DE3609312A1 - Kreiselpumpe - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe zum Fördern von angereicherten oder verunreinigten Flüssigkei­ ten mit stückigen oder faserigen Feststoffanteilen, mit einem einen Ringkanal ausbildenden, mit einem axialen Einlauf versehenen Pumpengehäuse, einem darin gelagerten, im wesentlichen radial durchströmten Laufrad sowie einem aus festen und rotierenden Messern bestehenden Schneid­ vorsatz zur Zerstückelung der Feststoffanteile in der Flüssigkeit.

Pumpen dieser Art sind vor allem als Güllepumpen im Ein­ satz und liegen dabei bevorzugt in Größenordnungen von 80 bis 150 mm Eintrittsdurchmesser und weisen bei üblichen Drehzahlen von beispielsweise 1450 U/min etwa Förderlei­ stung in der Größenordnung von 200 m³/h auf.

Aus der DE 33 40 295 A 1 ist eine Pumpe aus dem genannten Anwendungsbereich bekannt, bei der in einen etwa zylind­ rischen Vorsatz am Pumpeneinlauf ein kegeliger, nach innen eingezogener oder nach außen vorstehender feststehender Messerkörper eingesetzt ist, in dem etwa in Richtung der Kegelmantellinien oder leicht dazu geneigt Schlitze ausge­ bildet sind, an deren Kanten gewellte Messerschneiden vorgesehen sind. Durch den Kegelmittelpunkt ist dabei jeweils eine Antriebsachse für zwei einzelne, am Kegel anliegende rotierende Messer geführt, die insbesondere in der Kegelspitze zwischengelagert ist und eine Antriebsver­ bindung mit dem Laufrad erzeugt. Die vorstehend beschrie­ bene Anordnung ist mit verschiedenen Nachteilen behaftet. Trotz der Mehrzahl der Schlitze ist der Eintrittsquer­ schnitt der Pumpe in ungünstiger Weise eingeschränkt, insbesondere durch die zusätzliche Mittenlagerung der Antriebsachse. Der kegelige Messerkörper selber mit einer Vielzahl von Schneiden ist ein aufwendig anzufertigendes Bauteil, das bei Verschleiß ein unmittelbares Nacharbeiten der Messerschneiden bedingt, wobei zuvor eine komplizierte Demontage der Messer, insbesondere auch der Zwischenlage­ rung der Messerwelle erforderlich ist. Die Ausgestaltung und Befestigung der außenliegenden frei rotierenden Messer erscheint wenig stabil und widerstandsfähig. Die außenlie­ gende Anordnung der Messer birgt die Gefahr, daß sich an der ungeschützten zentralen Nabe faserige Teile in Form eines Zopfes anhängen, die den Eintrittsquerschnitt der Pumpe weiter herabsetzen. Das Bilden eines Zopfes erhöht die Leistungsaufnahme, so daß der Pumpenantrieb gefährdet ist.

