Freistrompumpe

Die Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe zur Förderung eines mit festen Beimengungen versetzten Mediums, wobei vor einem Laufrad ein schaufelfreier Raum angeordnet ist.

Als Laufräder kommen bei solchen Pumpen Freistromräder zum Einsatz. Sie weisen ei- nen großen Abstand zwischen den Laufradschaufeln und der einlassseitigen Gehäusewand auf. Dadurch wird ein freier Raum gebildet, der die Förderung von Medien mit festen Beimengungen ermöglicht, selbst dann, wenn die Beimengungen große Abmessungen aufweisen. Eine charakteristische Größe bei Freistrompumpen ist der„Kugeldurchgang". Dabei handelt es sich um einen Mindestabstand, welcher zu der Gehäusewand im Einlaufbereich der Pumpe vorhanden ist, welcher dem Durchmesser einer gedachten Kugel entspricht. Je größer der Kugeldurchgang, desto größere Feststoff partikel können mit der Pumpe verstopfungsfrei gefördert werden.

Die DE 1 0 2009 01 1 444 A1 beschreibt eine Kreiselpumpe zur Förderung eines mit fes- ten Beimengungen versetzten Mediums. Im Gehäuse der Pumpe ist ein Freistromrad angeordnet. Zwischen dem Freistromrad und der einlassseitigen Gehäusewand wird ein schaufelfreier Raum gebildet. Auf der Tragscheibe des Freistromrades sind Schaufeln angeformt. Die Schaufeln sind mit Schneidkanten versehen. In der EP 1 616 100 B1 wird eine Freistrompumpe beschrieben, deren Laufrad aus einer mit offenen Schaufeln bestückten Tragscheibe besteht. Dabei besitzt mindestens eine der Schaufeln eine geringere Höhe als die übrigen Schaufeln. Die einer saugseiti- gen Gehäusewand zugekehrte Seite der Tragscheibe zwischen Nabenkörper und Laufradaustritt weist einen konkaven Verlauf auf. Zwischen der Vorderkante der Schaufel mit der geringeren Höhe und der Gehäusewand der Freistrompumpe besteht ein freier Durchgang für einen kugelförmigen Gegenstand. Die Gehäusewand verläuft konisch, wobei der Abstand der Gehäusewand zu den Vorderkanten der höheren Schaufeln des Laufrades mit dem Durchmesser abnimmt und wobei die Passage mit der Mindester- streckung etwa gleichbleibend über den gesamten Verlauf einer Vorderkante mindestens einer zum Laufradaustritt hin geneigten Schaufel geringerer Höhe folgt.

Die DE 1 03 01 629 B4 betrifft eine Freistrompumpe mit einem Gehäuse, in dem einerseits ein an seinem Außendurchmesser nicht abgedecktes Laufrad angeordnet ist und in dem andererseits ein offener Raum zwischen dem Laufrad und der saugseitigen Gehäusewand gebildet wird. Der radial zum Laufrad gelegene Gehäuseraum ist im Meridi- anschnitt gesehen asymmetrisch. Der Abstand der saugseitigen Gehäusewand zum Laufrad nimmt mit dem Durchmesser stetig ab. Zwischen dem Laufrad und der saugseitigen Gehäusewand besteht über den gesamten Umfang ein solcher Abstand, dass ein in der Förderflüssigkeit enthaltener fester Gegenstand, der in seiner größten Ausdehnung dem Durchmesser einer vorgegebenen Kugel entspricht, die Freistrompumpe zu passieren vermag.

Die Größe des schaufellosen Raumes einer Freistrompumpe beeinflusst maßgeblich den Wirkungsgrad einer solchen Pumpe. Je kleiner der Raum, desto größer ist in der Regel der Wirkungsgrad. Ist der schaufellose Raum aus Gründen des Wirkungsgrades sehr stark verkleinert, kann es in der Pumpe sehr leicht zu Verstopfungen kommen.

