DE1528640A1 - Stopfbuechsenlose Heizungsumwaelzpumpe mit Gleitlagern aus einem sehr harten,vorzugsweise gesinterten Werkstoff - Google Patents

Description

"otopfbüclisenlose Heizungsumwälzpumpe mit Gleitlagern aus einem sear harten, vorzugsweise gesinterten

Jerkstoff»

Die Erfindung "bezieht sich auf eine stopfbüchsenlose Heizungsumwälzpumpe mit Gleitlagern aus einem sehr harten, -vorzugsweise gesinterten Werkstoff, deren Lagerteile aus diesem Werkstoff bestehen und der eine Lagerteil auf den beiden Wellenenden der Pumpenwelle und der andere Lagerteil in dem Pumpengehäuse angeordnet ist.

Bekannte stopfbüchsenlose Umwälzpumpen dieser Art finden vorzugsweise bei Heizungsanlagen Verwendung. Dabei sind die Lager wassergeschmiert, aber gegen Verunreinigungen des Wassers sehr empfindlich. Selbst bei einwandfreier Ausführung aller Installationsarbeiten ist es nicht zu . vermeiden, daß !Rückstände vieler Art verbleiben. Dabei kann es sich um Formsand aus Gußteilen oder Gußradiatoren handeln, es kann aber auch Zunder sein, der in den Stahlrohren zurückgeblieben ist, ferner können auch Schweiß-

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rückstände entstehen, die sich bei der Verlegung der Leitung gebildet ha,ben, es kann sich auch um Sand und Mörtel von den Bauarbeiten oder auch Kalk im Heizungswasser handeln. Gegen alle diese Verunreinigungen sind die Gleitlager der Umwälzpumpen, die meist aus den herkömmlichen. Lagerwerkstoffen, wie Bronze, Kohle oder Kunststoff bestehen, trotz entsprechender Bemühungen nach wie vor empfindlich. Meistens gelingt es nicht, die Anlage von Schmutzteilchen zu befreien und Schmutzfänger wie Siebe führen ebenfalls nicht zu den gewünschten Erfolgen. Die Siebe können durch angeschwemmte Schmutzteile verstopfen. Die Lager müssen gelegentlich auch trockenlaufen können, Avas beispielsweise bei der Installation der Pumpe oder auch bei höheren Wassertemperaturen erforderlich ist. Die Pumpenlager sollen auch gegen Anteile von Lötfett im Heizungswasser, das durch eine besondere Zusammensetzung sowohl Kohle- als auch Bronzelager angreift, unempfindlich sein. Schließlich werden Hachteile auch durch ungewollte Unterschiede in den Materialzusammensetzungen bewirkt, die die Ursache eines frühzeitigen Lagerverschleisses sind.

Es ist beispielsweise eine elastische Lagerung von Wellen und Achsen mit G-Ieitlagern "belcannt, wobei die gummielastische Befestigung einer Lagerbuchse aus

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,'keramischem Werkstoff in einem Gehäuse "besteht. 3s . handelt sich hierbei also in .erster Linie um eine elastische Lagerung, nicht jedoch um ■-eine kardanische Aufhängung der Lagerbüchse". Bei einer kardanischen Bewegung der Welle wirken nämlich von den massiven Gummiteilen her auf' diese Welle erhebliche Bückstell- : fcräfte, die zu hoher Kantenpressung und damit zu erheblichem Verschleiß des Layers führen. Außerdem zei^t diese bekannte Lagerung.den ITachteil, daß ein radialer Wellenvers3,ts unter Last ohne weiteres- möglich ist. .

3s ist weiter eine "Verringerung-der Lagerbelastung eines in Flüssigkeit laufenden Dlektromotors, insbe-' sondre für ]?lüssigkeitsuinwälzpumpen und unter Wasserantrieb bekannt, siehe die deutsche Patentschrift 1 113 54P. Dabei sind als Verbindungselement zwischen Lagerzapfen und Gehäuse in dieser Patentschrift nicht beschriebene und* nicht bezeichnete ringförmige Elemente vorgesehen. Diese Elemente sind zu einer kardanischen Aufhängung nicht geeignet, da die von ihnen getragenen Buchsen axial fest am Gehäuse anliegen. Diese bekannte Lagerung ist demnach nur dazu geeignet, rein radiale Verschiebungen aufzunehmen.

