EP1178214A1 - Kreiselpumpe - Google Patents

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EP1178214A1
EP1178214A1 EP01116365A EP01116365A EP1178214A1 EP 1178214 A1 EP1178214 A1 EP 1178214A1 EP 01116365 A EP01116365 A EP 01116365A EP 01116365 A EP01116365 A EP 01116365A EP 1178214 A1 EP1178214 A1 EP 1178214A1
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EP
European Patent Office
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centrifugal pump
chamber
chamber pot
pump according
pot
Prior art date
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Granted
Application number
EP01116365A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1178214B1 (de
Inventor
Heinz Rust
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hilge GmbH and Co KG
Original Assignee
Philipp Hilge GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Philipp Hilge GmbH filed Critical Philipp Hilge GmbH
Priority to DK01116365T priority Critical patent/DK1178214T3/da
Publication of EP1178214A1 publication Critical patent/EP1178214A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1178214B1 publication Critical patent/EP1178214B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/426—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for liquid pumps
    • F04D29/4266—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for liquid pumps made of sheet metal
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D1/00—Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
    • F04D1/06—Multi-stage pumps
    • F04D1/063—Multi-stage pumps of the vertically split casing type

Definitions

  • the present invention relates to a centrifugal pump for conveying a fluid, consisting of a Housing with an inlet and an outlet with an impeller, which is in a chamber a drive shaft is rotatably supported, the chamber being formed from at least two parts, between which at least one sealing element is arranged, which seals the chamber interior.
  • centrifugal pumps are generally used for lifting, emptying, filling, circulation or conveying of liquids.
  • the impellers generally consist of a disc-shaped one Basic body, on one side of which walls are applied, which mostly form spiral channels.
  • the liquid in the impeller channels is centrifugal displaced to the outside and experiences an increase in pressure and speed.
  • negative pressure in the inner area leads to a uniform suction of the Conveying fluids through the suction opening.
  • the undesirable speed increase in pumps is in general in a subordinate system with, for example, gradually widening channels or also converted into pressure energy in a vane-free annular space.
  • At high pressure levels there are several stages of the same type, each consisting of an impeller and a bladeless annular space, connected in series, which are flowed through in sequence by the funding.
  • the chamber pot has a substantially central bore through which the conveyed medium can leave the first chamber pot and get into the second chamber pot. Again there is an impeller arranged for a pressure difference between radially inside Areas and radially outer areas.
  • the one emerging from the first chamber pot The medium is then conveyed in the same way by the second impeller due to the centrifugal force transported to the outside and then runs again on the bottom wall of the second chamber pot radially inwards and passes through the central opening of the second chamber pot.
  • the one described The course continues for each subsequent stage of the centrifugal pump.
  • Sealing elements e.g. B. in the form of O-rings, arranged between two adjacent chamber pots.
  • the sealing elements perform a double function, namely a support and sealing function.
  • the tin pots are placed on top of one another and pressed together for so long until the sealing ring takes on its sealing function.
  • centrifugal pumps with closed impellers are already available as well as covered return stage blading. Although this measure can the efficiency can be brought into an acceptable range, the manufacture of closed Impellers and a covered return stage blading is very costly and time consuming.
  • Another embodiment of a known centrifugal pump provides a support ring that between neighboring chamber pots is arranged and takes on an additional support function.
  • the O-ring is "chambered". That is, the O-ring is from the support ring, the outer wall of the inner chamber pot and the inner wall of the outer chamber pot. This measure can reduce the influence of geometric tolerances of the sealing element, but cannot be completely prevented.
  • pumps in the high-sterile area are not manufactured from rolled steel, but essentially Parts turned from solid, so that open wheels can be used. This way of making however, is very complex and, above all, expensive.
  • the present invention is therefore based on the object of providing an inexpensive centrifugal pump To make available, which allows the use of open wheels and if necessary also in the Sterile area can be used.
  • a chamber-forming part has a stop has, on which the other chamber-forming part is supported, the distance between the two chamber-forming Parts defined by the support connection.
  • the sealing element no support function, but only a sealing function.
  • the distance from chamber to chamber (package size) is only defined by the chamber-forming elements, but not by the sealing element.
  • the distance between the impeller and Adjacent non-rotating chamber walls can be chosen to be very small without the risk of Collision of the impeller on the chamber walls occurs. Open impellers can therefore be used without reducing the efficiency.
  • An embodiment is particularly preferred in which the stop lies outside of through the sealing element sealed volume is arranged.
  • the pumped medium can therefore not come into contact with the support connection, so that this connection is not a problem for the high demands of sterile technology, as it is outside the Volume of the medium is.
  • sealing element is arranged such that it comes into contact with the fluid during operation of the centrifugal pump.
  • the sealing element preferably not chambered, as is the case, for example, in the embodiment described above was the case with an additional support ring.
  • the pumped medium can then freely up to reach the O-ring, but it can also flow freely from the sealing ring, and the pump can be cleaned without residue.
  • a particularly useful centrifugal pump is designed in several stages, with each stage having a chamber has, in each of which an impeller is arranged.
  • the pump performance of the centrifugal pump can be significantly increased through the multi-level training.
  • impellers are open. It will open under understood that the impeller channels have a substantially U-shaped cross section. Through the Open design of the impellers can have closed surfaces with a very low surface roughness can be achieved because welds can be ground and polished so that the high requirements of sterile technology can be met. The centrifugal pump can then be used as a sterile centrifugal pump be used.
