EP3029332B1

EP3029332B1 - Axial geteilte pumpe

Info

Publication number: EP3029332B1
Application number: EP15189336.9A
Authority: EP
Inventors: Willy Handloser; Thomas Welschinger; Heike Tischler
Original assignee: Sulzer Management AG
Current assignee: Sulzer Management AG
Priority date: 2014-12-05
Filing date: 2015-10-12
Publication date: 2019-05-01
Anticipated expiration: 2035-10-12
Also published as: US20160160873A1; EP3029332A1; MX364482B; RU2702450C2; MX2015015975A; AU2015255273A1; CA2912717A1; CA2912717C; KR102468017B1; CN105673549A; BR102015029345B1; RU2015149193A3; CN105673549B; AU2015255273B2; RU2015149193A; SG10201509181PA; US10273969B2; ES2725912T3; KR20160068648A; BR102015029345A2

Description

Die Erfindung betrifft eine axial geteilte Pumpe zum Fördern eines Fluids gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs.
Axial geteilte Pumpen, die auch als horizontal geteilte Pumpen bezeichnet werden, sind Pumpen, bei denen das Gehäuse parallel zur Achse der Welle geteilt ist und somit ein Unterteil und einen Deckel aufweist. Sowohl das Unterteil als auch der Deckel weisen jeweils einen Flansch auf, die zur Montage der Pumpe aufeinandergelegt und dann fest miteinander verbunden, beispielsweise verschraubt, werden.
Axial geteilte Pumpen sind seit langem wohl bekannt und werden in zahlreichen Ausführungsformen meist als Zentrifugalpumpen hergestellt, beispielsweise als ein- oder doppelflutige Pumpen und als einstufige oder mehrstufige Pumpen. Dabei kann das Laufrad der Pumpe zwischen zwei Lagern angeordnet sein (Between-bearing-Pump). Auch der Anwendungsbereich dieser Pumpen ist sehr breit, sie werden zum Beispiel in der Öl- und Gasindustrie oder in der Wasserindustrie oder im Bereich der Energieerzeugung eingesetzt. Häufig sind axial geteilte Pumpen für einen hohen Betriebsdruck oder grosse Volumenströme ausgelegt und eignen sich zum Pumpen über grosse geodätische Höhen, zum Fördern durch Wasser- oder Ölpipelines oder zur Meerwasserentsalzung mittels Umkehrosmose.
Bei axial geteilten Pumpen kommt natürlich der Abdichtung zwischen dem Unterteil und dem Deckel des Gehäuses entlang der beiden Flansche eine entscheidende Bedeutung zu. Ebenso muss zwischen dem Gehäuse und den Seitendeckeln, welche die Pumpe in axialer Richtung abschliessen, eine sehr gute Dichtung erzielt werden.
Zum Dichten zwischen dem Unterteil und dem Deckel ist es bekannt, insbesondere für Anwendungen mit hohem Druck, eine Flachdichtung zwischen den beiden Flanschen einzulegen, sodass sich die beiden Flansche im montierten Zustand nicht direkt berühren, sondern beidseitig die Flachdichtung kontaktieren. Solche Flachdichtungen erfordern eine hohe Vorspannung, insbesondere auch, um die erforderliche Flächenpressung zwischen Unterteil, Deckel und der Flachdichtung zu erzielen.
Eine alternative Technologie zur Abdichtung zwischen dem Unterteil und dem Deckel, wie sie beispielsweise auch in der WO-A-2014/083374 beschrieben ist, besteht darin, die Flansche des Unterteils und des Oberteils ohne dazwischenliegende Dichtung direkt aufeinander zu montieren. Die jeweiligen Oberflächen der beiden Flansche bilden dann Dichtflächen, die im montierten Zustand direkten Kontakt miteinander haben. Bei dieser Lösung ist in dem Unterteil oder in dem Deckel oder im Unterteil und im Deckel eine Dichtungsnut vorgesehen, die sich über die gesamte axiale Länge der Pumpe erstreckt und in die ein schnurförmiges Dichtungselement, beispielsweise ein O-ring-ähnliches Dichtungselement eingelegt ist. Meist ist diese Dichtungsnut aus fertigungstechnischen und montagetechnischen Gründen nur in dem Unterteil vorgesehen. Nach Einlegen des schnurförmigen Dichtungselements in die Dichtungsnut werden das Unterteil und der Deckel fest miteinander verschraubt, sodass die Dichtflächen der beiden Flansche in direktem Kontakt miteinander stehen und das schnurförmige Dichtungselement in der Dichtungsnut elastisch verformt wird, um so eine zuverlässige Abdichtung zu gewährleisten.
Da bei dieser Lösung keine Flachdichtung zwischen dem Flansch des Unterteils und dem des Deckels eingelegt ist, haben die Verschraubungen, mit denen das Unterteil und der Deckel aneinander befestigt werden, eine deutlich geringere Last zu tragen. Hieraus resultieren einige Vorteile: So können die Flansche, welche die Dichtflächen bilden, deutlich dünner und schmaler ausgestaltet werden, es wird weniger Material für die Flansche benötigt, was eine Kosten- und eine Gewichtsersparnis mit sich bringt, für die Verschraubung von Unterteil und Deckel können kleinere Schrauben bzw. Bolzen verwendet werden, diese können daher auch näher an der hydraulischen Kontur platziert werden. Zudem lässt die Verwendung der schnurförmigen Dichtungselemente im Vergleich zu den Flachdichtungen eine höhere Deformation des Gehäuses zu. Dies ist insbesondere bei mehrstufigen Pumpen von Vorteil, weil sich hierdurch die Leckage zwischen verschiedenen Druckräumen in der Pumpe, in welchen unterschiedliche Drücke herrschen, deutlich reduzieren oder sogar vermeiden lässt.