Das gleiche gilt auch für eine weitere bekannte Umwälzpumpe, deren Pumpenkörper mit dem das Laufrad antrei-

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benden Elektromotor lösbar verbunden ist, zwischen .dessen Stator und Rotor ein Spaltrohr sowie Dichtungselemente angeordnet sind, siehe die deutsche G-ebrauchsmusterschrift 1 895 968. Hierbei sind nämlich ringförmige Elemente vorgesehen, die gleichfalls nur rein radiale Bewegungen der Lagerbuchsen zulassen,- da letztere axiol fest mit Gehäuseteilen verspannt sind.

Durch die ESB-^irmenschriften 1126.21 und 1126.22 sind stopfbüchsenlose Umwälzpumpen für extreme Betriebsbedingungen bekannt. Dabei ist u.a. ein aufwendiger Kühlmittelkreislauf vorgesehen, der den gesamten Hotorenteil erfaßt. Außerdem ist das. Pumpengehäuse mit einer relativ großen Viandstärke ausgeführt, was auf Betriebsdrücke hinweist. Die Wellenlagerung erfolgt über zwei völlig getrennte Lagersysteme. Das eine System enthält zwei rein radiale'Lager, das zweite Sjrstem ein reines Axiallager. Die Lagerbuchsen der Radiallager sind im Gehäuse eingepaßt. Dieser Paßsitz muß zwangsläufig sehr eng sein, um radiales Flattern der bekannten Relais zu verhindern. Eine kardanische- Bewegungsmöglichkeit ist demnach für dieses Lager ausgeschlossen. Weiter zeigen die beiden Spurs cheib en. des bekannten Axiallagers im Bereich ihrer Berühruiigs stelle mit dem Gehäuse bzw. mit dem Gehäusedeckel ringförmige Elemente. Diese können jedoch nicht

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zur kardanisehen Aiif hängung der Pumpenwelle dienen, v/eil die bereits bestehenden Radiallager eine kardanisclie Bewegung derselben nicht zulassen. Im übrigen ist die Zeichnung der Firmenschrift sehr undeutlich, so daß nicht genau erkennbar ist, ob diese ringförmigen Elemente nicht eventuell nur Dichtfunktion haben. Bine Beschreibung ist diesen 3?irmens ehr if ten nicht beigefügt.

Das gleiche gilt von den KSB-Iirmenschriften 1127.21 und 1127.23, und die dort veranschaulichten Pumpen zeigen die bereits erwähnte Lagerkonstruktion, soweit sich diese den Firmenschriften entnehmen läßt.

Durch die Zeitschrift "Power Design and Equipment Application Section", Mai 1962, Seiten 59 - 61.» ist es bekannt, da,ß bei wassergeschmierten Pumpenlagern die Kombination von lager und Lagerzapfen aus demselben, sehr harten Material gute Ergebnisse zeigt. Der Werkstoff mit den besten Ergebnissen wird generall mit "Karbid" bezeichnet. Dabei handelt es sich offensichtlich um ein Hartmetall, wie z.B. ein Wolframkarbid. Dieser Zeitschrift i3t jedoch nicht zu entnehmen, ob es sich bei dieser bekannten Pumpe um eine Heizungsumwälzpumpe handelt, bei der das Kühlwasser der erwähnten besonderen Verschmutzung unterliegt.

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In der Zeitschrift "Kernenergie", 5. Jahrgang, 1962, Heft 1, Seiten 9 und 11, wird neben vielen anderen ' Werkstoffkombinationen der Werkstoff Al₀O₇ erwähnt/

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In der Tabelle 2 auf Seite 11 befindet sich unter den erfolgreich geprüften Kombinationen jedoch nur eine, bei der für Lagerbuchse und Lagerzapfen ein und derselbe Werkstoff, nämlich "Titaniumkarbide T-77" verwendet wurde. ' Die beiden Aluminiumoxyde als Lagerbuchsen wurden mit einem Lagerzapfen aus "3?irthite H-13" gepaart, Pirthite hat die Zusammensetzung 13$ Go, Rest Wc und dürfte ein Hartmetall sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die, stopfbüchsenlose Heizungsumwälzpumpe der eingangs erwähnten Art so zu verbessern, daß eine völlig einwandfreie Punktion selbst bei verhältnismäßig hohem.Verschmutzungsgrad des Heizungswassers gewährleistet ist. -

Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung besteht darin, daß die aufeinandergleitenden Lagerteile der Pumpenwelle und des Pumpengehäuses, wie an sich bekannt, gleiche Zusammensetzung und gleiche Härte ihres Werkstoffes aufweisen, daß alle Lagerteile aus einem Einstoff-Werkstoff, bevorzugt gesindertesOd-Alujninium-Oxyd hoher Reinheit, bestehen und daß der äußere Lagerteil in dem Pumpengehäuse kardanisch beweglich, aber rein radiale Verschiebung aufschließend,

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ausgebildet-und angeordnet ist. Hierdurch wird auch die G-efahr einer Kantenpressung vermieden, die bei starrem Einbau des Loggers möglicli.ist und 'Ursache dazu sein kann, daß Schmutzteile in diesem Falle leicht in den Lagerspa.lt gelangen können. Insofern ist- die allseitige räumliche jiev/eglieh^eit de-o äußeren-Lagerteils in Eonbiimtion mit der Lagerstoxfauswahl von Bedeutung.

Die Erfindung geht dabei davon aus, daß die -Ausv.^re2il von Lagerv/erkstoffkombinationen auch bei Hartmetall nicht eine Erhöhung der VerschleiiSfestigkeit bringt, wie bisher irrtümlich angenommen wurde. Durch die Erfindung wird nun aber in Abkehr au der bisherigen Auffassung eine überraschend hohe und.nahezu unbegrenzte Verschleißfestigkeit erreicht, insbesondere gegen Schmutzteile im Heizungswasser.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß ein O-Ring .oder ein ähnliches leichte Beweglichkeit zulassendes, vorwiegend mit sphärisch gekrümmter Oberfläche versehenes Singelement das Lager der Pumpenwelle etwa, in der Mitte des Lagers umschließt und von einer Bohrung im Pumpengehäuse umschlossen ist und mindestens eine Linienberührung hat.

Dabei kann in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, daß

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die Auf:imhmebohrung in dem i-mapengehäuse einen nach innen gerichteten "Ansatz und das Lager einen .Bund aufweist und die Stirnflächen heider zwischen sich das liiugelement aufnehmen.; Dadurch ist das Zwischerieleraent, das die kardanische Beweglichkeit des Pumpenlagers gewährleistet, weitgehend geschützt angeordnet, und .außerdem ist die Hontage des Lagers hierdurch wesentlich vereinfacht. Das Saugelement kann aus einem geeigneten Kunststoff bestehen, aber auch weitgehend unelastisch sein, so daß die Linienberührung und die leichte allseitige Beweglichkeit des Lagers für lange Betriebs.jähre erhalten bleibt. Diese-Beweglichkeit, die nur wenige Grad oder manchmal nur G-radminuteri zu betragen braucht, muß aber so leicht erfolgen können, daß zur.Verstellung keine größere J£raft nötig ist, als sie normalerweise äquivalent als Lagerla-st auf die Gleitfläche des Lagers wirkt. Die sonst bekannten elastischen Aufhängungen von Lagern genügen dieser Bedingung nicht. Hat nämlich ein elastisches Element ITlächenberührung, dann ist die Einstellbarkeit eingeschränkt, so daß sieh die Bückstellkräfte erhöhen, die das Lager aufnehmen muß, was so weit gehen kann, daß eine solche Ausführung einem starren Aufbau gleichkommt. Dann aber wären die sehr harten Lagerwerkstoffe nicht verwendbar, bei denen erst die erfindungsgemäße Erkenntnis ihre Gültigkeit erreicht, daß G-leitflächen