  • An advantageous embodiment of the present invention provides that the chambers from one Housing wall and a chamber pot, from a first chamber pot and the bottom of a second Chamber pot or from the bottom of a chamber pot, a support element and a housing wall be formed.
  • the chamber of the first stage generally becomes the pump housing wall and a first chamber pot.
  • the following stages have chambers each made up of a chamber pot and the bottom of the chamber pot of the previous stage become.
  • the last stage can either consist of two chamber pots placed next to each other be or from the bottom of the chamber pot of the previous stage and a support element and the housing wall.
  • This package design has the advantage that the individual chambers are essentially identical Parts can be made. Impellers and chamber pots are then simply alternated the drive shaft mounted inside the pump housing.
  • An embodiment is particularly expedient in which the chamber pots are made of deep-drawn sheet metal are made.
  • the chamber pot preferably has a substantially circular cross section and one Pot bottom, the pot bottom having an essentially central bore.
  • the central hole serves to direct the medium into the next chamber pot or the next stage.
  • the return blading is used, among other things, to swirl the impeller outwards and provide it with a swirl Collect the medium and direct it towards the central opening. In doing so, the Spiral return blading converts the swirl of the pumped medium into kinetic energy.
  • An embodiment in which the chamber pot is curved inwards is particularly preferred Floor. This is of great advantage in terms of flow technology. Especially in sterile technology it is very advantageous if the centrifugal pump is designed such that it is at least in an assembly orientation is self-draining.
  • the curvature of the chamber pot is helpful here. This is because the pump according to the invention becomes such oriented that the chamber pots are arranged with the bottom upwards, then flows to the Switch off the centrifugal pump at the inclined medium that is still in the pump housing Surfaces of the chamber pot inwards and can get into the previous pump stage. Then it flows on the preferably also inclined side of the impeller, which has no blading has, again axially outwards, until it hits the outer surface of the chamber pot underneath hits and is guided radially inwards again until it reaches the previous pump stage.
  • the chamber pot wall is preferably designed such that it has a stop on its outside having. On the inside, however, it preferably has a circumferential groove. This groove serves the sealing element, for. B. an O-ring.
  • the chamber pot wall is particularly preferably designed such that it increases with increasing axial distance from the bottom wall preferably expanded in steps. This happens in the way that the upper edge of the chamber pot wall has an inner diameter which is approximately the outer diameter of the lower section corresponds to the chamber pot wall of the previous section. Therefore, the chamber pot with its outwardly widening section over the chamber pot bottom another chamber pot.
  • the extended section is dimensioned that he hits the stop of the chamber pot underneath.
  • the centrifugal pump exists of a housing 9, an intake manifold 1 and an outlet opening 2. Inside the housing 9 are three impellers 3, 3 ', 3 "mounted on a shaft 13. Between the impellers 3, 3', 3" are chamber pots 4, 4 'arranged.
  • the chamber pots 4, 4 ' are made of deep-drawn sheet metal with a thickness of made about 4 mm.
  • the impellers 3, 3 ', 3 “have a spiral wall 6 on one side that form the impeller channels.
  • the chamber pots 4, 4 ' have on the inside of the pot bottom also a spiral wall 7, which serves as return blading.
  • the rotation of the first impeller 3 results in the area of the first impeller 3 shows a pressure difference between radially inner regions and radially outer regions. This leads to the fact that the medium is pumped through the intake 1 centrally into the centrifugal pump is sucked in. Due to the rotation of the first impeller 3, the medium is pumped due to the centrifugal force transported radially outwards.
  • the fluid that is set in motion leaves in a radial direction Outward direction of the first impeller 3 and reaches the annular region 14, in which none Blades are arranged. In this area, the kinetic energy of the pumped medium is converted into a Pressure difference converted.
  • the pumped medium now moves axially in the direction of the arrow in FIG. 1 and thus reaches the area of the bottom of the chamber pot 4. Since the medium is pumped through the Rotation of the impeller 3 is provided with a twist, it is due to the spiral return blading 7 added.
  • the return blading uses the swirl of the pumped medium to guide the pumped medium radially inwards along the inner wall of the chamber pot 4.
  • the Chamber pot 4 has a central bore 12 through which the medium to the second impeller 3 'can reach.
  • the impeller 3 'already belongs to the second stage of the centrifugal pump. The functional one The process is repeated for each individual level. After the fluid has passed all stages has passed, it is discharged through the outlet opening 2 from the pump.
  • the chamber pots 4, 4 have an extraordinary Form that is made clear in connection with FIGS. 2a and 2b below.
  • the chamber pot 4 has been made from a deep-drawn sheet metal.
  • the Chamber pot consists of a bottom and a cylindrical wall.
  • the cylindrical wall of the chamber pot 4 has a step-like extension.
  • the stop 10 is thereby formed.
  • the inner wall of the chamber pot 4 is also expanded yourself.
  • a circumferential groove 11 is made in the wall, that of the receptacle of the O-ring 5 is used. This special shape of the cylindrical wall ensures the composite State for a defined distance between adjacent chamber pots 4, 4 '.
  • the sealing and support function according to the invention will now be illustrated with reference to FIG. 1.
  • the first chamber pot 4 has a chamber wall that widens.
  • an O-ring 5 is used in the Groove 11 of the chamber wall of the first chamber pot 4 in the Groove 11 of the chamber wall of the first chamber pot 4 .
