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Für Offenlegung bestimmte Unterlagen! Spaltrohrmotor-Kreiselnumpenagreat
Die Erfindung betrifft ein Spaltrohrmotor-Kreiselpumpenahggregat mit einer vorzugsweise
ein- oder mehrstufigen Kreiselpumpe, die von einem zusammen mit inr auf einer gemeinsamen,
mittels zweier kombinierter %;n½s- und Querlager gelagerten WeJ te sitzenden Spaltrohrmotor
angetrieben wird, wobei das Pumpen-aggregat zum Fördern von heilten, nicht zur Motorkühlung
und Lager schmierung geeigneten Medien vo£-'esehen ist, einem im wesentlichen getrennten,
ein hilfslaufrad aufweisenden Kühlstrom-Kreislauf besitzt, der Rotorraum durch den
Rotor des Motors in zwei Bereiche geteilt ist und der axiales Spiel aufweisende
Motor als ein Axialschubausgleichskörper dient.
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Es ist bereits ein Kreiselpumpenaggre at bekannt, bei welchem ein
Teilstrom des Fördermediums von einer Stelle höhen Druckes des Pumpenaggregates
ab ezweigt und in den Rotorraum gleitet wird. Dabei dient der ein axiales Spiel
aufweisende Rotor als ein
ein einen Durchlaß nach der Niederdruckseite
der Pumpe aufweisende Axialschubausgleichskörper. Die beiden durch den Rotor innerhaib
des Rotorraumes gebildeten Bereiche sind dabei j jeweils über die Spalte und über
Nuten eines der beiden kombinierten Längs-und Querlager mit einer Stelle niedrigeren
Druckes gegenüber dem Druckraum der Pumpe verbunden, wobei die Längslaberfläche
nur so viel Nutenfläche aufweisen, daß die für den Axialschaubausgleich erforderliche
Steurfunktion dieser Flächen hinsichtlich der Druckverteilung für die beiden Rotorräume
gewährleistet ist und wobei die Längslagerdurchmesser auf die Schubverhältnisse
abgestimmt sind. Dadurch erreicht man bei diesem bekannten Aggregat, daß die kombinierten
Längs- und Querlager zusammen mit dem Rotor als sich selbst steuernde Ventile für
den bei Spaltrohrmotoren zur Kühlung des Motors und Schmierung und Kühlung der Lager
dienenden abgezweigten Teilstromes der Pumpflüssigkeit wirken und sich der als eine
Art Ausgleichsscheibe wirkende Rotor auch bei sehr unterschiedlichen Betriebszuständen
immer wieder in eine mittlere axiale Stellung einpendelt, bei welcher die Längslager
nur wenig oder gar nicht belastet werden.
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Eine derartige Anordnung ist jedoch zum Fördern von Median mit hoher
Temperatur nicht geeignet. Ein Teilstrom eines derartigen heißen Mediums könnte.
nämlich seine Kühl- und in dLr Mehrzahl der Fälle auch seine Schmierfunktion nicht
erfüllen.
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Andererseits sind bereits Pumpenaggregate zum Fördern von heißen,
nicht zur Motorkühlung und Lagerschmierung geeigneten Medien bekanne,
welche
einen eirnenen, vom Förderstrom getrennten Kühlstrrom-Hilfskreislauf mit einem Hilf
slaufrad besitzen. Bei diesen bekannten Aggregaten ist es jedoch nachteilig, daß
ein weitgehend selbsttätiger Axialschubausgleich durch eine Ventilwirkung der Längs-
und Querlager bisher nicht möglich war. Bei diesen bekannten Pumpenaggregaten wird
nämlich das Medium auf der pumpenfernen Seite durch das dortige Längs- und Querlager
hindurch und von dort in den Kühlkreislauf befördert. Dabei ergibt sich Cgf.
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ein gewisser Axialschubausgleich welcher sicn nicht selbsttätig nach
Belastung und Axialla£s;e des Rotors reguliert.
