DE1528853A1 - Kreiselpumpe fuer verunreinigte Fluessigkeiten mit Zerkleinerungseinrichtung - Google Patents

Description

Dr.Ing» Harald Schade 9. Oktober 1962

Karlsruhe-Waldstadt
Sehneidemühler Str. 5e

Dr. Expl.

Kreiselpumpe für verunreinigte Flüssigkeiten mit Zerkleinerungseinrichtung

Es ist bekannt, Kreiselpumpen für die Förderung von mit Feststoffen verunreinigten Flüssigkeiten so auszubilden, daß sie die Feststoffe soweit zerkleinern, daß weder in der Pumpe selbst noch in den nachgeschalteten leitungen Verstopfungen hervorgerufen werden. Hierzu werden bei den bekannten Ausführungen die Pumpenräder oder Propeller mit Schneidestücken versehen, die mit am Gehäuse befestigten Gegenstücken zusammenarbeiten. Zum Ausgleich der entstehenden Abnutzung werden die Laufräder und Propeller oder auch die . Gegenstücke nachstellbar gelagert.

Diesen Ausführungen haftet der Nachteil an, daß durch in der Flüssigkeit, wie z.B. im Abwasser, mitgeführte harte Stoffe, Metallteile, Steine und dergl* die Schneidestüoke beschädigt und daruberhinaus die Pumpen häufig blockiert werden, was zu Betriebsstörungen führt und den Ersatz der Schneidestüoke erforderlich macht, wodurch weitere Ausfälle der Pumpen und

5- entstehen,

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,Dieser Nachteil wird durch*die vorliegende Erfindung beseitigt} indem vor der Zulauföffnung des Pumpenrades ein mit entsprechenden Öffnungen versehener, mit diesem umlaufender, auswechselbarer Schneidring befestigt wird, der mit einem oder mehreren 'beweglichen, federnd angepreßten Schneidstücken zusammenarbeitet, welche derart gelagert sind, daß sie schräg zur Schnittfläche nach hinten oder parallel zu dieser ausweichen können. Dabei ist die Federkraft so bemessen, daß das bewegliche Schneidstück nur beim Auftreten besonders harter Stoffe federnd ausweicht, während es sonst an dem Schneidring anliegt.Zweckmäßig findet eine Feder mit progressiver Kennlinie Verwendung, die das bewegliche Schneidstück nur mit einer relativ geringen Vorspannung an den Schneidring andrückt. Durch die geringe Vorspannung wird das Zerschneiden weicherer Stoffe sowie ein stetiges Nachschleifen der Schneidflächen und selbsttätiger Ausgleich der unvermeidlichen Abnutzung bewirkt, während eine stärkere Abnutzung durch Reibung vermieden wird. Bei Auftreten härterer Stoffe weicht das Sehneidstück aus und kommt schnell in den Bereich großer Federkräfte, die im Zusammenwirken mit dynamischen Kräften das Zerkleinern auch sehr widerstandsfähiger Stoffe ermöglichen. Durch diese Anordnung wird nicht nur die Beschädigung oder Zerstörung der Schneidstücke verhindert, sondern auch die stoßartige Bean- ^spruchung der Lagerungen und Kupplungen herabgesetzt.

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co Die' erfindungsgemäße Ausbildung der Pumpe ist in den-beilio-

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genden Zeichnungen beispielsweise dargestellt. Is's eigen dijsV ' ^ Abb. 1 - eine Gesamtansicht der P&mpe mit Zerkleinerung

Abb. 2 - einen Schnitt durch die !Pumpe alt' Zerkleine-·-. ■' rungseinrichtung

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Abb. 3 - einen Querschnitt durch, das Pumpenlaufrad mit Zerkleinerungseinrichtung

Abb. 4- - eine Ansicht des Sohneidringes von der Eintritteseite her

Abb, 5 - 8 - Weg-Kraft-Schaubilder des Schneidstückes Abb. 9 —TI - Ausbildungsformen des Schneidringes

- Im Pumpengehäuse 1 ist das Pumpenrad 2 mit der Welle 3 drehbar .gelagert. Der Antrieb erfolgt über die drehfedernde Kupplung 4 durch den Motor 5. Auf dem Pumpenrad 2 oder der Welle 3 ist der .:.-* Schneidring 6 befestigt, der mit dem Pumpenrad 2 umläuft. Der Schneidring ist mit öffnungen 7 versehen, die den Zulauföffnungen des Pumpenrades 2 entsprechen.