  • the upper extended Edge of the side wall of the chamber pot is supported on the housing 9.
  • the O-ring 5 is already compressed between the housing wall 9 and the chamber pot 4, so that it performs its sealing function. Nevertheless, the distance between chamber bottom 4 and Housing 9 is not determined by the O-ring 5, but only by the axial length of the side wall sections of the chamber pot 4.
  • the side wall of the second chamber pot 4 On the outer wall of the chamber pot 4 is due to the expansion the side wall a protrusion 10 arose, which serves as a stop for the upper end of the next Chamber pot 4 'is used. Its side wall also has an extension, so that the side wall of the second chamber pot 4 'has an inner diameter in the upper region which is approximately that Corresponds to the outer diameter of the lower region of the side wall of the first chamber pot. Therefore can the side wall of the second chamber pot 4 'sleeve-like over the side wall of the first Chamber pot 4 are pushed until the outer edge 15 of the side wall of the second chamber pot 4 'on the stop 10 of the side wall of the first chamber pot 4.
  • the chamber pot 4 ' is dimensioned so that in this state the O-ring 5 between the first and second chamber pot 4 or 4 'is already loaded so that it performs its sealing function. Again, it is essential that the distance between the two chamber pots 4 and 4 'is not of geometric tolerances of the sealing element 5 depends, but clearly by the metallic contact of the outer End of the side wall of a chamber pot at the stop 10 is determined.
  • the one shown here Embodiment the last stage has no chamber pot. Instead, there is a support element 8 provided that, however, at least on its inside expands in a similar way to the chamber pots 4, 4 'do. As a result, the sealing and supporting function of various parts also becomes effective in the third stage accepted. While the support function from the defined metallic contact between the Support element 8 and the stop 10 of the second chamber pot 4 'is given, the sealing function met by the compressed O-ring 5.
  • 4 ' is the spiral return blading 7 appropriate.
  • the number of return blades should be be equal to the number of blades on the impeller. Since the spiral blades 7 are welded without gaps However, every bucket is associated with a corresponding effort and expense. Extensive tests have surprisingly shown that, even with a large number of Paddles in the impeller, only four return blades lead to a very good result.
  • the following method is preferably used in the production of the chamber pot 4, 4 '.
  • a sheet blank with the final shape is drawn from 4 mm thick stainless steel sheet.
  • the return blades preferably four, are welded into the pre-drawn blank and in the seam area by grinding and polishing to the desired surface quality brought.
  • the round blank prepared in this way, together with the welded-on blades, is placed in a second deep-drawing processing step drawn into the final contour.
  • all surfaces can be arranged freely accessible and are therefore gap-free and with a surface roughness of less than or equal to 0.8 to 0.4 ⁇ m produced.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe zum Befördern eines Fluids bestehend aus einem Gehäuse (9) mit einer Eingangs- und einer Ausgangsöffnung (1, 2) mit einem Laufrad (3, 3', 3"), das in einer Kammer auf einer Antriebswelle (13) drehbar gelagert ist, wobei die Kammer aus mindestens zwei Teilen gebildet wird, zwischen denen ein Dichtelement (5) angeordnet ist, das den Kammerinnenraum abdichtet. Um eine kostengünstige Kreiselpumpe zur Verfügung zu stellen, die die Verwendung von offenen Laufrädern erlaubt und gegebenenfalls auch im Sterilbereich eingesetzt werden kann, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß ein kammerbildendes Teil einen Anschlag (10) aufweist, an dem sich das andere kammerbildende Teil abstützt, so daß der Abstand der beiden kammerbildenden Teile durch die Abstützverbindung definiert ist. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe zum Fördern eines Fluids, bestehend aus einem Gehäuse mit einer Einsaug- und einer Auslaßöffnung mit einem Laufrad, das in einer Kammer auf einer Antriebswelle drehbar gelagert ist, wobei die Kammer aus mindestens zwei Teilen gebildet ist, zwischen denen mindestens ein Dichtelement angeordnet ist, das den Kammerinnenraum abdichtet.
Solche Kreiselpumpen dienen im allgemeinen zur Hebung, Entleerung, Füllung, Umwälzung oder Förderung von Flüssigkeiten. Die Laufräder bestehen im allgemeinen aus einem scheibenförmigen Grundkörper, auf dessen einer Seite Wände aufgebracht sind, die meist spiralförmige Kanäle bilden. Bei Kreiselpumpen wird die nötige Druckdifferenz unter dem Einfluß eines kontinuierlichen Strömungsvorganges erreicht. Dabei wird die in den Laufradkanälen befindliche Flüssigkeit durch die Zentrifugalkraft nach außen verdrängt und erfährt dabei eine Druck- und Geschwindigkeitserhöhung. Der gleichzeitig entstehende Unterdruck im inneren Bereich führt zu einem gleichmäßigen Ansaugen des Förderfluids durch die Saugöffnung. Die in Pumpen unerwünschte Geschwindigkeitserhöhung wird im allgemeinen in einem nachgeordneten System mit beispielsweise sich allmählich erweiternden Kanälen oder auch in einem schaufellosen Ringraum in Druckenergie umgewandelt. Bei großen Druckhöhen werden mehrere gleichartige Stufen, bestehend jeweils aus Laufrad und schaufellosem Ringraum, hintereinandergeschaltet, die der Reihe nach vom Fördermittel durchströmt werden.