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Es besteht deshalb die Aufgabe, bei einem spaltrohrmotorkreiselpumpenaggregat
zur Förderung heißer, nicht zur Motorkühlung und Lagerschmierung geeigneter Medien
einen Axialschubausgleich für die Kreiselpumpe zu schaffen, der ggf. auch ganz erhebliche
Axialschubkräfte auszugleichen vermag, in beiaen Richtungen wirken kann, eine weitgehende
Schonung der Längslager ermöglicht und dabei verhältnismäßig einfach im Aufbau ist.
Dabei soll dennoch eine gute Kühlung und Schmierung im Rotorraum möglich sein.
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Weiterhin soll dabei noch die Aufgabe gelöst werden, die Kavitationsgefahr
im Rotorraum weitgehend zu beseitigen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Spaltrohrmotor-Kreiselpumpenaggregßt
der eingang erwähnten Art vor, welches vor allem dadurch gekennzeichnet ist, daß
das Aggregat für einen Teilstrom des von dem Hiltslaufrad erzeugten, durch den Rotorraum
geführten Hilfskreislaufes in an sich bekannter Weise eine
eine
vorzugsweise als Kühlschlage ausgebildete Rückführleitung und für weitere von diesem
kreislauf im Rotorraum abgezweigte, durch die Längs- und Querlage geleistete und
in an sich bekannter Weise beim Axialschubausgleich mitwirkende Teilströme jeweils
von den in Strömungsrichtung hinter den Lagern befindlichen Räumen ausgehende Verbindungskanäle
od. dgl. zu einer Stelle niedrigeren Druckes des Hilfakreislaufes gegenüber dem
Rotors raum besitzt. Dadurcn erreicht man bei gleichzeitig guter Kühlung des Hilfskreislaufes,
dar die kombinierten Längs- und Querlager dennoch mit dem Rotor zusammen als sich
selbst steuernde Ventile wirksam werden und dadurch das Linpendeln einer mittleren
axialen Stellung des Rotors möglich ist. In vorteilhafter Weise kann dadurch also
auch bei einem Aggregat zum Befördern von Nedien mit hoher Temperatur durch geeignete
Abmessungen von Lagern und Durchtrittsquerschnitten ein selbsttätiger Axialschubausgleich
erreicht werden.
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Dabei kann zweckmäßig sein, wenn im Verlauf der Rückführleitung ein
regelbares Drosselventil angeordnet ist. Dies ermöglicht dann noch eine Regulierung
des durch die Kühlschlangen leführten Teilstromes, wodurch u.U. auch die Druckverhältnisse
auf der pumpenfernen Rohrseite beeinflulit werden.
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Bei Pumpen zum Fördern von Medien mit hoher Temperatur besteht im
Hilfskreislauf das Problem, daß bei dem dort vorhandenen nie drigeren Druckniveau
Kaviation auftreten kann. Dadurch kann das Hilfslaufrad versagen, so daß der Hilfskreislauff
ggf. weitgehend
hend zum Erliegen sornm-t und dann weder die Kühlung
noch der Axialschubausgleich in genügenden Weise aufrechterhalten bleiben. Die Erfindung
hat sich deshalb zusätzlich die Aufgabe gestellt, eine Weiterbildung zu schaffen,
bei welcher diese Kaviationsgefahr weitgehend vermeiden wird. Dazu ist vorgesehen,
daß der auf der Saugseite des Hilfslaufrades befindliche Raum insbesondere an seiner
dem Hilfslaufrad fernen Seite eine vorzugsweise en e Einmündung einer von der Druckseite
des Förderaggregates ausgehenden Verbindung besitzt. Durch diese Verbindung wird
der statische Druck im Motorraum entsprechend dem Förderdruck des Aggregates erhöht.
Dabei genügt eine enge Einmündung dieser verbindung, wodurch gleichzeitig ein übertritt
von Fördermedium in den Hilfskreislauf weitgehend vermeiden wird; auch eine Wärmeübertragung
von dem Medium hoher Temperatur in den Hilfskreislauf ist weitgehend vermieden.