Aus der Veröffentlichung VU/4950 2/85 D der ABS-Pumpen AG in 5204 Lohmar ist eine Tauchmotorpumpe für die Güllewirt­ schaft bekannt, die ein Zweikanallaufrad mit axialer Zu­ strömung und einer axial angesetzten Förderschnecke auf­ weist, wobei diese durch eine zentrale Ansaugöffnung in einer Bodenplatte des Pumpengehäuses hindurchtritt. Die Zentralöffnung in der Bodenplatte ist gezackt und weist stirnseitig ausgebildete, gekrümmte Messerkanten auf, die mit entsprechenden Kanten an den Stirnseiten des Zweika­ nallaufrades zusammenwirken, während etwa achsparallele Kanten an den Enden der Förderschnecke mit den Spitzen der genannten Zacken zusammen wirksam werden. Auch diese Aus­ gestaltung einer Schneidvorrichtung kann nicht zufrieden­ stellen, da auch hier die zentrale Achse der Förderschnecke die Eintrittsöffnung des Pumpeneinlaufs durchdringt und somit den Eintrittsquerschnitt verringert. An dem sich frei drehenden ungeschützten Achszapfen ist wiederum die bereits zuvor beschriebene Zopfbildung möglich, die die Wirksamkeit der Pumpe reduziert. Die sich vom zentralen Wellenzapfen aus erstreckenden rotierenden Messer sollen bei dieser Anordnung eine Quirlwirkung haben, die jedoch aufgrund der genannten Zopfbildung die Anwendung der Pumpe im Bereich vertorfter Abfälle unmöglich erscheinen läßt. Hierbei kann die Zopfbildung regelmäßig zu einem Blockie­ ren der Pumpe mit entsprechenden Schäden im Antriebsbe­ reich führen. Neben diesen funktionalen Nachteilen fällt vor allen Dingen die komplizierte Fertigung der Boden­ platte mit ihrer Vielzahl von Schneidkanten ungünstig in Gewicht. Ebenso aufwendig ist das mit der Schnecke ver­ bundene und unmittelbar mit Schneidkanten versehene Lauf­ rad. Ein Nacharbeiten der Anordnung erscheint problema­ tisch.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kreiselpumpe der eingangs genannten Art derart auszu­ gestalten, daß sie zum Homogenisieren von angereicherten oder verunreinigten Flüssigkeiten jeglicher Art mit stüc­ kigen oder faserigen Bestandteilen geeignet ist und dabei einen einfachen konstruktiven Aufbau zeigt, der eine bil­ lige Fertigung der Schneidvorrichtung und ein einfaches Nacharbeiten oder Auswechseln verschlissener Messer er­ möglicht, wobei in betrieblicher Hinsicht die Gefahr eines Verstopfens oder einer Zopfbildung weitestgehend ausge­ schlossen werden soll.

Die Lösung hierfür besteht in einer Pumpe, die derart ausgestaltet ist, daß das Laufrad saugseitig zu einem zylindrischen Ringkörper ausgebildet ist, in dem im wesentlichen radial nach innen gerichtete Messerkörper am Umfang befestigt sind, und daß das Pumpengehäuse einen zylindrischen Ringvorsatz aufweist, in dem zumindest ein radial nach innen gerichteter Messerkörper am Umfang angebracht ist. Durch diese Ausgestaltung ist je nach Anzahl und Form, insbesondere je nach Länge der ver­ wendeten Messer eine effektive Schneidwirkung im Bereich des Pumpeneinlaufs sichergestellt, wobei jedoch anderer­ seits der Bereich der Pumpenachse frei von drehsymme­ trischen Teilen ist, an denen sich faserige Bestandteile aufwickeln könnten. Insbesondere besteht die Möglichkeit, im Bereich der Drehachse einen vollständig messerfreien Durchtritt für Teile kleineren Durchmessers wenngleich auch größerer Länge zu schaffen, die die Pumpe ohne weiteres zu fördern vermag, ohne daß Energie für die Zerkleinerung notwendig ist. Mit anderen Messerformen und Längen kann andererseits auch eine Zerstückelung längerer Fasern zwangsweise sichergestellt werden. Besonders vor­ teilhaft ist in jedem Fall die geringe Beeinträchtigung des Eintrittsquerschnitts und die einfache konstruktive Ausgestaltung der unabhängig von der Laufradgestaltung in den zylindrischen Teilen, d.h. den Ringkörper und den Ringvorsatz, angeordneten Messer. Diese können beispiels­ weise unmittelbar angegossen sein oder einzeln einge­ schweißt werden, wobei ein geeignetes Material ausgewählt werden kann. Besteht das Laufrad beispielsweise aus Grauguß, so können ohne weiteres aus Hartguß bestehende Messerkörper mit dem Ringkörper verschweißt werden.