Es ist bereits bekannt, mehrstufige Kreiselpumpen aus dünnwandigem, tiefgezogenem Cr-Ni-Mo-Walzstahl herzustellen. Dabei werden die einzelnen Stufen in Paketbauweise angeordnet. Jedes Paket besteht dann aus einer Kammer, die wiederum von einem Laufrad und einem Kammertopf gebildet wird. Durch das Aufeinandersetzen mehrerer Kammertöpfe entstehen mehrere Kammern, in denen jeweils ein Laufrad drehbar auf der Antriebswelle befestigt ist. Durch die sich drehende Antriebswelle werden alle Laufräder der Kreiselpumpe gemeinsam angetrieben. Dadurch entsteht im Bereich der Laufräder eine Druckdifferenz zwischen radial innenliegenden Bereichen und radial außenliegenden Bereichen. Dies führt dazu, daß Fördermedium von der Ansaugöffnung in den radial innenliegenden Bereich des ersten Laufrads angesaugt wird. Durch das sich drehende erste Laufrad wird das Fördermedium nun radial nach außen transportiert. Alle Laufräder sind von einem schaufellosen im wesentlichen ringförmigen Spalt umgeben, in dem sich ein höherer Druck ausbildet. Dies führt dazu, daß das Fördermedium auf der Rückseite des Laufrades an der Bodenwand des Kammertopfes radial nach innen geführt wird. Der Kammertopf weist eine im wesentlichen zentrale Bohrung auf, durch die das geförderte Medium den ersten Kammertopf verlassen kann und in den zweiten Kammertopf gelangt. Auch dort ist wieder ein Laufrad angeordnet, das für eine Druckdifferenz zwischen radial innenliegenden Bereichen und radial außenliegenden Bereichen sorgt. Das aus dem ersten Kammertopf austretende Fördermedium wird dann in gleicher Weise durch das zweite Laufrad aufgrund der Zentrifugalkraft nach außen transportiert und läuft dann erneut an der Bodenwand des zweiten Kammertopfes radial nach innen und tritt durch die zentrale Öffnung des zweiten Kammertopfes. Der beschriebene Verlauf setzt sich für jede folgende Stufe der Kreiselpumpe fort.
Die Herstellung mehrstufiger Kreiselpumpen aus Walzstahl ist sehr preisgünstig. Es muß aber für eine Abdichtung der einzelnen Kammertöpfe gegeneinander gesorgt werden. Daher werden im allgemeinen Dichtelemente, z. B. in Form von O-Ringen, zwischen zwei benachbarten Kammertöpfen angeordnet. Die Dichtelemente übernehmen dabei eine Doppelfunktion, nämlich eine Stütz- und Dichtfunktion. Mit anderen Worten, die Blechtöpfe werden aufeinandergesetzt und so lange aufeinandergepreßt, bis der Dichtring seine Dichtfunktion aufnimmt. Dabei kommt es jedoch aufgrund von geometrischen Toleranzen der Dichtelemente und/oder den Kammertöpfen zu kleinen Abweichungen in den Abständen zwischen benachbarten Kammertöpfen. Um einen hohen Wirkungsgrad zu erreichen, ist es jedoch erforderlich, daß zumindest die mit Schaufeln versehene Seite des Laufrades zu der benachbarten Gehäusewand bzw. dem benachbarten Kammertopfboden einen sehr geringen Abstand aufweist. Auf der anderen Seite ist eine Kollision des Laufrades mit der Gehäusewand oder einem benachbarten Abdichttopf unbedingt zu vermeiden, da dies irreversible Schäden nach sich ziehen kann. Um eine solche Kollision zu verhindern, ist es daher bei den bekannten Kreiselpumpen in Paketklemmweise notwendig, den Spalt zwischen Laufrad und benachbarten nichtrotierenden Teilen größer zu wählen, um eventuelle geometrische Toleranzen aufzufangen. Dies führt jedoch zu einer nicht unerheblichen Herabsetzung des Wirkungsgrades.
Um den Wirkungsgrad zu erhöhen, sind daher bereits Kreiselpumpen mit geschlossenen Laufrädern sowie abgedeckter Rückführstufenbeschaufelung eingesetzt worden. Zwar kann durch diese Maßnahme der Wirkungsgrad in einen akzeptablen Bereich gebracht werden, die Herstellung von geschlossenen Laufrädern sowie einer abgedeckten Rückführstufenbeschaufelung ist jedoch sehr kosten- und zeitaufwendig.
Eine andere Ausführungsform einer bekannten Kreiselpumpe sieht einen Stützring vor, der zwischen benachbarten Kammertöpfen angeordnet ist und eine zusätzliche Stützfunktion übernimmt. Bei dieser Ausführungsform ist der O-Ring "gekammert". Das heißt, der O-Ring wird von dem Stützring, der Außenwand des inneren Kammertopfes und der Innenwand des äußeren Kammertopfes ummantelt. Durch diese Maßnahme kann der Einfluß von geometrischen Toleranzen des Dichtelementes reduziert, aber nicht völlig unterbunden werden.
Je nach zu fördemdem Fluid, insbesondere aber in der Steriltechnik, kann es notwendig sein, lediglich vollständig geschlossene Oberflächen innerhalb der Kreiselpumpe vorzusehen, so daß eine gründliche rückstandslose Reinigung der Kreiselpumpe möglich ist. Insbesondere in der Steriltechnik werden vollständig geschlossene Oberflächen mit einer maximalen Oberflächenrauhigkeit zwischen 0,8 und 0,4 um verlangt. Geschlossene Laufräder sowie abgedeckte Rückführstufenbeschaufelungen können jedoch nicht ohne erheblichen wirtschaftlichen Aufwand mit geschlossenen Flächen hergestellt werden. Auch die Ausführungsform mit gekammerten O-Ringen ist für den Sterilbereich nicht einsetzbar, da funktionsbedingt Förderfluid bis zu dem O-Ring und damit in die Kammer eindringen kann.
