Die Erfindung betrifft das Gebiet der Zentrifugalpumpen
und insbesondere eine Zentrifugalpumpe mit einer verbes
serten Spirale, die im Vergleich zu herkömmlichen Spira
len verbesserte Fördereigenschaften besitzt und/oder für
die Wartung oder Reinigung der Pumpe einfach entnehmbar
ist, sowie ein Verfahren für den Zusammenbau und die
Zerlegung einer solchen Pumpe sowie ein Verfahren für
ihren Betrieb.
Zentrifugalpumpen, die manchmal als Bewegungsenergiepum
pen bekannt sind, werden in vielen verschiedenen Fluidbe
handlungsanwendungen in großem Umfang verwendet. Eine
interne oder eine externe Leistungsquelle treibt ein
Flügelrad an, um Flüssigkeit in eine Pumpenkammer anzu
saugen und um Flüssigkeit aus der Pumpenkammer unter
Druck auszustoßen. In der typischsten Konfiguration
strömt Flüssigkeit in einen axialen Einlaß des Flügelra
des, wird durch das Flügelrad durch einen toroidförmigen
Strömungsweg gezwungen, der durch eine das Flügelrad
umgebende Spirale gebildet ist, und wird von der Spirale
und der Pumpe ausgegeben.
Die Spirale muß manchmal aus der Pumpenkammer entnommen
werden, um eine Reparatur oder einen Austausch der Spira
le oder des Flügelrades oder eine Reinigung der Pumpen
kammer zu ermöglichen. Dieser Bedarf ist besonders deut
lich im Fall einer sogenannten "Schmutzpumpe", die Wasser
oder andere Flüssigkeiten mit einem verhältnismäßig hohen
Prozentsatz von darin dispergierten Festkörpern mit
vergleichsweise großem Durchmesser fördert. Schmutzpumpen
werden in vielen verschiedenen landwirtschaftlichen,
bautechnischen und industriellen Anwendungen verwendet.
Die am weitesten verbreiteten Schmutzpumpen besitzen
einen Förderauslaßdurchmesser im Bereich von 5 bis 15 cm
und sind so konfiguriert, daß sie Fluide mit darin ent
haltenen Feststoffen, die halb so groß wie der Förderaus
laßöffnungen sind, fördern können. So kann eine 8 cm-
Schmutzpumpe Flüssigkeiten mit mitgenommenen Festkörpern
mit einem Durchmesser von bis zu 4 cm fördern.
Bei Schmutzpumpen besteht die Neigung, daß sie mit Fremd
stoffen verstopft werden. Manche Schmutzpumpen umfassen
daher Maßnahmen, die einen Zugang zum Innenraum der
Pumpenkammer vorsehen, um die Verstopfung zu beseitigen.
Dieser Zugang wird gewöhnlich durch eine Zugangsöffnung
geschaffen, die groß genug ist, um die Spirale aus der
Pumpenkammer entnehmen zu können. Die Zugangsöffnung ist
während des normalen Betriebs der Pumpe durch eine Abdec
kung verschlossen, die am Pumpengehäuse durch Flügelmut
tern oder andere anwenderfreundliche Befestigungseinrich
tungen angebracht ist, die eine schnelle Abnahme der
Abdeckung vor Ort ermöglichen, um einen Zugang zum Innen
raum der Pumpenkammer zu erlangen.
Einige Spiralen sind einteilig mit der Wand der Pumpen
kammer ausgebildet. Pumpen mit diesem Entwurf können
schwer gereinigt werden, da es nicht möglich ist, die
Spirale von den Pumpenkammerwänden zu lösen, um dazwi
schen befindliche Materialien zu entfernen. Um dieses
Problem zu vermeiden, sind die Spiralen vieler Schmutz
pumpen entnehmbar, um die Reinigung und die Wartung zu
erleichtern. Die Spirale der typischen Schmutzpumpe
dieses Typs ist mit der Abdeckung verschraubt, um die
Abdeckung zusammen mit der Spirale als Einheit zu entneh
men. Die Spirale ist jedoch an der Abdeckung von innen
befestigt, weshalb sie zusammen mit der Abdeckung entnom
men werden muß. Dieser Aufbau kann problematisch sein,
wenn die Pumpe mit Stoffen verstopft ist, die sich zwi
schen den Wänden der Pumpenkammer und der Spirale befin
den, da die verstopfenden Materialien dazu neigen, die
Spirale an ihrem Ort festzuhalten, was ihre Entnahme aus
der Pumpenkammer stark behindert. Die Bedienungsperson
einer verstopften Pumpe kann sich in einer unangenehmen
Situation finden, in der die Pumpe so stark verstopft
ist, daß die Bedienungsperson die Abdeckungs-/Spiralen-
Unterbaueinheit nicht aus der Pumpe entnehmen kann, um
die verstopfenden Materialien zu entfernen. In diesem
Fall muß die Pumpe vom Einsatzort abtransportiert und dem
Kundendienst übergeben werden.