Es ha sich überrasenend gezeigt, daß Lei dieser Maßnahme praktische keine Temperaturerhöhung
auf der Saugseite des hilfslaufendes auftritt. Durch das Vermeiden von @aviation
wird auch verhindert, daß der Axialschubausgleich gegebenenfalls unwirksam wird
und der Hilfskreislauf versagt. Dieser Maßnahme wird dabei eigene schutzwür@ige
Bedeutung bei emessen. Besonders vorteilhaft ist diese Maßnahme in Kombination mit
der erfindungsgemäßen Ausbildung des zur Förderung @eißer Medien vorgesehenen Aggregates,
bei welchem gleichzeitig eine gute Kühlung und ein weitgehend selbsttätiger Axialschubausgleich
stattfindet.
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Dabei ist es zweckmäßig, wenn die von der Druckseite des Förderaggregates
ausgehende, zur Erhöhung des statischen Druckes des Hilfskreislaufes
Hilfskreislaufes
vorgesehene Verbindung in einen leckdichtungsartigen Drosselspalt geführt ist, der
einerseits eine zur Saugseite od dgl Stelle niedrigeren Druckes des Aggregates führende
Verbindung aufweist und andererseits in den auf der Saugseite des Hilfslaufrades
betindlichen Raum mündet Dadurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine weitere
Entlastung des Pumpenaggregates in axialer Richtung.
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Nachstehend ist die Erfindung mit ihren ihr als erfindungswesentlicf
zugehörenden Einzelheiten anhand der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel noch
näher erläutert Die Zeichnung zeigt einen Längsschnitt durch ein Kreiselpumpenaggregat
zum Fördern heißer Medien mit einem ein Hilfslaufrad aufweisenden Hilfskreislauf.
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Ein im ganzen mit 1 bezeichnetes Spaltrohrmotor-Kreislepumpenaggregat
1 - auch kurz Aggregat 1 genannt - besitzt eine Kreiselpumpe 2, welche im Ausführungsbeispiel
der Einfnchheit halber einstufig dargestellt ist. Es kann j jedoch auch eine mehrstuiige
Kreiselpumpe verwendet werden. Das Laufrad 3 der Pumpe 2 sitzt dabei in bekann-ter
Weise auf der mit dem Spaltrohrmotor 4 in Verbindung stehenden Welle 5. Die Pumpflüssigkeit,
welche bei dieser Ausfiihrungsform eine hohe Temperatur besitzen kann, tritt an
dem niederdruckseitigen Anschluß 6 ein, durchläuf-t das Laufrad 3 und verlässt die
Pumpe 2 in bekannter Weise am hochdruckseitigen Auslasstutzen 7.
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zum mit Hilfe des Aggregates 1 Medien hoher Temperatur befördern zu
zu
können, gleichzeitig j jedoch eine gute Kühlung des Motors 4 und der Lager L 1 und
L 2 sowie eine gute Schmierung dieser lager zu erreichen, besitzt das Aggregat einen
Hilfskreislauf, in welcnem eine Kühl- und Schmierflüssigkeit mit Hilfe eines eben
falls auf der Welle 5 gelagerten -llilfslaufrades 8 umgewälzt wird.
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Auf der Saugseite dieses hilfslaufrades 8 befindet sich dabei ein
Raum 9 niedrigeren Druckes, von welcnem diese Flüssigkeit des Hilfskreislaufes über
das Hilfslaufrad 8 und durch Bohrungen B in den Rotorraum 10 gelangt. Man erkennt,
daß die Bohrungen B in einem das Lager L 1 tragenden Lagerschild 11 angebracht sind.
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Der Motorraum 10 befindet sich in bekannter Weise zwischen dem durch
das sogenannte Spaltrohr 12 abgekapselten Stator 13 und dem ebenfalls durch einen
Matel 14 nach auen abgekapselten Rotor 15.
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Dabei verbleibt zwischen dem Spaltrohr 12 und dem Rotormantel 14 ein
schmaler, ringspaltartiger Durchlass 16, so daß die durch die Durchlassbohrungen
B unter dem Druck des Hilfslaufrades 8 eindringende flüssigkeit die durch die Pfeile
17 angedeuteten Wege nehmen kann.