Daher werden im Hochsterilbereich Pumpen nicht aus Walzstahl hergestellt, sondern in wesentlichen Teilen aus dem Vollen gedreht, so daß offene Laufräder eingesetzt werden können. Diese Herstellungsweise ist jedoch sehr aufwendig und vor allem kostspielig.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige Kreiselpumpe zur Verfügung zu stellen, die die Verwendung von offenen Laufrädern erlaubt und gegebenenfalls auch im Sterilbereich eingesetzt werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein kammerbildendes Teil einen Anschlag aufweist, an dem sich das andere kammerbildende Teil abstützt, wobei der Abstand der beiden kammerbildenden Teile durch die Abstützverbindung definiert ist. Mit anderen Worten übernimmt bei der erfindungsgemäßen Kreiselpumpe das Dichtelement keine Stützfunktion, sondern lediglich Dichtfunktion. Im zusammengesetzten Zustand wird der Abstand von Kammer zu Kammer (Paketmaß) lediglich durch die kammerbildenden Elemente, jedoch nicht durch das Dichtelement definiert. Da die kammerbildenden Elemente sehr exakt gefertigt werden können, kann der Abstand zwischen Laufrad und benachbarten nichtrotierenden Kammerwänden sehr klein gewählt werden, ohne daß die Gefahr einer Kollision des Laufrades an den Kammerwänden entsteht. Es können daher offene Laufräder eingesetzt werden, ohne daß es zu einer Herabsetzung des Wirkungsgrades kommt. Bei der Montage der einzelnen Kammern bzw. Pakete ist auf den sicheren Sitz des Dichtelementes zu achten, da dieses keinesfalls seine Dichtfunktion verlieren darf.
Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der der Anschlag außerhalb des durch das Dichtelement abgedichteten Volumens angeordnet ist.
Das Fördermedium kann daher nicht mit der Abstützverbindung in Kontakt treten, so daß diese Verbindung für die hohen Anforderungen der Steriltechnik kein Problem darstellt, da sie außerhalb des Fördermediumvolumens ist.
Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der das Dichtelement so angeordnet ist, daß es während des Betriebes der Kreiselpumpe mit dem Fluid in Kontakt tritt. Dabei ist das Dichtelement vorzugsweise nicht gekammert, wie es beispielsweise bei der oben beschriebenen Ausführungsform mit einem zusätzlichen Stützring der Fall war. Zwar kann das Fördermedium dann ungehindert bis zu dem O-Ring heranreichen, es kann jedoch auch wieder ungehindert von dem Dichtring abfließen, und eine Reinigung der Pumpe kann rückstandsfrei erfolgen.
Eine besonders zweckmäßige Kreiselpumpe ist mehrstufig ausgebildet, wobei jede Stufe eine Kammer aufweist, in der jeweils ein Laufrad angeordnet ist. Die Pumpleistung der Kreiselpumpe kann durch die mehrstufige Ausbildung deutlich erhöht werden.
Besonders bevorzugt ist zumindest ein Teil der Laufräder offen ausgebildet. Dabei wird unter offen verstanden, daß die Laufradkanäle einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt haben. Durch die offene Ausführung der Laufräder können geschlossene Oberflächen mit einer sehr geringen Oberflächenrauhigkeit erreicht werden, da Schweißnähte geschliffen und poliert werden können, so daß den hohen Anforderungen der Steriltechnik genügt werden kann. Die Kreiselpumpe kann dann als Sterilkreiselpumpe eingesetzt werden.
Eine zweckmäßige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, daß die Kammern aus einer Gehäusewand und einem Kammertopf, aus einem ersten Kammertopf und dem Boden eines zweiten Kammertopfes oder aus dem Boden eines Kammertopfes, einem Stützelement sowie einer Gehäusewand gebildet werden. Dabei wird im allgemeinen die Kammer der ersten Stufe aus der Pumpengehäusewand und einem ersten Kammertopf gebildet. Die folgenden Stufen weisen Kammern auf, die jeweils aus einem Kammertopf und dem Boden des Kammertopfes der vorherigen Stufe gebildet werden. Die letzte Stufe kann entweder ebenfalls aus zwei aneinandergesetzten Kammertöpfen gebildet werden oder aus dem Boden des Kammertopfes der vorhergehenden Stufe sowie einem Stützelement und der Gehäusewand.
Diese Paketbauweise hat den Vorteil, daß die einzelnen Kammern aus im wesentlichen identischen Teilen hergestellt werden können. Laufräder und Kammertöpfe werden dann einfach alternierend auf der Antriebswelle innerhalb des Pumpengehäuses montiert.
Besonders zweckmäßig ist eine Ausführungsform, bei der die Kammertöpfe aus tiefgezogenem Blech hergestellt sind.
