DE9402593U1

DE9402593U1 - Submersible pump unit

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Publication number: DE9402593U1
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Original assignee: GRUNDFOS A S BJERRINGBRO; Grundfos AS
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Priority date: 1994-02-17
Filing date: 1994-02-17
Publication date: 1994-04-07
Anticipated expiration: 2004-02-18

Description

Anmelder: Grundfos a/sApplicant: Grundfos a/s

Poul Due Jensens Vej 7-11
DK-8850 Bjerringbro
5Poul Due Jensens Vej 7-11
DK-8850 Bjerringbro
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TauchpumpenaggregatSubmersible pump unit

Die Erfindung betrifft ein Tauchpumpenaggregat mit einem auf der Welle des Antriebsmotors schwimmend angeordneten gedeckten Kreiselrad, das sich im Saugbereich axial dichtend an das Gehäuse anlegt.The invention relates to a submersible pump unit with a covered impeller arranged floating on the shaft of the drive motor, which axially seals against the housing in the suction area.

Tauchpumpenaggregate dieser Art werden beispielsweise als Kellerentwässerungspumpen eingesetzt. Derartige Pumpen bestehen in der Regel aus einem in einem Gehäuse dicht gekapselten Motor, dessen Welle die eigentliche Kreiselpumpe antreibt, im wesentlichen bestehend aus einem Kreiselrad und dem Pumpengehäuse. Sie müssen häufig rauhesten Bedingungen beispielsweise auf Baustellen widerstehen, die Verschleißteile müssen gegebenenfalls auch von Laien austauschbar sein, und zwar ohne daß die Gefahr besteht, daß die hermetisch gekapselte Elektrik in Mitleidenschaft gezogen wird.Submersible pump units of this type are used, for example, as cellar drainage pumps. Such pumps usually consist of a motor tightly encapsulated in a housing, the shaft of which drives the actual centrifugal pump, which essentially consists of an impeller and the pump housing. They often have to withstand the harshest conditions, for example on construction sites, and the wearing parts must be replaceable by laypeople if necessary, without there being any risk of damaging the hermetically sealed electrical system.

Es ist bekannt, bei derartigen Pumpen zur Erhöhung des Wirkungsgrades das Kreiselrad als gedecktes Laufrad auszubilden und dieses in Achsrichtung der Welle begrenzt beweglich auf dieser anzuordnen, damit sich das Laufrad im Betrieb aufgrund der sich einstellendenIt is known that in such pumps, in order to increase the efficiency, the impeller can be designed as a covered impeller and can be arranged on the shaft with limited movement in the axial direction of the shaft, so that the impeller can move during operation due to the resulting

