EP2304246B1

EP2304246B1 - Vorrichtung zur laufradabdichtung bei kreiselpumpen

Info

Publication number: EP2304246B1
Application number: EP09745466.4A
Authority: EP
Inventors: Uwe Würdig
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-05-15
Filing date: 2009-05-15
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2029-05-15
Also published as: DE112009001716A5; CN102027241A; RU2010145437A; US20110064566A1; WO2009138082A1; EP2304246A1; CN102027241B; RU2474730C2; DE102008001814A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Laufradabdichtung bei Kreiselpumpen für fluide Medien. Die Vorrichtung dient dazu, den bei Kreiselpumpen konstruktionsbedingt vorhandenen Spalt zwischen dem Laufrad und dem Pumpengehäuse gegen einen Stofftransport von der Druckseite des Laufrades zu dessen Saugseite am Laufradeintritt abzudichten. Sie ist für die Erstausrüstung gattungsgemäßer Pumpen im Zuge von deren Herstellung, aber auch für die Nachrüstung von bislang nicht mit einer entsprechenden Spaltabdichtung versehenen Pumpen einsetzbar.
Kreiselpumpen unterschiedlicher Bauformen werden für den Transport von fluiden Medien, insbesondere Flüssigkeiten in sehr großer Zahl eingesetzt. Die Pumpen bestehen aus einem oder mehreren auf einer Welle angeordneten Laufrädern, welche sich, angetrieben von einem Motor, in einem entsprechenden Freiraum eines Pumpengehäuses (auch als Gehäusebohrung bezeichnet) bewegen. Durch seine Rotation erzeugt ein jeweiliges Laufrad an seiner Laufradeintrittsseite, an welcher sich der Zufluss für das zu fördernde fluide Medium befindet, einen Unterdruck. Hierdurch wird das Medium an beziehungsweise in das Laufrad hineingerissen und von diesem im Zuge der Drehbewegung zum Laufradaustritt auf der Druckseite des Laufrads befördert. Damit sich das Laufrad in dem Pumpengehäuse bewegen kann, ist ein Spalt zwischen dem Laufrad und der Innenwand des Pumpengehäuses unerlässlich. Dieser ist je nach Gehäuseform und Laufradform als Axial- oder Radialspalt ausgebildet.
Über den Spalt gelangt jedoch zwangsläufig ein Teil des geförderten Fluids von der Druckseite zurück auf die Saugseite des Laufrads. Hierdurch entstehen hydraulische Verluste. Die Pumpenhersteller sind daher bemüht, das Spaltmaß möglichst gering zu halten. Auf der anderen Seite können, insbesondere durch Toleranzen der Bauteile, gewisse Mindestspaltmaße nicht unterschritten werden, da sonst die Gefahr besteht, dass ein gegebenenfalls etwas unrund laufendes Laufrad an die Innenwand des Gehäuses anschlägt. Diese Gefahr wird zudem im Laufe der Betriebszeit einer Pumpe dadurch erhöht, dass am Gehäuse und am Laufrad, Ablagerungen entstehen, durch welche sich ein zu gering bemessener Spalt zusetzen kann, so dass sich die Pumpe schließlich "festfrisst". In der Folge kommt es zur Laufradblockierung und zu Maschinenschäden bis hin zum völligen Ausfall der Pumpe. Dies bedingt im Einzelfalle teure Betriebsunterbrechungen. Die genannten Probleme werden durch weitere Faktoren zusätzlich verstärkt. So entstehen im Laufe des Pumpenbetriebs durch Kavitation, das heißt durch die Implosion in dem geförderten Medium vorübergehend entstehender Gasblasen, Materialschäden am Gehäuse und/oder am Laufrad, welche, abgesehen von schweren Schäden, wie beispielsweise Brüchen an Teilen des Laufrads, auch das Spaltmaß ungünstig beeinflussen können. Ein besonderes Problem tritt ferner beim Einsatz der Pumpen für die Förderung von Abwasser auf. Durch in dem Abwasser enthaltene Verunreinigungen in Form von Feststoffen und faserigen Bestandteilen kommt es an den Laufrädern zur so genannten Zopfbildung und in deren Folge zur Verstopfung durch Zusetzen des Spaltes, wodurch schließlich ebenfalls das Laufrad blockiert wird. Dabei ist der Spalt zwischen dem Pumpengehäuse und dem Laufrad, bedingt durch die Druckdifferenz zwischen der Saug- und der Druckseite, ein besonders kritischer Bereich, in welchen entsprechende Verunreinigungen regelrecht hineingezogen werden.
Es ist bekannt, im Bereich des Spaltes elastische Dichtelemente anzuordnen, durch welche der Spalt reduziert beziehungsweise weitgehend geschlossen wird. Eine entsprechende Lösung wird beispielsweise durch die FR 904 221 A offenbart, gemäß welcher die elastische Dichtlippe eines in dem Pumpengehäuse zwischen der Druckseite und der Saugseite des Laufrads angeordneten Dichtrings mit ihrer Außenkontur gegen eine an dem Laufrad ausgebildete Gleitfläche geneigt ist und an dieser entlanggleitet. Aufgrund der Elastizität der Dichtlippe besteht jedoch hierbei die Gefahr, dass diese, etwa bei axialen und/oder radialen Schwingungen der das Laufrad tragenden Welle, wie sie im Betrieb einer gattungsgemäßen Pumpe auftreten, zumindest kurzzeitig von der Gleitfläche abhebt, wobei sich diese Tendenz im Laufe der Zeit aufgrund des Verschleißes der sich an der Gleitfläche abnutzenden Dichtlippe noch verstärkt. Insbesondere bei einer Nutzung in Abwassersystemen begünstigt das zumindest kurzzeitige Öffnen des Spaltes aber die Ansammlung von Schmutzpartikel und faserigen Bestandteilen im Spaltbereich, wodurch es hier schließlich ebenfalls zu der schon angesprochenen Zopfbildung kommen kann.
