DE19920243A1 - Dickstoffpumpe - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dickstoffpumpe, bei der sich das spezifische Fördervolumen, bezogen auf den Förderweg, im Bereich des Förderelementes längs mindestens eines Teils des Förderweges ausweitet, wodurch zähfließende Fördermedien, insbesondere auch mit Dickstoffen, ohne die Pumpe zu verstopfen, mit hohem Wirkungsgrad gefördert werden können.

Description

Die Erfindung betrifft eine Dickstoffpumpe, insbesondere zum Fördern zähfließender Fördermedien wie Schlamm, bestehend aus einem Stator mit Einlaß- und Auslaßöffnung und wenigstens einem Förderelement, das das Fördermedium längs eines Förderweges vom Einlaß zum Auslaß fördert.

Zum Fördern von zähfließenden Fördermedien wie Schlämmen sind Dickstoffpumpen bekannt ("Taschenbuch für den Maschinenbau" Dubbel, 19. Auflage, Seite P 25 ff), die keine Strömungstot­ räume, in denen sich Ablagerungen bilden können, aufweisen. Als Beispiel sind dort Drehkolben-, Membran-, hydraulisch angetrie­ bene Kolbenpumpen und Exzenterschneckenpumpen angeführt. Bei diesen Pumpen ist der größte förderbare Fremdkörperdurchmesser etwa 40% des größten Förderquerschnitts, weshalb gegebenen­ falls Zerkleinerungsmaschinen vorgeschaltet werden müssen.

Durch gleichbleibenden Förderquerschnitt soll bei diesen Pumpen Verstopfung vermieden werden, jedoch hat sich in der Praxis herausgestellt, daß hohe Wartungskosten anfallen, um dieses Ziel zu erreichen.

Speziell Exzenterschneckenpumpen, die eine gute Dickstoff­ fördermengenleistung (Wirkungsgrad 78% bis 83%) erreichen, sind durch die im konventionellen Werkstoffbereich gefertigte Herstellung sehr teuer.

Deshalb ist man auf günstigere Exzenterpumpen übergegangen, die für die Ansprüche der Klär- und Abwassertechnik jedoch zu ge­ ringe Standzeiten aufweisen. Die daraus resultierenden Ersatz­ teil- und Reparaturkosten machen den Einsatz dieser Systeme unwirtschaftlich.

Um die Durchflußmenge zu erhöhen, sind Pumpengehäusesysteme vorgeschlagen worden, in denen Förderkanalräder, wie Impeller und ähnliche Komponenten, auf einer Antriebswelle angeordnet sind. Um Körper größeren Durchmessers zu fördern, ist zwischen Rotor und Pumpengehäuse ein relativ großer Spalt. Dies führt jedoch zu Wirbelströmungen, die konträr zur Hydrologie sind. Desweiteren führt dies zu einem ungünstigen Wirkungsgrad (nur ca. 50%). Außerdem sind sie nicht zum Fördern von gashaltigem Klärschlamm geeignet.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Dickstoffpumpe zu schaffen, die ohne zu verstopfen mit hohem Wirkungsgrad zäh­ fließende Fördermedien, insbesondere auch mit Dickstoffen, fördert.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß sich das spezifische Fördervolumen, bezogen auf den Förderweg, im Bereich des För­ derelementes längs mindestens eines Teiles des Förderweges ausweitet.

