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Die Erfindung geht aus von einer Tauchkreiselpumpe mit den im Oberbegriff des Anspruchs 10 angegebenen Merkmalen und einem dafür bestimmten Laufrad mit den im Obergriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
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Eine derartige Tauchkreiselpumpe mit einem solchen Laufrad ist aus der
DE 35 40 025 A1 bekannt. Diese Tauchkreiselpumpe hat einen Antriebsmotor, eine Antriebswelle und ein auf der Antriebswelle sitzendes Laufrad sowie eine Sitzfläche zur Befestigung der Tauchkreiselpumpe derart oben an einem Flüssigkeitsbehälter, dass sich die Antriebswelle von oben nach unten in den Flüssigkeitsbehälter hinein erstreckt. Das Laufrad ist am unteren Ende der Antriebswelle unterhalb der Oberfläche einer in dem Flüssigkeitsbehälter befindlichen Flüssigkeit angeordnet. Das Laufrad hat einen Teller, welcher auf seiner Unterseite mehrere Hauptschaufeln zum Pumpen der Flüssigkeit aufweist.
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Aus der
DE 33 28 484 A1 ist eine Tauchkreiselpumpe bekannt, in welcher die Antriebswelle von einem Innenrohr umgeben ist, welches sich von einem Laufradgehäuse nach oben erstreckt. Das Innenrohr ist von einem Außenrohr umgeben, welches mit dem Innenrohr einen ringförmigen Steigkanal für die zu pumpende Flüssigkeit ausbildet. Im Bereich des unteren Endes des Außenrohres verlaufen zwei Querleitungen durch das Innenrohr, den Steigkanal und das Außenrohr hindurch, welche einen Raum innerhalb des Innenrohres mit einem Raum außerhalb des Außenrohres verbinden. Das Laufradgehäuse bildet einen Pumpenraum aus, in welchem ein Laufrad angeordnet ist. Der ringförmige Steigkanal ist an seinem unteren Ende vollständig zu dem Pumpenraum hin geöffnet.
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Aus der
DE 32 14 185 A1 ist ferner eine Tauchkreiselpumpe bekannt, welche mehrere Steigrohre aufweist, welche im Querschnitt jeweils die Form eines Ringabschnitts aufweisen, wobei die Ringabschnitte der Steigrohre um die Antriebswelle herum verlaufen. Zwischen den Steigrohren sind Schlitze angeordnet, welche einen die Antriebswelle umgebenden Raum mit einem Raum außerhalb der Steigrohre verbinden und sich im Wesentlichen über die gesamte Länge der Steigrohre erstrecken.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Tauchkreiselpumpe und ein Laufrad der eingangs genannten Art zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Laufrad mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen und eine Tauchkreiselpumpe mit den in Anspruch 10 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine erfindungsgemäße Tauchkreiselpumpe weist eine Antriebswelle, ein mit der Antriebswelle drehfest verbundenes Laufrad und ein Laufradgehäuse auf. Das Laufradgehäuse bildet einen Pumpenraum aus, in welchem das Laufrad angeordnet ist. Die Tauchkreiselpumpe hat eine Sitzfläche zur Befestigung der Tauchkreiselpumpe derart oben an einem Flüssigkeitsbehälter, dass sich die Antriebswelle von oben nach unten in den Flüssigkeitsbehälter hinein erstreckt.
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Die Tauchkreiselpumpe kann mit ihrer Sitzfläche an einer oberen Behälterwand des Flüssigkeitsbehälters befestigt werden. Im Betrieb kommt das Laufrad im Innern des Flüssigkeitsbehälters unter der Oberfläche einer darin befindlichen Flüssigkeit zu liegen. Das Laufradgehäuse weist eine Ringfläche, insbesondere eine Zylindermantelfläche, auf, welche innerhalb des Pumpenraums um die Antriebswelle herum, insbesondere koaxial hierzu, verläuft. Die innerhalb des Pumpenraums liegende Ringfläche des Laufradgehäuses weist nach außen. Das Laufrad weist, insbesondere im Bereich seines äußeren Umfangs, eine nach innen weisende Ringfläche, insbesondere eine Zylindermantelfläche, auf, welche die Ringfläche des Laufradgehäuses außen umgibt.