Die im Drehsinn nach vorn liegenden Kanten der öffnungen 7 sind derart abgeschrägt, daß Schneidkanten 8 entstehen. In den Augen des Pumpengehäuses 1 ist ein Hebel 10 mittels der-Welle 11 drehbar gelagert, an dem das Schneidstück 12 ausv/echselbar befestigt ist. Die Welle3 liegt vor der Sehneidflache, so daß das Schneidstück 12 auf einem Bogen schräg zum Schneidring nach hinten ausweichen kann. Die Anpressung des Schneidstüekes 12 gegen den Schneidring 6 erfolgt über die am Hebel 10 angelenkte Zugstange durch die Spiralfeder 14.

_m Solange die Pumpe nur sauberes Yfasser zu pumpen hat, wirkt sie iß als normale Kreiselpumpe, wobei das iVasser durch den Schneidring

'"■*·>'.-. und das Pumpenrad 2 in den Diffusor 15 übertritt und von dort aus ,' «*.',".- ":;"'..*■■ -.--■■-.-'""

durch die öffnung 16'weitergeleitet'wird-.- Bein Auftreten von

Schmutzstoffen legen sich --diese, sofern sie größer sind als dig Öffnungen 7 de? Sollneiäringes 6» vor diesen und werden durch den Sog der e'efcräerten Jlüs-sigi-reit fe? ti ehalt en.

— 4 -

Bei der Drehung des Schneidringes 6 gelangen diese Schmutz- / teile zum Sehr eidstück 12 und werden zwischen dem Schneidring und dem Schneidstück 12 zerkleinert, bis sie die öffnungen 7 des Schneidringes 6 passieren können. Falls die Schmutzstoffe so groß, oder so fest sind, daß sie* beim einmaligen Durchgang zwischen Schneidring 6 und Sehneidstück 12 nicht zerkleinert

. werden können, weicht das Schneidstück gegen die Kraft der Spiralfeder 14 aus, so daß Beschädigungen an den Schneidflächen vermieden werden. Die Schmutzstoffe werden durch die Drehung des Schneidringes 6 immer wieder solange in Eontakt mit dem Schneidstück 12 gebrächt, bis sie ausreichend zerkleinert sind. Schwere Stoffe, wie Metalle, Steine und dergleichen, welche gleichzeitig

^; mit leichteren, anhaftenden Teilen, wie Textilien oder dergleichen

durch den Saugstrom nach oben gehoben werden und in die Zerkleinef ' . ■

ι rungseinrichtung geraten, sinken, nachdem die anhaftenden zerklei- - ■'"-.--.'■"- - ■

[ nerungsfähigen Stoffe zerkleinert wurden, entgegen dem aufstei-

; genden Strom in den unter uer Pumpe angebrachten Pumpensumpf ab und werden von dort gelegentlich entfernt.

Wenn, wie bisher angenommen und in den Abb. 1 und"2 dargestellt,-j eine normale Feder mit gerader Kennlinie verwandt wird, ergibt

sich das Federkennbild nach Abb. 5· Ss ist die Ordinate 21 der

ΐ Weg des Schneidstückes 12 und die Abszisse 22 die Kraft der

I- Feder H. Der Schnittpunkt der Federkennlinie 23 mit der Abszisse •ergibt die Vorspannung .24, mit der das Schneidstück 12 an den Schneidring 6 gepreßt wird. Bei Anwendung einer Feder mit progressiver Kennlinie ergibt sich das Kennbild Abb. 6, das durch kleine Vorspannung 24 gekennzeichnet ist und öie eingangs aufgeführten Wirkuhgen aufweist. Es ist selbstverständlich auch hier

möglich, die progressive 'Feder durch mehrere Federn unterschiedlicher

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Kennliniensteigung und Torspannung zu ersetzen, ohne die Törteile 'der progressiven federung einzubüßen.