Daher ist man bei der Pumpenfertigung um konstruktive Maßnahmen bemüht, durch welche das Spaltmaß gering gehalten beziehungsweise optimiert und darüber hinaus im Langzeitbetrieb der Pumpe möglichst konstant gehalten werden kann. So wird beispielsweise in der DE 199 60 160 A1 eine Vorrichtung zur Optimierung der Spaltweite bei Kreiselpumpen beschrieben. Nach der beschriebenen Lösung wird am Außenumfang des freien Endes eines Pumpenlaufrades ein Wulst ausgebildet. Dieser Wulst wird beim Einsetzen des Laufrades in das Pumpengehäuse hinter einen Dichtbund geführt, welcher an einem im Gehäuse angeordneten Spaltring ausgebildet ist. Hierdurch wird ein sehr geringes Spaltmaß erreicht. Da es sich jedoch bei dem Dichtbund gemäß der Lösung um ein starres Element handelt, besteht die Gefahr, dass dieser sich, sofern sich an ihm Ablagerungen ausbilden, oberhalb des an dem Laufrad ausgebildeten Wulstes in das Laufrad einläuft. Zudem wird durch den verbleibenden geringen Spalt ein Stofftransport von der Druckseite auf die Saugseite nicht verhindert, so dass auch die Gefahr der Zopfbildung und schließlich der Verstopfung des Spaltes nicht beseitigt ist.
In der EP 1 808 603 A1 wird eine Lösung zur Reduzierung der Breite eines radialen Dichtspaltes beschrieben, mittels welcher außerdem weitestgehend verhindert werden soll, dass sich der Spalt mit zunehmender Betriebsdauer der Pumpe in unerwünschter Weise verbreitert. Hierzu sind in den Radialspalt zwischen dem Pumpengehäuse und der Außenkontur des Laufrades ein starrer Verschleißring und ein elastischer Ring eingebracht. Während der Verschleißring, welcher beispielsweise aus gehärtetem Stahlguss oder einem keramischen Werkstoff besteht, das Flügelrad unter Verbleib eines geringen Restspaltes umgibt, ist der elastische Ring um den Verschleißring herum angeordnet und an der Innenkontur des Pumpengehäuses befestigt. Hierdurch ist eine Art elastische Aufhängung für den als Spaltring wirkenden Verschleißring gebildet. Mittels dieser elastischen Aufhängung werden insbesondere Schwingungen des Laufrades, wie sie vor allem beim Anlaufen der Pumpe auftreten, abgefangen und so eine Beschädigung des Spaltrings oder der Außenkontur des Laufrades verhindert. Ferner werden hierdurch der Spaltring und die Innenkontur des Pumpengehäuses thermisch voneinander entkoppelt. Durch die Lösung ist eine Spaltoptimierung gegeben, welche es ermöglicht, dass das Spaltmaß auch über eine längere Betriebszeit der Pumpe hinweg unter Kompensation von Maßtoleranzen der Pumpenteile und von im Betrieb der Pumpe auftretenden Schwingungen konstant gehalten wird. In jedem Falle verbleibt jedoch auch bei dieser Lösung ein Restspalt, an dem insbesondere beim Einsatz der Pumpe zur Förderung von Abwasser weiterhin die Gefahr einer Zopfbildung beziehungsweise Verzopfung besteht. Insoweit sind entsprechend ausgebildete Pumpen nur bedingt für den Einsatz als Abwasserpumpen geeignet.
Durch die US 2,109,679 A wird eine Lösung beschrieben, bei der mittels mehrerer durch Schrauben und Federn an Konturabschnitte des Laufrads gedrückter elastischer Elemente eine nahezu vollständige Abdichtung des Spalts erreicht wird. Die Anordnung ist jedoch vergleichsweise kompliziert und insoweit nicht selbstdichtend, als dass sich durch einen an den elastischen Elementen im Betrieb der Pumpe auftretenden Abrieb der ohnehin verbleibende minimale Restspalt sehr schnell vergrößern dürfte. Zudem sind die Bereiche, in denen die Federn angeordnet sind, selbst nicht abgedichtet. Hierdurch können insbesondere bei einer Verwendung der Pumpe im Abwasser Ablagerungen an den Federn entstehen und diese blockieren, so dass sie nicht mehr den zur weitgehenden Spaltabdichtung erforderlichen Druck auf die gegen das Laufrad drückenden Elemente ausüben können. Ferner ist die Gefahr eines Einlaufens der teilweise mit größeren Flächenbereichen an dem Laufrad anliegenden elastischen Elemente in die entsprechende Anlagefläche gegeben, wodurch ebenfalls ein Unwirksamwerden der Dichtung nach einer verhältnismäßig geringen Betriebszeit der Pumpe zu erwarten ist. Schließlich können radiale und axiale Schwingungen des Laufrads, wie sie beim Betrieb der Pumpe immer auftreten durch das Dichtsystem nicht ausgeglichen werden. Als Folge dessen mag zwar der Spalt im Allgemeinen fast geschlossen sein, wird aber jedenfalls insbesondere bei axialen Schwingungen des Laufrads gelegentlich weiter geöffnet. Im Falle eines wiederholten kurzzeitigen Öffnens des Spaltes werden sich aber insbesondere bei einer Verwendung der Pumpe zum Fördern von Abwasser unvermeidlich Ablagerungen im Spaltbereich bilden, welche im Laufe der Zeit zu der schon angesprochenen Zopfbildung und schließlich zur Verstopfung oder gar Beschädigung der Pumpe führen.