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Das erfindungsgemäße Laufrad hat einen Teller, welcher auf einer seiner Seiten mehrerer Hauptschaufeln und auf einer den Hauptschaufeln gegenüberliegenden Seite mehrere Zusatzschaufeln aufweist. Die Hauptschaufeln dienen zum eigentlichen Pumpen der Flüssigkeit. Die Zusatzschaufeln können sich auf der der Sitzfläche zugewandten Seite des Laufrades, welche im Betrieb seine nach oben gewandte Seite ist, befinden. Das Laufrad kann eine Nabe aufweisen, mit welcher es auf der Antriebswelle, insbesondere auf einem ihrer Enden, befestigt werden kann. Der Teller kann sich von der Antriebswelle bzw. der Nabe nach außen erstrecken. Der Teller kann sich radial zwischen einem kleinen Umfang und einem großen Umfang am Laufrad erstrecken. Der Teller kann dabei quer oder schräg zur Antriebswelle verlaufen, also eben oder kegelig sein. Die Hauptschaufeln erstrecken sich entlang des Tellers von einem kleinen Umfang zu einem großen Umfang des Laufrades. Insbesondere haben die Hauptschaufeln eine Krümmung, welche in einer Ansicht entlang der Antriebswelle erkennbar ist. Die Hauptschaufeln und die Zusatzschaufeln erstrecken sich auf gegenüberliegenden Seiten entlang des Tellers und sind jeweils mit diesem verbunden. Jede der Hauptschaufeln und jede der Zusatzschaufeln erstreckt sich ausgehend von dem Teller über eine vordefinierte Höhe von diesem weg. Das Laufrad weist am äußeren Umfang der Zusatzschaufeln einen Ring mit einer nach innen weisenden Ringfläche auf, welche auf einem dem Teller abgewandten Seite der Zusatzschaufeln angeordnet ist und/oder die Zusatzschaufeln an ihrem äußeren Umfang umgibt. Die Ringfläche kann insbesondere zur Nabe weisen.
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Die Ringfläche des Laufradgehäuses weist einen kleineren Umfang als die Ringfläche des Laufrades auf. Die Ringfläche des Laufrades kann die Ringfläche des Laufradgehäuses derart in einem Abstand umgeben, dass zwischen beiden Ringflächen ein Spalt ausgebildet wird, welcher entlang des Umfangs des Laufrades verläuft. Die Ringfläche des Laufrades und die Ringfläche des Laufradgehäuses können sich koaxial zu der Antriebwelle erstrecken, insbesondere über einen vordefinierten Abschnitt. Die Ringfläche des Laufrades und die Ringfläche des Laufradgehäuses können jeweils als Zylindermantelfläche, insbesondere als Mantelfläche eines Kreiszylinders, oder als Kegelfläche ausgebildet sein. Jede der beiden Ringflächen kann entlang ihres Umfangs unterbrechungsfrei ausgeführt sein.
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Die Antriebswelle ist durch ein Loch oben im Laufradgehäuse, insbesondere in dessen oberer Wand, nach oben aus dem Pumpenraum herausgeführt. Derartige Tauchkreiselpumpen sind zum Pumpen von aggressiven Flüssigkeiten, beispielsweise Säuren oder Laugen, bestimmt. Es können auch abrasive Partikel in der Flüssigkeit enthalten sein. Deshalb werden die Antriebswelle berührende Dichtungen vermieden, sodass ein Ringspalt zwischen Antriebswelle und Laufradgehäuse vorhanden ist. Bei entsprechendem Druck im Pumpenraum kann ein Druckgefälle an diesem Ringspalt entstehen. Je nach Betriebszustand der Tauchkreiselpumpe kann der Druck im Pumpenraum höher als im Flüssigkeitsbehälter sein, sodass Flüssigkeit in Form einer sogenannten Bypass-Strömung durch diesen Ringspalt aus dem Laufradgehäuse austreten kann. Die Bypass-Strömung ist eine Verlustströmung, welche die Menge der von der Tauchkreiselpumpe aus dem Flüssigkeitsbehälter herausgepumpten Flüssigkeit verringert. Es können aber auch Betriebszustände der Tauchkreiselpumpe auftreten, in denen der Druck im Pumpenraum geringer als im Flüssigkeitsbehälter ist, sodass es zu einem Einsaugen von Flüssigkeit durch den Ringspalt zwischen Antriebswelle und Laufradgehäuse kommen kann. Ein solches Einsaugen kann unerwünscht sein, wenn der Flüssigkeitsstand im Flüssigkeitsbehälter niedrig ist, sodass die Gefahr besteht, dass Luft durch diesen Ringspalt in den Pumpenraum eingesaugt wird. Insbesondere bei schaumbildenden Flüssigkeiten kann dies sehr nachteilig sein. Dadurch, dass erfindungsgemäß die Ringfläche des Laufrades und die Ringfläche des Laufradgehäuses einander gegenüberliegen, kann dieses Druckgefälle über einen breiten Betriebsbereich der Tauchkreiselpumpe verringert werden. Dies gilt insbesondere in Kombination mit den Zusatzschaufeln, welche im Betrieb für einen Druckausgleich an dem Spalt zwischen der Ringfläche des Laufrades und der Ringfläche des Laufradgehäuses sorgen, und dadurch zu einer wesentlichen Verkleinerung des Druckgefälles führen können. Dadurch lässt sich sowohl eine Bypass-Strömung als auch ein Einsaugen von Flüssigkeit durch den Ringspalt zwischen Antriebswelle und Laufradgehäuse über einen breiten Betriebsbereich der Tauchkreiselpumpe vermeiden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann das Laufradgehäuse eine obere Wand mit einer nach unten weisenden Oberfläche haben, welche sich entlang der Oberseite des Laufrades erstreckt. Die Oberfläche an der oberen Wand kann an die Ringfläche des Laufradgehäuses angrenzen. Die Oberfläche an der oberen Wand des Laufradgehäuses kann sich insbesondere parallel oder äquidistant zu der dem Teller abgewandten Seite der Zusatzschaufeln erstrecken. Hierdurch wird die Bypass-Strömung weiter verringert. Die Zusatzschaufeln können geradlinig radial von innen nach außen verlaufen.