Die schnurförmigen Dichtungselemente sind üblicherweise aus einem Elastomer gefertigt, wie es auch für handelsübliche O-Ringdichtungen verwendet wird, beispielsweise aus dem Nitrilkautschuk Nitril-Butadien-Kautschuk (NBR: Nitrile Butadiene Rubber).
Bei den meisten Anwendungen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, mehr als eine Dichtungsnut mit jeweils einem eingelegten schnurförmigen Dichtungselement vorzusehen. So kann beispielsweise ein inneres schnurförmiges Dichtungselement zur Abdichtung des Saugraums gegen den Druckraum vorgesehen sein und ein äusseres schnurförmiges Dichtungselement, welches des Innenraum der Pumpe gegen die Aussenwelt, also den Umgebungsdruck abdichtet. Insbesondere bei mehrstufigen Pumpen können zusätzliche Dichtungsnuten mit jeweils eingelegten schnurförmigen Elementen vorgesehen sein, um die verschiedenen Druckkammern, in denen unterschiedliche Drücke herrschen, gegeneinander abzugrenzen.
Bei der Auslegung solcher Dichtungen mittels schnurförmiger Dichtungselemente ist man bemüht, die individuellen schnurförmigen Dichtungselemente möglichst als geschlossene also insbesondere ringförmige Dichtungselemente zu gestalten, weil die Verbindungs- oder Stossstellen zwischen individuellen schnurförmigen Dichtungselementen potenziell zu Leckagen führen können, insbesondere dann, wenn die Pumpe für einen hohen Betriebsdruck von beispielsweise bis zu 100 bar ausgelegt ist. Allerdings ist es rein konstruktiv nicht möglich, ausschliesslich in sich geschlossene Dichtungsschnüre vorzusehen. Es wird immer solche kritischen Stellen geben, an denen zwei individuelle Dichtungselemente aneinander grenzen und für die erwünschte Abdichtung zusammenwirken müssen.
Eine solche kritische Stelle ist die Verbindung zwischen dem Gehäuse der Pumpe und den Seitendeckeln der Pumpe, eine Stelle, an der insgesamt drei Bauteile aneinander grenzen, nämlich das Unterteil des Gehäuses, der Deckel des Gehäuses und der Seitendeckel. An dieser kritischen Stelle muss die Pumpe gegen die Umgebung bzw. den Umgebungsdruck abgedichtet werden. Hier auftretende Leckagen führen nicht nur zu einer Reduzierung der Effizienz der Pumpe, sondern können je nach dem von der Pumpe geförderten Fluid auch zu Umweltbelastungen durch austretendes Fluid führen, beispielsweise bei Flüssigkeiten wie Erdöl oder Rohöl.
Desweiteren befasst sich die JP S62 24079 Y2 speziell mit der Abdichtung des Seitendeckels in einer axial geteilten Pumpe. Hier ist es die wesentliche Idee, in die Kontaktflächen des oberen und des unteren Gehäuseteils, welche im zusammengebauten Zustand den Seitendeckel berühren, zwei halbkreisförmige Dichtungen einzulegen, die jedoch jeweils kurz vor dem Erreichen der Kontaktfläche zwischen dem oberen Gehäuseteil und dem unteren Gehäuseteil enden, sich also auch im zusammengesetzten Zustand nicht berühren. Im Seitendeckel ist ein zusätzliches Dichtungselement vorgesehen, welches den Bereich überdeckt, der von den Dichtungselementen nicht abgedeckt wird. Bei der Lösung gemäss JP S62 24079 Y2 ist ein direkter Kontakt zwischen den halbkreisförmigen Dichtungen, welche die Seitendeckel abdichten, mit dem Dichtungselement, das zwischen den beiden Gehäuseteilen abdichtet, nicht vorhanden.
Ausgehend von dem beschriebenen Stand der Technik ist es daher eine Aufgabe der Erfindung eine axial geteilte Pumpe zum Fördern eines Fluids vorzuschlagen, bei welcher eine zuverlässige und hochdruckfeste Dichtung zwischen dem Gehäuse der Pumpe und dem Seitendeckel vorgesehen ist.
Der diese Aufgabe lösenden Gegenstand der Erfindung ist durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs gekennzeichnet.
Vorzugsweise ist dabei in die Dichtungsnut ein schnurförmiges Dichtungselement eingelegt und in die ringförmige Dichtungsnut ein ringförmiges Dichtungselement eingelegt.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass insbesondere an solchen Kontaktstellen zwischen zwei separaten Dichtungselementen, an denen eine planare -also nicht gewölbte- Endfläche des einen Dichtungselements an einer gekrümmten Fläche, beispielsweise der Mantelfläche eines im Querschnitt kreisförmigen zweiten Dichtungselements anliegt. Diese Geometrie bedingt eine reduzierte Kontaktfläche zwischen den beiden Dichtungselementen, sodass hier leichter Leckagen auftreten können.
Dadurch, dass erfindungsgemäss die ringförmige Nut zur Aufnahme des ringförmigen Dichtungselements gemeinsam von dem Gehäuse und dem Seitendeckel gebildet wird, entstehen an dieser kritischen Stelle zusätzliche Dichtstellen, durch welche die Wirkung der Dichtungselemente verbessert wird, sodass auch insbesondere bei sehr hohem Betriebsdruck eine äusserst zuverlässige Dichtung zwischen dem Gehäuse der Pumpe und dem Seitendeckel gewährleistet ist.