Eine insbesondere durch ihren einfachen Aufbau günstigere Lösung wird durch die DE 196 13 486 C2 beschrieben. Gemäß dieser Lösung gleitet beim Betrieb der Pumpe in deren Spaltbereich ein in Ausnehmungen des Pumpengehäuses gehaltener elastischer Dichtungsring an einer vorderen Abdeckscheibe des Laufrades entlang. Die Vorrichtung führt jedoch, wie auch in der Schrift ausgeführt, nicht zu einer Abdichtung des Spaltes, sondern zu einem äußerst geringen Spaltmaß, wobei dieses sich durch Abrieb und einen dadurch einsetzenden Verschleiß des Dichtungsrings in verhältnismäßig kurzer Zeit vergrößern dürfte. Im Hinblick darauf, dass radiale und axiale Schwingungen des Laufrades aufgrund der Art der Lagerung des Dichtrings an dem Pumpengehäuse auch bei dieser Lösung nicht ausgeglichen werden, ist die beschriebene Anordnung ebenfalls nicht für den Einsatz in Abwasserpumpen geeignet. Insoweit besteht auch hier die Gefahr einer schnellen Anlagerung von Feststoffen oder faserigen Verunreinigung im Bereich des Dichtrings und des Anliegens seiner Kante an dem Laufrad, mithin die Gefahr einer Zopfbildung im Spaltbereich.
Eine ebenfalls verhältnismäßig einfache Lösung wird darüber hinaus durch die DE 10 2005 019 654 A1 offenbart. Gemäß der in der Schrift beschriebenen Lösung wird der Spalt weitgehend mittels zweier Wulstdichtungen abgedichtet, deren elastische Dichtlippen jeweils an einer als Dichtfläche bezeichneten Außenfläche einer Hülse des Laufrads entlanggleiten. Die Abdichtung ist jedoch nicht vollständig. Vielmehr werden gewisse Leckströme in Kauf genommen, welche dadurch gegeben sind, dass ein Teil des geförderten, mit Druck beaufschlagten Mediums auf die Dichtlippen geführt wird, um diese an die Dichtbeziehungsweise Gleitfläche anzudrücken. Um jedoch den Verschleiß an den Dichtlippen zu reduzieren, wird das in dieser Weise verwendete Strömungsvolumen des die Dichtlippen mit Druck beaufschlagenden Mediums (Druckbeaufschlagungsmedium) über ein schraubenartige Profilierung der Dichtfläche als Leckstrom zur Ansaugseite der Pumpe zurückgeführt. Ein geringerer Volumenstrom des Druckbeaufschlagungsmediums wird auf die erste, weiter vom Spalt entfernte Dichtlippe geführt und zuvor gereinigt, um ein Verschleißen der Dichtlippe durch das Druckbeaufschlagungsmedium bei deren Passage über die in die Gleitfläche eingebrachte schraubenförmige Profilierung zu vermeiden. Auf die näher am Spalt angeordnete zweite Dichtlippe wird ein größerer Volumenstrom ungereinigten Dichtmediums geführt. Im Zusammenhang mit der Darstellung der Lösung wird dabei betont, dass die zweite Dichtlippe, trotz der Verwendung des insoweit relativ verschmutzten Druckbeaufschlagungsmediums keinem erhöhten Verschleiß unterliegt. Entsprechendes dürfte aber nicht bei einem Einsatz einer solchermaßen ausgestatten Pumpe zur Förderung stark verschmutzten Abwassers gelten. Zudem besteht bei einem Einsatz der Lösung im Zusammenhang mit Abwasserpumpen wiederum die nicht unbeträchtliche Gefahr einer Zopfbildung.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Laufradabdichtung bei Kreiselpumpen zu schaffen, durch welche bei einem sehr einfachen Aufbau der Vorrichtung der Stofftransport zwischen der Druckseite des Laufrads einer Kreiselpumpe und deren Laufradeintritt dauerhaft sicher verhindert, aber dennoch eine ungehinderte Drehbewegung des oder der Laufräder in dem Pumpengehäuse ermöglicht wird. Durch die zu schaffende Vorrichtung soll insbesondere auch bei einem Einsatz in Abwasserpumpen ein derartiger Stofftransport und damit eine Zopfbildung im Spaltbereich verhindert werden. Darüber hinaus soll die Vorrichtung sowohl die werkseitige Ausstattung von Pumpen ermöglichen als auch nachrüstbar sein.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Aus- beziehungsweise Weiterbildungen sind durch die Unteransprüche gegeben.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in Abhängigkeit von der Geometrie ihrer Elemente und von deren baulicher Anordnung in der Pumpe, wie bereits eingangs ausgeführt, sowohl bei Kreiselpumpen mit einem Axialspalt als auch bei solchen mit einem Radialspalt einsetzbar. Ferner können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowohl einstufige als auch mehrstufige Kreiselpumpen, das heißt Kreiselpumpen mit mehr als einem Laufrad, werksseitig oder im Zuge einer Nachrüstung ausgestattet werden.
