die Blechformteile zusätzliche äußere Wandteile integriert sind,
wodurch ein die Gehäuse umgebender, äußerer Strömungsspalt
integriert ist. Solche mehrstufigen Kreiselpumpen sind häufig in Inline
Bauart ausgeführt.
Dabei wird ein die Stufengehäuse
durchströmendes
Fluid nach Passieren der letzten Stufe umgelenkt und aufgrund eines äußeren, die
Stufengehäuse
umgebenden Strömungsmantels zurückgeführt zu einem
Ansaug- und Auslaßgehäuse. Der äußere Strömungsmantel
ist hier in die Bauteile integriert oder kann, wie andere Konstruktionen zeigen,
als ein zusätzlicher
separater Rohrmantel ein zusammengebautes Stufengehäusepaket
umgeben.
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Eine andere Bauart zeigt die
EP-A 0 055 426 ,
bei der ein Stufengehäuse
als aufwendig ausgebildetes Tiefzieh- und Umformteil zylindrischer
Art gestaltet ist. Auf ein entsprechend angeformtes Widerlager wird
eine Platte aufgelegt, die dann die Funktion einer Stufengehäusewand
und damit eines Trennelementes zwischen zwei benachbarten Pumpenstufen
ausübt.
An dieser Platte stützt
sich ein nachfolgendes äußeres Stufengehäuse unter
Zwischenschaltung eines gekammert angeordneten Dichtungsringes kräfteübertragend
ab. Auch hierbei sind erhebliche Werkzeugkosten und konstruktive Aufwendungen
erforderlich, um die genaue Passungen und eine Dichtungsqualität sicherzustellen.
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Aus dem Bereich der Steriltechnik
ist mit der
DE 10
033 402 A1 eine Lösung
bekannt, bei der die Stufengehäuse
als vorgeformte Blechformteile ausgebildet sind. Nach Durchführung zusätzlicher Schweiß- und Polierarbeiten
werden die Bauteile in einem zweiten Tiefziehbearbeitungsvorgang
in die endgültige
Kontur gezogen. Zur Übertragung
axialer Kräfte
sind die zylindrischen Abschnitte der Stufengehäuse stufenförmig abgesetzt. Diese Maßnahme ermöglicht eine
Steckmontage von mehreren Stufengehäusen und gleichzeitig deren
Abstützung
am jeweiligen Stufenübergang
des zylindrischen Abschnittes. Zwischen den Bauteilen sind Dichtungsringe
mit einer freiliegenden Seite angeordnet, um deren Reinigung zu
gewährleisten.
Diese Lösung
erfordert einen hohen Bearbeitungsaufwand und einen erheblich Materialeinsatz.
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Für
Kreiselpumpenbauarten mit als Gußformteilen hergestellten Stufengehäusen ist
durch die WO 94/07031 eine mehrteilige Bauart bekannt. Zur Vermeidung
komplizierter Hohlformen und hinterschnittener Konturen, die durch
Gießen
nur aufwendig herzustellen sind, wird statt dessen die Verwendung
von zusammengesetzten Stufengehäusen
vorgeschlagen. Zu diesem Zweck werden in ein äußeres, rohrförmiges und über die
gesamte Baulänge
eines Stufengehäuses
sich erstreckendes Mantelteil mindestens zwei gesonderte innere
Mantelteile mit jeweils zugehörigen
Innenwandteilen eingesetzt. Die Verbindung zwischen den äußeren und
inneren Mantelteilen erfolgt durch Schrumpf- oder Klebeverbindungen,
wobei zur Ausschaltung einer möglichen Spaltkorrosion
einer Klebschrumpfung der Vorzug gegeben wird. Durch die Teilung
können
die Innenwandteile eine leichter gießbare Kontur erhalten. Weiterhin
erlaubt eine solche Bauart die Kombination unterschiedlicher Werkstoffe,
z.B. von Walzmaterial hoher Zugfestigkeit für den äußeren Mantelteil und der Verwendung
von Gußeisen
für die
inneren Mantelteile. Insgesamt ist diese Lösung aber sehr aufwendig und
bedingt einen zusätzlichen
logistischen Aufwand.
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Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, für Gehäuse in Blechbauweise
eine materialsparende Konstruktion zu entwickeln, die bei einfachster Montagemöglichkeit
eine Reduzierung aufwendiger Passungen und Toleranzen ermöglicht.