Aus konstruktiven Gründen ist eine solche Ausgestaltung bevorzugt, bei welcher das schnurförmige Dichtungselement an der zweiten Kontaktfläche eine planare Querschnittsfläche aufweist.
Für eine gute Dichtwirkung ist es eine vorteilhafte Massnahme, wenn die Dichtungsnut im wesentlichen senkrecht in die ringförmige Nut einmündet.
Gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Dichtungsnut im Unterteil des Gehäuses vorgesehen, was insbesondere eine einfachere Fertigung und eine leichtere Montage ermöglicht.
Ferner ist eine solche Ausgestaltung bevorzugt, bei welcher sich die Dichtungsnut von der zweiten Kontaktfläche bis zu dem bezüglich der axialen Richtung gegenüberliegenden Ende der Pumpe erstreckt, das für die Aufnahme eines zweiten Seitendeckels ausgestaltet ist, welcher zum Verschliessen des Gehäuses geeignet ist und bei welcher in die Dichtungsnut das schnurförmige Dichtungselement eingelegt ist, welches sich über die gesamte Längserstreckung der Dichtungsnut erstreckt. Hierdurch ist eine durchgängige - also nicht durch Verbindungen separater Dichtungselemente getrennte - Abdichtung zwischen dem Unterteil und dem Deckel des Gehäuses entlang der gesamten axialen Länge der Pumpe gewährleistet. Natürlich ist diese durchgängige Dichtungsnut in der Regel nicht geradlinig sondern folgt in geeigneter Weise der inneren Kontur in der Pumpe.
Unter konstruktiven Aspekten ist es eine vorteilhafte Massnahme, wenn die von dem Rücksprung und dem Vorsprung gebildete ringförmige Nut senkrecht zu ihrer Längserstreckung eine im wesentlichen rechteckige Querschnittsfläche aufweist.
Im Hinblick auf eine gute Dichtwirkung ist es bevorzugt, wenn die ringförmige Nut in radialer Richtung eine Breite aufweist, die grösser ist als die Breite des schnurförmigen Dichtungselements.
Bezüglich des ringförmigen Dichtungselements ist es bevorzugt, wenn in die ringförmige Nut ein ringförmiges Dichtungselement eingelegt ist, das vorzugsweise eine kreis- oder ellipsenförmige Querschnittsfläche aufweist.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn das ringförmige Dichtungselement eine Höhe in axialer Richtung aufweist, die grösser ist als die Tiefe der ringförmigen Nut in axialer Richtung. Dadurch ragt das ringförmige Dichtungselement im unmontierten Zustand bezüglich der axialen Richtung über die ringförmige Nut hinaus und wird dann bei der Montage unter elastischer Verformung gegen die Endfläche des schnurförmigen Dichtungselements gedrückt, sodass hier ein inniger Kontakt zwischen den beiden Dichtungselementen gewährleistet ist.
Eine weitere vorteilhafte Massnahme besteht darin, dass die Dichtungsnut an ihrer Einmündung in die zweite Kontaktfläche eine Ausnehmung aufweist, die bezüglich der Dichtungsnut radial innenliegend angeordnet ist.
In diese Ausnehmung kann dann optional ein elastisches Vorspannelement eingelegt sein, welches eine radial nach aussen gerichtete Vorspannung auf das schnurförmige Dichtungselement ausübt. Diese Massnahme bietet den Vorteil, dass auch schon bei kleineren Betriebsdrücken, also beispielsweise beim Anfahren der Pumpe, von Beginn an eine sehr gute Dichtwirkung erzielt wird. Ferner resultiert der Vorteil, dass nach längerer Betriebsdauer der Pumpe, wenn Degradationen oder sonstige Veränderungen in dem schnurförmigen Dichtungselement auftreten können, das elastische Vorspannelement diese Veränderungen kompensiert und das Dichtungselement zuverlässig gegen die Wandung der Dichtungsnut drückt.
Vorzugsweise ist das Vorspannelement federelastisch und erstreckt sich parallel zu dem schnurförmigen Dichtungselement. Besonders bevorzugt ist das Vorspannelement als Feder ausgestaltet.
Bezüglich des Materials ist es bevorzugt, wenn das ringförmige Dichtungselement und das schnurförmige Dichtungselement aus einem Elastomer, insbesondere aus einem Nitrilkautschuk, speziell aus Nitril-Butadien-Kautschuk (NBR) gefertigt ist.
Die erfindungsgemässe Pumpe eignet sich insbesondere auch für sehr hohe Betriebsdrücke und kann vorzugsweise als Zentrifugalpumpe mit einem Auslegungsdruck von mindestens 50 bar, vorzugsweise mindestens 100 bar ausgestaltet werden.
Weitere vorteilhafte Massnahmen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen, teilweise im Schnitt:

Fig. 1:: ein perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemässen Pumpe, wobei der Deckel entfernt und nur symbolisch angedeutet ist,
Fig.2:: eine Aufsicht auf das Unterteil des Gehäuses des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1,
Fig. 3:: den Seitendeckel des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1 sowie einen Teil des Gehäuses,
Fig. 4:: eine schematisierte Darstellung des Seitendeckels und des Gehäuses des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1,
Fig. 5:: analog zu Fig. 4, aber mit eingelegten Dichtungselementen, und
Fig.6:: eine Variante für das Ausführungsbeispiel in einer zu Fig. 5 analogen Darstellung.