Mit dieser Maßnahme wird erreicht, daß das Fördermedium, das von dem Förderelement einmal ergriffen ist, ohne Stau bis zum Auslaß gefördert werden kann. Auch größere Festkörper, die erfaßt werden, führen während des Fördervorgangs nicht zu einer Verstopfung, da sich das zur Verfügung stehende Volumen längs des Weges aufweitet. Als weiterer Vorteil ist zu beachten, daß Mikroorganismen, die für einen Abbauprozeß im Klärschlamm not­ wendig sind, durch das Fördern durch die Pumpe nicht gedrückt und damit vernichtet werden. Der Klärprozeß wird durch das Fördern des Klärschlamms durch die erfindungsgemäße Dickstoff­ pumpe nicht gemindert, oder unterbrochen, da die Anzahl von Mikroorganismen zum Beispiel beim Umpumpen nicht verringert wird. Bei den bekannten Dickstoffpumpen wurde zwischen Rotor und Pumpengehäuse ein großer Spalt zugelassen, um ein Verkeilen von Festkörpern möglichst zu vermeiden. Durch die erfindungs­ gemäße Ausgestaltung wird erreicht, daß sich der Festkörper in dem größer werdenden Pumpvolumen verbleibt und so mit geringe­ rer Wahrscheinlichkeit an den Rand transportiert wird. Dadurch ist es möglich, den Einbauspalt zwischen Förderelement und Pumpengehäuse stark zu reduzieren, wodurch die Störungsbedin­ gungen stark verbessert werden, da keine Turbulenzen auftreten. Durch die Maßnahme steigt dadurch auch der Wirkungsgrad erfin­ dungsgemäß ausgestatteter Dickstoffpumpen.

Ein Ausweiten des Fördervolumens kann dadurch erreicht werden, daß sich beispielsweise die Steigung des Förderelementes in Förderrichtung ändert. Eine anfänglich geringe Steigung eines Schneckenförderers geht in eine stärkere über, so daß das För­ dermedium, je weiter es sich im Förderraum befindet, um so schneller abtransportiert wird.

Eine weitere Möglichkeit den Förderquerschnitt zu vergrößern liegt darin, den Durchmesser des Förderelementes in Förderrich­ tung zu vergrößern. Die Außenkontur des Förderelementes ist in diesem Fall konisch ausgebildet, so daß der Abstand von Welle zu Außendurchmesser des Förderelementes sich in Förderrichtung aufweitet.

Vorteilhafterweise ist die Form des Pumpraums der Außenkontur des Förderelementes angepaßt. Dadurch entstehen keine gefähr­ lichen Spalte, die ein Verklemmen von Festkörpern im Schlamm verursachen würden.

Die Oberfläche des Pumpraums im Stator hat eine glatte Aus­ bildung. Dadurch ist gewährleistet, daß sich an Oberflächen­ rauhigkeiten keine Ablagerungen und Verwirbelungen bilden, die den Transport des Fördermediums beeinträchtigen.

Das Förderelement ist bevorzugt einteilig ausgebildet, wobei es aus einer Welle und einem darauf angeordnetem Steigungselement besteht. Durch diese Einteiligkeit ist eine Herstellung aus Guß möglich. Dabei ist an Grauguß zu denken, jedoch ist ein Form­ teil aus Kunststoff bei Pumpen mit nicht so großer Belastung nicht auszuschließen.

Als besonders günstig hat sich herausgestellt, auf einer Welle das Steigungselement aufzuschweißen. Das Steigungselement be­ steht hier zum Beispiel aus einem gewalzten Blech, das sich schneckenförmig um die Welle windet und an ihr durch Schweißen befestigt ist. Durch das Verschweißen von Welle mit Steigungs­ element ist es möglich, mit einer Welle und verschiedenen Stei­ gungselementen kostengünstig verschiedene Förderelemente herzu­ stellen. Bei einem Gußverfahren wäre für jedes neue Förder­ element eine neue Form herzustellen. Dadurch können auch klei­ nere Serien, bei hoher Variabilität der Ausgestaltung, herge­ stellt werden.

Vorteilhafterweise wird als Material Edelstahl verwendet, der nicht rostet und somit die Lebensdauer der Pumpe erhöht. Bei Verwendung von Edelstahl als Material für das Förderelement wird für die unlösbare Schweißverbindung vorteilhafterweise eine Lasertechnik angewandt.

Das Förderelement ist ein- oder mehrgängig ausgebildet, wobei es ein oder mehrere zueinander parallele Steigungselemente aufweist.