Gleiches gilt sinngemäß für den mit dem Gehäuse verbun­ denen Ringvorsatz und die daran angeformten bzw. anzu­ bringenden Messerkörper.

Nach einer besonders günstigen Ausbildung weisen die Mes­ serkörper oder Schneidkörper am Ringkörper und am Ring­ vorsatz jeweils einander zugewandte ebene Schneidflächen auf, die senkrecht oder nahezu senkrecht zur Drehachse der Pumpe liegen. In dieser Weise lassen sich die Schneidflä­ chen durch ebenes oder leicht konisches Überdrehen der jeweiligen Ringelemente herstellen, wodurch im Vergleich zu bekannten Lösungen die Herstellung wesentlich verein­ facht wird.

Nach einer besonders praxisgerechten Ausgestaltung weisen die Schneid- oder Messerkörper in Richtung der Drehachse der Pumpe gesehen, die Form gestreckter, insbesondere gleichschenkeliger Dreiecke bzw. Trapeze auf, die mit ihrer Basis am Umfang des jeweiligen Ringkörpers angesetzt sind. Durch sinnvolle Auswahl des Winkel dieser Dreiecke bzw. Trapeze kann sichergestellt werden, daß die Schneid­ vorgänge nicht gleichzeitig auf der gesamten Länge der Schneidkante erfolgen, sondern das bei sicherer Befesti­ gungsmöglichkeit und einfacher Gestaltung der Schneid­ körper dennoch ein scherenartiger Schneidvorgang mit nach außen oder nach innen laufendem Schnittpunkt zwischen feststehenden und rotierenden Messern möglich wird.

Eine weitere günstige Ausgestaltung der Schneidkörper geht dahin, daß sie in Querschnitten senkrecht zu ihrer radial verlaufenden Mittellinie eine einseitig durch die Schneid­ fläche begrenzte gerade und auf der Gegenseite eine stark gerundete Umfangslinie aufweisen, die insgesamt eine tra­ pezähnliche Fläche bilden, wobei die Winkel an den Schneid­ kanten etwa 75° betragen. Bei guter Stabilität wird hier­ mit eine strömungsgünstige Form der Schneidkörper ange­ strebt, die in bezug auf die rotierenden Schneidkörper gegebenenfalls durch asymmetrische Ausgestaltung noch verbessert werden kann. Durch den angegebenen Winkel wird eine gute Schnittwirkung erzielt.

Eine günstige konkrete Ausführung der Anordnung geht dahin, daß die Schneidkörper am rotierenden Ringkörper etwa gleichmäßig umfangsverteilt zu mehreren angeordnet sind, wobei die entsprechende Auswahl im Hinblick auf die Drehzahl und den Durchsatz unter dem Gesichtspunkt der Größe der faserigen oder festen Bestandteile auszuwählen ist. Eine etwa gleichmäßige Umfangsverteilung ist unter dem Gesichtspunkt der guten Auswuchtung anzustreben, aus schwingungstechnischen Gründen kann ein geringes Abweichen der Schnittkantenabstände von einer gleichmäßigen Umfangs­ verteilung sinnvoll erscheinen.

In besonders einfacher Weiterbildung können die Schneid­ körper am rotierenden Ringkörper untereinander gleiche Form und Länge aufweisen und jeweils von ihrer Spitze zur Drehachse einen Abstand aufweisen. Hiermit ergibt sich fertigungstechnisch die einfachste Lösung, wobei zugleich der für bestimmte Anwendungen günstige Fall eines zen­ tralen freien Durchtritts darstellbar ist.

Eine entsprechende sinnvolle Ausgestaltung der Schneidkör­ per am feststehenden Ringvorsatz geht dahin, daß sie in gleicher Anzahl und gleicher Umfangsverteilung wie die Schneidkörper am rotierenden Ringkörper vorgesehen sind.