Fig. 1 zeigt in einer perspektivischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen axial geteilten Pumpe, die gesamthaft mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet ist. Die Pumpe 1 umfasst ein Gehäuse 2, das axial geteilt ist, und ein Unterteil 21 sowie einen Deckel 22 umfasst. Zum besseren Verständnis ist in Fig. 1 der Deckel 22 entfernt und nur symbolisch angedeutet. Fig. 2 zeigt eine Aufsicht auf das Unterteil 21 des Gehäuses 2 dieses Ausführungsbeispiels.
Das Gehäuse 2 umfasst einen Einlass 5 zum Ansaugen eines zu fördernden Fluids sowie einen Auslass 6 für das Fluid. Ferner umfasst die Pumpe 1 eine rotierbare Welle 3, deren Längsrichtung eine axiale Richtung A festlegt. Auf der Welle 3 ist mindestens ein Laufrad 4, im vorliegenden Fall sind es zwei Laufräder 4, drehfest montiert, welche das Fluid vom Einlass 5 zum Auslass 6 fördert. Ferner ist an den beiden Enden bezüglich der axialen Richtung A der Pumpe 1 jeweils eine Lagervorrichtung 7 vorgesehen, um die Welle 3 der Pumpe 1 zu lagern. Die darstellungsgemäss linke Lagervorrichtung 7 (Fig. 1) ist ferner mit einer Kupplung 8 versehen, die mit einem nicht dargestellten Antrieb verbindbar ist, welcher die Welle 3 der Pumpe 1 in Rotation versetzt.
Mit dem Begriff axial geteilte Pumpe 1 bzw. axial geteiltes Gehäuse 2 ist wie allgemein üblich gemeint, dass das Gehäuse 2 parallel zur Längsrichtung der Welle 3 geteilt ist, also in einer Ebene, welche die Längsachse der Welle 3 enthält.
Im speziellen handelt es sich bei der in den Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Pumpe 1 um eine axial geteilte mehrstufige - hier zweistufige Zentrifugalpumpe, die einflutig ausgestaltet ist und in einer sogenannte Between-Bearing-Anordnung, d. h. die Laufräder 4 befinden sich zwischen den Lagervorrichtungen 7. Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf solche Pumpentypen beschränkt ist, sondern auch für alle anderen Pumpen mit axial geteiltem Gehäuse 1 geeignet ist, beispielsweise einstufige Pumpen, also solche mit nur einem Laufrad 4, doppelflutige Pumpen mit einstufiger oder mehrstufiger Ausgestaltung oder andere Pumpentypen als Zentrifugalpumpen.
Bezüglich der axialen Richtung A ist das Gehäuse 2 der Pumpe 1 jeweils durch einen Seitendeckel 9 verschlossen, der im vorliegenden Fall gleichzeitig den Abschlussdeckel der mechanischen Wellendichtung darstellt.
Der Deckel 22 und das Unterteil 21 des Gehäuses 2 sind im montierten Zustand in direktem Kontakt miteinander, das heisst zwischen diesen beiden Teilen ist keine Flachdichtung vorgesehen, welche den direkten Kontakt zwischen dem Unterteil 21 und dem Deckel 22 verhindert. Dazu umfasst das Unterteil 21 einen ersten Flansch 211, der sich im montierten Zustand in der Ebene der axialen Teilung des Gehäuses 2 erstreckt und dessen darstellungsgemäss obere Oberfläche eine erste Dichtfläche 212 bildet. In sinngemäss gleicher Weise ist der Deckel 22 mit einem zweiten Flansch 221 versehen, der sich im montierten Zustand in der Ebene der axialen Teilung des Gehäuses 2 erstreckt und dessen darstellungsgemäss untere Oberfläche (Fig. 1) eine zweite Dichtfläche 222 bildet.
Nach Montage des Deckels 22 auf dem Unterteil 21 stehen die erste Dichtfläche 212 und die zweite Dichtfläche 222 in direktem Kontakt miteinander, um eine dichtende Verbindung zwischen dem Unterteil 21 und dem Deckel 22 des Gehäuses 2 zu bilden. In der ersten Dichtfläche 212 des Unterteils 21 ist eine Dichtungsnut 213 vorgesehen, welche sich von dem darstellungsgemäss linken Seitendeckel 9 in axialer Richtung A der inneren Kontur der Pumpe 1 folgend bis zu dem anderen Seitendeckel 9 erstreckt. Diese Dichtungsnut 213 ist auf beiden Seiten der Welle 3 vorgesehen. In die Dichtungsnut 213 ist ein schnurförmiges Dichtungselement 10 eingelegt, welches sich über die gesamte Länge der Dichtungsnut 213 erstreckt und welches den Innenraum der Pumpe 1 gegenüber der Umgebung abdichtet. Das schnurförmige Dichtungselement 10 hat üblicherweise einen runden Querschnitt, so wie es beispielsweise von handelsüblichen O-Ringen bekannt ist. Natürlich ist es auch möglich, dass das schnurförmige Dichtungselement einen anderen Querschnitt aufweist, beispielsweise einen rechteckigen und insbesondere einen quadratischen Querschnitt. Dabei ist das schnurförmige Dichtungselement 10 bezüglich seines Durchmessers so bemessen, dass es im unmontierten Zustand über den Rand der Dichtungsnut 213 hinaussteht. Bei der Montage des Deckels 22 auf das Unterteil 21 wird somit das schnurförmige Dichtungselement 10 elastisch verformt und sorgt somit für eine zuverlässige Abdichtung zwischen dem Unterteil 21 und dem Deckel 22 des Gehäuses 2.