Die Steigung dieser Steigungselemente kann so gewählt sein, daß mit einer Umdrehung der Welle um ihre Achse der gesamte Förder­ weg zurückgelegt wird oder in einer anderen Ausführung sind dafür mehrere Umdrehungen notwendig.

Je länger die Förderstrecke pro Umdrehung der Welle ist, desto größere Fremdkörper können transportiert werden. Bei entspre­ chend langsamer Umdrehung des Förderelementes können sogar lebende Fische die Pumpe unbeschadet passieren.

Das Förderelement ist auf die Antriebswelle des Antriebsmotors der Pumpe aufsetzbar und lösbar mit dieser verbunden. Als Be­ festigungsmöglichkeit eignet sich eine stirnseitige Schraubver­ bindung oder die Antriebswelle ist an ihrem Ende abgeflacht oder mit Kanten versehen und wirkt mit einer entsprechenden Öffnung in der Welle des Förderelementes zusammen. Die Übertra­ gung des Drehmomentes der Antriebswelle auf die Welle des För­ derelementes ist somit möglich. Es ist jede dem Fachmann geläu­ fige Verbindung zwischen diesen beiden Teilen möglich zum Beispiel eine Schraubverbindung mit Mutter oder ein Schnell­ wechselanschluß in Bajonettbauweise oder dergleichen. Durch diese Maßnahme ist es möglich, das Förderelement schnell aus­ tauschbar zu gestalten und je nach Verwendungszweck ein ge­ eignetes anderes Element einzusetzen.

In einer Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, die Förder­ richtung des Fördermediums im Bereich der Einlaß- oder Auslaß­ öffnung abzuwinkeln.

Mit der Ausgestaltung des Förderelementes nach der Erfindung ist eine derartige Anordnung von Einlaß- beziehungsweise Aus­ laßöffnung möglich, ohne daß eine Verstopfung der Pumpe zu erwarten ist.

Die Abwinkelung von Förderrichtung zur Auslaßöffnung beträgt ca. 90°. Die Einlaßöffnung befindet sich zum Beispiel an der Stirnseite der der Antriebswelle abgewandten Seite des Pumpen­ gehäuses. Bei bekannten Exzenterpumpen wird der Schlamm auf eine Korkenzieherbahn gezwungen, die mechanische Belastung auf den Schlamm (insbesondere Druck) ist groß. Durch die vorge­ schlagene Abwinklung werden auf den Schlamm und die den Schlamm beinhaltenden Organismen nur geringe Kräfte eingeprägt. Dadurch wird der Schlamm schonend transportiert.

Die Förderrichtung der Pumpe ist auch umkehrbar, so daß sie auch als Kompressionspumpe, dann jedoch nicht für Fremdkörper enthaltende Schlämme, einsetzbar ist. Die Drehzahl ist zum Beispiel von +2000 U/min bis unter -200 U/min regulierbar und ihr Wirkungsgrad beträgt ca. 80%. Sie erreicht also den Wir­ kungsgrad von Exzenterschneckenpumpen bei jedoch höherer För­ derleistung und Kraftstromersparnis.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine Seitenansicht der erfindungs­ gemäßen Pumpe, teilweise geschnit­ ten;

Fig. 2 eine um 90° gedrehte Ansicht auf die Pumpe, auch teilweise ge­ schnitten,

Fig. 3 drei verschiedene Versionen des erfindungsgemäßen Förderelementes.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Dickstoffpumpe besteht aus einem zweiteiligen Statorgehäuse 2, 3, das den Pumpraum 4 und eine den Antrieb beinhaltende Kammer 5 aufweist.

Das Fördermedium wird durch die Einlaßöffnung 6 in den Pumpraum 4 hineingefördert und mittels des Förderelementes 8 zur Auslaß­ öffnung 7 transportiert.