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In weiterer Ausgestaltung kann der Ring des Laufrades die Zusatzschaufeln an ihrem äußeren Umfang berühren oder mit Abstand umgeben. Das Laufrad kann auf einer dem Teller abgewandten Seite der Hauptschaufeln einen Deckel aufweisen. Der Deckel kann sich über den äußeren Umfang des Tellers und/oder den äußeren Umfang der Hauptschaufeln hinaus nach außen erstrecken. Die Hauptschaufeln können sich über den äußeren Umfang des Tellers hinaus erstrecken. Zwischen zwei der Hauptschaufeln, dem Teller und dem Deckel bildet sich ein von innen nach außen verlaufender Kanal, welcher entlang seines gesamten Umfangs geschlossen ist. Durch die Rotation des Laufrades wird im Betrieb Flüssigkeit durch diesen Kanal des Laufrades radial nach außen gefördert. Der Deckel kann in seiner Mitte, also koaxial zur Nabe bzw. Antriebswelle ein Loch aufweisen, dessen Umfang größer als der innere Umfang der Hauptschaufeln ist. Am inneren Umfang des Deckels kann sich ein Saugrohr anschließen, welches sich von Deckel zu der dem Teller abgewandten Seite erstreckt.
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In weiterer Ausgestaltung kann das Laufrad zwei Ringe aufweisen. Ein erster der Ringe kann auf einer dem Teller abgewandten Seite der Zusatzschaufeln angeordnet sein und/oder die Zusatzschaufeln an ihrem äußeren Umfang umgeben. Ein zweiter der Ringe kann den Teller in einem Abstand und/oder die Hauptschaufeln an ihrem äußeren Umfang umgeben. Der erste Ring kann die nach innen weisende Ringfläche aufweisen, welche die nach außen weisende Ringfläche des Laufradgehäuses umgibt. Der zweite Ring kann sich koaxial zu der Antriebswelle erstrecken, insbesondere über einen vordefinierten Abschnitt. Der zweite Ring kann sich auf der den Zusatzschaufeln zugewandten Seite der Hauptschaufeln befinden. Dabei kann der zweite Ring auch die Zusatzschaufeln und/oder den ersten Ring in einem Abstand umgeben. Jeder der Ringe kann an seinem inneren Umfang und/oder an seinem äußeren Umfang jeweils eine Zylindermantelfläche, insbesondere eine Mantelfläche eines Kreiszylinders, aufweisen. Der zweite Ring kann die Umlenkung der von den Hauptschaufeln radial nach außen geförderten Flüssigkeit in eine entlang der Antriebswelle verlaufende Strömungsrichtung verbessern. Dadurch kann der Wirkungsgrad der Tauchkreiselpumpe verbessert werden.