Die Abb* 7 zeigt das Kennbild einer derartigen Anordnung mit einer schwachen Jeder 25 und der starken ieder 23, die außerdem stark vorgespannt ist. Das Schneidstück 12 liegt mit der geringen Vorspannung 26 an dem Schneidring 6 an. Bei Ausweichen des Schneidstückes 12 um den Weg 27 kommt die starke Feder 23 zur Wirkung. . '■■ ....... " -

In besonderen Anwendungsfällen kann es zweckmäßig sein, die Torspannung des Schneidstückes 12 gegen den Schneidring 6 auf "O" zu reduzieren. Die Durchführung ciieser Maßnahme erfolgt durch einen äußeren, zweckmäßig während des Betriebes einstellbaren Anschlag an den Hebel 10. Das entsprechende Kennbilä zeigt die Abb. 8. Das Sehneidstück 12 wird in dem - einstellbaren - Abstand 28 dem "Schneidspalt" von dem Schneidring 6 gehalten. Eine unmittelbare Berührung zwischen Schneidstück 12 und Schneidring 6 und damit 'Verschleiß im Leerlauf, 'd.h. wenn keine Zerkleinerungsarbeit zu leisten ist, entfällt; es tritt jedoch auch kein selbsttätiger Ausgleich des sich durch Verschleiß vergrößernden ■Schneidepaltes 28 mehr ein, d.h. dieser muß nach eingetretener Abnutzung der Sehneidelemente von Hand neu eingestellt werden, wae jedoch sehr leicht durchführbar ist.

Bei einigen Anwendungsfallen, wenn - bedingt durch die Beschaffenheit der zu zerkleinernden Stoffe - starkes Schlagen, des Schneid-Stückes 12 auftritt, ist erfindungsgemäß vorgesehen, einen - vorzugsweise hydraulischen - Dämpfer parallel zur "Feder 14 zu schalten, der den Ausweichhub des Schneidstüekes 12 "wenig oder

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,gar nicht, dagegen den Eückliub des Schneidstückes" 12 stark j dämpft und damit die Schneidelemente und Lagerungen gegen

: hieraus resultierende, schlagartige Beanspruchungen schützt.

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Eine Abwandlung des grundsätzlichen Erfindungsgedankens besteht darin, die Drehachse 1.1 des Hebels. 10 nicht - wie bisher angenommen und in den Abb'. 1, 2 u.s.w. dargestellt - parallel zur Schneidfläche des Schneidringes 6, sondern senkrecht oder etwa

senkrecht dazu anzuordnen. Bei dieser Ausbildung liegt die j Drehachse 11 in der Abb. 2 parallel oder annähernd parallel zur Welle 3 und das Schi„eidstück 12 weicht parallel oder

annähernd parallel zur Schneidfläche des Sehneidringes 6 aus. ι Die grundsätzliche Wirkungsweise ist jedoch die gleiche wie bei s der vorbeschriebenen Anordnung.

Die Pumpe nach vorliegender Erfindung ist bisher mit einem ebenen Schneidring 6 beschrieben worden; sie kann jedoch auch mit jedem anderen rotationssymmetrischen Schneidring ausgestattet werden.