Rückstellkräfte in Richtung auf das Pumpengehäuse bewegt und an eine Dichtfläche im Pumpengehäuse anlegt. Auf diese Weise kann ein den Wirkungsgrad negativ beeinflussender Rückfluß zwischen Druck- und Saugbereich des Kreiselrades weitgehend verhindert werden.
5Restoring forces move the pump housing towards the pump housing and apply it to a sealing surface in the pump housing. In this way, backflow between the pressure and suction areas of the impeller, which has a negative effect on efficiency, can be largely prevented.
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Häufig kommt jedoch die durch die Abdichtung bewirkte Wirkungsgraderhöhung nicht voll zum Tragen, da innerhalb der Dichtung, also zwischen dem Kreiselrad und der Anlagefläche am Pumpengehäuse, vergleichsweise hohe Reibungskräfte auftreten. Verbunden mit diesen Reibungskräften ist insbesondere beim Einsatz der Pumpe im Abwasserbereich, wo mit aggressiven Substanzen und Schmutzpartikeln zu rechnen ist, ein erhöhter Verschleiß im Dichtungsbereich. Insbesondere beim Einsatz von Kreiselrädern aus Kunststoff kann dies dazu führen, daß die Lebensdauer des Aggregats ganz entscheidend durch diesen Verschleiß am Pumpenlaufrad bedingt wird.However, the increase in efficiency brought about by the seal is often not fully realized, since relatively high frictional forces occur within the seal, i.e. between the impeller and the contact surface on the pump housing. These frictional forces are associated with increased wear in the seal area, particularly when the pump is used in the wastewater sector, where aggressive substances and dirt particles are to be expected. Particularly when impellers made of plastic are used, this can lead to the service life of the unit being decisively determined by this wear on the pump impeller.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindug die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Tauchpumpenaggregat so weiterzubilden, daß einerseits dieser Verschleiß im Dichtungsbereich und damit auch die Reibung in diesem Bereich bei gleichzeitig guter Abdichtung verringert wird, daß die Funktionstüchtigkeit des Aggregates auch über die Verschleißgrenze in diesem Dichtungsbereich hinaus gewährleistet wird und daß schließlich ein einfacher und kostengünstiger Austausch der Verschleißteile möglich ist. Bei alledem soll das Tauchpumpenaggregat möglichst kostengünstig zu fertigen sein.Based on this state of the art, the invention is based on the task of developing a generic submersible pump unit in such a way that, on the one hand, this wear in the sealing area and thus also the friction in this area is reduced while at the same time ensuring good sealing, that the functionality of the unit is guaranteed even beyond the wear limit in this sealing area and that, finally, a simple and cost-effective replacement of the wearing parts is possible. In all of this, the submersible pump unit should be as cost-effective to manufacture as possible.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das vorzugsweise aus einem Polymerwerkstoff bestehende Kreiselrad nicht am Pumpengehäuse direkt, sondern an einem im Pumpengehäuse eingegliederten Keramikring anliegt, um die Axialdichtung zu bilden, weiterhin auf der Welle ein Anschlag vorgesehen ist, der die Axial-This object is achieved according to the invention in that the impeller, which preferably consists of a polymer material, does not be in direct contact with the pump housing, but rather with a ceramic ring integrated in the pump housing in order to form the axial seal, and a stop is provided on the shaft which prevents the axial

bewegung des Kreiselrades in Richtung auf den Keramikring bis auf ein bestimmtes Verschleißmaß begrenzt und schließlich dieser Anschlag lösbar mit der Welle verbunden ist.movement of the impeller towards the ceramic ring is limited to a certain level of wear and finally this stop is detachably connected to the shaft.

Der Keramikring ermöglicht bei entsprechender Werkstoffwahl des Kreiselrades (z. B. Polymerwerkstoff) auch unter rauhen Einflüssen einen relativ geringen Verschleiß, und zwar diesen nahezu ausschließlich am Kreiselrad selbst und nicht am Pumpengehäuse bzw. dem Keramikring. Gleichzeitig wird durch diese Werkstoffpaarung auch die Reibung innerhalb der Dichtung verringert, was wiederum dem Wirkungsgrad zugute kommt. Um zu verhindern, daß das Kreiselrad vollständig verschleißt und damit die Pumpe in der Funktion wesentlich beeinträchtigt wird, ist auf der Welle ein Anschlag vorgesehen, der so angeordnet ist, daß nach Erreichen eines bestimmten Verschleißmaßes das Kreiselrad nicht mehr am Keramikring, sondern an diesem Anschlag anliegt. Dann ist zwar die Wirkung der Axialdichtung beeinträchtigt, dies führt jedoch lediglich zu einer Wirkungsgradverschlechterung, nicht jedoch zum Ausfall des Aggregats. Schließlich ist dieser Anschlag lösbar mit der Welle verbunden, so daß nach Entfernen des Anschlags das Kreiselrad ohne Probleme gegen ein neues ausgewechselt werden kann. Erfindungsgemäß ist also das Kreiselrad als Verschleißteil ausgebildet, was erhebliche Vorteile mit sich bringt, das Kreiselrad ist vergleichsweise kostengünstig herzustellen und einfach auszuwechseln, Schäden am Pumpengehäuse sind nicht zu befürchten.If the impeller material is selected appropriately (e.g. polymer material), the ceramic ring allows for relatively low wear even under rough conditions, and this wear occurs almost exclusively on the impeller itself and not on the pump housing or the ceramic ring. At the same time, this material combination also reduces friction within the seal, which in turn benefits efficiency. In order to prevent the impeller from wearing out completely and thus significantly impairing the pump's function, a stop is provided on the shaft, which is arranged in such a way that after a certain level of wear has been reached, the impeller no longer rests on the ceramic ring, but on this stop. The effect of the axial seal is then impaired, but this only leads to a deterioration in efficiency, not to the failure of the unit. Finally, this stop is detachably connected to the shaft, so that after the stop has been removed, the impeller can be replaced with a new one without any problems. According to the invention, the impeller is designed as a wearing part, which brings with it considerable advantages: the impeller is comparatively inexpensive to manufacture and easy to replace, and there is no risk of damage to the pump housing.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Anschlag durch einen Bund auf einer Hülse gebildet ist, die auf dem pumpenseitigen Wellenende aufschraubbar ist. Dann liegt das Kreiselrad nach Erreichen eines bestimmten Verschleißmaßes über 360° gleichmäßig auf diesem Bund auf, so daß eine weitere Berührung mit dem Keramikring zuverlässigIt is particularly advantageous if the stop is formed by a collar on a sleeve that can be screwed onto the pump-side shaft end. Then, after reaching a certain level of wear, the impeller rests evenly on this collar over 360°, so that further contact with the ceramic ring is reliably prevented.