Einige Hersteller haben versucht, dieses Problem dadurch
zu lösen, daß sie die Spirale nicht an der Abdeckung
befestigen. Die Spirale wird statt dessen einfach in der
Pumpenkammer durch Oberflächen gehalten, die sich an die
Abdeckung und an das Pumpengehäuse anschmiegen. Diese
Anordnung beseitigt das Problem der Behinderung einer
Abnahme des Deckels bei verstopfter Pumpe, sie schafft
jedoch ein neues ihr eigentümliches Problem. Falls näm
lich die Abdeckung abgenommen wird, wenn die Spirale
nicht richtig in der Kammer angeordnet ist, kann die
Spirale aus dem Pumpengehäuse herausfallen, bevor die
Bedienungsperson bereit ist, sie aufzunehmen, so daß die
Gefahr besteht, daß die Spirale beschädigt wird und/oder
die Bedienungsperson verletzt wird.
Es ist daher der Bedarf entstanden, einen einfachen
Zugang zur Pumpenkammer einer Schmutzpumpe oder derglei
chen selbst dann zu schaffen, wenn die Pumpe stark mit
Abfällen verstopft ist, ohne das die Gefahr eines Heraus
fallens der Pumpenspirale besteht.
Ein weiteres Merkmal von Schmutzpumpen und vielen anderen
Zentrifugalpumpen ist, daß sie selbstauslösend sind
("self-priming"), d. h. den Saugvorgang selbständig
auslösen. Dieser Ausdruck ist eigentlich irreführend, da
alle Zentrifugalpumpen selbstauslösend sind, d. h. wenig
stens teilweise mit Flüssigkeit gefüllt sein müssen,
bevor sie arbeiten können, weil sie keine Luft pumpen
können. Solange sich daher die Pumpe nicht unter der
Flüssigkeitsquelle befindet und Flüssigkeit aufgrund der
Schwerkraft nach unten in die Pumpenkammer fließen kann,
muß Flüssigkeit manuell in die Pumpenkammer gefüllt
werden, bevor der Betrieb beginnt. Selbstauslösende
Pumpen sind Pumpen, die einen externen oder internen
Flüssigkeitsbehälter besitzen, der, wenn er mit Flüssig
keit gefüllt ist, die Notwendigkeit eines ständigen
manuellen Auslösens des Saugvorgangs während Perioden
geringer Strömung beseitigt. Das Fähigkeit der Selbstaus
lösung ist in der typischen Zentrifugalpumpe durch die
Verwendung eines Klappenventils oder eines anderen Ein
wegventils verbessert. Das Einwegventil verhindert ein
Ausströmen der Flüssigkeit aus der Pumpenkammer durch den
Saugeinlaß und stellt daher sicher, daß die Pumpenkammer
während Perioden der Inaktivität oder einer geringen
Strömung gefüllt oder nahezu gefüllt bleibt.
Das Selbstauslösemerkmal ist besonders wichtig in Anwen
dungen, in denen die Flüssigkeitsströmungsraten in die
Pumpe oftmals unter die minimale Förderrate der Pumpe
abfallen. Wenn hierbei Luft in den Saugschlauch der Pumpe
eintritt, beendet die Pumpe den Pumpvorgang. Die Rest
flüssigkeit in der Pumpenkammer löst jedoch die Pumpe
solange wieder aus, bis der Schlauch erneut mit Wasser
gefüllt wird. Dann wird der Pumpvorgang wieder aufgenom
men und fortgesetzt, bis erneut Luft in den Einlaß
schlauch eintritt.
Schmutzpumpen und viele andere Zentrifugalpumpen verwen
den das sogenannte "Rückführungsverfahren" für die
Selbstauslösung. Diese Pumpen enthalten einen Rückfüh
rungsanschluß in die Spirale, der zu klein ist, um dem
Flügelrad die gesamte Flüssigkeit zuzuführen, die es
eigentlich handhaben kann. Im Ergebnis und aufgrund
anderer Aspekte der Spiralenkonfiguration wird Luft von
der Saugöffnung der Pumpe durch das Flügelrad angesaugt.
Das resultierende Gemisch aus Luft und Flüssigkeit wird
vom Flügelrad wiederholt in die umgebende Pumpenkammer
gefördert. Die Flüssigkeit und die Luftblasen trennen
sich in der Pumpenkammer, so daß der größte Teil der Luft
aus der Pumpenkammer ausgestoßen wird. Die zum Rückfüh
rungsanschluß zurückkehrende Flüssigkeit ist daher rela
tiv frei von Luft, so daß die Dichte des durch die Spira
le strömenden Fluids höher ist und infolgedessen der
Wirkungsgrad der Pumpe erhöht wird. Dieser Zyklus wird
fortgesetzt, bis ausreichend Luft aus dem Saugschlauch
abgeführt worden ist, um einen ausreichenden Unterdruck
zu erzeugen, um Flüssigkeit in die Pumpenkammer anzusau
gen.