Insbesondere können sie ebenso wie die Schneidkörper am rotierenden Ringkörper jeweils von ihrer Spitze einen Abstand zur Drehachse aufweisen.

Eine andere günstige Ausgestaltung geht dahin, daß die Schneidkörper am rotierenden Ringkörper untereinander unterschiedliche Längen aufweisen, wobei der längste über die Drehachse hinausragt und der oder die anderen von ihrer Spitze gegebenenfalls untereinander unterschiedliche Abstände zur Drehachse haben. Bei einer entsprechenden Ausgestaltung der Schneidkörper am feststehenden Ringvor­ satz ist hiermit eine Anordnung gegeben, bei der sicher­ gestellt ist, daß zumindest einmal pro Umdrehung des Läufers ein Schnitt durch den gesamten Querschnitt des eintretenden Stromes gelegt wird. In Vereinfachung der genannten Ausgestaltung kann auch ein einziger radialer Schneidkörper am feststehenden Ringvorsatz vorgesehen sein, der in sinnvoller Weise zumindest so lang ist, wie der längste Schneidkörper am rotierenden Ringkörper. Auch hiermit wird die Wirkung einer den gesamten Durchtritts­ querschnitt überstreichenden wirksamen Schnittkante erzielt, wobei allerdings die Schnittfrequenz im äußeren Wirkbereich der kürzeren Schneidkörper reduziert wird.

Als weitere Abwandlung der rotierenden Schneidkörper kann ein im Mittelpunkt zusammenlaufender sternförmiger Mes­ serkörper von im äußeren Bereich unveränderter Gestaltung genannt werden, während anstelle des oder der radialen Messerkörper am feststehenden Ringkörper auch ein dia­ gonaler Querbalken von ähnlicher Querschnittsform wie die radialen Einzelmesser Verwendung finden kann.

Je nach Wirkstoff können die Schneidkörper zumindest an den Schneidflächen oder insbesondere an den bei Drehung aufeinander zulaufenden vorderen Schneidkanten gehärtet sein. Bei besonders hohen Belastungen, beispielsweise bei Sand und Schlammbeimengungen können an den Schneidkanten beispielsweise auswechselbare Messerplatten eingesetzt werden.

Die Pumpenkonstruktion bleibt von der Form des Schneidvor­ satzes im wesentlichen unberührt, eine besondere Eignung ist jedoch für solche Pumpen gegeben, bei der das Pumpen­ rad als geschlossenes Einkanal- oder Zweikanalrad ausge­ bildet ist. Eine weitere auf die Pumpe bezogene günstige Ausbildung ist darin zu sehen, daß der Ringkörper am Pumpengehäuse zur Einstellung der Messerspaltbreite axial verstellbar angeordnet sein kann. Die einzustellende Spaltbreite beträgt etwa 2 bis 3/10 mm.

Weitere Einzelheiten ergeben sich aus den beigefügten Zeichnungen.

Fig. 1a zeigt einen Teilschnitt eines Pumpeneinlaufs mit einer erfindungsgemäßen Schneidvorrichtung mit symmetrisch gestalteten Messerkörpern,

Fig. 1b zeigt eine Draufsicht auf den Pumpeneinlauf mit gegenüber Fig. 1a um 90° gedrehtem Laufrad,

Fig. 2 zeigt einen Teilschnitt eines Pumpeneinlaufs mit einer erfindungsgemäßen Schneidvorrichtung mit un­ symmetrisch gestalteten Messerkörpern längs der Schnittlinie durch das Laufrad gemäß Fig. 2b,

Fig. 2b zeigt eine Draufsicht auf den Pumpeneinlauf mit gegenüber Fig. 2a um 90° gedrehtem Laufrad,

