Diese Erfindung betrifft Kreiselpumpen und insbesondere eine verbesserte Laufradnabenanordnung für Kreiselpumpen, wie in dem Oberbegriff von Anspruch 1 dargelegt. Eine derartige Anordnung ist beispielsweise aus der US-A-4780053 bekannt.

Kreiselpumpen sind lange bekannt und finden in den verschiedensten Umgebungen und Einsatzgebieten breite Anwendung. Eine Kreiselpumpe enthält typischerweise ein mit Schaufeln oder Flügeln versehenes Rad, das als Laufrad bezeichnet wird. Das Laufrad erteilt der durch die Pumpe geleiteten Flüssigkeit Bewegung. Eine Kreiselpumpe gibt einen relativ gleichmäßigen Flüssigkeitsstrom ab. Der Druck zum Erreichen der erforderlichen Druckhöhe wird durch Zentrifugalbeschleunigung der Flüssigkeit in dem umlaufenden Laufrad erzeugt. Die Flüssigkeit fließt axial auf das Laufrad zu, wird von den Schaufeln abgelenkt und fließt durch Öffnungen zwischen den Schaufeln nach außen. Auf diese Weise werden der Flüssigkeit eine Richtungsänderung sowie eine Beschleunigung erteilt. Dies führt zu einem Druckanstieg am Pumpenausgang. Wenn die Flüssigkeit das Laufrad verlässt, kann die Flüssigkeit durch einen Ring aus feststehenden Diffusorschaufeln treten, der das Laufrad umgibt und allgemein als Diffusor bezeichnet wird. In dieser Einrichtung mit sich allmählich erweiternden Kanälen wird die Geschwindigkeit der Flüssigkeit vermindert und ihre kinetische Energie wird in Druckenergie umgewandelt. In einigen Kreiselpumpen ist jedoch kein Diffusor vorhanden und die Flüssigkeit geht direkt von dem Laufrad in den Ausströmraum. Der Ausströmraum ist eine allmähliche Erweiterung des Spiralgehäuses der Pumpe.

Kreiselpumpenlaufräder enthalten typischerweise eine einstückig gebildete Laufradnabe. Die Laufradnabe, die eine zylindrische Konfiguration haben kann, verläuft axial stromaufwärts der Laufradschaufeln und dreht sich mit dem Laufrad. Alternativ ist die Laufradnabe gestutzt, so dass sie nicht axial über die Einlassseite des Laufrads hinaus verläuft. Alle Pumpenlaufräder einschließlich solcher mit einstückig geformten Naben oder solcher mit einer kleinen oder ohne Nabe unterliegen bei verminderten Fließgeschwindigkeiten einem Rückfluss, und typischerweise unterliegen Laufradkonstruktionen zur Bearbeitung von Feststoffen über einen Großteil des nutzbaren Fließgeschwindigkeitsbereichs der Pumpe einem Rückfluss.

Laufräder werden genutzt, um verflüssigte Materialien zu pumpen, die Material-Faserstränge enthalten. Die Material-Faserstränge können beispielsweise recyceltes Altpapiermaterial, Kunststofffasern von Zeitungspackbändern, Bucheinbände aus Kunststoff und Getränkebehälter zusammen mit Metallklammern oder anderen Fremdstoffen, die darin enthalten sein können, umfassen.

Wenn Fasermaterial enthaltende verflüssigte Materialien durch Laufräder mit einstückig gebildeten Naben gepumpt werden, besteht die Neigung, dass sich lange Fasern um die Laufradnabe wickeln und sich in Toträumen ansammeln, wo keine Durchströmung herrscht, sich akkumulieren und den Flüssigkeitsstrom zu dem und durch das Laufrad blockieren. Diese Art der Pumpenblockierung ist bei Pumpen, die zylindrisch geformte Laufradnaben haben, die sich stromaufwärts oder vor die Laufradschaufeln erstrecken, besonders problematisch, jedoch nicht auf solche beschränkt.

Pumpen, die eine nur wenig oder gar nicht überstehende Nabe am Einlass haben, sind auch der Blockierung ausgesetzt. Wenn beispielsweise eine lange, fadenähnliche Fasern enthaltende Flüssigkeit mit Laufrädern gepumpt wird, die nur eine kleine oder gar keine Nabe am Einlass haben, sammeln sich die Fasern, die leichter als die gepumpte Flüssigkeit sind (eine geringere Dichte haben), im Auge des Laufrads an, wenn ein Saugstrom-Rückfluss in dem Laufrad herrscht. Die Rotation der zurückströmenden Flüssigkeit drängt durch Zentrifugalkraft die Fasern in die Mitte des Laufradauges, wobei sie einen Ball bilden, der den Zustrom zum Laufrad blockiert.