Im Stand der Technik, beispielsweise aus der WO 2015/022601 A1 sind Lösungen bekannt, bei denen das gesamte Laufrad im Gehäuse verschoben wird, um den schaufelfreien Raum vor dem Laufrad zu variieren. Solche Lösungen sind sehr aufwendig und kostspielig. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Freistrompumpe anzugeben, die auf zuverlässige Weise Medien mit festen Beimengungen fördern kann, ohne dass es zu Verstopfungen kommt und dabei gleichzeitig einen möglichst hohen Wirkungsgrad aufweist. Die Pumpe soll sich durch eine preiswerte Herstellungsweise und eine lange Lebensdauer auszeichnen. Zudem soll die Pumpe für unterschiedliche Medien mit unterschiedlichen Beimengungen einsetzbar sein, wobei jeweils ein möglichst hoher Wirkungsgrad gewährleistet werden soll und gleichzeitig Verstopfungen vermieden werden sollen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kreiselpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Varianten sind in den Unteransprüchen ausgeführt.

Die erfindungsgemäße Kreiselpumpe weist eine saugseitige Anordnung auf. Mit dieser Anordnung kann der schaufelfreie Raum vor dem Laufrad gezielt vergrößert oder verkleinert werden. Durch eine variable Anpassung der Raumgröße mittels der Anordnung kann die Pumpe auf das jeweils zu fördernde Medium gezielt eingestellt werden. Somit wird ein variabler vorderer Radseitenraum geschaffen. Diese geschieht auf einfache und zuverlässige Weise, ohne dass das Laufrad in seiner Position variiert werden muss.

Sind nur geringe Beimengungen vorhanden, so wird der schaufelfreie Raum verkleinert und es wird ein höherer Wirkungsgrad gewährleistet, auch ohne dass es zu Verstopfungen kommt. Bei Medien, bei denen eine erhöhte Verstopfungsgefahr besteht, wird der Raum vergrößert. Dabei wird ein geringerer Wirkungsgrad in Kauf genommen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht somit eine angepasste je nach zu förderndem Medium. Ferner kann bei einer akut auftretenden Verstopfung der schaufelfreie Raum vergrößert werden.

Vorzugsweise gewährleistet die variierbare saugseitige Anordnung eine stufenlose Verstellung zur Vergrößerung bzw. Verkleinerung des Raums vor dem Freistromrad. Der Kugeldurchgang kann stufenlos variiert werden, wobei jeweils ein optimaler Wirkungs- grad gewährleistet wird und gleichzeitig eine Verstopfung vermieden wird. Dabei erweist es sich als günstig, wenn die Anordnung um einen axial gerichteten Ein- lass angeordnet ist. Durch den axial gerichteten Einlass strömt das Medium dem Freistromrad zu. Die Anordnung kann ringförmig um den Saugmund an der innenseitigen Gehäusewand platziert werden.

Alternativ kann die Anordnung selbst ringförmig ausgebildet sein. Bei einer Variante der Erfindung bildet die Anordnung einen Saugmund. Bei dieser Variante ist die Anordnung selbst Teil des saugseitigen Gehäuses oder bildet das saugseitige Gehäuse. Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung umfasst die Anordnung eine elastische Wandung zur Anpassung des Raums. Bei der Wandung kann es sich um eine Membran handeln. Durch Dehnung der Wandung bzw. zur Rücknahme der Dehnung wird der Raum zwischen Freistromrad und Gehäusewand gezielt angepasst. Es kommt ein verstellbarer Einbau zum Einsatz, wobei ein Bewegungskörper den Raum, durch welchen das zu fördernde Medium strömt, gezielt vergrößert und/oder verkleinert.