Die Abb. 9 zeigt einen kegeligen und die Abb. 10 einen zylindrischen -Schneidring, beide mit innerer Anströmung. LiePfeile 31 deuten die Strömungsrichtung an. Die Schneidstücke 12 sind nach der Lehre der vorliegenden Erfindung für diese Ausführungen des Schneidringes leicht auszubilden und dementsprechend nicht dargestellt. Der Vorteil dieser beiden Anordnungen nach der Abb. 9 und 10 besteht in einer gegenüber dem ebenen Schneidring nach den Abb. 1-4 bei gleichem Außendurchmesser vergrößerter Schneid- us*1 Flüssigkeitsdurchtrittsflache, jedoch ist die Ausweichmöglichkeit des Schneidstückes 12 besonders bei der Aasfffläsüng. nach Abb. 10

begrenzt, da es sich im Innern des Zylinders tewegec- muV. Diesen ' BAD ORIGINAL ~ ⁷ ~ "■ 9Ö984 9/.Q304 ,-■ ·

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Nachteil vermeiden die Ausführungen nach den Abb. 11 und 12; "beide mit äußerer Anströmung. Hier hat das außen arbeitende Sehneidstück unbegrenzte Ausweichmöglichkeit und die Schneid- und Flüssigkeitsdurchtrittsflache ist ebenfalls groß; jedoch ist die Bampwirkung geringer, da die Flüssigkeit entgegen der Fliehkraft zunächst nach innen gezogen werden muß, ehe sie durch die lumpenschaufeln wieder nach außen beschleunigt wird.

HIr alle vorbeschriebenen Ausführungen des Schneidringes 6 ist eines gemeinsam und wesentlich, daß der Eintrittsspalt am Schneidring 6 die engste Stelle des Flüssigkeitsstromes darstellt. Die Ströiaangsquerschnitte erweitern sich nach dieser Stelle stetig, so daß Teile, die den Eintrittsspalt am Schneidring 6 passiert haben, in den Kanälen des iPumpenlaufrades 4 und in dem Diffusor 15» der Öffnung 16 u»s.w. keine Verstopfung mehr verursachen können«

Der diffusor ist» um ein elegantes konzentrisches Äußeres der !Pumpe zu erreichen, nicht in der üblichen Weise mit radialer, sondern mit axialer Erweiterung des Strömungsquerschnittes ausgeführt. ,

Ein weiteres Erfindungsmerkmal, das für die Schonung der Pumpe und im besonderen der Schneidelemente wesentlich ist, besteht in der Anordnung und richtigen Bemessung der drehfedernden Kupplung Bei Auftreten harter, nicht von den Schneidelementen zerkleinerbarer Stoffe, wie Metalle, Steine und dergleichen, wird das Sohneidstück 12 ausgeschwenkt und das Pumpenlaufrad 2 abgebremst, während die Antriebselemente, Motor 5 u.s.w., mit nahezu konstanter '

geschwindigkeit weiterlaufen und sofort nach Auswerfen des nicht BAD CMlNAt, ⁹ ° ^{9 ö/}» ⁹ * 0 3 6 U

zerkleinerbaren Sperrstückes aus den Sehneidelementen das . Pumpenlaufrad 2 wieder auf im Mittel Synchron-Winkelgeschwind igke it beschleunigen. Zur Erzielung des vorbeschriebenen Bewegungsablaufes sind folgende Bedingungen zu erfüllen:

1. Die Kupplung 4 soll bei maximalem Ausschlag des Hebels 10 eine statische Verdrillung von mindestens 4° Zentriwinkel zulassen.

2
2. Das Schwungmoment GIL des Hebels 10 und aller daran hängenden

' " ■ 2

evtl. reduzierten Massen soll nicht größer sein als das GD des Pumpenläufers 2 und aller damit starr verbundenen Teile.

2
3. Das GD, aller in Abb. 2 oberhalb der drehelastischen Kupplung starr miteinander verbundenen - eventuell reduzierten -

Drehmassen soll nicht größer als 0,25 GDp sein.