Entsprechend des vorgeschlagenen Lösung ist in dem Pumpengehäuse einer mit der Vorrichtung ausgestatteten oder nachgerüsteten Kreiselpumpe zwischen der Druckseite und der Saugseite des mindestens einen Laufrads ein Dichtring angeordnet, welcher aus einem starren Druckring und einer mit dem Druckring
verbundenen ringförmigen elastischen Dichtlippe besteht. Die Dichtlippe ist im Bereich ihres Innendurchmessers mit dem Druckring verbunden. In einem von dem Druckring aufragenden oder/und den Druckring, bezogen auf dessen Durchmesser, überragenden Bereich ist die Dichtlippe gegen eine an der Umfangskontur im Bereich des Laufradeintritts an dem Laufrad ausgebildete Gleitfläche geneigt. Auf den wie vorstehend beschrieben ausgebildeten Dichtring wirkt erfindungsgemäß ein an dem Pumpengehäuse gehaltenes Stellglied. Durch dieses Stellglied wird der Dichtring bezüglich der Gleitfläche positioniert und gleichzeitig seine Dichtlippe in dem vom Druckring aufragenden oder/und den Durchmesser des Druckrings überragenden Bereich gegen die Gleitfläche des Laufrads vorgespannt. Der Dichtring wird dabei derart positioniert und seine Dichtlippe so vorgespannt, dass diese mit einem radial äußeren Ende des vorgenannten Bereichs im Betrieb der Pumpe an der Gleitfläche anliegt. Die an dem Stellglied vorzunehmende Einstellung kann derart sein, dass die Dichtlippe im Ruhezustand der Pumpe nur leicht (sehr geringe Vorspannung) an der korrespondierenden Gleitfläche des Laufrads anliegt und das Anliegen des radial äußeren Endes der Dichtlippe an der Gleitfläche im Betrieb der Pumpe durch die dann zusätzlich zwischen ihrer Druckseite und der Saugseite bestehende Druckdifferenz sicher gewährleistet ist. Die Dichtvorrichtung ist dabei so gestaltet, dass aufgrund der Verformbarkeit des zu diesem Zweck in ausreichender Länge von dem Druckring aufragenden oder/und ihn im ausreichenden Maße bezüglich seines Durchmessers überragenden Bereichs der Dichtlippe und der mittels des Stellglieds in der Dichtlippe erzeugten Vorspannung eine dauerhafte sowie sich selbstnachstellende vollständige Abdichtung des Spalts gegeben ist. In vorteilhafter Weise werden durch die mögliche großzügige Verformung des den Druckring überragenden oder/und von ihm aufragenden elastischen Bereichs auch die beim Pumpenbetrieb auftretenden Radial- und Axialschwingungen insoweit ausglichen, dass selbst diese nicht zu einem auch nur kurzeitigen Öffnen des Spaltes führen. Bei neuen mit einer entsprechenden Spaltdichtung ausgestatteten Pumpen oder bei frisch mit der entsprechenden Spaltdichtung nachgerüsteten Pumpen wird der Dichtring dabei mittels des Stellglieds bezüglich seiner Position und der Vorspannung seines Dichtlippe so eingestellt, dass das radial äußere Ende der Dichtlippe den Schleißring mit geringstmöglicher Vorspannung gerade sicher berührt.
Gemäß einer möglichen Ausbildungsform der Erfindung ist die Gleitfläche Teil eines im Bereich des Laufradeintritts an der Umfangskontur des Laufrads befestigten starren Schleißrings. Der vorgenannte Schleißring kann dabei bereits werksseitig an einer mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestatteten Pumpe an dem Laufrad angeordnet oder bei entsprechender Nacharbeit des Laufrads im Zuge einer Nachrüstung befestigt werden. Der Schleißring besteht aus einem besonders verschleißfesten Material wie Edelstahlhartguss, Keramik oder einem Spezialverbundstoff, oder er ist zumindest mit einer besonderen Verschleißschutzbeschichtung versehen. Denkbar ist es natürlich auch, zumindest die Gleitfläche des Laufrads durch eine geeignete Oberflächenbehandlung oder Beschichtung des Materials besonders verschleißfest zu gestalten oder das Laufrad insgesamt aus einem entsprechend verschleißfesten Material auszubilden, was jedoch gegebenenfalls zu erhöhten Kosten führt. Insbesondere im Zusammenhang mit der Nachrüstung wird aber in der Praxis die verschleißfeste Gleitfläche vorzugsweise durch Aufbringen eines Schleißrings auf das Laufrad im Bereich des Laufradeintritts realisiert werden.
Der Dichtring ist, wie bereits ausgeführt, durch einen starren Druckring und eine mit ihm verbundene elastische Dichtlippe realisiert, wobei der Druckring ebenfalls aus einem verschleißfesten Werkstoff, vorzugsweise Metall, besteht. Im Falle eines metallischen Druckrings besteht die Dichtlippe gemäß einer bevorzugten Ausbildungsform der Erfindung aus einem Elastomer und ist mit dem Druckring durch Vulkanisation verbunden. Dabei kann die Erfindung vorteilhafterweise noch dadurch weitergebildet sein, dass in das Elastomer zur mechanischen Stabilisierung ein Verstärkungsmaterial, vorzugsweise ein Metallgewebe, eingebettet ist. Ferner ist es möglich, zur Stabilisierung in das Elastomer eine Metallfederscheibe einzuvulkanisieren.
Die Geometrie der elastischen, vorzugsweise aus einem Elastomer beziehungsweise aus Gummi bestehenden Dichtlippe ist vorteilhafterweise so gestaltet, dass deren Dicke sich nach radial außen verringert. Diese Gestaltung der Geometrie der Dichtlippe und die schon zuvor erläuterten Maßnahmen zu ihrer mechanischen Stabilisierung dienen dazu, dass die Dichtlippe, auch bei großen Druckdifferenzen zwischen der Druckseite und der Laufradeintrittsseite, dem Grundgedanken der Erfindung folgen nur mit ihrem radial äußersten Bereich gleitend an dem Schleißring beziehungsweise der Gleitfläche anliegt. Es hat sich gezeigt, dass ohne entsprechende Maßnahmen aufgrund des hohlen, auf die Dichtlippe wirkenden Drucks die Gefahr besteht, dass die Dichtlippe durchgebogen wird oder abknickt und hierdurch mit einem großen Flächenbereich an dem Schleißring zur Anlage gelangt, wodurch sich die Gefahr vergrößert, dass die Dichtlippe sich im Laufe der Zeit verstärkt in die Gleitfläche beziehungsweise in den Schleißring einarbeitet. Durch die zwischen der Druckseite und dem Laufradeintritt auf der Saugseite bestehende Druckdifferenz ist dabei aber dennoch gewährleistet, dass die Dichtlippe zumindest im Betrieb der Kreiselpumpe gleitend sowie den Spalt vollständig abdichtend an der Gleitfläche des zugehörigen Laufrads anliegt.