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Das Laufrad kann einstückig oder aus mehreren Teilen gefertigt sein. Jeder Bestandteil des Laufrades, insbesondere die Nabe, der Teller, die Hauptschaufeln, die Zusatzschaufeln, der Deckel und der wenigstens eine Ring, können alle oder nur teilweise einteilig miteinander oder mehrteilig gefertigt werden. Insbesondere kann der erste Ring und/oder zweite Ring in Form eines Rohrabschnitts ausgebildet sein, welcher an dem Laufrad befestigt, insbesondere mit diesem verschweißt, ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Antriebswelle von einem Innenrohr umgeben sein. Die Antriebswelle und das Innenrohr können von einem Außenrohr umgeben sein. Das Außenrohr und das Innenrohr erstrecken sich jeweils zwischen dem Laufradgehäuse und der Sitzfläche. Eine Innenfläche des Außenrohres bildet mit einer Außenfläche des Innenrohres einen ringförmigen Steigkanal für die zu pumpende Flüssigkeit aus. Das Innenrohr und das Außenrohr bilden somit ein doppelwandiges Steigrohr, zwischen dessen Wandungen der ringförmige Steigkanal ausgebildet ist. Durch das Innenrohr, den Steigkanal und das Außenrohr hindurch verlaufen mehrere Querleitungen, welche jeweils einen Raum innerhalb des Innenrohres mit einem Raum außerhalb des Außenrohres verbinden. Derartige Querleitungen und ihre Funktion sind dem Fachmann bekannt, beispielsweise aus der
DE 33 28 484 A1 . Das Außenrohr und das Innenrohr können jeweils mit der oberen Wand des Laufradgehäuses verbunden, insbesondere verschweißt, sein. In der oberen Wand des Laufradgehäuses sind mehrere Kanäle angeordnet, durch welche der Pumpenraum mit dem Steigkanal in Verbindung steht. Die zu pumpende Flüssigkeit kann aus dem Pumpenraum durch diese Kanäle in den Steigkanal eintreten. Jeder der Kanäle hat eine Längserstreckung vom Pumpenraum zum Steigkanal und eine Mündung in den Steigkanal. An seiner Mündung in den Steigkanal gibt jeder Kanal eine Strömungsrichtung vor, welche an der Innenfläche des Außenrohres entlang zwischen zwei der Querleitungen hindurchführt. Die vorgegebene Strömungsrichtung und/oder die Längsrichtung jedes Kanals kann schräg zur Längsrichtung des Außenrohres bzw. der Antriebswelle orientiert sein. Die vorgegebene Strömungsrichtung kann windschief zur Antriebswelle verlaufen. Als windschief werden zwei Linien bezeichnet, welche nicht parallel zueinander im Raum verlaufen und sich nicht schneiden. Jeder der Kanäle kann insbesondere die Form eines Wendelabschnitts aufweisen. Die Fortsetzung des Wendelabschnittes führt zwischen zwei der Querleitungen hindurch.
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Durch die beschriebene Anordnung der Eintrittskanäle in der oberen Wand des Laufradgehäuses wird die zu pumpende Flüssigkeit gezielt in den Steigkanal hinein gelenkt. Die Strömung kann dadurch zwischen zwei Querleitungen hindurch gelenkt werden. Dadurch befindet sich jede der Querleitungen gewissermaßen im Strömungsschatten der Hauptströmung, welche durch die Kanäle aus dem Pumpenraum in den Steigkanal eintritt. Unkontrollierte und starke Verluste verursachende Verwirbelungen im Steigkanal lassen sich hierdurch erheblich verringern. Im Gegensatz zu der aus der
DE 33 28 484 A1 bekannten Ausgestaltung, bei welcher die in den ringförmigen Steigkanal eintretende Flüssigkeit unkontrolliert auf die Querleitungen trifft, können Strömungsverluste verringert und der Wirkungsgrad der Tauchkreiselpumpe erhöht werden.
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In weiterer Ausgestaltung kann die Mündung eines jeden der Kanäle entlang des Umfangs versetzt zu den Querleitungen angeordnet sein. Die Mitte jeder Mündung liegt dabei an einer anderen Umfangsposition als die Mitte jeder Querleitung. Die Kanäle können entlang des Umfangs gleichmäßig voneinander beabstandet sein. Alle Kanäle können in dieselbe Form haben. Jede der Querleitungen kann durch ein Querrohr gebildet werden, welches am Innenrohr und am Außenrohr angesetzt, insbesondere angeschweißt, ist und sich durch den Steigkanal hindurch erstreckt. Das Innenrohr und das Außenrohr weisen hierfür jeweils ein Loch auf. Mehrere der Querleitungen können in einer quer, insbesondere rechtwinklig, zur Antriebswelle verlaufenden Ebene liegen. Im Bereich des unteren Endes des Außenrohres kann eine erste Ebene mit mehreren Querleitungen angeordnet sein. Die in der ersten Ebene angeordneten Querleitungen befinden sich im Betrieb unterhalb der Oberfläche der Flüssigkeit im Flüssigkeitsbehälter. Die Anzahl der in der ersten Ebene angeordneten Querleitungen kann insbesondere mit der Anzahl der in der oberen Wand des Laufradgehäuses angeordneten Kanäle übereinstimmen. Oberhalb der ersten Ebene kann eine zweite Ebene mit mehreren Querleitungen angeordnet sein, welche sich insbesondere oberhalb der Oberfläche der Flüssigkeit im Flüssigkeitsbehälter befindet. Die zweite Ebene kann im Bereich des oberen Endes des Außenrohres angeordnet sein. Die Anzahl der Querleitungen in der ersten Ebene und in der zweiten Ebene kann übereinstimmen. Die Querleitungen in den beiden Ebenen können bei Betrachtung entlang der Antriebswelle hintereinander angeordnet sein.