Die Befestigung des Deckels 22 auf dem Unterteil 21 erfolgt vorzugsweise mittels Bolzen oder Schrauben, welche durch die in der ersten Dichtfläche 212 vorgesehene Bohrungen oder Gewindebohrungen (ohne Bezugszeichen in Fig. 1 und Fig. 2) greifen, sodass das Unterteil 21 und der Deckel 22 fest und dichtend miteinander verschraubt sind.
Alternativ ist es auch möglich, die Dichtungsnut 213 im Deckel 22 des Gehäuses 2 vorzusehen, oder sowohl im Unterteil 21 als auch im Deckel 22 eine Dichtungsnut vorzusehen. Aus fertigungs- und montagetechnischen Gründen ist es bevorzugt, die Dichtungsnut 213 bzw. die Dichtungsnuten nur im Unterteil 21 vorzusehen.
Zum Abdichten zwischen dem Seitendeckel 9 und dem Gehäuse 2 weist der Seitendeckel 9 eine erste Kontaktfläche 91 auf, welche mit einer zweiten Kontaktfläche 23 zusammenwirkt, die am Gehäuse 2 vorgesehen ist (siehe Fig. 3). Die zweite Kontaktfläche 23 umgibt die Welle 3 und erstreckt sich sowohl über das Unterteil 21 des Gehäuses 2 als auch über den Deckel 22 des Gehäuses 2. Zum besseren Verständnis zeigt Fig. 3 in einer vergrösserten Darstellung den Seitendeckel 9 und einen Teil des Gehäuses 2 in einer Aufsicht auf das Unterteil 21, wobei der Seitendeckel 9 noch nicht mit dem Gehäuse 2 zusammengefügt ist. Zu erkennen ist auch die Dichtungsnut 213 im Unterteil 21 des Gehäuses 2, welche sich bis in die zweite Kontaktfläche 23 des Gehäuses 2 erstreckt.
Die dichtende Verbindung zwischen dem Seitendeckel 9 und dem Gehäuse 2 stellt eine besondere Herausforderung dar, weil hier drei Bauteile aneinandergrenzen, nämlich der Seitendeckel 9, das Unterteil 21 und der Deckel 22 des Gehäuses 2. Die erste Kontaktfläche 91 des Seitendeckels 9 wird durch eine seiner Begrenzungsflächen in axialer Richtung A gebildet. Die zweite Kontaktfläche 23 des Gehäuses 2 steht senkrecht auf der axialen Richtung A, sodass sie der ersten Kontaktfläche 91 gegenüberliegt.
Erfindungsgemäss ist in der zweiten Kontaktfläche 23 des Gehäuses 2 ein Rücksprung 24 vorgesehen, der hier als zentrale Ausnehmung in der zweiten Kontaktfläche 23 ausgestaltet ist. Ferner ist in der ersten Kontaktfläche 91 des Seitendeckels 9 ein Vorsprung 92 vorgesehen, der hier als zentrale Erhebung ausgestaltet ist. Der Rücksprung 24 und der Vorsprung 92 sind dabei so ausgestaltet und zueinander angeordnet, dass sie im montierten Zustand des Seitendeckels 9 gemeinsam eine ringförmige Nut 29 zur Aufnahme eines ringförmigen Dichtungselements 11 (siehe auch Fig. 4 und Fig. 5) bilden.
Hierzu ist bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel die zentrale Ausnehmung, welche den Rücksprung 24 in der zweiten Kontaktfläche 23 bildet, im wesentlichen mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet, dessen Durchmesser grösser ist als der Durchmesser der ebenfalls im wesentlichen mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildeten Erhebung, welche den Vorsprung 92 in der ersten Kontaktfläche 91 bildet. Dadurch entsteht erst nach dem Zusammensetzten des Seitendeckels 9 und des Gehäuses 2 die gemeinsam gebildete ringförmige Nut 29. Diese ringförmige Nut 29 wird folglich radial aussen durch die Seitenwand 241 des Rücksprungs 24 in der zweiten Kontaktfläche 23 des Gehäuses 2 begrenzt und radial innen durch die seitliche Begrenzungsfläche 921 des Vorsprungs 92 in der ersten Kontaktfläche 91 des Seitendeckels 9.
Fig. 4 zeigt in einer schematisierten Darstellung die ringförmige Nut 29, welche durch das Zusammensetzten des Seitendeckels 9 und des Gehäuses 2 entsteht. Zur besseren Übersicht sind in Fig. 4 das ringförmige Dichtungselement 11 und das schnurförmige Dichtungselement 10 nicht dargestellt. Ferner beschränkt sich Fig. 4 auf die Illustration der oberen Hälfte von Fig. 3, weil dies für das Verständnis ausreichend ist.
Fig. 5 ist eine Darstellung ähnlich wie die in Fig. 4, jedoch sind hier das ringförmige Dichtungselement 11 in die ringförmige Nut 29 und das schnurförmige Dichtungselement 10 in die Dichtungsnut 213 eingelegt.
Durch das Zusammenfügen des Seitendeckels 9 und des Gehäuses 2 entsteht durch das Zusammenwirken des Vorsprungs 92 im Seitendeckel 9 und des Rücksprungs 24 im Gehäuse 2 die ringförmige Nut 29, welche die Welle 3 der Pumpe 1 umgibt. Innerhalb des von der ringförmigen Nut 29 begrenzten Bereichs sind die erste Kontaktfläche 92 und die zweite Kontaktfläche 23 nach Montage des Seitendeckels in direktem Kontakt miteinander.