Wie bereits ausgeführt, ist die Spaltabdichtung aufgrund der Vorspannung der elastischen Dichtlippe gegen die Gleitfläche insoweit selbstnachstellend, als die Dichtlippe auch wenn sie sich im Laufe des Betriebs allmählich abschleift, aufgrund der im Betrieb gegebenen Druckdifferenz zwischen der Druck- und der Saugseite bis zu einem bestimmten Verschleißgrad bei in Betrieb befindlicher Pumpe immer noch dichtend an der Gleitfläche anliegt. Eine vollständige Abdichtung des Spalts beim Betrieb der Pumpe, durch welche eine Anlagerung von Feststoffen und/oder von in dem geförderten Medium enthaltenen faserigen Bestandteilen im Spaltbereich und somit ein Verstopfung durch Zopfbildung selbst bei einem Einsatz in Abwasser wirksam verhindert wird, kann dabei auch dann noch gegeben sein, wenn die Dichtlippe bei abgeschalteter Pumpe aufgrund eingetretenen Materialverschleißes schon nicht mehr an der Gleitfläche anliegt.
Gemäß dem grundsätzlichen Lösungsgedanken wird die Vorspannung in der elastischen Dichtlippe des Dichtrings durch geeignete Positionierung des Dichtrings in dem Pumpengehäuse beziehungsweise in Bezug zur Gleitfläche erreicht, wobei sich der Dichtring an einem im Innern des Pumpengehäuses vorhandenen Widerlager so abstützt, dass auf seine Dichtlippe ein gewisser Druck ausgeübt wird. Insoweit ist die erfindungsgemäße Lösung gegebenenfalls auch dadurch realisierbar, dass ein bereits vorhandener und in dem als Widerlager wirkenden Pumpengehäuse fixierter Spaltring, wie er zur Einstellung einer vorgegebenen Spaltbreite bei Pumpen des Standes der Technik gebräuchlich ist, nach entsprechender Nacharbeit gemäß der Erfindung mit einer gegen, einen ebenfalls nachgerüsteten Schleißring des Laufrads beziehungsweise dessen Gleitfläche geneigten Dichtlippe durch mechanische Befestigung oder Vulkanisation verbunden wird.
Gemäß einer praxisgerechten, vorzugsweise insbesondere für den Einsatz in einstufigen Kreiselpumpen mit Axialspalt vorgesehenen Ausbildungsform der Erfindung ist das auf den Dichtring wirkende Stellglied als ein in der axialen Richtung bezüglich seiner Position verstellbarer Stellring ausgebildet, welcher direkt auf den Dichtring wirkt. Die Dichtlippe liegt bei dieser Ausbildungsform zumindest im Betrieb der Kreiselpumpe, gleitend an einer vorzugsweise orthogonal zur axialen Richtung beziehungsweise Pumpenachse angeordneten Außenfläche des Schleißrings an, wobei die axiale Richtung durch die Richtung der Längserstreckung der das eine Laufrad oder gegebenenfalls doch mehrere Laufräder treibenden Motorwelle gegeben ist. Entsprechend einer vorgesehenen Ausgestaltung dieser Ausbildungsform ist die Position des Stellrings mittels zweier oder mehrerer, bezüglich des Umfangs des Stellrings annähernd gleich verteilt angeordneter Stellschrauben einstellbar, welche jeweils mit einem sich am Pumpengehäuse in der axialen Richtung erstreckenden Gewinde in Eingriff gebracht sind. Die Gewinde für die Stellschrauben sind dabei vorzugsweise in Gewindebohrungen ausgebildet, welche in der axialen Richtung durch das Pumpengehäuse hindurchgeführt sind.
Insbesondere bei der Nachrüstung von Pumpen mit der erfindungsgemäßen Spaltdichtung kann es jedoch erforderlich sein, in das Pumpengehäuse einen zusätzlichen, an dem Stellring auf der dem Dichtring abgewandten Seite anliegenden Gehäusering einzufügen. Dies ist insbesondere bei Pumpen der Fall, welche auf der Laufradeintrittsseite eine verhältnismäßig große Gehäusebohrung beziehungsweise Gehäusekammer aufweisen. Bei diesen Pumpen ist es ohne die Einordnung des zusätzlichen Gehäuserings nicht möglich, die Stellschrauben so zu positionieren, dass der Stellring an entsprechender Stelle, nämlich insbesondere in dem, den starren Druckring des Dichtrings überragenden oder/und von ihm aufragenden Bereich Dichtlippe, auf den Dichtring wirkt. Um dies zu ermöglichen, wird der besagte Gehäusering eingefügt, welcher auf seinem Umfang mehrere kreissegmentförmige Ausnehmungen aufweist. Die Gewinde für die Stellschrauben des Stellglieds sind dabei jeweils zu einem Teil in den auf dem Außenumfang des Gehäuserings angeordneten kreissegmentförmigen Ausnehmungen und zu einem anderen Teil in korrespondierend zu diesen Ausnehmungen des Gehäuserings angeordneten und mit diesen zusammen vorzugsweise jeweils einen Vollkreis einschließenden, kreisringförmigen Ausnehmungen des Pumpengehäuses ausgebildet. Durch die mit den Gewinden in Eingriff gebrachten Stellschrauben wird der Gehäusering gleichzeitig in dem Pumpengehäuse fixiert.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausbildungsform der Erfindung weist der Stellring ein Außengewinde auf und ist mit einem korrespondierend dazu angeordneten Innengewinde des Pumpengehäuses in Eingriff gebracht. Die axiale Position des Stellrings ist damit innerhalb der Kreiselpumpe durch Verdrehen des Stellrings in dem Innengewinde des Pumpengehäuses einstellbar. Unabhängig davon, gemäß welcher der zuvor erläuterten Ausbildungsformen der Stellring und/oder die zu seiner Positionierung beziehungsweise zur Festlegung der auf den Dichtring wirkenden Andruckkraft dienenden Mittel ausgebildet sind, weist die erfindungsgemäße Vorrichtung entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung Feststellschrauben auf, mittels derer der Stellring in der jeweils für ihn eingestellten Lage und Position fixierbar ist.