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Die Lösung dieses Problems sieht
vor, daß der
Außenmantel
des Stufengehäuses
als Abschnitt eines Rohres ausgebildet ist, daß eine damit verbundene Stufengehäusetrennwand
als Tiefziehteil mit Zentrierrand ausgebildet ist und daß die Stufengehäusetrennwand
eine Halterung für
das Dichtungselement enthält.
Ein solcher Aufbau eines Stufengehäuses vereinfacht die Fertigung
und Montage erheblich. Durch die Verwendung von Rohrabschnitten für die Bildung
der äußeren Umfangswand
des Stufengehäuses
ist es möglich,
mit hoher Genauigkeit entsprechend gleichmäßig lange und geringe Toleranzen
aufweisende zylindrische Stufengehäuseabschnitte herzustellen.
Beim Abstechvorgang vom Rohr werden die notwendigen Passungen in
einer Aufspannung mitbearbeitet. Eine weitere Vereinfachung ergibt
sich durch die Verwendung von Präzisionsstahlrohr
als Rohmaterial. Aufgrund von deren hohen Genauigkeit wäre als ein
Bearbeitungsvorgang nur noch das Abstechen oder Abtrennen der zylindrischen
Rohrabschnitte notwendig. Solche Rohre stehen in den verschiedensten
Materialien und Werkstoffqualitäten
zur Verfügung
und ermöglichen
somit ein breiteres Einsatzspektrum.
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Bei der Montage eines solchen Stufengehäuses zu
einem mehrstufigen Gehäuses
liegen die Stirnseiten von den Enden der benachbart angeordneten
Rohrabschnitten stumpf einander gegenüber und werden von einem Zentrierrand
der Stufengehäusetrennwand
geführt.
Durch die bei der Montage erzeugten Vorspannkräfte liegen die beim Trennvorgang
spannend bearbeiteten Stirnseiten der Rohrabschnitte dichtend an
einer Anlage des Zentrierrandes an. Dazu sieht eine Ausgestaltung
der Erfindung vor, dass zwischen den Rohrabschnitten ein radialer
Abschnitt einer napfförmig
gezogenen Stufengehäusetrennwand
angeordnet ist. Zusätzliche
Dichtmittel sind dadurch entbehrlich geworden. Die Anlage ist ein
verbindender, radial verlaufender Abschnitt zwischen Zentrierabschnitten
von dem Zentrierrand.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung
besteht der Zentrierrand aus mindestens zwei Zentrierabschnitten
mit dazwischen angeordneter Anlage. Alle Teile sind aber Bestandteil
der napfförmig
gezogenen Stufengehäusetrennwand.
In den kurzen Zentrierabschnitten sind die den äußeren zylindrischen Stufengehäuseteil
bildenden Rohrabschnitte geführt. Die
kurzen Zentrierabschnitte in Verbindung mit den Rohrabschnitten
erleichtern die Montage einer mehrstufigen Kreiselpumpe in entscheidender
Weise. Und gegenüber
der Montage von ausschließlich
aus Blechformteilen hergestellten Teilen ergibt sich ein wesentlich
geringerer Aufwand.
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Die Zentrierabschnitte am Zentrierrand
der Stufengehäusetrennwand
können
die Enden der Rohrabschnitte innen und/oder außen umgeben. Dies ist abhängig von
der gewählten
Ausführungsform
der Anlage. Bei einer zylindrischen Ausführung des Zentrierrandes sind
die Zentrierabschnitte innerhalb der Rohrabschnitte angeordnet.
Dagegen sind bei einer Ausführung
der Zentrierränder
mit abgesetzten Durchmessern bei zwei aneinander angrenzende Rohrabschnitte
jeweils innen und außen
angeordnet. Im Übergang
zwischen den abgesetzten Durchmessern ist dann eine als Steg wirkende
Anlage ausgebildet, an der sich die aneinander grenzenden Rohrabschnitte
mit ihren Stirnseiten abstützen. Eine
solche stufenförmige
Ausbildung der Zentrierränder
bildet durch einen dabei entstehenden verbindenden Wandabschnitt
in einfachster Weise gleichzeitig die Anlage für die sich darauf abstützenden
Enden der Rohrabschnitte. Aufgrund der nach Abschluss einer Montage
aufgebauten Axialkräfte,
mit deren Hilfe die einzelnen Stufengehäuse gegeneinander verspannt
werden, beispielsweise durch Zuganker, kann auf den Einsatz zusätzlicher
Dichtungselemente vollständig
verzichtet werden. Und durch entsprechende Ausbildung der aneinander
liegenden Stirnflächen
ist es zudem möglich,
eine die Dichtwirkung verbessernde Schneidenausbildung an den Stirnseiten
der Rohrabschnitte zu erhalten. Dies hat den Vorteil der sicheren
Abdichtung.