Wie dies insbesondere Fig. 4 verdeutlicht, weist die ringförmige Nut 29 senkrecht zu ihrer in Umfangsrichtung verlaufenden Längserstreckung eine im wesentliche rechteckige Querschnittsfläche auf. Diese Querschnittsfläche ist durch die axiale Tiefe T der ringförmigen Nut 29 - also ihre Tiefe bezüglich der axialen Richtung A - und durch die radiale Breite B der ringförmigen Nut 29 - also ihre Breite bezüglich der zur axialen Richtung A senkrechten radialen Richtung - festgelegt.
Wie ebenfalls aus Fig. 4 ersichtlich, ist es bevorzugt, dass die Dichtungsnut 213 im wesentlichen senkrecht in die ringförmige Nut 29 einmündet. Da die an der zweiten Kontaktfläche 23 platzierte Endfläche des schnurförmigen Dichtungselements 10 vorzugsweise eine planare also ungewölbte Querschnittsfläche ist (siehe Fig. 5), lässt sich durch diese Massnahme ein möglichst guter Kontakt zwischen dem schnurförmigen Dichtungselement 10 und dem ringförmigen Dichtungselement 11 in der ringförmigen Nut 29 realisieren.
Auch ist es bevorzugt, wenn die radiale Breite B der ringförmige Nut 29 grösser ist als die Breite des schnurförmigen Dichtungselements 10. Die Dichtungsnut 213 ist dann so angeordnet, dass sie mittig in die ringförmige Nut 29 einmündet.
Das ringförmige Dichtungselement 11, welches in die ringförmige Nut 29 eingelegt ist, hat vorzugsweise eine kreis- oder ellipsenförmige Querschnittsfläche, sodass hier handelsübliche Dichtungselemente wie beispielsweise O-Ringe verwendet werden können. Natürlich ist es auch möglich, dass das ringförmige Dichtungselement einen anderen Querschnitt aufweist, beispielsweise einen rechteckigen und insbesondere einen quadratischen Querschnitt. Das ringförmige Dichtungselement 11 ist vorzugsweise so bemessen, dass seine Höhe, womit seine Erstreckung in axialer Richtung A gemeint ist, grösser ist als die axiale Tiefe T der ringförmigen Nut 29. Somit ragt nämlich das ringförmige Dichtungselement 11 im unmontierten Zustand des Seitendeckels 9 bezüglich der axialen Richtung A über den Vorsprung 92 der ersten Kontaktfläche 91 heraus. Bei der Montage des Seitendeckels 9 am Gehäuse 2 wird folglich das ringförmige Dichtungselement 11 elastisch verformt und steht in der Folge im innigen Kontakt mit der Endfläche des schnurförmigen Dichtungselements 10 (siehe Fig. 5). Bezüglich der Erstreckung in radialer Richtung ist das ringförmige Dichtungselement 11 vorzugsweise so bemessen, dass es die radiale Breite B der ringförmigen Nut 29 ausfüllt.
Das schnurförmige Dichtungselement 10 ist vorzugsweise ebenfalls ein O-Ring-artiges Element, allerdings nicht als Ring ausgestaltet sondern als Schnur mit zwei Enden, und einer beispielsweise runden oder kreisförmigen Querschnittsfläche senkrecht zu ihrer Längserstreckung. Bezüglich der Breite in radialer Richtung ist das schnurförmige Dichtungselement 10 üblicherweise so bemessen, dass es die Dichtungsnut 213 nicht vollständig ausfüllt, so wie dies in Fig. 5 dargestellt ist.
Als Material sowohl für das ringförmige Dichtungselement 11 als auch das schnurförmige Dichtungselement 10 eignen sich insbesondere alle an sich bekannten Materialien, die für derartige Dichtungen eingesetzt werden, insbesondere Elastomere wie Nitrilkautschuk und speziell Nitril-Butadien-Kautschuk (NBR).
Bezüglich der Montage der Pumpe 1 wird beispielsweise wie folgt vorgegangen: Das schnurförmige Dichtungselement 10 wird in die dafür vorgesehene Dichtungsnut 213 im Unterteil 21 des Gehäuses 2 jeweils auf beiden Seiten der Welle 3 eingelegt (siehe z.B. Fig. 2), sodass sie sich von der zweiten Kontaktfläche 23 des Gehäuses 2 entlang der axialen Richtung A der inneren Kontur der Pumpe 1 folgend bis an das gegenüberliegende axiale Ende der Pumpe 1 erstreckt. Anschliessend kann der Deckel 22 des Gehäuses 2 mit dem Unterteil 21 verbunden werden, wobei sich das schnurförmige Dichtungselement 10 in der Dichtungsnut 213 vorzugsweise elastisch verformt und zur Dichtung zwischen dem Unterteil 21 und dem Deckel 22 beiträgt.
Vor der Montage der Seitendeckel 9 wird das ringförmige Dichtungselement 11 um den Vorsprung 92 im Seitendeckel 9 herum platziert. Nach Montage des Seitendeckels 9 am Gehäuse 2 bildet sich dann die ringförmige Nut 29 aus, in welcher das ringförmige Dichtungselement 11 eingelegt ist, das gegen die Endfläche des schnurförmigen Dichtungselements 10 drückt, welches in die Dichtungsnut 213 eingelegt ist. Dieser Zustand ist in Fig. 5 dargestellt.