Wie bereits mehrfach ausgeführt, eignet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erstausrüstung von Kreiselpumpen ebenso wie zu deren Nachrüstung. Daher ist die Vorrichtung gemäß einer zur Nachrüstung vorgesehenen Ausbildungsform so ausgebildet, dass deren jeweilige Elemente Bestandteile eines Bausatzes sind, welchem außerdem eine Bohrschablone beziehungsweise eine Bohrlehre zur lagerichtigen Anordnung der für die Stellschrauben und gegebenenfalls für die Feststellschrauben auszubildenden Gewindebohrungen beigefügt ist.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen nochmals näher erläutert werden. Dabei betreffen die erläuterten Beispiele Varianten, die insbesondere zur Umrüstung von bisher nicht mit einer entsprechenden Vorrichtung versehenen Pumpen geeignet sind. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig.1:: eine entsprechend einer möglichen Ausbildungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit dieser nachgerüstete Kreiselpumpe,
Fig. 2:: einen vergrößerten Ausschnitt der Pumpe nach Fig. 1 mit der Vorrichtung zur Laufradabdichtung,
Fig. 3a, 3b:: den gemäß der Ausbildungsform nach Fig. 1 und Fig. 2 zusätzlich in das Gehäuse der Pumpe eingefügten Gehäusering,
Fig.4: eine andere grundsätzliche Ausbildungsform der Erfindung, mit einem speziell gestalteten Stellring,

Die Fig. 1 zeigt beispielhaft eine mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung nachgerüstete Kreiselpumpe, wobei die Pumpe zur besseren Veranschaulichung mit einem Ausbruch im Pumpengehäuse 1 dargestellt ist. Das gezeigte Beispiel betrifft die Umrüstung einer Kreiselpumpe, bei welcher das Laufrad 2 in Form eines Kanalrads ausgebildet ist. Diese sowie die andere im Zusammenhang mit den Zeichnungen erläuterte Ausbildungsform bezieht sich auf eine Ausbildung, bei welcher die mit dem Druckring 7 verbundene und mit diesem gemeinsam den Dichtring ausbildende ringförmige elastische Dichtlippe 8 mittels eines auf den Dichtring wirkenden Stellrings 9 vorgespannt wird und die Gleitfläche 6' an einem an dem Laufrad 2 befestigten Schleißring 6 ausgebildet ist.
Die Pumpe besteht aus dem Pumpengehäuse 1 in welchem sich das auf einer hier nicht dargestellten Motorwelle angeordnete Laufrad 2 beziehungsweise Kanalrad beim Betrieb der Pumpe in der Umfangsrichtung u bewegt. Der hier ebenfalls nicht dargestellte Motor wird auf der in der Darstellung rechten Seite der Pumpe am Pumpengehäuse 1 so angeflanscht, dass sich die Motorwelle in der axialen Richtung a erstreckt. Zwischen dem Pumpengehäuse 1 und dem Laufrad 2 ist der abzudichtende Spalt ausgebildet, bei welchem es sich aufgrund der Bauform der im Beispiel gezeigten Pumpe um einen Axialspalt handelt. Dieser Spalt ist mittels der, in dem vergrößerten Ausschnitt nach der Fig. 2 nochmals besser veranschaulichten erfindungsgemäßen Vorrichtung gegen einen Stofftransport zwischen der Druckseite 3 der Pumpe und dem Laufradeintritt 5 auf der Saugseite 4 der Pumpe vollständig abgedichtet.
Die Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Laufradabdichtung nach- beziehungsweise umgerüsteten Kreiselpumpe gemäß Fig. 1, in einer Schnittdarstellung. Zur Umrüstung ist durch Abdrehen an der Außenkontur des Laufrads 2 ein Absatz ausgebildet worden. An diesen Absatz wurde ein mit einer komplementären Stufe versehener hochverschleißfester Schleißring 6 angelegt und mittels mehrerer Schrauben an dem Laufrad 2 befestigt. Hierzu wurden zuvor, auf dem Umfang verteilt, entsprechende mit den Senkbohrungen des Schleißrings 6 korrespondierende Gewindebohrungen in das Laufrad 2 eingebracht. In das Pumpengehäuse 1 der im Beispiel gezeigten Pumpe ist zur Reduzierung des bei dieser Pumpe auf der Seite des Laufradeintritts 5 verhältnismäßig großen Durchmessers der Gehäusebohrung zusätzlich ein vorzugsweise metallischer Gehäusering 11 eingefügt worden, dessen Ausbildung in den Fig. 3a und 3b veranschaulicht ist. Der Gehäusering 11 weist mehrere kreisringförmige Ausnehmungen 12 auf, welche jeweils mit einem ersten Teil eines Gewindes versehen sind und zusammen mit korrespondierenden, in das Pumpengehäuse 1 eingearbeiteten und mit dem zugehörigen zweiten Teil des Gewindes versehenen Ausnehmungen jeweils einen Vollkreis beziehungsweise Kreiszylinder einschließen. Mit den teilweise in den Ausnehmungen 12 des Gehäuserings 11 und teilweise in den Ausnehmungen des Pumpengehäuses 1 ausgebildeten Innengewinden sind jeweils Stellschrauben 10 in Eingriff gebracht. Mittels der mit einem Innensechskantschlüssel einstellbaren Stellschrauben 10 ist der Stellring 9 in der axialen Richtung a beweglich. Die Stellschrauben 10 dienen dabei gleichzeitig zur Befestigung des Gehäuserings 11 in dem Pumpengehäuse 1. Der mit Absätzen versehene Stellring 9 drückt gegen den flexiblen Bereich 8' der Dichtlippe 8 des zwischen dem Stellring 9 und dem Schleißring 6 angeordneten Dichtrings, wobei die Druckkraft, mit welcher die Dichtlippe 8 gegen den Schleißring 6 gedrückt wird, abhängig ist von der mittels der Stellschrauben 10 einstellbaren Position des Stellrings 9. Die jeweils eingestellte und bei Bedarf nachstellbare Position des Stellrings 9 wird mittels der durch eine Innenbohrung der Stellschrauben 10 geführten und jeweils mit einer Gewindebohrung im Stellring 9 in Eingriff gebrachten Feststellschrauben 15, welche vorliegend als Zugschrauben ausgebildet sind, fixiert. Dabei gelangen die Schraubenköpfe der unverlierbar angeordneten Feststellschrauben 15 an einem Absatz der Innenbohrung der jeweiligen Stellschraube 10 zur Anlage.