Fig. 1a zeigt im Bereich des Pumpeneinlaufs einen zylind­ rischen rotierenden Ringkörper 1, der in ein nicht näher dargestelltes Laufrad einer Pumpe übergeht und dessen saugseitigen Teil bildet. Das Laufrad ist in einem eben­ falls nicht näher dargestellten Pumpengehäuse 2 geführt, in welches drehfest und bevorzugt axial verstellbar ein Ringvorsatz 3 eingesetzt ist. Der Ringkörper 1 ist im Bereich eines Gleitlagerringes 4 im Gehäuse 2 abgestützt. In dem Ringkörper 1 sind zwei mit diesem rotierende Mes­ serkörper 5 a, 5 b fest eingesetzt, die stirnseitig eine ebene Schneidfläche 6 bilden. Im wesentlichen symmetrisch zu einer durch dies Schneidfläche n 6 bestimmten Schneid­ ebene sind im Ringvorsatz 3 feststehende Messerkörper 7 a, 7 b angeordnet, an denen entsprechende Schneidflächen 8 zu erkennen sind.

In Fig. 1b ist in vereinfachter Darstellung in Draufsicht die Anordnung und Form der Messerkörper 5 und 7 darge­ stellt, wobei die sich jeweils paarweise gegenüberlie­ genden Messer um 90° gegeneinander verdreht sind. Die Messerkörper 5 sind an der Innenfläche 1′ des rotierenden Zylinderkörpers 1 angeschweißt, während die Messerkörper 7 an der gestrichelt dargestellten Innenfläche 3′ des Zy­ lindervorsatzes 3 angesetzt sind. Die Messerkörper weisen jeweils in Draufsicht etwa dreieckige Grundform mit den Zylinderflächen angepaßter Basis und gerundeten Spitzen auf, wobei letztere paarweise und insbesondere auch un­ tereinander einen jeweils gleichen Abstand zur Einlauf­ mitte aufweisen. An den Messerkörpern 5 a und 7 a ist jeweils die Querschnittsfläche senkrecht zur radialen Messerachse mit einem Schneitkantenwikel von etwa 75° dargestellt.

Fig. 2a zeigt im wesentlichen unter gleicher Bezifferung die gleichen Teile des Pumpeneinlaufs wie Fig. 1a, wobei jedoch in einem Schnitt längs der in Fig. 2b dargestellten Schnittlinie zwei Messerkörper 5 c, 5 d unterschiedlicher Länge dargestellt sind, wobei der Messerkörper 5 c über die Mitte des Pumpeneinlaufs hinausragt. Im Ringvorsatz 3 ist ein einziger Messerkörper 7 c angesetzt, dessen Länge mit dem Messerkörper 5 c übereinstimmt und der zu diesem etwa symmetrisch ist.

In Fig. 2b ist bei wiederum übereinstimmender Bezifferung identischer Teile im Vergleich zu Fig. 1b die Anordnung von drei Messerkörpern 5 c, 5 d, 5 e erkennbar, die im Innen­ zylinder 1′ des Ringkörpers 1 etwa gleichmäßig umfangsver­ teilt angeordnet sind, während in der Zylinderfläche 3′ des Ringvorsatzes das einzige Messer 7 c in Draufsicht er­ kennbar wird. Der Ringkörper 1 ist in dieser Darstellung gegenüber der Fig. 1a um 90° gedreht. Es wird erkennbar, daß sich die Messerkörper 5 c und 7 c im Bereich ihrer Spitzen dauernd überdecken. Der Querschnitt der Messer­ körper senkrecht zu ihrer radialen Mittellinie ist wiederum beispielhaft an den Messerkörpern 5 c und 7 c aufgezeigt, wobei wiederum der Schnittkantenwinkel von etwa 75° erkennbar wird.