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In weiterer Ausgestaltung können die Kanäle in der oberen Wand des Laufradgehäuses auf einem mittleren Umfang der oberen Wand angeordnet sein, welcher größer als der äußere Umfang des ersten Ringes und kleiner als der innere Umfang des zweiten Ringes ist, insbesondere mit dem mittleren Umfang zwischen den beiden Ringen übereinstimmt. Hierdurch kann die vom Laufrad kommende Flüssigkeit in vorteilhafter Weise in die Kanäle in der oberen Wand des Laufradgehäuses strömen und der Wirkungsgrad der Tauchkreiselpumpe weiter verbessert werden.
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In weiterer Ausgestaltung kann die Tauchkreiselpumpe einen mit der Antriebswelle gekoppelten Antriebsmotor aufweisen, welcher auf der dem Laufradgehäuse abgewandten Seite der Sitzfläche angeordnet ist. Im Betrieb ist der Antriebsmotor dadurch außerhalb des Flüssigkeitsbehälters angeordnet. Die Sitzfläche kann sich am Antriebsmotor oder an einem Einbauflansch befinden. Das Innenrohr und das Außenrohr können sich jeweils vom Einbauflansch zum Laufradgehäuse erstrecken. Das Laufradgehäuse wird dadurch vom Innenrohr bzw. vom Außenrohr getragen. Der Einbauflansch kann einen Druckstutzenanschluss aufweisen, welcher sich auf der dem Antriebsmotor zugewandten Seite der Sitzfläche, also im Betrieb außerhalb des Flüssigkeitsbehälters, befindet. Der Einbauflansch dient zum Hindurchführen der zu pumpenden Flüssigkeit durch die obere Behälterwand. Der Steigkanal steht über den Einbauflansch mit dem Druckstutzenanschluss in Verbindung. Die Antriebswelle kann ausschließlich im Antriebsmotor mit zwei Lagern fliegend gelagert sein, wobei das Laufrad an dem dem Antriebsmotor abgewandten Ende der Antriebswelle befestigt ist. Das Laufrad ist dabei an dem freien Ende der fliegend gelagerten Antriebswelle angeordnet. Innerhalb des Flüssigkeitsbehälters bzw. unterhalb der Oberfläche der Flüssigkeit befinden sich keine Lagerungen der Antriebswelle.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Gleiche und einander entsprechende Komponenten sind darin mit übereinstimmenden Bezugszahlen versehen. Es zeigen:
- 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Tauchkreiselpumpe,
- 2 einen Längsschnitt der Tauchkreiselpumpe der 1,
- 3 eine vergrößerte Ansicht des unteren Endes der Tauchkreiselpumpe der 2,
- 4 einen Querschnitt durch die Tauchkreiselpumpe entlang der Schnittfläche IV-IV der 1,
- 5 einen Querschnitt durch die Tauchkreiselpumpe entlang der Schnittfläche V-V der 1,
- 6 eine perspektivische Ansicht auf das untere Ende der Tauchkreiselpumpe der 1 bei abgenommenem Außenrohr,
- 7 eine schematische Ansicht zur Verdeutlichung der Strömung im unteren Bereich der Tauchkreiselpumpe,
- 8 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Laufrades,
- 9 das Laufrad der 8 in einer Ansicht von oben,
- 10 das Laufrad der 8 in einer Ansicht von unten,
- 11 eine perspektivische Ansicht einer Variante eines erfindungsgemäßen Laufrades.
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Eine erfindungsgemäße Tauchkreiselpumpe 1 enthält einen elektrischen Antriebsmotor 2, einen Einbauflansch 3, ein Außenrohr 4 und ein Laufradgehäuse 5. Der Einbauflansch 3 hat eine Sitzfläche 6, mit welcher die Tauchkreiselpumpe1 auf einer oberen Behälterwand 7 eines Flüssigkeitsbehälters 8 befestigt wird. In dem Flüssigkeitsbehälter 8 befindet sich ein eine zu pumpende Flüssigkeit 9. Der Stand der Flüssigkeit 9 ist in 1 durch ihre Oberfläche 10 angedeutet. Das Außenrohr 4 erstreckt sich vom Einbauflansch 3 zum Laufradgehäuse 5.