Die Leistung der Zentrifugalpumpe wird durch mehrere
Faktoren beeinflußt. Diese Faktoren umfassen die maximale
Förderkapazität, die maximale Gesamtfallhöhe und den
maximalen Gesamtsaughub. Spiralenmerkmale, die die maxi
male Förderkapazität und die maximale Gesamtfallhöhe
beeinflussen, werden durch wohlbekannte mathematische
Berechnungen gesteuert. Spiralenmerkmale, den Gesamtsaug
hub und die Selbstauslösefähigkeit maximal machen, unter
liegen jedoch eher empirischen Bestimmungen, die opti
miert werden müssen. Obwohl daher viele selbstauslösende
Zentrifugalpumpen Ablenkeinrichtungen oder andere ver
hältnismäßig gewundene Strukturen in der Pumpenkammer
verwenden, um die Selbstauslösefähigkeit der Pumpe zu
erhöhen, gibt es noch immer viel Raum für Verbesserungen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine
Zentrifugalpumpe zu schaffen, aus der die Abdeckung und
die Spirale entweder gemeinsam oder einzeln entnommen
werden können und die eine Spirale besitzt, die den
maximalen Gesamtsaughub der Pumpe verbessert und eine
höhere Selbstauslöserate ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine
Pumpe nach einem der Ansprüche 1 und 14. Weiterbildungen
der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angege
ben.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung sind eine Spirale
einer Zentrifugalpumpe und eine benachbarte Zugangsabdec
kung aneinander und am zugeordneten Pumpengehäuse befe
stigt, so daß die Abdeckung und die Spirale entweder als
Einheit oder einzeln in Abhängigkeit von der Präferenz
der Bedienungsperson und den jeweiligen Umständen abge
nommen werden können.
Vorzugsweise umfassen die Befestigungseinrichtungen
Spiralen-Befestigungseinrichtungen, die die Abdeckung an
der Spirale befestigen, und Abdeckungs-Befestigungs
einrichtungen, die die Abdeckung am Pumpengehäuse befe
stigen. Beide Typen von Befestigungseinrichtungen sind
von der Außenseite der Abdeckung zugänglich. Die Spira
len-Befestigungseinrichtungen können Schraubbolzen umfas
sen, die sich durch Bohrungen in der Abdeckung erstrecken
und in Gewindebohrungen in der Spirale geschraubt sind.
Die Befestigungseinrichtungen umfassen ferner vorzugswei
se Abdeckungs-Befestigungseinrichtungen, die am Pumpenge
häuse befestigt sind und von außerhalb der Pumpe zugäng
lich sind, um die Abdeckung von dem Pumpengehäuse abneh
men zu können. Um die Wartung vor Ort durch Minimierung
des Bedarfs an Werkzeugen für den Zusammenbau oder die
Zerlegung der Pumpe zu erleichtern, wirken die Abdec
kungs-Befestigungseinrichtungen vorzugsweise mit Schlit
zen in der Abdeckung zusammen und können aus den Schlit
zen gelöst und wegschwenkt werden, ohne die Abdeckungs-
Befestigungseinrichtungen aus dem Pumpengehäuse zu ent
fernen, so daß die Abnahme der Abdeckung vom Pumpengehäu
se zugelassen wird. Beispielsweise kann jede Abdeckungs-
Befestigungseinrichtung eine Gewindestange, die am Pum
pengehäuse befestigt ist, und eine Flügelmutter, die mit
der Gewindestange verschraubt ist, umfassen, wobei jede
der Flügelmuttern im allgemeinen T-förmig ist und einen
ersten Schenkel, der auf die Stange geschraubt ist, und
einen zweiten Schenkel, der sich wenigstens im allgemei
nen senkrecht zum ersten Schenkel erstreckt und ein Paar
in Längsrichtung beabstandeter, im allgemeinen dreiecki
ger Daumeneingriffeinschnitte besitzt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfaßt eine
Pumpenspirale einen Förderweg, der so konfiguriert ist,
daß die maximale Saughubfähigkeit und die Selbstauslöse
fähigkeit verbessert werden. Die Pumpe besitzt ein Pum
pengehäuse, das eine darin ausgebildete Pumpenkammer, ein
in die Pumpenkammer eingesetztes rotierendes Flügelrad
und eine in die Pumpenkammer eingesetzte Spirale umfaßt.
Die Spirale besitzt eine innere radiale Oberfläche, die
wenigstens im allgemeinen kreisförmig ist und das Flügel
rad umgibt, eine äußere radiale Oberfläche, die wenig
stens im allgemeinen toroidförmig ist, einen radialen
Auslaß, der mit einem Auslaß der Pumpenkammer in einer
Fluidverbindung steht, und einen Rückführungseinlaß, der
mit dem radialen Auslaß in einer Fluidverbindung steht.
Der radiale Auslaß ist von einem Auslaß des Förderrohrs
abgezweigt. Das Förderrohr ist so bemessen und konfigu
riert, daß vom Auslaß ein Flüssigkeitsstrom mit einem
Strömungsmuster gefördert wird, das wenigstens im wesent
lichen tangential zur inneren radialen Umfangsoberfläche
ist.
Vorzugsweise besitzt das Förderrohr innere und äußere
radiale Wände. Die innere radiale Wand besitzt eine
äußeren Endabschnitt, der sich wenigstens im wesentlichen
geradlinig erstreckt und wenigstens im wesentlichen
tangential zur inneren radialen Umfangsoberfläche ist.
Die äußere radiale Wand besitzt einen äußeren Endab
schnitt, der sich wenigstens im wesentlichen geradlinig
erstreckt und wenigstens im wesentlichen tangential zur
inneren radialen Umfangsoberfläche verläuft. Der Auslaß
des Förderrohrs weist vorzugsweise im allgemeinen nach
oben und ist von der inneren radialen Wand des Förder
rohrs nach unten zur äußeren radialen Wand des Förder
rohrs geneigt.