Der Dichtring besteht aus einem starren metallischen Druckring 7 an welchen die ringförmige aus Gummi bestehende Dichtlippe 8 bei dem gezeigten Beispiel angeschraubt ist. Vorteilhafter ist jedoch eine Verbidung des starren Druckrings 7 mit der Dichtlippe 8 durch Vulkanisation. Die Dichtlippe 8 wird durch den Stellring 9 derart mit einer Vorspannung beaufschlagt, dass sie, wie aus der Figur ersichtlich, bei ausgeschalteter Pumpe nur mit dem bezogen auf ihren Umfang äußeren Ende 8" ihres den Druckring 7 überragenden flexiblen Bereichs 8' an dem Schleißring 6 anliegt. Im Betrieb der Pumpe wird die Dichtlippe 8 unter vollständiger Abdichtung des Axialspalts aufgrund der zwischen der Druckseite 3 der Pumpe und dem Laufradeintritt 5 der Saugseite 4 bestehenden Druckdifferenz stärker an den Schleißring 6 herangedrückt. Aufgrund ihrer Elastizität liegt die Dichtlippe 8 aber dennoch nur gleitend mit dem äußeren Ende 8" des Bereichs 8' an dem Schleißring 6 an, so dass die Rotationsbewegung des Laufrads 2 der Pumpe weiterhin ermöglicht ist. Aufgrund der auf die Dichtlippe 8 aufgebrachten Vorspannung bleibt dabei deren gleitender Kontakt mit der Gleitfläche 6 auch bei betriebsbedingt auftretenden axialen und/oder radialen Schwingungen des Laufrads 2 stets bestehen. Es ist somit eine trotz möglicher Schwingungen zuverlässige, darüber hinaus aber auch dauerhafte, sich selbstnachstellende vollständige Abdichtung für den Spalt zwischen dem Pumpengehäuse 1 und der Saugseite 4 des Laufrads 2 beziehungsweise dem Laufradeintritt 5 gegeben. Beim Einsatz einer mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestatteten Kreiselpumpe als Abwasserpumpe wird dadurch eine Zopfbildung im Spaltbereich und damit eine spätere Verstopfung der Pumpe sicher verhindert.
Sofern der Innendurchmesser des Pumpengehäuses 1 nicht zu groß ist, kann abweichend von dem zuvor erläuterten Ausführungsbeispiel der Stellring 9 auch ohne zusätzlichen Gehäusering 11 direkt in das Pumpengehäuse 1 eingefügt sein. Die Stellschrauben 10 sind dabei durch axial verlaufende Gewindebohrungen im Pumpengehäuse 1 geführt. Dabei ist im Falle einer ab Werk erfolgenden Ausrüstung der Kreiselpumpen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Ausbildungsform ohne zusätzlichen Gehäusering 11 selbstverständlich der Vorzug zu geben. Die Darstellung der in den Fig. 1 bis 3a beziehungsweise 3b gezeigten Ausbildungsform soll jedoch dazu dienen, aufzuzeigen, dass auch bereits im Einsatz befindliche Pumpen gut mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung nachgerüstet werden können.
Eine andere Ausbildungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in der Fig.4 in einer mit der Fig. 2 vergleichbaren Darstellung gezeigt. Bei dieser Ausbildungsform erfolgt die Positionierung des Stellrings 9 und damit des Dichtrings sowie die Festlegung der auf den Dichtring mit Druckring 7 und Dichtlippe 8 wirkenden Andruckkraft mittels eines auf der Stirnseite des Stellrings 9 angeordneten Außengewindes 13. Dieses greift in ein entsprechendes im Pumpengehäuse 1 (gegebenenfalls, nämlich im Falle der Nachrüstung, durch entsprechende Nachbearbeitung des Pumpengehäuses 1) ausgebildetes Innengewinde 14 ein. Durch Verdrehen in dem Innengewinde 14 ist die axiale Position des Stellrings 9 entsprechend den Erfordernissen, das heißt Anliegen des radial äußeren Endes 8" des von dem Druckring 7 aufragenden Bereichs 8' der Dichtlippe 8 unter geringstmöglicher Vorspannung an dem Schleißring 6, einstellbar. In der entsprechenden Einstellposition ist der Stellring 9 mittels der Feststellschrauben 15 (im Außenbereich des Stellrings sind eine oder mehrere Feststellschrauben 15 angeordnet) fixierbar, welche als Klemmschrauben wirken und die Flanken der Gewinde 13, 14 des Stellrings 9 und des Pumpengehäuses 1 gegeneinander verspannen. Zur Abdichtung ist zwischen dem Pumpengehäuse 1 und dem Stellring 9 ein O-Ring 16 aus Gummi angeordnet.
Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird durch die vollständige Verhinderung der Rückströmung, nämlich der Rückströmung von der Druckseite 3 zur Saugseite 4 am Laufrad 2, und durch den Wegfall von Querströmungsverlusten eine deutliche Wirkungsgraderhöhung bei entsprechend ausgestatteten Kreiselpumpen erreicht. Saugseitige Verstopfungen werden insbesondere bei Abwasserpumpen mit Ein- oder Mehrkanallaufrädern wirksam verhindert. Hierdurch werden die Betriebs-, Energie- und Reparaturkosten beim Einsatz der Kreiselpumpen reduziert. Die Vorrichtung zeichnet sich zudem durch einen einfachen Aufbau und eine gute Nachrüstbarkeit bei bereits im Einsatz befindlichen Pumpen aus. Durch einen selbsttätigen Ausgleich der bautechnischen und/oder in Folge des Verschleißes auftretenden Toleranzen der Bauteile ist die vorgestellte Lösung vorteilhafterweise außerdem selbstnachstellend und daher dauerhaft selbstdichtend.