Die Pumpe kann in der erfindungsgemäßen Ausbildung für kleine Leistungen auch als Rechengut- und Abfallzerkleinerer eingesetzt werden, z.B. bei Rechenanlagen. Bei dieser Anordnung wird die aus der Pumpe austretende Wassermenge zweckmäßig durch eine geeignete Vorrichtung geteilt. Der eine Teil wird dem Kanal wieder beigegeben, der andere kann als Spülwasser in eine hinter dem Rechen angeordnete Rinne geführt werden und spült das Rechengut vor die Ansaugöffnung der Pumpe. Hierbei wird zweckmäßig eine geeignete Trenneinrichtung, wie z.B. ein Hydrozyklon verwendet, bei welcher das zerkleinerte Rechengut nach unten abgeführt, während die . von den Schmutzstoffen befreite Flüssigkeit als Spülwasser benutzt _t wird.

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Claims (11)

1. Paten ta η β or ü ο h · ^IO"^ÖO°

   (JA Kreiselpumpe aur Förderung von mit Feststoffen verunreinigten Flüssigkeiten mit eingebauter, umlaufender Zerkleinerungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß vor den Zulauföffnungen des Laufrades (2) ein mit entsprechenden Öffnungen versehener, mit diesem umlaufender, auswechselbarer Schneidring (6) befestigt 1st, welcher mit eine» oder mehreren federnd angepreßten, beweglichen Schneidstücken (12) zusammenwirkt, die derart gelagert sind, daß sie bei überlastung ausweichen können«
2. 2. Kreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung des Schneidstückes (12) so erfolgt, daS dieses schräg zur Schnittebene des Schneideringes (6) nach hinten oder längs dessen Ebene ausweichen kann·
3. 3. Kreiselpumpe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneidatüek (12) an tinem Hebel (to) auswechselbar

   'befestigt ist, welcher am Pumpengehäuse (1) mittels einer Aelle (11) drehbar gelagert ist·
4. 4. Kreiselpumpe nach Anspruch 1 - f, dadurch gekennzeichnet» daß die Anpreasung des SchneidstUckes durch eine nächstellbare Feder (14) erfolgt·
5. 5· Kreiselpumpe nach Anspruch 1 -> 4» dadurch gekennseichnet, daß eine Progressivfeder oder Braatzkonstruktion Verwendung findet, die das Schneidstück 12 nur laicht an den Schneidring andruckt aber bei Ausweichen des Sohneldstückes 12 groB« Federkräfte »um Einsatz bringt·

   BADOA₁O₁NAL , _{909 8 4 g} , _03(j ^
6. 6. Kreiselpumpe nach Ansprach 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein einstellbarer Anschlag vorgesehen ist, der das Anliegen des SehneidStückes 12 an den Schneidring 6 verhindert.
7. 7. Kreiselpumpe nach Anspruch 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dämpfer vorgesehen ist, der die Ausweichbewegung des Schneidstückes 12 wenig oder gar nicht, dagegen die Rückbewegung stark dämpft.
8. 8. Kreiselpumpe nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß ein konzentrischer Eäffusor alt axialer Erweiterung der Strömungsquerschnitte vorgesehen ist.
9. 9. Kreiselpumpe nach Anspruch 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine drehfedernde Kupplung vorgesehen ist, die bei maximalem Ausschlag des Hebels 10 eine statische Verdrillung von mindestens 4° Zentriwinkel zuläßt.
10. 10. Kreiselpumpe nach Anspruch 1 - 9, dadurch gekennzeichnet,

    < daß das Trägheitsmoment GD₁ des Hebels TO und aller daran

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    hängenden reduzierten Blassen' das G-Dp des Pumpenläufers und aller damit starr verbundenen Teile nicht überschreitet,

    2
    und dass das GD, aller in Abb. 2 oberhalb der drehelastischen Kupplung 4 starr miteinander verbundenen - eventuell redu-

    ■ 2

    zierten - Drehmassen nicht großer als 0,25 GD^ isto
11. 11. Kreiselpumpe nach Anspruch 1 - 10, dadurch gekennzeichnet» -

    daß bei der Verwendung als Rechengutzerkleinerer die aus der ' 'Pumpe austretende fessermenge durch eine geeignete Tr0nneiii~. 9098A9/0364 -B- SAD ORIQiNAL : \

    A4

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