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Erfindungsgemäß wird dabei ein Teilstrom des von dem Hilfslaufrad
8 erzeugten, durch den Rotorraum 10 geführten Hilfskreislaufes in an sich bekannter
Weise durch eine als Kühlschlange ausgebildete Rückführleitung 18 geführt. Man erkennt
am äußeren Mantel 19 des den Motor 4 enthaltenden Pumpenteiles Stutzen 20, welche
zum Ein- bzw. Aiislass eines die als Kühlschlangen ausgebil -dete Rückführleitung
18 umfließenden Kühlmediums dienen. Dabei geht
geht die Rückführleitung
18 nicht von dem in Strömunpsrichtung hinter dem pumpenfernen Lager L 2 befindlichen
Raum aus, sondern der in die Rückführleitung 18 gelangende Teilstrom wird bereits
vor dem Lager L 2 abgezwei«t, Für weitere von diesem Hilfskreislauf im Rotorraum
1Q abgezweigte, durch die Längs- und Querlager L 1 und L 2 geleitete und in an sich
bekannter Weise beim Axialschubausgleich mitwirkende Teilströme sind jeweils von
den in Strömungsrichtung hinter den Lagern L 1 bzw. L 2 befindlichen Räumen 21 bzw.
22 Verbindungskanäle vorgesehen, die zu einer Stelle niedrigeren Druckes des Hilfskreislaufes
gegenüber dem Rotorraum 10, im Auaführungsbeispiel zum Raum 9 führen.
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Dabei ist als Verbindungskanal von dem in Strömungsrichtung ein ter
dem Lager L 2 befindlichen Raum 22 zu dem Raum 9 eine durch Querbohrungen 23 mit
dem saugseitigen Raum 9 verbundene axiale Wellenbohrung 24 vorgesehen, Als Verbindungekanal
von dem Raum 21 zu einer Stelle niedrigeren Druckes dienen die Nabe des Hilfslaufrades
8 durchsetzende Bohrungen 25.
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Es sei noch erwähnt, daß im Verlaufe der Rückführleitung 18 ein regelbares
Drosselventil 26 angeordnet sein kann, womit die Regelung der durch diese Rückfüirleitung
18 fließenden Teilstrommenge ggf. möglich ist-.
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Sowohl die pumpennahe (ls auch das pumpenferne Wellenla er ist in
in
bekannter Weise jeweils als kombiniertes Längs- und Querlager L 1 und L 2 ausgebildet.
Jedes dieser Lager L 1 bzw. L 2 enthält jeweils eine mittel- oder unmittelbar fest
mit dem Lagerschild 11 bzw. einem Deckel 27 verbundene Lagerbuchse 28 bzw. 29.
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Außerdem besitzt jedes Lager L 1, L 2 eine Laufbuchse 30 bzw 31, die
fest mit der Welle 5 verbunden sind und mit ihr umlaufen.
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Sowohl die Lagerbuchsen 28 und 29 als auch die Laufbuchsen 30 und
31 besitzen an ihren dem Rotor 15 zugewandten Ende Finsche 32, 33, 34 und 35. Im
Ausführungsbeispiel sind die Flansche jeweils einstückig mit ihren zugehörigen Buchsen
verbunden. Gegebenenfalls können sie jedoch auch getrennt von den Buchsen an den
Gehäuse- bzw. Wellenteilen an-reordnet sein, Ferner können die Flansche 32 und 34
des pumpennahen Lasers L 1 unter sich gleiche, aber kleinere Durchmesser als die
Flasnche 33 und 35 des pumpenfernen Lagers L 2 haben. Auch eine umgekehrte Bemessung
kann zweckmässig sein. Zwischen den Buchsen und den Flanschen ist im Ausführungsbeispiel
jeweils noch ein besonderes Lagermetall angedeutet, welches aIz Verschlei+teil ggL.
leicht; auswechseltar ist.