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Die Tauchkreiselpumpe 1 hat eine Antriebswelle 11, siehe 2, welche sich vom Antriebsmotor 2 bis zum Laufradgehäuse 5 erstreckt und ein- oder mehrteilig ausgeführt sein kann. Im Antriebsmotor 2 sind zwei Lager 60 und 61 angeordnet, in welchen die Antriebswelle 11 fliegend gelagert ist. Außer den beiden Lagern 60 und 61, die sich außerhalb des Flüssigkeitsbehälters 8 befinden, werden keine weiteren Lager für die Antriebwelle 11 benötigt, insbesondere keine Lager innerhalb des Flüssigkeitsbehälters 8, welche dem Angriff der aggressiven Flüssigkeit 9 ausgesetzt wären. Die Standfestigkeit der Tauchkreiselpumpe 1 kann dadurch verlängert werden, insbesondere auch im Trockenlauf, wenn sich keine Flüssigkeit 9 mehr im Laufradgehäuse 5 befindet. Das Laufradgehäuse 5 bildet einen Pumpenraum 12 in seinem Inneren aus, in welchem ein Laufrad 13 angeordnet ist. Das Laufrad 13 ist drehfest auf dem unteren Ende der fliegend gelagerten Antriebswelle 11 befestigt. Die Tauchkreiselpumpe 1 hat einen Einlass 14 an ihrem unteren Ende und einen Auslass 15 am Einbauflansch 3. Die Tauchkreiselpumpe 1 fördert mit ihrem rotierenden Laufrad 13 die Flüssigkeit 9 von dem Einlass 14 zu dem Auslass 15. Der Auslass 15 ist als Druckstutzenanschluss 16 ausgestaltet, über welchen eine nicht dargestellte Rohrleitung an die Tauchkreiselpumpe 1 anschließbar ist, um die gepumpte Flüssigkeit 9 zu dem gewünschten Ort zu leiten. Der Auslass 15 und der Druckstutzenanschluss 16 befinden sich außerhalb des Flüssigkeitsbehälters 8.
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Innerhalb des Außenrohres 4 ist ein Innenrohr 17 angeordnet, welches die Antriebswelle 11 umgibt. Das Innenrohr 17 bildet zusammen mit dem Außenrohr 4 einen ringförmigen Steigkanal 18 für die zu pumpende Flüssigkeit 9 aus. Das Laufradgehäuse 5 weist eine obere Wand 19 auf, welche den Pumpenraum 12 von dem Steigkanal 18 abgrenzt. Die Wand 5 und der Einbauflansch 3 sind sowohl mit dem Innenrohr 17 als auch mit dem Außenrohr 4 verbunden, insbesondere verschweißt. Das Laufradgehäuse 5, das Innenrohr 17, das Außenrohr 4 und das Laufrad 13 bestehen aus einem Material, welches gegen aggressive Säuren und/oder Laugen beständig ist, beispielsweise aus korrosionsbeständigem Edelstahl oder einem geeigneten Kunststoff. Der Steigkanal 18 mündet an seinem oberen Ende in einen Sammelraum 20, welcher sich im Einbauflansch 3 befindet und die Flüssigkeit zu dem Auslass 15 leitet. Der Sammelraum 20 weist auf seiner dem Druckstutzenanschluss 16 gegenüberliegenden Seite einen kleineren Strömungsquerschnitt auf, welcher sich zum Druckstutzenanschluss 16 hin vergrößert, siehe 2. In der oberen Wand 19 sind vier Kanäle 21 angeordnet, durch welche der Pumpenraum 12 mit dem Steigkanal 18 in Verbindung steht. Die Kanäle 21 sind gleichmäßig entlang des Umfangs verteilt angeordnet, siehe insbesondere 4. Dadurch sind die im Pumpenraum 12 auf das Laufrad 13 wirkenden Kräfte entlang des Umfangs nahezu aufgehoben, sodass auch eine sehr lange Antriebswelle 11 im Antriebsmotor 2 fliegend gelagert werden kann, ohne dass zu große Querkräfte auf das untere Ende der Antriebswelle 11 wirken.
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Die Tauchkreiselpumpe 1 enthält acht Querleitungen 22, welche durch das Innenrohr 17, den Steigkanal 18 und das Außenrohr 4 hindurch verlaufen und jeweils einen Raum 23 innerhalb des Innenrohrs 17 mit einem Raum 24 außerhalb des Außenrohres 4 verbinden. Jede der Querleitungen 22 ist durch ein Querrohr 25 gebildet, welches am Innenrohr 17 und am Außenrohr 4 angeschweißt ist. Für jede Querleitung 22 hat sowohl das Innenrohr 17 als auch das Außenrohr 4 ein Loch. Jedes Querrohr 25 erstreckt sich durch den Steigkanal 18 hindurch, wobei keine Flüssigkeit aus der Querleitung 22 in den Steigkanal 18 hinein oder umgekehrt fließen kann. Die Querleitungen 22 verhindern in an sich bekannter Weise, dass die Flüssigkeit 9 in dem inneren Raum 23 bis zu dem Einbauflansch 3 oder gar bis zu dem Antriebsmotor 2 aufsteigt. Vier Querleitungen 22 liegen in einer ersten Ebene 26, welche sich im Bereich des unteren Endes des Außenrohres 4 unterhalb der Oberfläche 10 befindet, siehe 1 und 4. Vier weitere Querleitungen 22 sind in einer zweiten Ebene 27 angeordnet, welche im Bereich des oberen Endes des Außenrohres 4 über der Oberfläche 10 angeordnet ist. Die beiden Ebenen 26 und 27 verlaufen rechtwinklig zur Antriebswelle 11.