vermieden wird, sich gleichzeitig aber ein nur geringer Spalt zwischen Keramikring und Kreiselrad einstellt.is avoided, but at the same time only a small gap is created between the ceramic ring and the impeller.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn diese Hülse nicht nur den Anschlag für die Axialbewegung des Kreiselrades bildet, sondern gleichzeitig das Kreiselrad aufnimmt, das heißt ein der zentrischen Ausnehmung im Kreiselrad entsprechendes Mitnehmerprofil aufweist. Dann kann nämlich die Welle vergleichsweise kostengünstig gefertigt werden. Es genügt, lediglich am pumpenseitigen Ende ein Gewinde zu schneiden, um die Hülse befestigen zu können. Eine Profilierung der Welle ist dagegen nicht erforderlich.It is particularly useful if this sleeve not only forms the stop for the axial movement of the impeller, but also accommodates the impeller at the same time, i.e. has a driver profile that corresponds to the central recess in the impeller. The shaft can then be manufactured relatively inexpensively. It is sufficient to simply cut a thread at the pump-side end in order to be able to attach the sleeve. Profiling the shaft, however, is not necessary.

Insbesondere für den eingangs erwähnten rauhen Einsatz im Schmutzwasser hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn die Hülse nicht als übliches Metallbauteil ausgebildet wird, sondern lediglich einen vergleichsweise harten metallischen Kern zum Festlegen auf der Welle aufweist und eine weiche beispielsweise aus Kunststoff oder Gummi bestehende Ummantelung aufweist. Zum einen ist dies fertigungstechnisch günstig, da auf eine spanabhebende Profilierung sowohl des Mitnehmerprofils als auch des Bundes verzichtet werden kann, diese werden vielmehr angeformt, andererseits sich im Betrieb durch die Elastizitätseigenschaften dieser Ummantelung vorteilhafte Eigenschaften ergeben. So werden größere Schläge, wie sie beispielsweise beim Durchgang von Partikeln erfolgen können, durch diese vergleichsweise weiche Ummantelung aufgefangen, wobei das Laufrad auch in gewisser Weise ausweichen kann und die Belastungen der übrigen Dichtungen und Lager deutlich vermindert werden.Particularly for the rough use in dirty water mentioned at the beginning, it has proven to be useful if the sleeve is not designed as a conventional metal component, but only has a relatively hard metallic core for securing it to the shaft and a soft casing made of plastic or rubber, for example. On the one hand, this is advantageous in terms of production technology, since there is no need for machining of the driver profile and the collar, which are instead molded on, and on the other hand, the elastic properties of this casing result in advantageous properties during operation. Larger impacts, such as those that can occur when particles pass through, are absorbed by this relatively soft casing, whereby the impeller can also give way to a certain extent and the loads on the other seals and bearings are significantly reduced.