• Bezugszeichenliste 1 Ringkörper (Laufrad)
  2 Pumpengehäuse
  3 Ringvorsatz (Gehäuse)
  4 Gleitlagering
  5 Messer-, Schneidkörper (rotierend)
  6 Schneidfläche (5)
  7 Messer-, Schneidkörper (fest)
  8 Schneidfläche (5)

Claims (18)

1. Kreiselpumpe zum Fördern von angereicherten oder ver­ unreinigten Flüssigkeiten mit stückigen oder faserigen Feststoffanteilen, mit einem einen Ringkanal ausbil­ denden, mit einem axialen Einlauf versehenen Pumpen­ gehäuse, einem darin gelagerten, im wesentlichen radial durchströmten Laufrad sowie einem aus festen und rotierenden Messern bestehenden Schneidvorsatz zur Zerstückelung der Feststoffanteile in der Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad saugseitig zu einem zylindrischen Ringkörper (1) ausgebildet ist, in dem im wesentlichen radial nach innen gerichtete Messerkörper (5) am Um­ fang befestigt sind, und daß das Pumpengehäuse (2) einen zylindrischen Ringvorsatz (3) aufweist, in dem zumindest ein radial nach innen gerichteter Messerkör­ per (7) am Umfang angebracht ist.

2. Kreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkörper (5; 7) am Ringkörper (1) und am Ringvorsatz (3) einander zugewandte ebene Schneid­ flächen (6; 8) aufweisen, die senkrecht oder nahezu senkrecht zur Drehachse der Pumpe stehen.

3. Kreiselpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkörper (5; 7) in Richtung der Drehachse gesehen die Form gestreckter Dreiecke bzw. Trapeze auf weisen.

4. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkörper (5; 7) in Querschnitten senk­ recht zu ihrer radial verlaufenden Mittellinie durch die Schneidfläche (6; 8) gerade begrenzte, auf der Gegenseite stark gerundete Trapezflächen bilden, deren Winkel an den Schneidkanten etwa 75° beträgt.

5. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkörper (5) am rotierenden Ringkörper (1) zu mehreren etwa gleichmäßig umfangsverteilt an­ geordnet sind.

6. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkörper (5 a, b) am rotierenden Ring­ körper (1) untereinander gleiche Form und Länge aufweisen und jeweils von ihrer Spitze zur Drehachse einen Abstand aufweisen.

7. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkörper (5 c, d, e) am rotierenden Ring­ körper (1) untereinander unterschiedliche Längen auf­ weisen, wobei der längste über die Drehachse hinaus­ ragt und der oder die anderen von ihrer Spitze ggfs. unterschiedliche Abstände zur Drehachse haben.

8. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkörper am rotierenden Ringkörper (1) sternförmig an der Spitze ineinander übergehen.

9. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkörper am rotierenden Ringkörper (1) einen einzigen diagonalen Balkenkörper bilden.

10. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkörper (7 a, b) am feststehenden Ring­ vorsatz (3) in gleicher Anzahl und gleicher Umfangsver­ teilung wie die am Ringkörper (1) vorgesehen ist.

11. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkörper (7 a, b) am feststehenden Ring­ vorsatz (3) von ihrer Spitze einen Abstand zur Dreh­ achse aufweisen.

12. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein einziger radialer Schneidkörper (7 c) am fest­ stehenden Ringvorsatz (3) vorgesehen ist.

13. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Schneidkörper (7) am feststehenden Ringvorsatz (3) zumindest so lang sind wie der längste Schneidkörper (5) am rotierenden Ringkörper (1).

14. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 13 dadurch gekennzeichnet, daß der Schneidkörper am feststehenden Ringvorsatz (3) als diagonaler Balkenkörper ausgebildet ist.

15. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkörper (5; 7) insbesondere an den Schneidflächen (6; 8) gehärtet sind.

16. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkörper (5; 7) gehärtete, insbesondere lösbare Schneidplatten tragen.

17. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpenlaufrad als geschlossenes Einkanal- oder Zweikanalrad ausgebildet ist.

18. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkörper (3) am Pumpengehäuse (2) zur Ein­ stellung der Messerspaltbreite gegenüber dem Ringkör­ per (1) des Pumpenlaufrades axial verstellbar ange­ ordnet ist.