Eine verbesserte Laufradvorrichtung für Kreiselpumpen und ein Verfahren zur Vermeidung der vorstehend beschriebenen Probleme werden daher angestrebt.

Kurz beschrieben schafft die Erfindung eine Laufradanordnung für Kreiselpumpen. Die Anordnung enthält ein Laufrad, das eine axial sich nach außen erstreckende Nabe mit einer drehbar darauf angebrachten losen kegelförmigen Buchse hat. Die Anordnung reduziert Blockierungen, die an der Einlassseite des Laufrads auftreten, wenn verflüssigte Materialien gepumpt werden.

In einer Ausführungsform enthält die Laufradanordnung ein Laufrad, das eine Einlassseite und eine Lagernabe hat, wobei die Lagernabe sich axial von der Einlassseite des Laufrads nach außen erstreckt. Eine konische Buchse ist drehbar auf der Lagernabe angebracht. Die Berührungsflächen entweder des Lagers oder der konischen schwimmenden Buchse können mit einem Polymer zur Reduzierung der Oberflächenreibung beschichtet sein. Die Lagernabe kann auch eine Bohrung zur Aufnahme einer Antriebswelle aufweisen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zum Reduzieren von Blockierungen am Einlass einer Laufradanordnung geschaffen, das den Schritt umfasst: Pumpen einer Fördermenge durch eine Laufradanordnung, die an der Einlassseite des Laufrads eine drehbar angebrachte konische Buchse aufweist.

Weitere Aspekte, Vorteile und neuartige Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung, in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen betrachtet, besser ersichtlich.

1 ist eine Querschnittsansicht einer Kreiselpumpe, die ein Laufrad mit Diffusorschaufeln aufweist;

2 ist eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform einer Laufradanordnung gemäß der Erfindung; und

3 ist eine Querschnittsansicht der Laufradanordnung aus Figur und 2.

1 zeigt eine typische Kreiselpumpe 8, die ein Laufrad 11 enthält. Wie zu erkennen ist, enthält die Pumpe Diffusorschaufeln 9. 2 und 3 zeigen eine Laufradanordnung 10 für eine Kreiselpumpe 8 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Die Laufradanordnung 10 enthält ein Laufrad 11, das eine Vielzahl von radial angeordneten Laufradschaufeln 12 und eine in einem Stück gebildete Lagernabe 14 hat. Eine lose, im wesentlichen konisch geformte Buchse 13 ist auf einem axial verlaufenden Abschnitt der Lagernabe 14 angebracht, der auf der Einlassseite des Laufrads 11 angeordnet ist. Mit der drehbaren Anbringung an der Lagernabe 14 kann die konische Buchse 13 sich getrennt von dem Laufrad 11 frei drehen. Eine Halteeinrichtung 15 wird verwendet, um die konische Buchse 13 an der Lagernabe 14 zu sichern.

Wie 2 zeigt, umfasst das Laufrad 11 eine Basis 16, auf der sechs radial angeordnete Schaufeln 12 angebracht sind. Die Schaufeln 12 verlaufen von dem Umfang des Laufrads 11 radial nach innen zu der Lagernabe 14. Die Laufradschaufeln 12 können hinsichtlich der Größe, Form, Menge und Ausrichtung variieren, um in Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung die Pumpenleistung zu optimieren. Die Basis 16 sollte mindestens eine darauf angeordnete Schaufel 12 haben. Der radial am weitesten innen liegende Abschnitt 28 der Schaufeln 12 und die Lagernabe 14 bilden einen Bereich, der als "Laufradauge" 27 bezeichnet wird.

Wie 3 zeigt, verläuft die Laufradnabe 14 axial nach außen (das heißt stromaufwärts) von der Einlassfläche 17 des Laufrads 12 und weist eine Bohrung zur Aufnahme einer Antriebswelle 18 auf. Eine konische Buchse 13 ist drehbar auf der Lagernabe 14 des Laufrads 11 angebracht. Die konische Buchse 13 ist getrennt von der Lagernabe 14 frei drehbar, da ein radialer Spalt 19 zwischen der äußeren Oberfläche 35 der Lagernabe 14 und der Innenbohrung 34 der konischen Buchse 13 vorhanden ist. Die konische Buchse 13 hat ein Ende 31 mit großem Durchmesser und ein Ende 32 mit kleinem Durchmesser. Das Ende 32 mit kleinem Durchmesser ist stromaufwärts des Endes 31 mit großem Durchmesser angeordnet. Mit dieser Ausrichtung erweitert sich die konische Buchse 13 von dem Ende 32 mit kleinem Durchmesser zu dem Ende 31 mit großem Durchmesser in ihrem Verlauf zur Laufrad-Einlassfläche 17. Das kegelförmige Profil der konischen Buchse 13 ist in 3 zu erkennen.