Gemäß weiteren Aspekten der Erfindung werden verbesserte
Verfahren für den Zusammenbau oder die Zerlegung einer
Pumpe, um einen Zugang zur Pumpenkammer zu schaffen,
selbst wenn die Kammer mit Abfällen verstopft ist,
und/oder zum selbständigen Auslösen des Saugbetriebs
einer Zentrifugalpumpe geschaffen.
Selbstverständlich werden die folgende genaue Beschrei
bung und die beigefügte Zeichnung, die bevorzugte Ausfüh
rungsform der Erfindung angeben, lediglich zur Erläute
rung und nicht zur Beschränkung angegeben. Es sind viele
Änderungen und Abwandlungen innerhalb des Umfangs der
Erfindung möglich, ohne vom Erfindungsgedanken abzuwei
chen, wobei die Erfindung alle diese Abwandlungen enthal
ten soll.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deut
lich beim Lesen der folgenden Beschreibung bevorzugter
Ausführungsformen, die auf die Zeichnung bezug nimmt; es
zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Schmutzpumpe,
die gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung konstruiert ist;
Fig. 2 eine perspektivische Explosionsansicht eines
Teils der Pumpe, der die Abdeckung und die Spira
le der Pumpe, die aus dem Pumpengehäuse entnommen
sind, umfaßt;
Fig. 3 eine perspektivische Explosionsansicht der Pumpe
nach Fig. 1;
Fig. 4 eine Teilschnittansicht des Pumpengehäuses und
der darauf bezogenen Komponenten nach Fig. 3, die
die Entnahme der Abdeckung und der Spirale der
Pumpe aus dem Pumpengehäuse als Einheit veran
schaulicht;
Fig. 5 wie Fig. 4 die Entnahme der Abdeckung aus dem
Pumpengehäuse, hingegen verbleibt die Spirale im
Pumpengehäuse;
Fig. 6 eine Schnittansicht des Pumpengehäuses und darauf
bezogener Komponenten der Pumpe;
Fig. 7 eine Schnitt-Stirnansicht längs der Linie 7-7 in
Fig. 6; und
Fig. 8 eine Schnitt-Stirnansicht längs der Linie 8-8 in
Fig. 6.
1. Zusammenfassung
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
umfaßt eine Zentrifugalpumpe eine Spirale und ein Flügel
rad, die in einer Pumpenkammer angeordnet sind, die durch
eine Zugangsöffnung in der Vorderwand des Pumpengehäuses
zugänglich ist. Die Zugangsöffnung ist normalerweise
durch eine Abdeckung verschlossen, die an einer Vorder
wand des Gehäuses befestigt werden kann. Die Spirale ist
an der Abdeckung durch Befestigungseinrichtungen befe
stigt, die von außerhalb der Abdeckung zugänglich sind,
so daß die Entnahme der Abdeckung und der Spirale entwe
der als Einheit oder einzeln möglich ist. Die Spirale ist
daher einfacher zugänglich und kann einfacher als her
kömmliche Pumpenspiralen entnommen werden. Um die Selbst
auslöseleistung und die Saughubleistung maximal zu ma
chen, enthält die Spirale ein Förderrohr, das eine im
wesentlichen kreisförmige Strömung am Einlaß des Förder
rohrs in eine im wesentlichen tangentiale Strömung am
Auslaß des Förderrohrs umwandelt, wodurch die Trennung
von Luft aus dem geförderten Flüssigkeitsstrom maximal
gemacht wird und die Menge mitgenommener Luft in jenem
Abschnitt des geförderten Flüssigkeitsstroms, der zu
einem Rückführungseinlaß der Selbstsaugpumpe zurückge
führt wird, minimal gemacht wird. Die daraus sich erge
bende Pumpe ist besonders für die Verwendung als Schmutz
pumpe geeignet.
2. Übersicht über die Pumpe
Die Erfindung ist auf viele verschiedene Zentrifugalpum
pen anwendbar, die in vielen verschiedenen Anwendungen
einschließlich der Förderung von Flüssigkeiten, der
Förderung von Schlamm und dergleichen verwendet werden.
Sie ist besonders gut für die Verwendung als Schmutzpumpe
geeinigt, die nun als bevorzugte Ausführungsform der
Erfindung offenbart wird.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, umfaßt eine gemäß der Erfin
dung konstruierte Schmutzpumpe 10 eine sogenannte "motor
getriebene Zentrifugalschmutzpumpe". Die Pumpe 10 ist als
selbständige und unabhängige Pumpe konfiguriert, so daß
sie vor Ort ohne externe Leistungsquelle verwendbar ist.
Sie umfaßt ein Pumpengehäuse 12 sowie einen Motor 14, die
als Einheit über Stoßdämfungshalterungen 18 an einem
Trag-/Heberahmen 16 angebracht sind. Der Rahmen 16 ist so
konfiguriert, daß er die Pumpe 10 trägt und sie während
der Verwendung und während des Transports schützt. Wei
terhin ist ein Aufhängungsträger 17 vorgesehen, der so
beschaffen ist, daß er den Transport der Pumpe 10 von
einem Arbeitsplatz zum nächsten ermöglicht. Der Aufhän
gungsträger 17 ist zwischen dem Pumpengehäuse 12 und dem
Motor 14 angebracht und am Pumpengehäuse 12 befestigt.