Des Förderelement 8 selbst besteht aus einer Welle 9, auf die schneckenförmig ein Steigungselement 10 aufgebracht ist. Welle 9 und Steigungselement 10 können einteilig hergestellt sein oder sie sind, wie in diesem Ausführungsbeispiel, aus einer Welle 9 und einem darauf aufgeschweißtem Steigungselement 10 gefertigt.

Vorteilhafterweise besteht dieses Förderelement 8 aus Edel­ stahl, weshalb sich ein Schweißverfahren mittels Laser beson­ ders gut eignet.

Außerdem rostet Edelstahl nicht und weist eine sehr glatte Oberfläche auf, was bei der Pumpe 1 nach der Erfindung von Vorteil ist, um Turbulenzen beim Fördern des Pumpmediums zu vermeiden.

Das Förderelement 8 ist derart gestaltet, daß sich der Förder­ querschnitt in Förderrichtung 11 vergrößert. Dies wird im vor­ liegenden Ausführungsbeispiel dadurch erreicht, daß das Förder­ element 8 in seiner Außenkontur konisch ist, das heißt das Steigungselement 10 wird in Förderrichtung 11 immer breiter. Schlamm oder Festkörper im Schlamm, die vom Förderelement 8 einmal erfaßt sind, führen auf dem Weg zum Auslaß 7 nicht mehr zu Verstopfung.

Die Gestaltung des Steigungselementes 10, das aus einem relativ dünnen Blech besteht, hat den weiteren Vorteil, daß Fremdkörper - solange sie nicht zu hart sind - gegebenenfalls von diesem Element zerschnitten werden können, womit sich eine Zerkleine­ rungsvorrichtung, die herkömmlichen Pumpen vorgeschaltet ist, erübrigt. Fäkalien, Sedimente und aus dem Schlamm ausgefällte Biomasse führen bei der erfindungsgemäßen Pumpe 1 nicht zu einer Blockade.

Der Stator 2 der Pumpe 1 ist der Außenkontur des Förderelemen­ tes 8 angepaßt, so daß im Pumpraum 4 kein Spalt entsteht, der ein Verklemmen von Teilen während des Förderweges verursachen würde. Die Oberfläche des Stators 2 zur Pumpkammer hin ist ebenfalls wie die Oberfläche des Förderelementes 8 glatt ausge­ bildet, so daß durch Rauhigkeiten keine Verwirbelungen im För­ dermaterial entstehen.

Im Gegensatz zu bekannten Dickstoffpumpen ist die Auslaßöffnung 7 rechtwinklig zur Förderrichtung 11 des Fördermediums angeord­ net. Durch die Form des Förderelementes 8 wird nämlich kein allzu großer Druck auf das Fördermedium ausgeübt. Mikroorganis­ men, die den Reinigungsprozeß bei Klärschlämmen bewirken, wer­ den durch das Fördern nicht geschädigt oder vernichtet.

Die Welle 9 ist konisch ausgebildet. Ein Vorteil in der koni­ schen Form der Welle 9 liegt darin, daß stirnseitig an dem Ende, an dem sie mit der Antriebswelle 12 des Antriebsmotors verbunden ist, ausreichend Material vorhanden ist, um Ausspa­ rungen für eine Steck- oder Schraubverbindung aufzunehmen. Das entgegengesetzte Ende der Welle 9 des Förderelementes 8 ist in seinem Durchmesser entsprechend klein, um einen möglichst effektiven und kleinen Ansaugbereich zur Verfügung zu stellen.

Der zweite Teil 3 des Statorgehäuses, das den Antriebsmotor mit der Antriebswelle 12 beinhaltet, ist fluchtend zum Förder­ element 8 auf das erste Teil 2 des Stators aufgesetzt. Mittels Schrauben 13 oder auch Klammern usw. sind beide Statorteile 2, 3 miteinander lösbar verbunden.

Die Kammer 5 des den Antrieb enthaltenden zweiten Teils 3 des Stators ist ölgefüllt und um die Antriebswelle 12 mittels Gleitringdichtungen 14 nach außen hin abgedichtet.