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gleicher Härte die Yorteile im Hinblick auf den Verschleiß noch stark vergrößern. Das erfindungsgemäß verwendete OC-Aluminium-Oxyd hoher Reinheit als Lagerwerkstoff gleicher Härte ergibt ein ausgezeichnetes .Verhalten insbesondere bei: Anwesenheit von verschleißenden IPestteilen im fördermedium und zeigt eine deutliche Überlegenheit gegenüber den bisher im Umwälzpumpenbaii verwendeten Lagerma.terialien. Außerdem entfällt bei diesem iiiinstoff-Werkstoff das Risiko von Legierungschwankungen, die bei Mehrstof!-Werkstoffen, zu denen auch die Hartmetalle rechnen, Anlaß zu Härte schwankungeil sein können. Die optimale Wirkung wird aber dann erzielt, wenn der Lagerwerfcstoff der aufeinandergleitenden lagerteile der Pumpenwelle und des Pumpengehäuses gleiche Zusammensetzung und gleiche Härte aufweisen. Dieser bevorzugte Lagerwerkstoff läßt sich zudem auch verhältnismäßig einfach und billig zu den für den Aufbau des Lagers erforderlichen Büchsen und Hülsen sowie Scheiben durch Sinterung verarbeiten und in lorm bringen. Die erfindungsgemäßen Lager sind daher auch in hohem Grade wirtschaftlich.

Weitere Yorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele unter Hinweis auf die Zeichnung. In dieser zeigen: *

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•Pig. 1 eine stopf bticlisenlose Umwälzpumpe mit an beiden f/ellenenden angeordneten Lagern der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung,.

Pig. 2 die schematische Darstellung der Lageranordnung nach IFig. 1 in. vergrößertem Maßstab schematisch mit einem Hinge lernent mit zweifacher diametraler .Linienberührung,

5¹Ig. 3 eine abgeänderte Ausführungsform des Lagers nach Pig. 1 und 2 mit einem Saugelement mit Linienberührung am Pumpengehäuse und

IPig. 4 eine abgeänderte Ausführungsform zu Pig. 3 mit einem Ringelement mit. Linie nberülirung am Lager.

Die in der Pig. 1 dargestellte Heizungsumwälzpumpe hat das Pumpengehäuse 1, dessen Saugseite mit 2 und dessen Druckseite mit 3 bezeichnet ist. An dem Pumpengehäuse ist das Motorgehäuse 4 angeflanscht. Der Stator des Motors ist mit 5 und sein Rotor mit 6 bezeichnet. Der Rotor sitzt auf der Pumpenwelle 7 j die auf der Seite des Pumpengehäuses 1 das Pumpenlaufrad 8 trägt, das mit der Pumpenwelle fest verbunden ist. Die beiden ¥ellenenden sind als Zapfen 9 und 10 ausgebildet, deren Durchmesser kleinen? ist als derjenige der Pumpenwelle 7. Auf diesen Zapfen sind Scheiben

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1 ι aufgerite.ckt.. die gegen die Stirnfläche des l'/ellonabsataes anliegen, Außerdem tragen, diese Zs.pfen eine vorzugsweise 'aufgeklebte Hülse 12. Die. Scheibe 11 und die Hülse 12 bilden susaumien den mit der Welle verbundenen Lagerteil. Lie hörisοntal angeordnete Pumpenwelle ?- ist in den beiden. Lagern 13 gelc.gert, f.Ie kardanisch beweglich ausgebildet sind. Das Lager 13 hat zun Rotor hin- einen Bund 14. Auf dem nvlindrisaicn Seil des Lagern sitzt etwa in der Ifitte des Lagers ein Ilingeleraeiit. '\'}_t das in den I?ir:. 1 und 2 als O-ILin^ dargestellt iat. ". Ijer Hing-15 besteht bevorzugt aus einem geeigneten. Kunststoff, der weitgehend unelaBtisch, ist und das Lager 15 durch Linienberühruns '\G umschließt. Die cv/eite Linienberührung 17 liegt diametral zur inneren Linienberührung 16. Diese zweite Lfinienberührung hat das Eingelemer_t am Purapengehaus e 1, das hier mit einer Aufnahmebohrung 18 versehen ist. Diese Aufnahmebohrung ist im Durchmesser abgesetzt und hat einen nach innen gerichteten Bodenansatz 19. Der O-Hlng 15 liegt zwischen den sich gegehüberstehenden Stirnflächen 20 und 21 am Bund 1.4 und am Bodenansata 19.

Die Lagerteile 11, 12 und 13 bestehen aus einem sehr harten, vorzugsweise gesinterten Werkstoff und bevorzugt aus Oc-Aluminium-Oxyd hoher Reinheit, das für alle Lagerteile gleiche Zusammensetzung und gleiche Härte lia,t.