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Eine andere Ausführungsform der Stufengehäusetrennwand
sieht vor, daß der
Zentrierrand mit einer radial vorstehenden Anlage für die Rohrabschnitte
versehen ist. Diese Anlage, die wie ein Kragen am Zentrierrand seitlich
vorsteht und beiderseits mit den Zentrierabschnitten verbunden ist,
kann bei der Herstellung der Stufengehäusetrennwand mit angeformt
und/oder ausgeformt werden. Dazu ist der zylinderförmig ausgeformte
und Zentrierfunktion übernehmende
Rand der Trennwand im mittleren Bereich mit einer sich radial erstreckenden
Ausformung versehen. Eine solche Ausformung ist leicht herstellbar
und bildet die Anlage für
die Stirnseiten der Rohrabschnitte. Damit ist die Voraussetzung
gegeben, durch innenliegende Zentrierflächen die Rohrabschnitte aufeinanderfolgend
montieren zu können.
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Die Stufengehäusetrennwand weist in ihrem Zentrum
eine Öffnung
auf, durch die hindurch sich ein rotierendes Teil erstreckt, beispielsweise
ein Laufradteil, ein Saugmund, ein Dichtungsabschnitt eines Laufrades,
eine Welle oder ein anderes Bauteil. Hierzu sieht eine Ausgestaltung
vor, daß eine
in der Stufengehäusetrennwand
angeordnete Öffnung
mit einer Halterung für
ein Dichtungselement versehen ist. Dies kann ein Dichtungsring sein,
der als Schwimmringdichtung ausgebildet ist, oder ein anderes bekanntes
Dichtungselement. Dazu ist nach weiteren Ausgestaltungen der Erfindung,
in die Stufengehäusetrennwand
ein das Dichtungselement umgebender Absatz angeformt oder das Dichtungselement
ist durch ein abgesetzt ausgebildetes Ringelement an der Stufengehäusetrennwand
gehalten. Ebenso ist es möglich,
in die Stufengehäusetrennwand
einen entsprechenden Absatz anzuformen, in dem das Dichtungselement
eingelegt wird. Um das Dichtungselement unverlierbar in diesem Absatz
zu halten, ist das Ringelement durch eine Preßverbindung im Absatz gehalten.
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Insgesamt ergeben sich somit erhebliche Montagevorteile.
Es wird vermieden, daß die
miteinander zu verbindenden Bauteile federnd aneinander liegen.
Dies schließt
maßliche
Veränderungen
der Bauteile während
einer Montage aus. Zwischen den Bauteilen werden Kippbewegungen
vermieden und die ganze Konstruktion wird insgesamt steifer. Durch eine
verringerte Teileanzahl entstehen weniger Kosten. Eine automatische
Fertigung wird vereinfacht.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen die
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1 bis 3 eine Stufengehäusemontage
mit Innen- und Außenführung, die
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4 & 5 eine Ausführungsform mit zweifacher Innenführung, die
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6 ein
Ringelement für
die Anordnung eines Dichtelementes und die
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7 eine
Draufsicht auf ein das Dichtelement haltende Ringelement.
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1 zeigt
in einem Halbschnitt zwei aneinander anliegende Stufengehäuse 1.1, 1.2,
wobei zwischen Außenmänteln 2.1, 2.2 der
benachbart angeordneten Stufenge häuse 1.1, 1.2 eine
Stufengehäusetrennwand 3 angeordnet
ist. Die Stufengehäusetrennwand 3 ist
als ein napfförmig
gezogenes Bauteil ausgebildet und mit einem angeformten Zentrierrand 4 versehen.