Der Motor 14 kann irgendeine Vorrichtung umfassen, die
Drehmoment an das Pumpenflügelrad übertragen kann, wie im
folgenden erläutert wird. In der gezeigten Ausführungs
form ist der Motor 14 ein Benzinmotor, der mit Kraftstoff
von einem Tank 20 versorgt wird. Der Motor 14 ist angren
zend an eine Rückwand 24 des Pumpengehäuses 12 angebracht
und besitzt eine Abtriebswelle 22, die durch die Rückwand
24 des Pumpengehäuses 12 verläuft, wie am besten in
Fig. 5 ersichtlich ist. Die Größe des Motors 14 ist je
nach Größe der Pumpe unterschiedlich. Typischerweise wird
eine Pumpe mit einer Förderöffnung mit einem Durchmesser
von etwa 5 cm von einem Motor mit einer Leistung von etwa
4 kW angetrieben, während eine Pumpe mit einer Förderöff
nung mit einem Durchmesser von etwa 7,5 cm von einem
Motor mit einer Leistung von etwa 6 kW angetrieben wird.
Wie in den Fig. 1 bis 3 gezeigt ist, umfaßt das Pumpenge
häuse 12 eine innere Pumpenkammer 26, in der ein Flügel
rad 28 und eine Spirale 30 untergebracht sind. Der Zugang
zur Spirale 30 und zum Flügelrad 28 wird durch eine
Zugangsöffnung 32 geschaffen, die in einer Vorderwand 34
gegenüber der Rückwand 24 des Pumpengehäuses 12 ausgebil
det ist. Die vordere Zugangsöffnung 32 ist normalerweise
durch eine Abdeckung 38 verschlossen. Die Abdeckung 38,
die sich durch die Zugangsöffnung 32 in die Pumpenkammer
26 erstreckt, besitzt eine vordere Fläche 40, die im
allgemeinen koplanar zu der Vorderwand 34 des Pumpenge
häuses 12 ist. Falls gewünscht ist, können Griffe 42 an
der vorderen Fläche 40 der Abdeckung 38 angeschraubt oder
in anderer Weise befestigt sein, um die Handhabung der
Abdeckung 38 zu erleichtern.
Wie in den Fig. 3 bis 6 gezeigt ist, besitzt die Pumpen
kammer 26 einen Fluideinlaß 44 und einen Fluidauslaß 46,
die sich beide über dem Flügelrad 28 und der Spirale 30
befinden, wie in Fig. 6 gezeigt ist. In der gezeigten
Ausführungsform erstreckt sich der Einlaß 44 axial von
einem externen Anschluß 48 durch die Vorderwand 34 des
Pumpengehäuses 12 in die Pumpenkammer 26. Der Auslaß 46
erstreckt sich radial von einem Anschluß 49 durch eine
Seitenwand 36 des Gehäuses 12 in die Pumpenkammer 26. Wie
am besten in Fig. 6 ersichtlich ist, ist der Einlaß 44
mit einem axialen Einlaß 50 des Flügelrades 28 durch
einen Einlaßkanal 52 verbunden. Der Einlaßkanal 52 umfaßt
einen oberen vertikalen Abschnitt 54 und einen unteren
Abschnitt 56. Der obere Abschnitt 54 befindet sich im
Pumpengehäuse 12 über der Abdeckung 38. Der untere Ab
schnitt 56 ist in einer Rückwand 58 der Abdeckung 38
ausgebildet. Er ist im allgemeinen L-förmig und besitzt
einen vertikalen Schenkel sowie einen horizontalen Schen
kel. Der vertikale Schenkel stimmt mit dem oberen Ab
schnitt 54 überein. Der horizontale Schenkel, der aus
einem kreisförmigen Vorsprung 60 an der Rückwand 58 der
Abdeckung 38 gebildet ist, ist mit einem kreisförmigen
Flansch 62 auf einer vorderen axialen Oberfläche 64 der
Spirale 30 in Eingriff und gegenüber dem Flansch 62 mit
Hilfe einer Ringdichtung 63 abgedichtet. Ein Leck durch
die Zugangsöffnung 32 wird durch Ringdichtungen 53 und 55
verhindert, die zwischen der Abdeckung 38 und dem Umfang
der Zugangsöffnung 32 angeordnet sind.
Wie wiederum in den Fig. 3 und 6 gezeigt ist, ist am
Einlaß 44 ein Klappenventil 66 angeordnet. Das Klappen
ventil 66 wirkt als Rückschlagventil, das zwischen Pump
vorgängen oder dann, wenn die Flüssigkeitsströmungsrate
in den Einlaß 44 unter die minimale Förderrate der Pumpe
10 abfällt, verhindert, daß Flüssigkeit durch den Einlaß
44 aus der Pumpenkammer 26 ausfließt. Weiterhin ist an
der Oberseite des Pumpengehäuses 12 eine Saugauslöseöff
nung 68 ausgebildet, die vor einem Pumpvorgang Saugauslö
sefluid einleitet. Die Saugauslöseöffnung ist während des
Normalbetriebs der Pumpe 10 durch einen Stopfen 70 ver
schlossen. Schließlich ist im Boden der Pumpenkammer 26
eine Entleerungsöffnung 72 ausgebildet, die normalerweise
durch einen Stopfen 74 verschlossen ist.