Liste der Bezugszeichen

1: Pumpengehäuse
2: Laufrad
3: Druckseite
4: Saugseite
5: Laufradeintritt
6: Schleißring
7: Druckring
8: Dichtlippe
8': Bereich der Dichtlippe
8": Ende (radial äußeres Ende der Dichtlippe)
9: Stellglied, zum Beispiel Stellring
10: Stellschraube
11: Gehäusering
12: Ausnehmung
13: Außengewinde
14: Innengewinde
15: Feststellschraube
16: O-Ring

a: axiale Richtung
u: Umfangsrichtung

Claims

Vorrichtung zur Laufradabdichtung bei Kreiselpumpen für fluide Medien, mittels welcher der zwischen dem Pumpengehäuse (1) und mindestens einem über eine Motorwelle getriebenen Laufrad (2) der Kreiselpumpe ausgebildete, die Rotationsbewegung des Laufrads (2) in dem Pumpengehäuse (1) ermöglichende Axial- oder Radialspalt gegen einen Stofftransport von der Druckseite (3) des mindestens einen Laufrads (2) zu dessen Saugseite (4) am Laufradeintritt (5) abgedichtet wird, wobei in dem Pumpengehäuse (1) zwischen der Druckseite (3) und der Saugseite (4) des betreffenden Laufrads (2) ein Dichtring angeordnet ist, welcher aus einem starren Druckring (7) und einer mit dem Druckring (7) verbundenen ringförmigen elastischen Dichtlippe (8) besteht, die im Bereich ihres Innendurchmessers mit dem Druckring (7) verbunden und in einem von dem Druckring (7) aufragenden oder/und dessen Durchmesser überragenden Bereich (8') gegen eine an der Umfangskontur im Bereich des Laufradeintritts (5) an dem Laufrad (2) ausgebildete Gleitfläche (6') geneigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein an dem Pumpengehäuse (1) gehaltenes Stellglied (9) auf den Dichtring wirkt, durch welches der Dichtring bezüglich der Gleitfläche (6') positioniert und seine Dichtlippe (8) in dem Bereich (8') derart vorgespannt ist, dass die Dichtlippe (8) mit einem radial äußeren Ende (8") ihres Bereichs (8') im Betrieb der Kreiselpumpe aufgrund der zwischen der Druckseite (3) und der Saugseite (4) bestehenden Druckdifferenz an der Gleitfläche (6') anliegt und den Axialspalt oder den Radialspalt vollständig abdichtet, wobei aufgrund der Verformbarkeit des Bereichs (8') der Dichtlippe (8) und der mittels des Stellglieds (9) in der Dichtlippe (8) erzeugten Vorspannung eine dauerhafte, sich selbstnachstellende sowie die beim Pumpenbetrieb auftretenden Radial- und Axialschwingungen ausgleichende Dichtung gegeben ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitfläche (6') Teil eines im Bereich des Laufradeintritts (5) an der Umfangskontur des Laufrads (2) befestigten starren Schleißrings (6) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtlippe (8) aus einem Elastomer besteht und mit dem Druckring (7) durch Vulkanisation verbunden ist, wobei der Druckring (7) aus Metall besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in das Elastomer der Dichtlippe (8) ein Verstärkungsmaterial eingebettet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in das Elastomer der Dichtlippe (8) ein Metallgewebe eingebettet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in die Dichtlippe (8') eine Metallfederscheibe einvulkanisiert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Dicke der ringförmigen Dichtlippe (8) in Richtung ihres Außenumfangs verringert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied als ein direkt auf den Dichtring wirkender Stellring (9) ausgebildet ist, dessen Position im Pumpengehäuse (1) in der axialen Richtung (a) mittels zweier oder mehrerer bezüglich des Umfangs des Stellrings (9) annähernd gleich verteilt angeordneter Stellschrauben (10) verstellbarer ist, welche jeweils mit einem Gewinde des Pumpengehäuses (1) in Eingriff gebracht sind und auf den Stellring (9) drücken.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewinde für die Stellschrauben (10) in Gewindebohrungen ausgebildet sind, welche in der axialen Richtung (a) durch das Pumpengehäuse (1) hindurch geführt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in das Pumpengehäuse (1) ein zusätzlicher, an dem Stellring (9) auf der dem Dichtring abgewandten Seite anliegender Gehäusering (11) eingefügt ist und die Gewinde für die Stellschrauben (10) jeweils zu einem Teil in auf dem Außenumfang des Gehäuserings (11) angeordneten kreissegmentförmigen Ausnehmungen (12) und zu einem Teil in korrespondierend zu den Ausnehmungen (12) des Gehäuserings (11) angeordneten und mit diesen zusammen jeweils einen Vollkreis einschließenden kreisringförmigen Ausnehmungen des Pumpengehäuses (1) ausgebildet sind, wobei der Gehäusering (11) durch die mit den Gewinden in Eingriff gebrachten Stellschrauben (10) in dem Pumpengehäuse (1) fixiert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied als ein direkt auf den Dichtring (7, 8) wirkender Stellring (9) mit einem Außengewinde (13) ausgebildet ist, dessen Position im Pumpengehäuse (1) in der axialen Richtung (a) durch Verdrehen des Stellrings (9) in einem an einer Innenfläche des Pumpengehäuses (1) ausgebildeten Innengewinde (14) verstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellring (9) in der für ihn eingestellten axialen Position mittels Feststellschrauben (15) fixierbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dass deren jeweiligen Elemente Bestandteile eines Bausatzes zur Nachrüstung bisher nicht mit einer Spaltdichtung ausgestatteter Kreiselpumpen sind, welchem außerdem eine Bohrschablone oder Bohrlehre zur lagerichtigen Anordnung auszubildender Gewindebohrungen beigefügt ist.