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Jeder der Kanäle 21 erstreckt sich entlang einer Längserstreckung vom Pumpenraum 12 zum Steigkanal 18, welcher zwischen der Innenfläche 30 des Außenrohres 4 und der Außenfläche 31 des Innenrohres 17 gebildet ist. Jeder der Kanäle 21 hat eine Mündung 28, mit welcher der Kanal 21 in den Steigkanal 18 einmündet. Die Mündung 28 ist derart gestaltet, dass sie eine Strömungsrichtung 29 vorgibt, welche an der Innenfläche 30 des Außenrohres 4 entlang zwischen zwei Querleitungen 22 hindurchführt. Die in den Steigkanal 18 eintretende Strömung wird dadurch zwischen den Querleitungen 22 hindurch gelenkt. Die Strömungsrichtung 29 ist schräg zur Längsrichtung des Außenrohres 4 orientiert. Jeder Kanal 22 hat die Form eines Wendelabschnitts, sodass die Strömungsrichtung 29 jeweils die Form einer Wendel hat, welche in 6 gestrichelt angedeutet ist. Durch die Strömungsrichtung 29 wird die Strömung wendelförmig zwischen zwei Querleitungen 22 hindurchgelenkt. Dadurch wird der von den Querleitungen 22 im Steigkanal 18 erzeugte Strömungswiderstand minimiert. In der schematischen Darstellung der 7 ist die obere Wand 19 des Laufradgehäuses 5 entlang eines durch die Kanäle 21 verlaufenden Kreises geschnitten und in die Zeichenebene abgewickelt. Hierdurch wird deutlich, dass jeder Kanal 21 an seiner Mündung 28 in den Steigkanal 18 eine Strömungsrichtung 29 vorgibt, welche zwischen zwei Querleitungen 22 hindurchführt. Dadurch, dass die Innenfläche 30 des Außenrohres 4 eine Zylindermantelfläche ist, wird die aus den Mündungen 28 in der Strömungsrichtung 29 austretende Strömung an der gekrümmten Innenfläche 30 wendelförmig abgelenkt und zwischen zwei Querleitungen 22 hindurchgeführt, vgl. 6. Die Mündungen 28 sind jeweils versetzt zu den Querleitungen 22 angeordnet, siehe insbesondere 4. Die Querleitungen 22 sind somit im Strömungsschatten der aus den Mündungen 28 austretenden Strömung angeordnet.
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Das Laufrad 13 enthält eine Nabe 40 und einen Teller 41, siehe insbesondere 8 bis 11. Der Teller 41 erstreckt sich quer zur Antriebswelle 11 von der Nabe 40 radial nach außen. In der dargestellten Variante ist der Teller 41 eben. Er kann sich in nicht dargestellter Weise aber auch kegelförmig nach außen erstrecken. Auf der Unterseite des Tellers 41 sind vier Hauptschaufeln 42 angeordnet, welche gekrümmt von innen nach außen verlaufen, siehe insbesondere 9, 10 und 11. Auf einer dem Teller 41 abgewandten Seite der Hauptschaufeln 42 ist ein Deckel 43 angeordnet, welcher sich entlang des Tellers 41 erstreckt. Der Deckel 43 weist in seiner Mitte ein Loch 44 auf, dessen Umfang größer als der innere Umfang der Hauptschaufeln 42 ist, siehe 10. Am inneren Umfang des Deckels 43 schließt sich ein Saugrohr 45 an, welches sich auf der dem Teller 41 abgewandten Seite bis zu einem Saugkorb 46 am Einlass 14 erstreckt. Der Deckel 43 erstreckt sich über den äußeren Umfang des Tellers 41 und den äußeren Umfang der Hauptschaufeln 42 hinaus nach außen, siehe 8, 9 und 11.