Der Keramikring wird vorteilhaft als flache Scheibe ausgebildet und unmittelbar in einer Ausnehmung im Pumpengehäuse eingeklebt. Eine solche Anordnung kann sowohl bei Pumpengehäusen erfolgen, die aus Gußteilen - sei es aus Kunststoff oder aus Metall - bestehen als auchThe ceramic ring is preferably designed as a flat disk and glued directly into a recess in the pump housing. Such an arrangement can be used both for pump housings made of cast parts - whether plastic or metal - and

aus Gehäusen, die aus Blechen geformt sind. Das Kleben ermöglicht zudem eine einfache präzise Ausrichtung der Dichtfläche während der Montage.from housings formed from sheet metal. Bonding also enables easy, precise alignment of the sealing surface during assembly.

Eine besonders günstige Werkstoffpaarung ergibt sich, wenn das Kreiselrad aus Kunststoff besteht, es kann dann auch in der Massenfertigung kostengünstig als Spritzgußteil hergestellt werden.A particularly favorable material combination is when the impeller is made of plastic; it can then also be manufactured cost-effectively in mass production as an injection-molded part.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below using an embodiment shown in the drawing. They show:

Fig. 1 in vereinfachter Darstellung einen Teillängsschnitt durchFig. 1 shows a simplified partial longitudinal section through

ein Tauchpumpenaggregat nach der Erfindung,a submersible pump unit according to the invention,

Fig. 2 in vergrößerter Darstellung die Einzelheit II in Fig. 1Fig. 2 shows an enlarged view of detail II in Fig. 1

undand

Fig. 3 das Aggregat nach Fig. 1 in Seitenansicht mit den pum-Fig. 3 the unit according to Fig. 1 in side view with the pump-

penseitigen Bauteilen in Explosionsdarstellung.
20pen-side components in exploded view.
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Das Pumpenaggregat besteht in an sich bekannter Weise aus einem Motorgehäuse 1 sowie einem Pumpengehäuse 2, die lösbar miteinander verbunden sind. Innerhalb des Motorgehäuses 1 sitzt hermetisch gekapselt ein Motor 3 sowie gegebenenfalls die Motorelektronik nebst Verdrahtung. Aus dem Motorgehäuse 1 ist eine elektrische Anschlußleitung 4 dicht herausgeführt, weiterhin eine Leitung 5, an deren Ende in üblicher Weise eine Schwimmerschalter 6 angeordnet ist.The pump unit consists, in a manner known per se, of a motor housing 1 and a pump housing 2, which are detachably connected to one another. A motor 3 and, if necessary, the motor electronics and wiring are hermetically encapsulated within the motor housing 1. An electrical connection line 4 is tightly led out of the motor housing 1, as is a line 5, at the end of which a float switch 6 is arranged in the usual way.

Der Motor, der in diesem Ausführungsbeispiel als Spaltrohrmotor ausgebildet ist, weist einen Rotor 7 auf, der zusammen mit demThe motor, which in this embodiment is designed as a canned motor, has a rotor 7 which, together with the

umgebenden Rotorraum gegenüber dem Pumpengehäuse 2 abgedichtet ist, so daß das Fördermedium nicht in diesen Bereich gelangen kann.surrounding rotor space is sealed against the pump housing 2 so that the pumped medium cannot enter this area.

Zum Pumpengehäuse 2 ragt lediglich ein mit Gewinde versehenes Wellenende 8 der Motorwelle heraus, das gegenüber dem Motorgehäuse 1 abgedichtet ist. An diesem Wellenende 8 ist eine Hülse 9 schraubbefestigt. Die Hülse 9 besteht aus einem metallischen Kern, der gummiummantelt ist (siehe Fig. 2). Im Bereich der Gummiummantelung ist ein Mitnehmerprofil 10 angeformt, das dem Profil der zentralen Ausnehmung im Kreiselrad 11 der Pumpe entspricht, so daß das Kreiselrad 11 der Drehbewegung der Hülse 9 bzw. der Welle, auf der diese sitzt, folgt. An dem vom Motor 3 abgewandten Ende der Hülse 9 ist ein Bund 12 angeformt, der die Axialbewegung des Kreiselrades 11 vom Motorgehäuse 1 weg begrenzt. Durch diesen Bund 12 ist das Kreiselrad 11 formschlüssig auf der Hülse 9 bzw. der Motorwelle gehalten.Only a threaded shaft end 8 of the motor shaft protrudes from the pump housing 2 and is sealed against the motor housing 1. A sleeve 9 is screwed onto this shaft end 8. The sleeve 9 consists of a metal core that is coated with rubber (see Fig. 2). In the area of the rubber coating, a driver profile 10 is formed that corresponds to the profile of the central recess in the impeller 11 of the pump, so that the impeller 11 follows the rotary movement of the sleeve 9 or the shaft on which it sits. A collar 12 is formed on the end of the sleeve 9 facing away from the motor 3, which limits the axial movement of the impeller 11 away from the motor housing 1. The impeller 11 is held positively on the sleeve 9 or the motor shaft by this collar 12.