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jji? Leiden anderen Ausführungsformen gemäß den Pi;.. 5 und ■-■; unter scheiden· sich von derjenigen nach Pig. 1 und 2 nur hinsichtlich der !Formgebung des !^rd.n.'. elementen. Grr-'ä£ der.:msf uhrungsform nach Pig. ?. hat- ur-.σ i.iix>.relement 'i5a eine an seinem Außenumfang sphäriscJ", ^ekrünirate Oberfläche und hat nur eine Linienberulirung, 17, r.a;rilich B,n Gehäuse 1 , .während das Ringelement V'jii mit einer zylindrischen Innenfläche auf dem La^er 15 aufsitst. Diese G-ectaltung des JiingeleTnentes ist. umkehrbar. Gemäß rig. /■-hat das iiingslement 15b seine sphärisch geknlriEite Oberfläche auf der Innenseite und somit die Linienbertihrung 16 am Lager 1 j.

Im allgemeinen ist der doppelten Linienberü'orung gemäß der Ausführungsform nach den J?ig. 1 und 2 jedoch der Torzug zu geben. Die durch das IiiiiigeleLient erzielte leichte kardanisc-he BeweglicM^j:eit' de»s Lagerteils 13 schließt bei vorhandener allseitiger Beweglichkeit jedoch eine rein radiale'Bewegung des La-gers aus, so da· die. zentrale !Führung der Pvjnpenwelle gev/älirleistet bleibt.

- Patentansprüche: -

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Claims (6)

1. - 13 - 3025 '.v/u

   " . . ■ ■ T 15 - 23 540.5

   a t e il t a η s ρ r "U. c h e :

   ./GtopiTDÜcIisenlose Helzimgsuniwälzpiunpe mit Gleitlagern aus einem sehr harten, -VoraugsWeise gesinterten Werkstoff, deren Lagerteile aus diesem Werkstoff bestellen und der eine Lagerteil auf den beiden Wellenenden der Pumpenwelle und dor andere Lagerteil in dem Pumpengehäuse angeordnet ist, dadurch g e k e η η κ e i c h η et , da3 clie aufeinandergle it enden Lager-, teile (11, .12, 13) der Pumpenwelle (7) "und des Pumpenge^iäuses (1), wie an sich "bekannt, gleiche Zusammensetzung und gleiche Härte ihres Werkstoffes aufweisen, daß alle Lagerteile aus einem 3i)instoff-Werkstoff, bevorzugt gesintertes QC -Aluminium-Oxyd hoher Reinheit, bestehen und daß der äußere Lagerteil (13) in dem Pumpengehäuse kardanisch beweglich, aber rein radiale Verschiebung ausschließend, ausgebildet und angeordnet ist.
2. 2. Umwälzpumpe nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ ei c h η e t , daß ein O-Eing oder ein ähnliches leichte Beweglichkeit zulassendes, vorwiegend mit

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   sphärisch gekrümmter Oberfläche versehercfb iiiragelement. (15, 15a, 15b) das. Lager (.13) der riimpenwelle etwa in der liitte des Lagers umschließt und von einer Bohrung (18) im-Pumpengehause (1) umschlossen" ist und mindestens eine Linien!)erührung hat.
3. 3. Umwälzpumpe nach Anspruch 2, d a d li r c h g e kennzeichne t , daß das Ringelement" (i^'b) Linienberührung (16) am Lager (13) hat.
4. 4. Umwälzpumpe nach Anspruch 2,- d a d u r c h ; g e k e η η ζ e i c h η e t , daß das Ringelement (15a) Linienberührung (17) am Pumpengehäuse (1) hat.
5. 5. Umwälzpumpe nach Anspruch 2, d a d u r c h g e Ic e' η η ζ e i c h η e t-",-daß das "Ringelement. (15) Linienberührung (16, 17) am Lager (15) und am Pumpengehäuse (1) hat.
6. 6. Umwälzpumpe nach den Ansprüchen 2- 5» dadurch

   g e k e η η ζ e i c h η e _t , daß die Aufnahmebohrung (18) in dem Pumpengehäuse (1) einen nach innen gerichteten Ansatz (19) und das Lager (13) einen Bund (.14) aufweist lind die Stirnflächen (20, 21) beider zwischen sich das Ringelement (15, 13a, 15"b) aufnehmen. 003829/0212

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