Bei einer Variante der Erfindung umfasst die Anordnung einen Hohlkörper. Der Hohlkörper weist einen Anschluss auf, durch welchen ein Füllfluid zu- bzw. abgeführt werden kann. Bei dem Hohlkörper kann es sich beispielsweise um ein schlauchartiges Gebilde handeln. Durch die Zuführung eines Mediums, wie beispielsweise Wasser, Druckluft, Drucköl oder Ähnlichem kann der Hohlkörper gedehnt werden und auf diese Weise die Größe des durchströmten Raumes vor dem Laufrad beeinflussen. Der elastische Werkstoff kann durch unterschiedliche Medien beispielsweise auch ferro- magnetisierbare Flüssigkeiten, eine definierte Raumänderung erfahren. Ist ein Zustand erreicht, bei dem die Funktionalität beeinträchtigt ist, wird die Formänderung wieder zurückgenommen und die ursprüngliche Form wieder eingenommen. Die Formänderung kann auch mittels Memory-Metall herbeigeführt werden. Bei einer Variante der Erfindung umfasst die Anordnung ein axial verfahrbares Element. Es kann sich dabei beispielsweise um einen Kompakt-Pneumatik-Zylinder für eine Raumänderung bzw. Formänderung handeln. Dabei ändern Elemente ihren axialen Abstand zum Laufrad und vergrößern bzw. verkleinern somit den vom Medium durch- strömten schaufelfreien Raum vor dem Freistromrad.

Die Anordnung kann am saugseitigen Gehäuseteil angeordnet sein. Alternativ kann auch der saugseitige Gehäuseteil selbst von der Anordnung gebildet werden. Bei einer Variante der Erfindung sind saugseitige Gehäuseteile axial verschieblich angeordnet und passen somit den durchströmten freien Raum vor dem Freistromrad in seiner Größe an.

Als besonders günstig erweist es sich, wenn die Kreiselpumpe mit einem Detektor ausgestattet ist, der mit der Anordnung in Verbindung steht. Mittels des Detektors können Verstopfungen festgestellt werden. Die Anordnung kann dann gezielt darauf reagieren und den Raum vergrößern, sodass diese gelöst wird bzw. dass überhaupt keine Verstopfungen erst auftreten. Zur Detektion einer Verstopfung können unterschiedliche Messgrößen herangezogen werden, beispielsweise ein Druckfall bzw. eine Leistungsaufnahme der Pumpe.

Somit wird ein autoadaptives System geschaffen, welches Verstopfungen verhindert und dabei gleichzeitig einen möglichst hohen Wirkungsgrad der Pumpe gewährleistet.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand einer Zeichnung und anhand der Zeichnung selbst.

Dabei zeigt:

Figur 1 einen Schnitt durch eine Freistrompumpe.

Figur 1 zeigt eine Kreiselpumpe zur Förderung eines mit festen Beimengungen versetzten Mediums. Die Pumpe umfasst ein Laufrad 1 , das im Ausführungsbeispiel als Freistromrad ausgeführt ist. Das Laufrad 1 wird von einem Gehäuse 2 zumindest teilweise umschlossen. Das Laufrad 1 ist auf einer Welle 3 positioniert, die von einem Antrieb 4 um eine Drehachse X drehend antreibbar ist. Der Befestigung des Laufrades 1 dient ein Nabenkörper 5, in den eine Schraube 6 eingreift.

Auf einer Tragscheibe 7 des Laufrades 1 sind mehrere Schaufeln 8 angeordnet. Zwischen dem Laufrad 1 und einer einlassseitigen Gehäusewand 9 wird ein schaufelfreier Raum 10 gebildet, der von dem Medium durchströmt wird. Durch einen axial gerichteten Einlass 1 1 strömt das mit festen Beimengungen versetzte Medium dem Laufrad 1 zu. Das Medium wird von dem Laufrad 1 gefördert und verlässt durch einen Auslass 1 2 die Kreiselpumpe. Bei dem in Figur 1 dargestellten Gehäuse 2 handelt es sich um ein Spiralgehäuse.

Die Kreiselpumpe weist eine variierbare saugseitige Anordnung 13 auf. Die Anord- nung 13 ist im Ausführungsbeispiel in eine Öffnung 14 der einlassseitigen Gehäusewand 9 integriert. Die variierbare saugseitige Anordnung 13 ist im Ausführungsbeispiel ringartig ausgebildet.