Der Zentrierrand 4 weist zwei im Durchmesser abgesetzte
Führungen
auf, wodurch für
den Außenmantel 2.1 des
Stufengehäuses 1.1 eine
Außenführung und
für den
Außenmantel 2.2 des
Stufengehäuses 1.2 eine
Innenführung
geschaffen ist. Der Außenmantel 2.1 liegt
an einem Zentrierabschnitt 4.1 von dem Zentrierrand 4 der
Stufengehäusetrennwand 3 mit
seinem Außendurchmesser
an, ist somit außen
geführt
und erfährt
gleichzeitig eine entsprechende Zentrierung. Und ein weiterer Zentrierabschnitt 4.2 des
Zentrierrandes 4 bildet für den Innendurchmesser von
dem Außenmantel 2.2 des
Stufengehäuses 1.2 die
entsprechende Innenführung.
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Die Zentrierabschnitte 4.1 und 4.2 sind
im Durchmesser abgestufte und durch einen als Anlage 5 wirkenden
Abschnitt des Zentrierrandes 4 miteinander verbunden. In
dem Ausführungsbeispiel
verläuft
die radial vorstehende Anlage 5 nicht senkrecht, sondern
unter einem kleinem Winkel geneigt zur Gehäuseachse 6. Diese
Ausbildung stellt einen zusätzlichen
Vorteil dar, da sich durch die Schrägstellung für daran anliegende Stirnseiten 7, 8 von
den Außenmänteln 2.1, 2.2 eine
keilförmig
ausgebildete Fläche zur
Anlage bildet. Diese Maßnahme
verbessert die Dichtwirkung zwischen der Anlage 5 und den
Stirnseiten 7, 8, da sich an den aneinander liegenden
Flächen
nach der Montage eine höhere
Kantenpressung einstellt.
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An einer im Winkel zur Gehäuseachse 6 verlaufenden
Bodenfläche 9 der
Stufengehäusetrennwand 3 ist
eine ein- oder mehrteilige Strömungsleiteinrichtung
mit bekannten Mitteln befestigt. Eine solche die Strömungsführung verbessernde
Strömungsleiteinrichtung
ermöglicht
eine im Wirkungsgrad optimierte Strömungsführung innerhalb eines Stufengehäuses und
verbessert den Strömungsübergang
zwischen benachbart angeordneten Stufengehäusen 1.1, 1.2.
Eine solche Strömungsleiteinrichtung
besteht aus einer Leitrandwand 10 und Schaufeln 11. Deren
Befestigung kann durch bekannte Mittel erfolgen, beispielsweise
Widerstandsschweißen,
Nieten und ähnliches.
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Von einem gestrichelt dargestellten
Laufrad 12 ragt ein Laufradhals 13 in eine Öffnung 14 der
Stufengehäusetrennwand 3 hinein.
Zur Verbesserung des Wirkungsgrades erfolgt eine Abdichtung des Laufradhalses 13 in
der Öffnung 14.
Dazu ist die Stufengehäusetrennwand 3 mit
einer Halterung 15 versehen, hier ein integriertes Bauteil,
welche einen Raum zur Aufnahme eines Dichtungselementes 16 bereitstellt.
Das Dichtungselement 16 ist durch die Schaufeln 11 gegen
axiale Verschiebung gesichert und der Halterung 15 unverlierbar
angeordnet.
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2 zeigt
einen unteren Halbschnitt von zwei aneinander liegenden Stufengehäusen und
entspricht vom Aufbau her der 1.
In diesem Ausführungsbeispiel
ist jedoch eine andere Montagerichtung der Stufengehäusetrennwand 3 gezeigt.
Durch eine umgekehrte Anordnung der Stufengehäusetrennwand 3 ergibt
sich ein zusätzlicher
konstruktiver Freiraum für
die Gestaltung eines mehrstufigen Strömungsgehäuses. Zusätzliche spezielle Bauteile
sind dazu nicht erforderlich. Ein – hier nicht dargestelltes – Laufrad 12 wäre gegenüber der
Anordnung von 1 ebenfalls
umgekehrt angeordnet. Durch die umgekehrte Anordnung ergibt sich
am Zentrierrand 4 für
das Stufengehäuse 1.1 eine
Innenführung
und für das
Stufengehäuse 1.2 eine
Außenführung.
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Bei den 1 und 2 erstreckt
sich die aus Schaufeln 11 und die Leitwand 10 bestehende
Strömungsleiteinrichtung
entgegengesetzt zur Richtung des Zentrierrandes 4 und ist
quasi auf der Außenseite
der Stufengehäusetrennwand 3 angeordnet.