Die erfindungsgemässe Ausgestaltung mit der ringförmigen Nut 29, die gemeinsam durch den Vorsprung 92 in der ersten Kontaktfläche 91 des Seitendeckels 9 und den Rücksprung 24 in der zweiten Kontaktfläche 23 des Gehäuses 2 gebildet wird, verbindet in sehr vorteilhafter Weise die Wirkung einer hauptsächlich axialen Abdichtung mit denen einer hauptsächlich radialen Abdichtung.
Wie dies Fig. 5 zeigt, entstehen durch die gemeinsame ringförmige Nut 29, deren eine Wand durch die Seitenwand 241 des Rücksprungs 24 gebildet wird, während die andere Wand durch die seitliche Begrenzungsfläche 921 des Vorsprungs 92 gebildet wird, zusätzliche axiale Dichtflächen 30 und zusätzliche radiale Dichtflächen 31, welche zu einer verbesserten Dichtung zwischen dem Gehäuse 2 und dem Seitendeckel 9 beitragen.
Diese verbesserte Dichtwirkung ist insbesondere auch im Hinblick auf einen möglichst hohen Betriebsdruck der Pumpe 1 vorteilhaft. So kann die Pumpe 1, beispielsweise in einer Ausgestaltung als Zentrifugalpumpe, mit einem Auslegungsdruck von mindestens 50 bar und vorzugsweise mindestens 100 bar konzipiert werden.
Fig. 6 veranschaulicht in einer zu Fig. 5 analogen Darstellung eine besonders bevorzugte Variante für die Ausgestaltung der erfindungsgemässen Pumpe 1. Im Folgenden wird nur auf die Unterschiede zu dem beschriebenen Ausführungsbeispiel eingegangen. Ansonsten gelten die voranstehenden Erläuterungen in gleicher oder sinngemäss gleicher Weise auch für diese Variante. Insbesondere haben die Bezugszeichen für gleiche oder von der Funktion her gleichwertige Teile die gleiche Bedeutung.
Bei der in Fig. 6 dargestellten Variante weist die Dichtungsnut 213 an ihrer Einmündung in die zweite Kontaktfläche 23 bzw. in die ringförmige Nut 29 eine Ausnehmung 214 auf, die bezüglich der Dichtungsnut 213 radial innenliegend angeordnet ist. Die Ausnehmung 214 verläuft parallel zur Dichtungsnut 213, derart, dass die Dichtungsnut 213 in ihrem Endbereich in axialer Richtung A über eine Länge L eine um die Breite D der Ausnehmung 214 vergrösserte Ausdehnung in radialer Richtung aufweist. Wie dies Fig. 6 zeigt, ist die radial innenliegende Begrenzungsfläche 215 der Ausnehmung 214 so angeordnet, dass sie näher an der Welle 3 liegt als die seitliche Begrenzungsfläche 921 des Vorsprungs 92. Dadurch existiert zwischen der seitlichen Begrenzungsfläche 921 des Vorsprungs 92 und der bezüglich dieser radial innenliegend angeordneten Begrenzungsfläche 215 der Ausnehmung 214 ein Absatz 216, der Teil der ersten Kontaktfläche 91 des Seitendeckels 9 ist.
In die Ausnehmung 214 ist vorzugsweise ein elastisches Vorspannelement 217 eingelegt, welches eine radial nach aussen gerichtete Vorspannung auf das schnurförmige Dichtungselement 10 ausübt. Bevorzugt ist das Vorspannelement 217 federelastisch, und insbesondere bevorzugt als Feder ausgestaltet. Die Feder 217 erstreckt sich parallel zu dem schnurförmigen Dichtungselement 10 und ist so bemessen, dass sie bezüglich der radialen Richtung breiter ist als die Breite D der Ausnehmung 214. Nach der Montage des Seitendeckels 9 kann sich die Feder 217 an dem Absatz 216 abstützen.
Die Variante mit dem Vorspannelement 217 bietet mehrere Vorteile. Während des Betriebs der Pumpe 1 gewährleistet das Vorspannelement einen zusätzlichen Beitrag, dass auch bei kleineren Betriebsdrücken, also beispielsweise beim Anfahren der Pumpe 1, sofort eine ausreichende Dichtwirkung zwischen dem Gehäuse 2 und dem Seitendeckel 9 realisiert ist. Auch im Hinblick auf den Langzeitbetrieb der Pumpe 1 ist das Vorspannelement 217 vorteilhaft. Kommt es nämlich mit zunehmender Betriebsdauer der Pumpe 1 zu Degradationen, Ermüdungen oder sonstigen Änderungen oder Abnutzungserscheinungen des schnurförmigen Dichtungselements 10, so können diese durch die Wirkung des Vorspannelements 217 kompensiert werden, weil dieses das schnurförmige Dichtungselement 10 zuverlässig gegen die radial aussenliegende Wand der Dichtungsnut 213 drückt.
Als eine weitere zusätzliche Massnahme, insbesondere bei sehr hohen Betriebsdrücken der Pumpe, kann es vorteilhaft sein, im Bereich der gemeinsamen ringförmigen Nut 29 auf der ersten oder der zweiten Dichtfläche 212 bzw. 222 des Unterteils 21 bzw. des Deckels 22 vorder Verbindung des Deckel 22 mit dem Unterteil 21 eine dünne Flüssigkeitsdichtung aufzubringen, also ein Fluid, das die dichtende Wirkung zwischen den beiden Dichtflächen 212 und 222 verstärkt.