Durch Trennen beider Statorteile 2, 3 voneinander ist der Pump­ raum 4 zugänglich. Zum einen ist dadurch eine einfache Wartung der Pumpe 1 möglich - zum andern ein Austauschen des Förder­ elementes 8, um die Pumpe rasch anderen Aufgaben anzupassen.

Je nach Verwendungszweck der Pumpe 1 werden ein- oder mehrgän­ gige Förderelemente mit starker oder weniger starker Steigung benötigt. In Fig. 3 ist eine kleine Auswahl von Förderelementen 8a, b, c dargestellt, die jedoch nicht den Anspruch auf Voll­ ständigkeit erhebt.

Mit der Pumpe 1 nach der Erfindung ist das Fördern von Schläm­ men im Bereich von 8 bis 9% Trockenstoffanteilen mit sehr geringem Mengenleistungsabfall möglich, wie insbesondere in der Klärtechnik gefordert wird. Diesen Vorzügen liegt im besonderen das Fehlen jeglicher Kanten, enger Krümmungen und glatter Ober­ flächen zugrunde.

Die jetzt mit der Anmeldung und später eingereichten Ansprüche sind Versuche zur Formulierung ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Schutzes.

Die in den abhängigen Ansprüchen angeführten Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Haupt­ anspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin. Jedoch sind diese nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.

Merkmale, die bislang nur in der Beschreibung offenbart wurden, können im Laufe des Verfahrens als von erfindungswesentlicher Bedeutung, zum Beispiel zur Abgrenzung vom Stand der Technik beansprucht werden.

Claims (14)

1. Dickstoffpumpe, insbesondere zum Fördern zähfließender Fördermedien wie Schlamm, bestehend aus einem Stator mit Einlaß- und Auslaßöffnung und einer mit wenigstens einem Förderelement versehenen Antriebswelle, das das Fördermedium längs eines Förderweges vom Einlaß zum Aus­ laß fördert, dadurch gekennzeichnet, daß sich das spe­ zifische Fördervolumen, bezogen auf den Förderweg, im Bereich des Förderelementes (8) längs mindestens eines Teiles des Förderweges (11) ausweitet.

2. Dickstoffpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenkontur des Förderelementes (8) konisch ist.

3. Dickstoffpumpe nach einem oder beiden der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Form des Pumprauminnenkörpers (4) des Stators (2, 3) der Außen­ kontur des Förderelementes (8) entspricht.

4. Dickstoffpumpe nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Pumpraums (4) glatt ist.

5. Dickstoffpumpe nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Förder­ element (8) einteilig aus einer Welle (9) und einem darauf angeordneten Steigungselement (10) besteht.

6. Dickstoffpumpe nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Förder­ element (8) aus einer Welle (9) mit einem darauf aufge­ schweißten Steigungselement (10) besteht.

7. Dickstoffpumpe nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Welle (9) des Förderelementes (8) in Förderrichtung (11) auf­ weitet.

8. Dickstoffpumpe nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Förder­ element (8) ein- oder mehrgängig ist und eines oder mehrere zueinander parallele Steigungselemente (10) auf­ weist.

9. Dickstoffpumpe nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Förder­ element (8) auf eine Antriebswelle (12) eines Antriebs­ motors der Pumpe (1) aufsetzbar ist.

10. Dickstoffpumpe nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Förder­ element (8) im Pumpraum (4) austauschbar ist.

11. Dickstoffpumpe nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Förder­ element (8) aus Edelstahl gefertig ist.

12. Dickstoffpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderrichtung (11) des Fördermediums im Bereich der Einlaß- und/oder Auslaßöffnung (6, 7) abgewinkelt ist.

13. Dickstoffpumpe nach einem oder beiden der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwinklung von Einlaß- zur Auslaßöffnung (6, 7) ca. 90° beträgt.

14. Dickstoffpumpe nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaß­ öffnung (7) zur Förderrichtung (11) abgewinkelt ist.