Die Stufengehäusetrennwand 3 ist
als ein napfförmig
gezogenes Bauteil ausgebildet.
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2 zeigt
auch eine andere Ausbildung der Halterung 15 für das Dichtungselement 16.
Die Halterung 15 ist hierbei als integraler Bestandteil
der Bodenfläche 9 der
Stufengehäusetrennwand 3 ausgebildet
und nimmt das Dichtungselement 16 auf. Dabei hält ein Ringelement 17 das
Dichtungselement 16 unverlierbar in der Halterung 15 fest.
Diese Ausführungsform
findet bei Lösungen
Anwendung, bei denen die Baulänge
der Schaufeln 11 zu kurz ist und für die Sicherung des Dichtungselementes
nicht benutzt werden können.
Das hier eben ausgebildete Ringelement 16 ist durch eine
Preßverbindung
formschlüssig in
der größeren Öffnung der
Halterung 15 gesichert. Dabei kann es auf seiner äußeren Umfangsfläche mit einer
Art von Verzahnung versehen sein, deren über den Umfang verteilt angeordnete
Vorsprünge
die Lagesicherung gewährleisten.
In einem Montagevorgang kann die aus den Teilen 10, 11 bestehende
Leiteinrichtung und das Dichtungselement 16 mit dem Ringelement 17 montiert
und durch Zusammenpressen in der Position gesichert gehalten werden.
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Die 3 zeigt
eine weitere Abwandlung der 1 und 2. Dabei erstreckt sich die
aus Schaufeln 11 und die Leitwand 10 bestehende
Strömungsleiteinrichtung
in Richtung des Zentrierrandes 4 und ist in Bezug auf den
Zentrierrand 4 gewissermaßen auf der Innenseite der
Stufengehäusetrennwand 3 angeordnet.
Je nach verwendeter Laufradbauform kann somit durch einfache Kombinationen
in einfacher Weise ein Einfluß auf
die gesamte Baulänge
eines Stufengehäuses
erreicht werden.
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In den 4 und 5 sind andere Ausführungsbeispiele
der Stufengehäusetrennwand 3 gezeigt,
bei der die Außenmäntel 2.1, 2.2 der
Stufengehäuse 1.1, 1.2 jeweils
an einer Innenführung
anliegen. Dazu liegen die Zentrierabschnitte 4.3 und 4.4 auf
gleichen Durchmessern des Zentrierrandes 4 an. Zu Positionierung
der Stufengehäusetrennwand 3 ist am
Zentrierrand 4 eine angeformte Anlage 5 zwischen
den beiden Zentrierabschnitten 4.3 und 4.4 angeordnet.
Diese Anlage 5 wird durch umfalzen, stauchen oder andere
bekannte Fertigungsverfahren hergestellt.
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Bei 4 sind
die Schaufeln 11 und die Leitwand 10 der Strömungsleiteinrichtung
auf derjenigen Seite der Stufengehäusewand 3 angeordnet,
von der aus sich der Zentrierrand 4 in axialer Richtung
der Gehäuseachse 6 erstreckt.
Die 5 zeigt hierzu eine
entgegengesetzte Ausbildung, wo die Strömungsleiteinrichtung entgegen
der Richtung des Zentrierrandes 4 angeordnet ist.
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6 zeigt
aus der Stufengehäusetrennwand 3 einen
Ausschnitt der Bodenfläche 9,
an der die als eigenständiges
Bauteil ausgebildete Halterung 15 befestigt ist und ein
darin angeordnetes Dichtungselement 16 in der Einbauposition
sichert.
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7 zeigt
eine Draufsicht auf die Bodenfläche 9 der
Stufengehäusewand 3.
Hier ist die Halterung integraler Bestandteil der Bodenfläche 9.
Wie in der anderen Ansicht von 2 gezeigt,
ist das Ringelement 17 durch eine Preßverbindung formschlüssig in
der Öffnung 19 der
Halterung gesichert. Hierbei ist es mit einer Art von Verzahnung
versehen, deren über
den Umfang verteilt angeordnete Vorsprünge 18 in die Öffnung 19 eingepresst
sind. Somit kann in einem Montagevorgang die aus den Teilen 10, 11 bestehende
Leiteinrichtung und das Dichtungselement 16 mit dem Ringelement 17 montiert
und durch Zusammenpressen in der Position gesichert gehalten werden.