Dabei hat der Kammertopf vorzugsweise einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt und einen Topfboden, wobei der Topfboden eine im wesentlichen zentrale Bohrung aufweist. Die zentrale Bohrung dient dazu, das Fördermedium in den nächsten Kammertopf bzw. die nächste Stufe zu leiten.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn an der Innenseite des Kammertopfbodens eine vorzugsweise offene Rückführbeschaufelung angeordnet ist; denn nur mit einer Rückführbeschaufelung kann ein hoher Wirkungsgrad einer mehrstufigen Kreiselpumpe erzielt werden. Die Rückführbeschaufelung dient unter anderem dazu, das von dem Laufrad nach außen gewirbelte und mit einem Drall versehene Fördermedium aufzufangen und in Richtung der zentralen Öffnung zu leiten. Dabei wird durch die spiralförmige Rückführbeschaufelung der Drall des Fördermediums in kinetische Energie umgewandelt.
Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der der Kammertopf einen nach innen gewölbten Boden aufweist. Dies ist strömungstechnisch von großem Vorteil. Insbesondere in der Steriltechnik ist es sehr vorteilhaft, wenn die Kreiselpumpe derart ausgebildet ist, daß sie zumindest in einer Montageorientierung selbstentleerend ist.
Hierbei ist die Wölbung des Kammertopfes hilfreich. Wird nämlich die erfindungsgemäße Pumpe derart orientiert, daß die Kammertöpfe mit dem Boden nach oben angeordnet sind, so fließt nach dem Ausschalten der Kreiselpumpe sich noch im Pumpengehäuse befindliches Fördermedium an den geneigten Flächen des Kammertopfes nach innen und kann so in die vorherige Pumpenstufe gelangen. Dann fließt es auf der vorzugsweise ebenfalls geneigten Seite des Laufrades, die keine Beschaufelung aufweist, wieder axial nach außen, bis es auf die Außenfläche des darunterliegenden Kammertopfes trifft und an dieser wieder radial nach innen geführt wird, bis es die vorherige Pumpenstufe erreicht.
Dieser Vorgang wird fortgesetzt, bis das Fördermedium den Ansaugstutzen erreicht und die Pumpe völlig verlassen kann.
Die Kammertopfwand ist vorzugsweise derart ausgebildet, daß sie an ihrer Außenseite einen Anschlag aufweist. An ihrer Innenseite weist sie hingegen vorzugsweise eine umlaufende Nut auf. Diese Nut dient dazu, das Dichtelement, z. B. einen O-Ring, aufzunehmen.
Besonders bevorzugt ist die Kammertopfwand derart ausgebildet, daß sie sich mit zunehmendem axialen Abstand von der Bodenwand vorzugsweise stufenartig erweitert. Dies geschieht in der Weise, daß der obere Rand der Kammertopfwand einen Innendurchmesser hat, der in etwa dem Außendurchmesser des unteren Abschnittes der Kammertopfwand des vorhergehenden Abschnittes entspricht. Daher kann der Kammertopf mit seinem nach außen erweiternden Abschnitt über den Kammertopfboden eines anderen Kammertopfes geschoben werden. Der erweiterte Abschnitt ist so dimensioniert, daß er auf den Anschlag des darunterliegenden Kammertopfes trifft.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform sowie der dazugehörigen Figuren. Es zeigen
Fig. 1
eine Schnittansicht durch eine erfindungsgemäße dreistufige Kreiselpumpe und
Fig. 2a und Fig. 2b
eine Schnittansicht und eine Draufsicht des Blechtopfes von Fig. 1.
In Fig. 1 ist ein Schnitt durch eine erfindungsgemäße Kreiselpumpe gezeigt. Die Kreiselpumpe besteht aus einem Gehäuse 9, einem Ansaugstutzen 1 und einer Auslauföffnung 2. Innerhalb des Gehäuses 9 sind drei Laufräder 3, 3', 3" auf einer Welle 13 montiert. Zwischen den Laufrädern 3, 3', 3" sind Kammertöpfe 4, 4' angeordnet. Die Kammertöpfe 4, 4' sind aus tiefgezogenem Blech mit einer Dicke von etwa 4 mm hergestellt. Die Laufräder 3, 3', 3" weisen auf ihrer einen Seite eine spiralförmige Wand 6 auf, die die Laufradkanäle bilden. Die Kammertöpfe 4, 4' besitzen an der Innenseite des Topfbodens ebenfalls eine spiralförmige Wand 7, die als Rückführbeschaufelung dient.
Während des Fördervorganges wird die Antriebswelle 13, auf der die Laufräder 3, 3', 3" montiert sind, in Rotation versetzt. Durch die Rotation des ersten Laufrades 3 entsteht im Bereich des ersten Laufrades 3 eine Druckdifferenz zwischen radial innenliegenden Bereichen und radial außenliegenden Bereichen. Dies führt dazu, daß Fördermedium über den Ansaugstutzen 1 zentral in die Kreiselpumpe eingesaugt wird. Durch die Rotation des ersten Laufrades 3 wird das Fördermedium aufgrund der Zentrifugalkraft radial nach außen befördert. Das in Bewegung versetzte Fördermedium verläßt in radialer Richtung nach außen das erste Laufrad 3 und erreicht den ringförmigen Bereich 14, in dem keine Schaufeln angeordnet sind. In diesem Bereich wird die kinetische Energie des Fördermediums in eine Druckdifferenz umgewandelt. Das Fördermedium bewegt sich nun axial in Richtung des Pfeils in Fig. 1 und gelangt so in den Bereich des Bodens des Kammertopfes 4. Da das Fördermedium durch die Rotation des Laufrades 3 mit einem Drall versehen ist, wird es durch die spiralförmige Rückführbeschaufelung 7 aufgenommen. Die Rückführbeschaufelung nutzt den Drall des Fördermediums aus, um das Fördermedium entlang der Innenwand des Kammertopfes 4 radial nach innen zu führen. Der Kammertopf 4 weist eine zentrale Bohrung 12 auf, durch die das Fördermedium zu dem zweiten Laufrad 3' gelangen kann. Das Laufrad 3' gehört bereits zur zweiten Stufe der Kreiselpumpe. Der funktionelle Ablauf wiederholt sich für jede einzelne Stufe. Nachdem das Fördermedium sämtliche Stufen durchlaufen hat, wird es durch die Auslaßöffnung 2 aus der Pumpe abgegeben.