Sie umfasst einen sich von außen in die Öffnung 14 erstreckenden Führungskörper 15 mit einer inneren ringförmig ausgebildeten Führungswand 1 6 und einer äußeren ringförmig ausgebildeten Führungswand 17. Die innere Führungswand 1 6 bildet zudem den axial gerichteten Einlass für das Medium. In der Führungswand 1 7 ist wenigstens eine Führungsnut 1 8 ausgebildet, die sich parallel zur Drehachse X von einem dem Raum 10 abgewandten Bereich bis in etwa zur Mitte der äußeren Führungswand 17 erstreckt.

Die variierbare Anordnung 1 3 umfasst ferner ein axial verfahrbares Element, das bei der gezeigten Ausführungsform ein mittels den Führungswänden 1 6 und 17 axial führbarer Bewegungskörper 19 darstellt, der ringförmig ausgebildet ist und eine mit der Führungswand 1 6 zusammenwirkende innere Ringwand 20 und eine mit der Führungs- wand 17 zusammenwirkende äußere Ringwand 21 aufweist. Ringwand 20 und Ringwand 21 sind nahe dem Raum 10 mittels einer Ringscheibe 22 miteinander verbunden. Da die innere Ringwand 20 in axialer Richtung eine geringere Höhe aufweist als die äußere Ringwand 2, weist die Ringscheibe 22 eine konische Ausgestaltung auf. Die Ringwand 21 weist einen radial nach außen gerichteten Vorsprung 23 auf, der in die Führungsnut 18 ragt. Dadurch, dass sich die Führungsnut 18 im Wesentlichen bis zur Mitte der Führungswand 1 7 reicht, entsteht dort eine Schulter 24, an welcher der Vorsprung 23 des Bewegungskörper 19 während des normalen Betriebes anliegt. Somit wird die axiale Bewegung des Bewegungskörpers 19 in den Raum 10 begrenzt. Bei der dargestellten Ausführungsform wird der Führungskörper 15 mittels eines Abschlusselementes 25 in der Öffnung 14 der Gehäusewand 9 des Gehäuses 2 fixiert. Das Abschlussele- ment 25 ist mit nicht dargestellten Befestigungsmitteln an der einlassseitigen Gehäusewand 9 festgelegt. Bei einer alternativen Ausführungsform können Führungskörper 1 5 und Bewegungskörper 19 einteilig ausgebildet sein.

Die Führungswände 16 und 17 bilden zusammen mit den Ringwänden 20 und 21 einen Ringraum 26, in dem eine elastische, einen Hohlkörper 27 bildende Wandung 28 angeordnet ist. Im Ausführungsbeispiel ist die elastische Wandung 28 als dehnbare Membran ausgeführt. Durch wenigstens eine Anschlussvorrichtung 29 kann ein Füllfluid, beispielsweise in Form von Hydrauliköl oder Druckluft, dem Hohlkörper 27 zugeführt werden, der sich in axialer Richtung durch den Druck des Füllfluids in Richtung des Laufra- des 1 verschiebt und dabei die Membran 28 dehnt. Dadurch wird der Bewegungskörper 19 in Richtung schaufelfreien Raum 10 bewegt wodurch dieser verkleinert wird. Diese Anordnung des Bewegungskörpers 19 entspricht dem Normalbetrieb. Somit ergibt sich auch ein kleinerer Kugeldurchgang, der in Figur 1 als schematische Linie mit einem kleineren Kugeldurchmesser dargestellt ist. In dieser Stellung der Anordnung 13 hat die Kreiselpumpe einen hohen Wirkungsgrad.

Wird eine Verstopfung von einem in Figur 1 nicht dargestellten Detektor erfasst, so reagiert die Anordnung 13 und vergrößert den schaufelfreien durchströmten Raum 10. Dazu wird Füllfluid aus dem Hohlkörper 27 abgelassen und die Membran 28 zieht sich zusammen. Der Bewegungskörper 19 wird in Axialrichtung aus dem schaufelfreien Raum 10 bewegt. Dadurch wird ein größerer Kugeldurchgang gewährleistet, der in Figur 1 als Kreis mit dem größeren Durchmesser schematisch dargestellt ist. Die erfindungsmaße Anordnung 13 ermöglicht eine stufenlose Variation des vorderen Radseitenraumes 10, ohne dass das Laufrad 1 in seiner Position verschoben werden muss.