Die konische Buchse 13 kann aus einem Lager- oder Polymermaterial mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten, vorzugsweise einer TEFLON-Verbindung hergestellt sein. TEFLON, auch als Polytetrafluorethylen bekannt, ist ein eingetragenes Warenzeichen von DuPont. Eine Oberfläche der konischen Buchse 13 und/oder die Lageroberfläche der Lagernabe 14 können ebenfalls mit einem Material mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten beschichtet sein. Für den Durchschnittsfachmann ist offensichtlich, dass andere Konfigurationen einer schwimmenden Buchse ebenfalls möglich sind und erstrebenswert sein können, und zwar in Abhängigkeit von den speziellen Pumpbedingungen, dem zu pumpenden Material und der gewünschten Anwendung.

Wie 2 und 3 zeigen, sichert die Halteeinrichtung 15 die schwimmende konische Buchse 13 auf der Lagernabe 14. In der dargestellten Ausführungsform ist die Halteeinrichtung 15 eine Mutter mit Innengewinde, die lösbar auf einem Gewindestumpf 29 der Welle 18 angebracht werden kann. Die Halteeinrichtung 15 umfasst eine Haltefläche 26, die an einem axialen Ende 30 der Lagernabe 14 anliegt. In der bevorzugten Ausführungsform sind axiale Spalte 22, 23 zwischen der großen Stirnfläche 24 der konischen Buchse 13 und der Laufrad-Einlassfläche 17 und/oder zwischen der kleinen Stirnseite 25 der konischen Buchse 13 und der Haltefläche 26 vorgesehen, wodurch die konische Buchse 13 frei drehbar ist und auf der Lagernabe 14" schwimmt". Andere Halteeinrichtungen 15 werden innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung auch in Betracht gezogen und können jede Art einer festen oder lösbaren Halteeinrichtung zum Befestigen der schwimmenden konischen Buchse 13 auf der Lagernabe 14 umfassen. Derartige Halteeinrichtungen 15 können entweder an der Antriebswelle 18 oder direkt an der Lagernabe 14 befestigt sein.

Während des Betriebs kann die schwimmende konische Buchse 13 ihre Rotation mit dem Laufrad 11 frei stoppen, wenn an die äußere Oberfläche der Buchse ein Widerstand (Drehmoment) angelegt wird, beispielsweise durch die einströmende Flüssigkeit und lange, sich verwickelnde Fasern, die möglicherweise versuchen, sich um die Buchse 13 zu wickeln. Da die Konfiguration der konischen Buchse 13 kein Drehmoment an die langen Fasern anlegt, sind sie frei und werden mit dem flüssigen Pumpmaterial durch das Laufrad weiterbefördert. Da die konische Buchse 13 ferner aus einem Material mit verringerter Reibung aufgebaut ist, widersteht sie in vorteilhafter Weise der Anbindung von langen Fasern um die konische Buchse 13. Da das Ende 31 mit großem Durchmesser der konischen Buchse 13 konstruktionsgemäß im wesentlichen die Mitte des Laufradauges 27 füllt, entsteht kein Totraum (Bereich ohne durch Strömung), in dem sich unerwünschte Fasern oder Materialien ansammeln können, die eine geringere Dichte als die Dichte der gepumpten Flüssigkeit haben.

Eine beispielhafte Anwendung der Laufradanordnung für Kreiselpumpen ist die Bearbeitung von recyceltem Altpapiermaterial. Dieses Papiermaterial enthält typischerweise Fasern mit verschiedenen Längen und aus verschiedenen Materialien. Kunststofffasern von Zeitungspackbändern, Bucheinbände aus Kunststoff und Getränkebehälter zusammen mit Metallklammern bilden oftmals lange Fasern oder Stränge, die sich um rotierende Laufradnaben wickeln können. Diese Kunststofffasern sind im allgemeinen leichter oder haben eine geringere Dichte als das gepumpte Material und neigen dazu, sich in Toträumen im Auge 27 des Laufrads 11 anzusammeln, wo keine Durchströmung herrscht, und den Laufradeinlass zu blockieren. Die Laufradanordnung 10 verhindert, dass sich diese Fasern um die Laufradnabe 14 wickeln, wodurch eine unerwünschte Blockierung der Pumpe an der Laufrad-Einlassfläche 17 verhindert wird.

Obgleich die Erfindung im Rahmen beispielhafter Ausführungsformen beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt. Die beigefügten Patentansprüche sollen in breitem Sinn ausgelegt werden, so dass sie andere Varianten und Ausführungsformen der Erfindung einschließen, die der Durchschnittsfachmann vollzieht, sofern sie nicht vom Schutzumfang der beigefügten Patentansprüche abweichen.