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Wicntig ist, daß die Motorwelle 5 in bekannter Weise mit einem gewissen
axialen Spiel versehen ist. Wenn die Welle 5 hinsichtlicn ihres axialen Spieles
ihre Mittelstellung einnimmt, verbleibt dann bei einem derartigen Ausführungsbeispiel
zwischen den Flanschen 32 und 34 einerseits sowie den Flarischen 33 und 35 andererseits
ein sich hälftig auf beide Lager L 1, L 2 verteiteilender maximaler Abstand, so
daß zwischen den Flanschen jeweils
wells Spalte Sp verbleiben,
welche in der Zeichnung wegen der Größenverhältnisse nicht gut sichtbar sind.
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Ferner können noch in bekannter Weise zwischen jeweils zusammengehörenden
Lagerbuchsen und Laufbuchsen Nuten od. dgl. Durchlässe vorgesehen sein, die zu Stellen
niederen Druckes führen, so daß von der unter dem Druck des Hiltslaufrades stehenden,
sich im Rotorraum 10 befindlichen Flüssigkeit ein Teil durch die Spalt te Sp zwischen
den Flanschen und z.B. durch diese Nuten zwischen den Buchsen hindurch abfließen
kann.
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Wird nun z.B. beim Anlaufen der Pumpe der Rotor auf Grund des Axialspieles
der Welle 5 in Richtung von der Pumpe 2 weg mit nach rechts gedrückt, so vergrößert
sich der Spalt Sp am Lager L 1, während sich der entsprechende DurchtlussquerschnitW
am Lager L 2 verringert. Der auf die pumpenferne Stirnfläche des Totors 19 wirken
Flüssigkeitsdruck ist in der Regel zumindest zunächst beim Anlaufen der Pumpe etwas
geringer als der auf die pumpennahe Stirnfläche ausgeübte Flüssigkeitsdruck, wel
der in dem pumpenfernen Bereich flißende Teil der Pumptlüssigkeit im engen Durchlass
16 etwas gedrosselt wird. Dadurch und durch die VerschXiebung der Welle 1 nach rechts
können sich die auf die Stirnflächen des Rotors 15 wirkenden Drücke einander angleichen
bzw. aufeinander derart einstellen, daß dieser Rotor bald von den auf beiden Stirnflächen
wirkenden Drücken in einer mittleren Lage gehalten wird. Je schneller die Pumpe
2 läuft, desto größer wird auch ihr
ihr zum Sauganschluß 6 weisender
Axialschub. Wenn dadurch die Welle 5 gemäß dem ihr verbleibenden Axialspiel sich
nun in Richtung auf die Pumpe 2 zu verschieben beginnt, verengen sich der Spalt
bzw. die Durchtritttsquerschnitt im pumpennahen Lager L 1, weil sich die Flansche
34 und 32 einander nähern und deshalb nur noch geringe Mengen von Flüssigkeit zwischen
sich durchlassen.
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Gleichzeitig werden durch diese Verschiebung die Durchtrittsquerschnitte
am Lager L 2 vergrößert. Es tritt dann wieder die Wirkung ein, daß der Druck im
pumpenfernen Bereich des Rotoraumes abfällt, in pumpennahen Bereich des Rotorraumes
aber ein erhöhter Druck auftritt, der den Rotor 15 mit seiner Welle 5 wieder nach
rechts zu verschieben sucht. Dies rührt vor allem daher, daß nunmehr im pumpennahen
Bereich der Abfluß von Pumpflüssigkeit erschwert ist, während er gleichzeitig im
pumpenfernen Bereich erleicntert ist. So spielt sich kurzzeitig ein stabiler Gleichgewichtszustand
ein, in dem der Rotor 15 ungefähr die Mittelstellung seines axialen Spieles einnimmt,
wobei der gewünschte Axialschubausgleich erzielt wird. Dabei schwebt die Welle 5
gewissermassen in dem in der beschriebenen Weise geschaffenen Flüssigkeitslager
und ein Abrieb an dem Flasnchen bleibt weitgehend vermieden, weil diese sich während
eines Großteiles der Laufzeit des Aggregates 1 nicht direkt berühren, sondern sich
in vorteilh-after Weise der Axialschub jeweils an die Betriebsbedingungen der Pumpe
2 an, da die beiden Lager L 1 und L 2 zusammen in der beschriebenen Weise wie sich
öffnende bzw schließende Ventile verhalten und eine euern der Axialbewegung der
Welle 5 bewirken.