Zur Verwirklichung des erfindungsgemäßen Gedankens haben die Kammertöpfe 4, 4' eine außergewöhnliche Form, die im Zusammenhang mit den Fig. 2a und 2b im Folgenden deutlich gemacht wird.
Wie bereits erwähnt, ist der Kammertopf 4 aus einem tiefgezogenen Blech hergestellt worden. Der Kammertopf besteht aus einem Boden und einer zylindrischen Wand. Wie deutlich in Fig. 2 zu sehen ist, weist die zylindrische Wand des Kammertopfes 4 eine stufenartige Erweiterung auf. An der Außenwand bildet sich dadurch der Anschlag 10. Auch die Innenwand des Kammertopfes 4 erweitert sich. Im Bereich der Erweiterung ist eine umlaufende Nut 11 in die Wand eingebracht, die der Aufnahme des O-Ringes 5 dient. Diese besondere Form der zylindrischen Wand sorgt im zusammengesetzten Zustand für einen definierten Abstand zwischen benachbarten Kammertöpfen 4, 4'.
Die erfindungsgemäße Dicht- und Stützfunktion soll nun anhand von Fig. 1 verdeutlicht werden. Deutlich zu erkennen ist, daß der erste Kammertopf 4 eine Kammerwand aufweist, die sich erweitert. In die Nut 11 der Kammerwand des ersten Kammertopfes 4 ist ein O-Ring 5 eingesetzt. Der obere erweiterte Rand der Seitenwand des Kammertopfes stützt sich auf dem Gehäuse 9 ab. In dem gezeigten Zustand wird der O-Ring 5 zwischen Gehäusewand 9 und Kammertopf 4 bereits zusammengedrückt, so daß er seine Dichtfunktion wahrnimmt. Dennoch wird der Abstand zwischen Kammertopfboden 4 und Gehäuse 9 nicht durch den O-Ring 5 bestimmt, sondern lediglich durch die axiale Länge der Seitenwandabschnitte des Kammertopfes 4. An der Außenwand des Kammertopfes 4 ist aufgrund der Erweiterung der Seitenwand ein Vorsprung 10 entstanden, der als Anschlag für das obere Ende des nächsten Kammertopfes 4' dient. Auch dessen Seitenwand weist eine Erweiterung auf, so daß die Seitenwand des zweiten Kammertopfes 4' im oberen Bereich einen Innendurchmesser hat, der in etwa dem Außendurchmesser des unteren Bereiches der Seitenwand des ersten Kammertopfes entspricht. Daher kann die Seitenwand des zweiten Kammertopfes 4' hülsenartig über die Seitenwand des ersten Kammertopfes 4 geschoben werden, bis sich der äußere Rand 15 der Seitenwand des zweiten Kammertopfes 4' auf dem Anschlag 10 der Seitenwand des ersten Kammertopfes 4 abstützt. Der Kammertopf 4' ist so dimensioniert, daß in diesem Zustand der O-Ring 5 zwischen erstem und zweitem Kammertopf 4 bzw. 4' bereits belastet ist, so daß er seine Dichtfunktion wahrnimmt. Auch hier ist wesentlich, daß der Abstand zwischen den beiden Kammertöpfen 4 und 4' nicht von geometrischen Toleranzen des Dichtelementes 5 abhängt, sondern eindeutig durch den metallischen Kontakt des äußeren Endes der Seitenwand des einen Kammertopfes am Anschlag 10 bestimmt wird. Bei der hier gezeigten Ausführungsform weist die letzte Stufe keinen Kammertopf auf. Statt dessen ist ein Stützelement 8 vorgesehen, das sich aber zumindest an seiner Innenseite ähnlich erweitert, wie dies die Kammertöpfe 4, 4' tun. Dadurch wird auch bei der dritten Stufe die Dicht- und Stützfunktion von verschiedenen Teilen übernommen. Während die Stützfunktion von dem definierten metallischen Kontakt zwischen dem Stützelement 8 und dem Anschlag 10 des zweiten Kammertopfes 4' gegeben ist, wird die Dichtfunktion durch den zusammengepreßten O-Ring 5 erfüllt.