Auch wenn die Erfindung nur unter näherer Bezugnahme auf einen der beiden Seitendeckel 9 erläutert ist, versteht es sich natürlich, dass vorzugsweise die Abdichtung des zweiten Seitendeckels oder weiterer Seitendeckel gegenüber dem Gehäuse 2 in gleicher oder sinngemäss gleicher Weise erfolgt wie vorangehend beschrieben.

Claims

Axial geteilte Pumpe zum Fördern eines Fluids mit einem axial geteilten Gehäuse (2), welches ein Unterteil (21) und einen Deckel (22) umfasst, mit einer rotierbaren Welle (3), die eine axiale Richtung (A) festlegt, sowie mit mindestens einem Seitendeckel (9) zum Verschliessen des Gehäuses (2) in axialer Richtung (A), wobei der Seitendeckel (9) eine erste Kontaktfläche (91) aufweist zum Zusammenwirken mit einer an dem Gehäuse (2) vorgesehenen zweiten Kontaktfläche (23), welche sich sowohl über das Unterteil (21) und den Deckel (22) erstreckt, wobei das Unterteil (21) eine erste Dichtfläche (212) aufweist und der Deckel (22) eine zweite Dichtfläche (222), wobei das Unterteil (21) und der Deckel (22) derart aneinander befestigbar sind, dass die beiden Dichtflächen (212, 222) direkten Kontakt miteinander haben, wobei in einer der Dichtflächen (212, 222) mindestens eine Dichtungsnut (213) zur Aufnahme eines schnurförmigen Dichtungselements (10) vorgesehen ist, welche Dichtungsnut (213) sich bis zu der zweiten Kontaktfläche (23) des Gehäuses (2) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Kontaktfläche (23) ein die Welle (3) umgebender Rücksprung (24) vorgesehen ist und dass in der ersten Kontaktfläche (91) des Seitendeckels (9) ein die Welle (3) umgebender Vorsprung (92) vorgesehen ist, wobei der Rücksprung (24) und der Vorsprung (92) so ausgestaltet und angeordnet sind, dass sie im montierten Zustand des Seitendeckels (9) gemeinsam eine ringförmige Nut (29) zur Aufnahme eines ringförmigen Dichtungselements (11) bilden.
Pumpe nach Anspruch 1, bei welcher in die Dichtungsnut (213) ein schnurförmiges Dichtungselement (10) eingelegt ist und in die ringförmige Dichtungsnut (29) ein ringförmiges Dichtungselement (11) eingelegt ist.
Pumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher das schnurförmige Dichtungselement (10) an der zweiten Kontaktfläche (23) eine planare Querschnittsfläche aufweist.
Pumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Dichtungsnut (213) im wesentlichen senkrecht in die ringförmige Nut (29) einmündet.
Pumpe nach Anspruch 1, bei welcher die Dichtungsnut (213) im Unterteil (21) des Gehäuses (2) vorgesehen ist.
Pumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher sich die Dichtungsnut (213) von der zweiten Kontaktfläche (23) bis zu dem bezüglich der axialen Richtung (A) gegenüberliegenden Ende der Pumpe erstreckt, das für die Aufnahme eines zweiten Seitendeckels (9) ausgestaltet ist, welcher zum Verschliessen des Gehäuses (2) geeignet ist und bei welcher in die Dichtungsnut (213) das schnurförmige Dichtungselement (10) eingelegt ist, welches sich über die gesamte Längserstreckung der Dichtungsnut (213) erstreckt.
Pumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die von dem Rücksprung (24) und dem Vorsprung (92) gebildete ringförmige Nut (29) senkrecht zu ihrer Längserstreckung eine im wesentlichen rechteckige Querschnittsfläche aufweist.
Pumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem die ringförmige Nut (29) in radialer Richtung eine Breite (B) aufweist, die grösser ist als die Breite des schnurförmigen Dichtungselements (10).
Pumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in die ringförmige Nut (29) ein ringförmiges Dichtungselement (11) eingelegt ist, das vorzugsweise eine kreis- oder ellipsenförmige Querschnittsfläche aufweist.
Pumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem das ringförmige Dichtungselement (11) eine Höhe in axialer Richtung aufweist, die grösser ist als die Tiefe (T) der ringförmigen Nut (29) in axialer Richtung (A).
Pumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Dichtungsnut (213) an ihrer Einmündung in die zweite Kontaktfläche (23) eine Ausnehmung (214) aufweist, die bezüglich der Dichtungsnut (213) radial innenliegend angeordnet ist.
Pumpe nach Anspruch 11, wobei in die Ausnehmung ein elastisches Vorspannelement (217) eingelegt ist, welches eine radial nach aussen gerichtete Vorspannung auf das schnurförmige Dichtungselement (11) ausübt.
Pumpe nach Anspruch 12, bei welcher das Vorspannelement (217) federelastisch ist und sich parallel zu dem schnurförmigen Dichtungselement (11) erstreckt und vorzugsweise als Feder (217) ausgestaltet ist.
Pumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher das ringförmige Dichtungselement (11) und das schnurförmige Dichtungselement (10) aus einem Elastomer, insbesondere aus einem Nitrilkautschuk, speziell aus Nitril-Butadien-Kautschuk NBR gefertigt ist.
Pumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, ausgestaltet als Zentrifugalpumpe mit einem Auslegungsdruck von mindestens 50 bar, vorzugsweise mindestens 100 bar.