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NacIi
Nach einem wesentlichen Merkmal der Erfindung
ist im Ausführungsbeispiel -eine Verbindung zwischen dem den Hilfskreislauf enthaltenden
Teil der Pumpe und einem Raum 36 auf der Hochdruckseite des Laufrades 3 vorgesehen.
Dadurch wird auf einfache Weise der statische Druck in dem Hilfskreislauf-System
erhöht. In vorteilhafter Weise kann dadurch die Gefahr einer Kavitation praktisch
ausgeschaltet werden. Bei Kavistation besteht nämlich die Möglichkeit, daß das Hilfslaufrad
8 versagt und dann weder die Kühlung noch der Axialschubausgleich noch die Schmierung
der Lager gewährleistet sind.
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Dabei besitzt im Ausführungsbeispiel der auf der Saugseite des Hilf
slaufrades 8 befindliche Raum 9 an seiner dem Hilfslaufrad 8 fernen Seite eine verhältnismässig
einge Einmündung 37 der von der Druckseite der Pumpe 2 ausgehenden Verbidung 38.
Dabei genügt eine derartig enge Einmündung 3'7, welche im Ausführungsbeispiel die
Form eines Ringspaltes besitzt, da ledig<ich eine Erhöhung des Druckes nicht
jedoch ein Übertreten von Fördermedium in den Hilfskreislauf vorgesehen ist. Es
hat sich gezeigt, daß bei dieser Ausführung prakLisch kein Fördermedium in den Hilfskreislauf
eintritt und auch eine Temperaturerhöhung in dem Raum 9 durch das(einj heiße Fördermedium
nicht in nennenswertem Maße erfolgt.
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In Weiterbildung dieser besonderen Ausführungsform ist die von der
Druckseite der Pumpe 2 ausgehende, zur Erhöhung des praktischen Druckes des Hilfskreislaufes
vorgesehene Verbindung 38 in
in einen leckdichtungsarti:en Drosselspalt
39 geführt, der einerseits eine zur Sauseite od.dgl. Stellen niedrigeren Druckes
des Aggrec-ates 1 führende Verbindung 40 aufweist und andererseits in den auf der
Saugseite aes Hilfslaufrades 8 befindlichen Raum 9 mündet. Dadurch wird ein bbertreten
von Fördermedien in den Hilf 5-kreislauf weiter erschwert und gleichzeitig in vorteilhafter
Weise eine weitere Vermeidung des Axialschubes des Pumpenaggregates 1 erzielt. Dabei
ist die Verbindung 40 ebenfalls als Wellenbohrung ausgebildet. Gegebenenfalls ist
jedoch auch in diesem Falle eine Verbindung durch den Nabenkörper des Pumpenrades
3 auf dessen Saugseite möglich.
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Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Aggregates ist eine Förderung heißer,
nicht zur Motor- und Lagerkühlung sowie zur Lagerschmierung geeigneter Medien möglich,
wobei gleichzeitig in einem Hilfskreislauf eine gute Kühlun des Antriebsmotors und
ein weitgehend selbsttätiger Axialschubausgleich erzielt wurden kann. Zusätzlich
wird eine Kavitationsgefahr in diesem Hilfskreislauf weitgehend vermieden, so daß
eine Unterbrechung der Kühlung oder des Axialschubausgleiches nicht zu befüchten
ist. Dennoch ist kaum ein baulicher Mehraufwand bei der erfindungsgemäßen Pumpe
notwendig.
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Es sei erwähnt, daß die in dor Zeichnung und in der Beschreibung dargestellten
Merkmale und Konstruktionsdetails sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination
erfindungswesentlich sein können.