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Auf der Oberseite des Tellers 41 sind vier geradlinig von innen nach außen verlaufende Zusatzschaufeln 47 angeordnet. Das Laufradgehäuse 5 hat an der Unterseite seiner oberen Wand 19 eine Oberfläche 48, welche sich parallel zu der dem Teller 41 abgewandten Seite der Zusatzschaufeln 47 erstreckt. Das Laufradgehäuse 5 hat ferner eine innerhalb des Pumpenraumes 12 liegende kreiszylindrische Ringfläche 49, welche nach außen weist und um die Antriebswelle 11 herum verläuft. Das Laufrad 13 hat im Bereich seines äußeren Umfangs eine kreiszylindrische Ringfläche 50, welche nach innen weist und die Ringfläche 49 in einem Abstand außen umgibt. Zwischen den Ringflächen 49 und 50 wird dadurch ein Spalt 51 gebildet. Die Antriebswelle 11 ist durch ein Loch 52 in der oberen Wand 19 aus dem Pumpenraum 12 herausgeführt. Die obere Wand 19 umgibt die Antriebswelle 11 mit einem Spalt 53. Im Betrieb der Tauchkreiselpumpe 1 wird durch die Zusatzschaufeln 47 Flüssigkeit 9 in den Spalt 51 gefördert. Dadurch wird insgesamt eine Bypass-Strömung vermindert, welche durch den Spalt 53 aus dem Laufradgehäuse 5 austritt und ungenutzt über den Raum 23 und die Querleitungen 22 in den Flüssigkeitsbehälter 8 zurückströmt. Das Laufrad 13 weist am äußeren Umfang der Zusatzschaufeln 47 einen ersten Ring 55 auf, an welchem die Ringfläche 50 ausgebildet ist. Die Ringfläche 50 umgibt die Zusatzschaufeln 47 an ihrem äußeren Umfang und erstreckt sich auf der dem Teller 41 abgewandten Seite der Zusatzschaufeln 47 über einen vordefinierten Abschnitt A entlang der Antriebswelle 11. Der Ring 55 weist auf seiner Außenseite ebenfalls eine Mantelfläche eines Kreiszylinders auf. Alternativ können sich die Ringflächen 49 und 50 in nicht dargestellter Weise auch in Form von Mantelflächen eines Kegels entlang der Antriebswelle 11 erstrecken und den Spalt 51 bilden. Auch die Oberseite der Zusatzschaufeln 47 und die dieser gegenüberliegende Oberfläche 48 können in nicht dargestellter Weise die Form von Kegelmantelflächen aufweisen.
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Das Laufrad 13 weist einen zweiten Ring 56 auf, welcher die Hauptschaufeln 42 an ihrem äußeren Umfang umgibt. Der zweite Ring 56 umgibt ferner den Teller 41 und den ersten Ring 55 in einem Abstand. Die Kanäle 21 in der Wand 19 sind auf einem mittleren Umfang 57 der Wand 19 verteilt angeordnet, welcher kleiner als der innere Umfang des Ringes 56 ist, siehe 3 und 4. Der Ring 56 dient zum Umlenken der von den Hauptschaufeln 42 geförderten Flüssigkeit 9 in Richtung der Kanäle 21 und kann dadurch den Wirkungsgrad der Tauchkreiselpumpe 1 verbessern. Das Laufrad 13 kann auch ohne den zweiten Ring 56 ausgeführt werden, siehe 11.
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Das Laufrad 13 ist mehrteilig ausgebildet. Der Teller 41 und die Zusatzschaufeln 47 sind einstückig ausgebildet. Der Teller 41 ist auf die Nabe 40 aufgesetzt. Die Ringe 55 und 56 haben jeweils die Form eines Rohrabschnitts. Der Ring 55 ist an dem Teller 41 befestigt. Der Deckel 43, das Saugrohr 45 und die Hauptschaufeln 42 sind einstückig miteinander gefertigt. Der Ring 56 ist an dem Deckel 43 befestigt. Die Bestandteile des Laufrades 13 sind miteinander verschweißt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Tauchkreiselpumpe
- 2
- Antriebsmotor
- 3
- Einbauflansch
- 4
- Außenrohr
- 5
- Laufradgehäuse
- 6
- Sitzfläche
- 7
- Behälterwand
- 8
- Flüssigkeitsbehälter
- 9
- Flüssigkeit
- 10
- Oberfläche
- 11
- Antriebswelle
- 12
- Pumpenraum
- 13
- Laufrad
- 14
- Einlass
- 15
- Auslass
- 16
- Druckstutzenanschluss
- 17
- Innenrohr
- 18
- Steigkanal
- 19
- obere Wand von 5
- 20
- Sammelraum
- 21
- Kanäle
- 22
- Querleitungen
- 23
- Raum innerhalb 17
- 24
- Raum außerhalb 4
- 25
- Querrohr
- 26
- erste Ebene
- 27
- zweite Ebene
- 28
- Mündung
- 29
- Strömungsrichtung
- 30
- Innenfläche von 4
- 31
- Außenfläche von 17
- 40
- Nabe
- 41
- Teller
- 42
- Hauptschaufeln
- 43
- Deckel
- 44
- Loch in 43
- 45
- Saugrohr
- 46
- Saugkorb
- 47
- Zusatzschaufeln
- 48
- Oberfläche an 19
- 49
- Ringfläche an 5
- 50
- Ringfläche an 13
- 51
- Spalt zwischen 49 und 50
- 52
- Loch in 19
- 53
- Spalt zwischen 11 und 19
- 55
- erster Ring
- 56
- zweiter Ring
- 57
- mittlerer Umfang
- 60
- Lager
- 61
- Lager
- A
- Abschnitt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3540025 A1 [0002]
- DE 3328484 A1 [0003, 0016, 0017]
- DE 3214185 A1 [0004]