Das Flügelrad 28 kann irgendeine Struktur besitzen, die
sich mit der Motorabtriebswelle 22 drehen kann und Fluide
und die mitgenommenen Materialien dazu zwingen kann,
durch die Spirale 30 zu strömen. Wie in den Fig. 4 bis 6
gezeigt ist, besitzt das Flügelrad 28 zwei Blätter 80 und
82, die sich von einer kreisförmigen hinteren Platte 84
nach vorn erstrecken. Die Blätter 80 und 82, die eine im
allgemeinen gekrümmte Form haben und von der Spirale 30
umgeben sind, lenken die Fluidströmung durch die Spirale
30, wie im späteren Abschnitt 3 im einzelnen dargelegt
wird. Ein Gewindevorsprung 86, der sich von der Platte 84
nach hinten erstreckt, ist an der Motorabtriebswelle 22
befestigt, um den Motor 14 mit dem Flügelrad 28 zu kop
peln.
Wie nun insbesondere in den Fig. 3 bis 5 gezeigt ist, ist
die Abdeckung 38 mit der Spirale 30 mittels Spiralen-
Befestigungseinrichtungen 90 und mit dem Pumpengehäuse 12
mittels Abdeckungs-Befestigungseinrichtungen 92 verbun
den, die sämtlich von außerhalb des Pumpengehäuses 12
zugänglich sind. Die Spiralen-Befestigungseinrichtungen
90 befestigen normalerweise die Abdeckung 38 und die
Spirale 30 als Einheit aneinander, sie können jedoch von
der äußeren Oberfläche 40 der Abdeckung 38 wahlweise
entfernt werden, um die Abdeckung 38 vom Pumpengehäuse 12
unabhängig von der Spirale 30 abzunehmen. Die Spiralen-
Befestigungseinrichtungen 90 umfassen Verzögerungs
schraubbolzen, wovon jeder durch eine zugeordnete Gegen
bohrungsöffnung 94, die durch die Abdeckung 38 hindurch
ausgebildet ist, und in eine geeignete Gewindebohrung 96,
die in der äußeren axialen Oberfläche 64 der Spirale 30
ausgebildet ist, verläuft. In der gezeigten Ausführungs
form sind drei Schraubbolzen 90 vorgesehen.
Die Abdeckungs-Befestigungseinrichtungen 92 sind so
konfiguriert, daß sie eine Abnahme der Abdeckung 38 und
der Spirale 30 als Einheit von der Pumpe 10 ohne Verwen
dung irgendeines Werkzeugs ermöglichen. Genauer umfaßt
jede der Befestigungseinrichtungen 92, wie in Fig. 3
gezeigt ist, eine am Pumpengehäuse 12 an einem Ort hinter
der Vorderwand 34 des Gehäuses 12 befestigte Gewindestan
ge 100, die sich von der Vorderwand 34 nach vorn er
streckt. Jede der Stangen 100 kann in einen Schlitz 102
in einer entsprechenden Ecke der Abdeckung 38 und aus
dieser heraus schwenken. Auf die Gewindestangen 100
können manuell Flügelmuttern 104 geschraubt werden, um
die Abdeckung 38 am Pumpengehäuse 12 festzuklemmen.
Vorzugsweise ist jede der Flügelmuttern 104 im allgemei
nen T-förmig und besitzt einen ersten Schenkel 106 mit
Innengewinde, der auf die Stange 100 geschraubt werden
kann, und einen zweiten Schenkel 108, der sich senkrecht
zum ersten Schenkel 106 erstreckt. Der zweite Schenkel
108 besitzt ein Paar in Längsrichtung beabstandeter, im
allgemeinen dreieckiger Daumeneingriffabschnitte 110. Die
Eingriffabschnitte 110 dienen sowohl als ergonomische
Kontaktpunkte für die Bedienungsperson, die diese er
greift, und gegebenenfalls als Eingriffoberflächen zum
Einführen eines Schraubendrehers oder eines ähnlichen
Instruments längs einer Linie 112 in Fig. 2.
Um die Spirale 30 und die Abdeckung 38 am Pumpengehäuse
12 anzubringen, werden zunächst die Abdeckung 38 und die
Spirale 30 aneinander befestigt, indem die Schraubbolzen
90 durch die Bohrungen 94 in die Abdeckung 38 von der
äußeren Oberfläche 40 der Abdeckung 38 eingeführt werden
und in die Gewindebohrungen 96 in der Spirale 30 ge
schraubt werden, wodurch eine Spiralen-/Abdeckungs-
Unterbaueinheit gebildet wird. Diese Unterbaueinheit wird
anschließend über der Zugangsöffnung 32 im Pumpengehäuse
12 als Einheit angeordnet, so daß sich die Spirale 30 in
der Pumpenkammer 26 befindet und vom Flügelrad 28 umgeben
ist und gegenüber einem Vorsprung 114 an der Rückwand 24
des Pumpengehäuses 12 durch eine Dichtung 116 abgedichtet
ist, wie am besten in Fig. 6 ersichtlich ist. Die Abdec
kungsbefestigungseinrichtungen 92 werden dann in die
Schlitze 102 in der Abdeckung 38 geschwenkt, ferner
werden die Flügelmuttern 104 auf die Stangen 100 der
Befestigungseinrichtungen geschraubt, um die Abdeckung 38
und die Spirale 30 gegenüber der Vorderwand 34 des Pum
pengehäuses 12 zu befestigen, wobei dazwischen Abdec
kungsdichtungen 53 und 55 (am besten in Fig. 3 ersicht
lich) eingeklemmt sind.