Das Kreiselrad 11 ist als gedecktes Rad ausgebildet, das heißt, daß Schaufeln zum Saugmund 13 hin abgedeckt sind, und zwar durch ein scheibenförmiges Bauteil 14, das radial nach innen hin bündig in einen zylindrischen Bund 15 übergeht, dessen Stirnfläche im Pumpenbetrieb zur Bildung einer Axialdichtung an einem pumpengehäuseseitig angeordneten Keramikring 16 dichtend anliegt.The impeller 11 is designed as a covered wheel, which means that the blades are covered towards the suction mouth 13 by a disk-shaped component 14 which merges radially inwards flush into a cylindrical collar 15, the front surface of which, during pump operation, seals against a ceramic ring 16 arranged on the pump housing side to form an axial seal.

Der Keramikring 16 ist oberhalb des Saugmunds 13 in einer entsprechenden Ausnehmung 17 des Pumpengehäuses 2 durch Kleben festgelegt. Das Kreiselrad 11 sitzt axial schwimmend auf der Hülse 9, die ihrerseits am Wellenende 8 festgeschraubt ist. Durch die Rückstellkräfte während des Betriebs bedingt wandert das Kreiselrad 11 auf dem Mitnehmerprofil 10 der Hülse 9 in Richtung zum Pumpengehäuse, bis die Stirnfläche des zylindrischen Bundes 15 am Keramikring 16 dichtend anliegt. Auch beim abrasiven Verschleiß an der Stirn-The ceramic ring 16 is fixed above the suction mouth 13 in a corresponding recess 17 of the pump housing 2 by gluing. The impeller 11 sits axially floating on the sleeve 9, which in turn is screwed to the shaft end 8. Due to the restoring forces during operation, the impeller 11 moves on the driver profile 10 of the sleeve 9 in the direction of the pump housing until the front surface of the cylindrical collar 15 rests sealingly on the ceramic ring 16. Even in the event of abrasive wear on the front surface,

fläche des Bundes 15 erfolgt aufgrund der Rückstellkräfte stets ein Nachstellen, so daß die Dichtkräfte und auch die Reibungskräfte etwa gleichbleiben. Dies geht solange, bis ein Verschleißmaß des Bundes 15 erreicht ist, das so groß ist, daß das Kreiselrad 11 auf dem Mitnehmerprofil 10 der Hülse 9 bis zum Bund 12 gewandert ist. Der Bund 12 bildet einen axialen Anschlag und verhindert, daß das Kreiselrad 11 über dieses vorbestimmte Verschleißmaß hinaus abgetragen wird. Zwar läßt dann die Dichtwirkung der Axialdichtung nach, doch ist die Funktion der Pumpe unter Berücksichtigung des dann verminderten Wirkungsgrades noch voll gewährleistet.The surface of the collar 15 is constantly readjusted due to the restoring forces, so that the sealing forces and also the friction forces remain approximately the same. This continues until the collar 15 reaches a level of wear that is so great that the impeller 11 has moved on the driver profile 10 of the sleeve 9 to the collar 12. The collar 12 forms an axial stop and prevents the impeller 11 from being worn beyond this predetermined level of wear. Although the sealing effect of the axial seal then decreases, the function of the pump is still fully guaranteed, taking into account the reduced efficiency.