In der Stützvorrichtung von Fig. 2 ist besonders gut zu erkennen, daß der Boden des Kammertopfes 4, 4' leicht nach innen gewölbt ist. Dies hat zum einen strömungstechnische Vorteile, zum anderen bewirkt diese Maßnahme zusammen mit anderen konstruktiven Merkmalen, daß die Kreiselpumpe, wenn sie so aufgestellt wird, daß die Antriebswelle vertikal ausgerichtet ist, so daß der in Fig. 1 eingezeichnete Pfeil nach oben zeigt, selbstentleerend ist. Nach dem Ausschalten der Kreiselpumpe kann nämlich im Innenraum der Kreiselpumpe verbliebenes Fördermedium an den nach innen gewölbten Außenflächen der Böden der Kammertöpfe 4, 4' radial nach innen fließen und in die darunterliegende Stufe abfließen. Da auch die Seite des Laufrades 3, 3', 3", die keine Schaufeln aufweist, leicht gegenüber der Horizontalen geneigt ist, kann das Fördermedium unter dem Einfluß der Schwerkraft auf dieser Seite des Laufrades radial nach außen fließen und dann auf den Boden des darunterliegenden Kammertopfes 4, 4' treffen. Der beschriebene Ablauf wiederholt sich so lange, bis das Fördermedium zurück in den Ansaugstutzen 1 gelangt.
An der Innenseite des Bodens des Kammertopfes 4, 4' ist die spiralförmige Rückführbeschaufelung 7 angebracht. Um eine optimale Beschaufelung zu erreichen, sollte die Anzahl der Rückführschaufeln gleich der Schaufelzahl des Laufrades sein. Da die spiralförmigen Schaufeln 7 spaltfrei eingeschweißt werden müssen, ist mit jeder Schaufel jedoch ein entsprechender Arbeits- und Kosteneinsatz verbunden. Umfangreiche Tests haben überraschenderweise gezeigt, daß, auch bei einer großen Anzahl von Schaufeln im Laufrad, nur vier Rückführschaufeln zu einem sehr guten Ergebnis führen.
Bei der Herstellung des Kammertopfes 4, 4' wird vorzugsweise das folgende Verfahren verwendet. Zunächst wird aus 4 mm dickem Edelstahlblech eine Blechronde mit der endgültigen Form vorgezogen. Danach werden in die vorgezogene Ronde die Rückführschaufeln, vorzugsweise vier Stück, eingeschweißt und im Nahtbereich mittels Schleifen und Polieren auf die gewünschte Oberflächenqualität gebracht. Schließlich wird die so vorbereitete Ronde zusammen mit den aufgeschweißten Schaufeln in einem zweiten Tiefziehbearbeitungsgang in die endgültige Kontur gezogen.
Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform können alle Flächen frei zugänglich angeordnet werden und sind daher spaltfrei und mit einer Oberflächenrauhigkeit von kleiner oder gleich 0,8 bis 0,4 µm herstellbar.

Claims (17)

  1. Kreiselpumpe zum Befördern eines Fluids bestehend aus einem Gehäuse (9) mit einer Eingangs- und einer Ausgangsöffnung (1, 2) mit einem Laufrad (3, 3', 3"), das in einer Kammer auf einer Antriebswelle (13) drehbar gelagert ist, wobei die Kammer aus mindestens zwei Teilen gebildet wird, zwischen denen ein Dichtelement (5) angeordnet ist, das den Kammerinnenraum abdichtet, dadurch gekennzeichnet, daß ein kammerbildendes Teil einen Anschlag (10) aufweist, an dem sich das andere kammerbildende Teil abstützt, so daß der Abstand der beiden kammerbildenden Teile durch die Abstützverbindung definiert ist.
  2. Kreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (10) außerhalb des durch das Dichtelement (5) abgedichteten Volumens angeordnet ist.
  3. Kreiselpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement (5) so angeordnet ist, daß es während des Betriebes der Kreiselpumpe mit dem Fluid in Kontakt tritt.
  4. Kreiselpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement (5) offen liegt, d. h. nicht gekammert ist.
  5. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreiselpumpe mehrstufig ist, wobei jede Stufe eine Kammer aufweist, in der jeweils ein Laufrad (3, 3', 3") angeordnet ist.
  6. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad (3, 3', 3") ein offenes Laufrad (3, 3', 3") ist.
  7. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreiselpumpe eine Sterilkreiselpumpe ist.
  8. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern aus einer Gehäusewand (9) und einem Kammertopf (4, 4'), aus einem ersten Kammertopf (4') und dem Boden eines zweiten Kammertopfes (4) oder aus dem Boden eines Kammertopfes (4'), einem Stützelement (8) sowie einer Gehäusewand (9) gebildet werden.
  9. Kreiselpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Kammertopf (4, 4') aus tiefgezogenem Blech hergestellt ist.
  10. Kreiselpumpe nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kammertopf (4, 4') einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt und einen Topfboden aufweist, wobei der Topfboden eine im wesentlichen zentrale Bohrung (12) hat.
  11. Kreiselpumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenseite des Kammertopfbodens eine vorzugsweise offene Rückführbeschaufelung (7) angeordnet ist.
  12. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kammertopf (4, 4') einen nach innen gewölbten Boden aufweist.
  13. Kreiselpumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreiselpumpe selbstentleerend ist.
  14. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die die Seitenwand des Kammertopfes an ihrer Außenseite den Anschlag (10) aufweist.
  15. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammertopfwand an ihrer Innenseite eine umlaufende Nut (11) aufweist.
  16. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß sich die im wesentlichen zylindrische Seitenwand des Kammertopfes ausgehend vom Kammertopfboden und etwa auf halber axialer Höhe stufenartig erweitert.
  17. Kreiselpumpe einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Erweiterung etwa der Wandstärke der Kammertopfwand entspricht, so daß der erweiterte Abschnitt hülsenartig auf den nicht erweiterten Abschnitt eines benachbarten Kammertopfes aufschiebbar ist.
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