Um die Abdeckung 38 und die Spirale 30 als Einheit abzu
nehmen, um die Spirale 30 zu warten oder auszutauschen
oder um irgendeinen anderen Zugang zum Innenraum der
Pumpenkammer 26 zu erlangen, werden einfach die Flügel
muttern 104 gelöst, woraufhin die Abdeckungsbefestigungs
einrichtungen 92 aus den Schlitzen 102 in den Ecken der
Abdeckung 38 geschwenkt werden. Der Benutzer kann dann
die Griffe 42 ergreifen und die Abdeckung 38 zusammen mit
der Spirale 30 als Einheit aus dem Pumpengehäuse 12
entnehmen, wie in Fig. 4 gezeigt ist.
Falls andererseits gewünscht ist, die Abdeckung 38 ohne
Spirale 30 zu entnehmen (wie dies der Fall sein könnte,
wenn die Spirale 30 durch Abfall "D", der die Pumpenkam
mer 26 verstopft, blockiert ist, wie in Fig. 5 gezeigt
ist), kann die Bedienungsperson die Abdeckung 38 vom
Pumpengehäuse 12 ohne Entnahme der Spirale 30 entnehmen,
indem er zunächst die Spiralen-Befestigungseinrichtungen
90 von außen abnimmt, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Die
Abdeckung 38 kann dann wie oben erläutert abgenommen
werden, um einen Zugang zum Innenraum der Pumpenkammer 26
zu schaffen, ohne die Spirale 30 aus der Pumpenkammer 26
zu entnehmen.
3. Konstruktion und Funktionsweise der Spirale
Wie oben beschrieben worden ist, ist die Spirale 30 so
konfiguriert, daß sie die Ansaugvorgang-Selbstauslöserate
erhöht und die Saughubfähigkeit der Pumpe maximal macht
und dennoch die Entnahme der Spirale 30 aus der Pumpen
kammer 26 zuläßt. Wie in den Fig. 6 bis 8 gezeigt ist,
ist die Spirale 30 der gezeigten Ausführungsform in sich
geschlossen und besitzt eine kreisförmige radiale Innen
oberfläche 120, eine im allgemeinen toroidförmige radiale
äußere Umfangsoberfläche 122, die oben beschriebene
axiale Außenoberfläche 64 und eine offene axiale Innen
oberfläche 124. Das Flügelrad 28 ist in die durch die
kreisförmige Innenoberfläche 120 gebildete Öffnung einge
setzt. Eine Unterteilungskammer 126 ist an ihre inneren
Grenze durch die kreisförmige Innenkante 120 und an ihrer
äußeren Grenze durch die radiale äußere Umfangsoberfläche
122 der Spirale 30 definiert. Die Kammer 126 ist im
allgemeinen toroidförmig, so daß sie einen Strömungsweg
für geförderte Flüssigkeiten bildet, dessen Querschnitts
fläche sich vom inneren Ende zum äußeren Ende erhöht. Die
Kammer 126 endet in einem Förderrohr 128, das sich tan
gential von der kreisförmigen Oberfläche 120 erstreckt,
wie im folgenden erläutert wird. In der äußeren axialen
Oberfläche 64 der Spirale 30 ist ein Rückführungseinlaß
130 ausgebildet. Er besitzt einen Durchmesser, der we
sentlich kleiner als der Durchmesser der Spiralen
förderöffnung 142 (weiter unten beschrieben) ist, so daß
ein sogenanntes "Rückführungsverfahren" des selbstauslö
senden Ansaugvorgangs ermöglicht wird. Schließlich er
streckt sich eine Ablenkeinrichtung 132 von der äußeren
radialen Umfangsfläche 122 an einem Ort zwischen dem
Förderrohr 128 und dem Rückführungseinlaß 130 in Richtung
der Fluidströmung nach außen; der Grund hierfür wird
später erläutert.
Wie in den Fig. 4 bis 8 gezeigt ist, ist das Förderrohr
128 so beschaffen, daß es die Trennung zwischen der
geförderten Flüssigkeit und jeglicher mitgenommener Luft
maximal macht, indem das gepumpte Fluid wenigstens im
wesentlichen tangential zur kreisförmigen Innenkante 120
gefördert wird, was im Gegensatz zu der wenigstens im
wesentlichen kreisförmigen Förderung steht, die gewöhn
lich bei Zentrifugalpumpen vorkommt. Das Förderrohr 128
ist ebenfalls einteilig mit der Spirale 30 ausgebildet,
um eine einfache Entnahme der gesamten Spirale 30 aus der
Pumpe 10 zu ermöglichen, um die Pumpenkammer zu reinigen
oder dergleichen. Es besitzt innere und äußere radiale
Wände 134 und 136 sowie innere und äußere axiale Wände
138 und 140. Die inneren und äußeren axialen Wände 138
und 140 erstrecken sich parallel zueinander und parallel
zu den inneren und äußeren axialen Oberflächen 124 und 64
der Spirale 30. Die innere radiale Wand 134 erstreckt
sich tangential und geradlinig von dem durch die innere
radiale Kante 120 der Spirale 30 umschriebenen Kreis. Die
äußere radiale Wand 136 erstreckt sich an ihrem äußeren
Ende vorzugsweise wenigstens im allgemeinen geradlinig
und wenigstens im allgemeinen parallel zur inneren Um
fangswand 134, an ihrem inneren Ende ist sie jedoch unter
einem Winkel gekrümmt, der wenigstens im allgemeinen mit
dem Krümmungswinkel der äußeren Oberfläche 124 des zuge
ordneten Abschnitts der Spirale 30 übereinstimmt. Wie am
besten in Fig. 8 ersichtlich ist, ist eine Förderöffnung
142 des Förderrohrs 128 vorzugsweise im spitzen Winkel
von der inneren radialen Wand 134 des Förderrohrs 128
nach unten und nach außen zur äußeren radialen Wand 136
geneigt.