Um das Kreiselrad 11 gegen ein neues auszutauschen ist es erforderlich, den auf das Pumpengehäuse aufgesteckten, als Filter ausgebildeten Fuß vom Pumpengehäuse abzuziehen, wonach ein Schraubbolzen 19 zu lösen ist, mit dem das Pumpengehäuse 2 am Motorgehäuse 1 gesichert ist. Dieser Schraubbolzen 19 verbindet die beiden Gehäuseteile, die im übrigen noch formschlüssig durch eine am Außenumfang des Pumpengehäuses 2 vorspringende Nase 20 und eine entsprechende Ausnehmung 21 des in diesem Bereich überkragenden Motorgehäuses 1 ineinandergreifen. Nach Entfernen des Pumpengehäuses 2 vom Motorgehäuse 1 sind die Hülse 9 sowie das darauf sitzende Kreiselrad 11 frei zugänglich. Nachdem die Hülse 9 vom Wellenende 8 abgeschraubt worden ist, kann diese zusammen mit dem Kreiselrad 11 entfernt werden. Nach Austausch des Kreiselrades 11, das von der Hülse 9 einfach abgezogen werden kann, erfolgt die Montage in umgekehrter Reihenfolge.In order to replace the impeller 11 with a new one, it is necessary to pull off the foot, which is fitted onto the pump housing and is designed as a filter, from the pump housing, after which a screw bolt 19 must be loosened, with which the pump housing 2 is secured to the motor housing 1. This screw bolt 19 connects the two housing parts, which otherwise engage with one another in a form-fitting manner by means of a nose 20 protruding on the outer circumference of the pump housing 2 and a corresponding recess 21 in the motor housing 1 projecting over in this area. After removing the pump housing 2 from the motor housing 1, the sleeve 9 and the impeller 11 sitting on it are freely accessible. After the sleeve 9 has been unscrewed from the shaft end 8, it can be removed together with the impeller 11. After replacing the impeller 11, which can simply be pulled off the sleeve 9, assembly takes place in the reverse order.

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BezugszeichenlisteList of reference symbols

11 MotorgehäuseEngine housing 22 PumpengehäusePump housing 33 Motorengine 44 AnschlußleitungConnection cable 55 LeitungLine 66 SchwimmerschalterFloat switch 77 Rotorrotor 88th WellenendeShaft end 99 HülseSleeve 1010 MitnehmerprofilCarrier profile 1111 KreiselradImpeller 1212 Bund der Hülse 9Collar of sleeve 9 1313 SaugmundSuction mouth 1414 Abdeckungcover 1515 Zylindrischer Bund des Kreiselrades 11Cylindrical collar of the impeller 11 1616 KeramikringCeramic ring 1717 AusnehmungRecess 1818 FußFoot 1919 SchraubbolzenScrew bolt 2020 NaseNose 2121 AusnehmungRecess

Claims

Applicant: Grundfos a/s Protection claims

1. Submersible pump unit with a covered impeller (11) floating on the shaft (8) of the drive motor (3), which axially seals against the housing (2) in the suction area, characterized in that

that the impeller (11) is supported on a ceramic ring (16) arranged in the pump housing (2), whereby the axial seal is formed,

- that a stop (12) is provided on the shaft, which limits the axial movement of the impeller (11) in the direction of the ceramic ring (16) in such a way that the abrasive wear between the impeller (11) and the ceramic ring (16) is limited to a predetermined level and

that the stop (12) is detachably connected to the shaft (8).

2. Submersible pump unit according to claim 1, characterized in that the stop is formed by a collar (12) of a sleeve (9) which can be screwed onto the pump-side shaft end (8).

3. Submersible pump unit according to claim 2, characterized in that the sleeve (9) has a driver profile (10) corresponding to the central recess in the impeller (11).

4. Submersible pump unit according to one of the preceding claims, characterized in that the sleeve (9) consists of a metallic core and a sheath made of plastic or rubber.

5. Submersible pump unit according to one of the preceding claims, characterized in that the ceramic ring (16) is designed as a flat disk which is held in a recess (17) in the pump housing (2) by gluing.

6. Submersible pump unit according to one of the preceding claims, characterized in that the impeller (11) is made as an injection-molded part from plastic.