Falls im Gebrauch zu irgendeinem Zeitpunkt während des
Betriebs der Pumpe 10 Luft von einem Schlauch in die
Pumpe gesaugt wird, so daß der Flüssigkeitspegel in der
Pumpenkammer 26 unter den Pegel des Einlasses 44 sinkt,
wie in Fig. 8 gezeigt ist, tritt in die Pumpenkammer 26
Luft ein, wodurch der Pumpvorgang angehalten wird, das
Flügelrad 28 sich jedoch weiterhin dreht. Diese Drehung
des Flügelrades zwingt ein Fluid in Form von Luft oder
von Flüssigkeit mit hohem Luftgehalt in den Spiralenkanal
126. Das Fluid im Kanal 126 wird, wie später erläutert
wird, mit einem dichteren Flüssigkeitsstrom kombiniert
und zum Förderrohr 128 gelenkt, wo die im wesentlichen
kreisförmige Strömung am Einlaß des Förderrohrs 128 in
eine im wesentlichen tangentiale Strömung an der Förder
öffnung 142 umgewandelt wird. Wie schematisch in Fig. 8
gezeigt ist, strömt wenigstens ein Teil der geförderten
Strömung um die Außenseite der Spirale 30 zurück, während
ein verhältnismäßig großer Prozentsatz der geförderten
Luft durch den Auslaß 46 aus der Kammer 26 ausgestoßen
wird. Die rückgeführte Fluidströmung weist daher wesent
lich weniger mitgenommene Luft auf als die angekommende
Fluidströmung. Die Ablenkeinrichtung 132 trennt die Luft
weiter von der rückgeführten Strömung, bevor die rückge
führte Flüssigkeit den Rückführungseinlaß 130 erreicht.
Genauer erzeugt das nach oben gerichtete Förderrohr 128
einen Flüssigkeitsfontänen-Effekt, der bewirkt, daß das
rückgeführte Wasser um die Ablenkeinrichtung 132 nach
unten fällt, um die Trennung von Luft und Wasser weiter
zu unterstützen. Der Anteil der rückgeführten Fluidströ
mung, der in den Rückführungseinlaß 130 der Spirale 30
strömt, enthält daher wesentlich weniger mitgenommene
Luft als der übrige Teil, der um die Spirale 30 strömt
und den Rückführungseinlaß 130 umgeht. Die kombinierte
Flüssigkeitsströmung in der Kammer 126, die eine verhält
nismäßig hohe Dichte besitzt und daher einfacher zu
fördern ist als eine Fluidströmung mit einem größeren
Prozentsatz mitgenommener Luft wird anschließend wenig
stens im wesentlichen tangential durch das Förderrohr 128
gefördert, so daß erneut der größte Anteil der mitgenom
menen Luft in der kombinierten Strömung von der Pumpen
kammer 26 ausgestoßen anstatt rückgeführt wird. Dieser
ununterbrochene Pump- und Rückführungsprozeß wird solange
wiederholt, bis genügend Luft aus der Einlaßöffnung 44
abgeführt worden ist, so daß Fluid in die Pumpenkammer 26
gesaugt wird, wodurch der Pumpvorgang selbständig ausge
löst wird und der normale Pumpvorgang beginnt oder wieder
aufgenommen wird.
An der Erfindung können viele Änderungen und Abwandlungen
vorgenommen werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuwei
chen. Beispielsweise könnten viele verschiedene Anordnun
gen von Befestigungseinrichtungen verwendet werden, um
die Pumpenabdeckung 38 und die Spirale 30 aneinander zu
befestigen und um die Abdeckung 38 am Gehäuse 12 zu
befestigen, solange die Pumpenabdeckung 38 und die Spira
le 30 aus dem Pumpengehäuse 12 entweder einzeln oder als
Einheit entnommen werden können. Ebenso könnten viele
verschiedene Förderrohrkonfigurationen verwendet werden,
um die im wesentlichen kreisförmige Strömung des Fluids,
daß in das Förderrohr 128 eintritt, in eine im wesentli
chen tangentiale Strömung an der Förderauslaßöffnung 142
umzuwandeln. Weiterhin könnte das Förderrohr in Abhängig
keit von der Anwendung relativ zu der vertikalen Ebene
geneigt sein. Der Förderrohrauslaß muß in der gezeigten
Ausführungsform in die vertikale Richtung zeigen, er
könnte jedoch statt dessen aus der vertikalen Ebene
wesentlich geneigt sein. Weiterhin könnte die Länge des
Förderrohrs von einer Anwendung zur nächsten oder selbst
innerhalb derselben Anwendung unterschiedlich sein.