DE2639540A1

DE2639540A1 - Gleitlagerhuelse fuer die pumpenwelle von umwaelzpumpen fuer heizungs- und brauchwasseranlagen

Info

Publication number: DE2639540A1
Application number: DE19762639540
Authority: DE
Inventors: Poul Due Jensen
Original assignee: Grundfos AS
Current assignee: Grundfos AS
Priority date: 1976-09-02
Filing date: 1976-09-02
Publication date: 1978-03-09

Description

Patentanw&Ha 9 R Q Q C / Π

Dr. Hugo Wilcken £ O O 3 0 t* U Dipl.-Ing. ThomaB Wilcken 'f-

Dipl-Chem. Dr. Woifgang Laufer 1, οβρ. ι,-i ₀

Bit Straße 52-54

pl-Chem. Dr

24 Lübeck, Breite Straße 52-54

Anmelder: Grundfos A/S, DK-8850 Bjerringbro, Dänemark

Gleitlagerhülse für die Pumpenwelle von Umwälzpumpen für Heizungsund Brauchwasseranlagen.

Die Erfindung betrifft eine Gleitlagerhülse für die Welle von Umwälzpumpen für Heizungs- und Brauchwasseranlagen, die von der zu fördernden Flüssigkeit der Anlagen geschmiert wird.

Die Lagerbüchsen der Radialgleitlager von Umwälzpumpenwellen sind durch Fremdbestandteile in der Förderflüssigkeit in besonderer Weise gefährdet, da z.B. Schmutzteilchen in den Lagerspalt eindringen und einen relativ großen Abrieb an den Gleitflächen des Lagers erzeugen können, wodurch dieses frühzeitig unbrauchbar wird. Ferner steigen die Reibungsverlustleistung infolge der abgemahlenen und daher rauher gewordenen Lagergleitflachen und hiermit auch die Lagergeräusche beträchtlich an, so daß entweder die Gleitlagerhülsen oder das Pumpenaggegrat selbst ausgetauscht werden müssen. Eine weitere Beeinträchtigung des Lagers ist dadurch gegeben, daß die durch örtliche überhitzung im Lager stattfindende Ausfällung von Kalk und Salzen, insbesondere Karbonaten, aus der Flüssigkeit weitere Festteilchen entstehen, die sich an den Lagerflächen der Welle festsetzen, so daß sich auch hieraus eine Erhöhung der Reibungsverlustleistung ableitet, eine Erhöhung der Lagergeräusche zu verzeichnen ist sowie in verhältnismäßig kurzer Zeit ein Blockieren des Lagers

809810/0225

eintreten kann. Letzteres wird u.a. noch durch das bei wassergeschmierten Lagern vergleichsweise geringe Lagerspiel begünstigt, welches wiederum durch die relativ geringe Viskosität des zu fördernden Wassers bedingt ist. Von dieser Anfälligkeit der Gleitlager sind haustechnische Wasserumwälzanlagen im besonderen Maße betroffen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Gleitlagerhülse der einleitend angeführten Art, welche die nachteiligen Wirkungen der in der Förderflüssigkeit vorhandenen Schmutzteilchen und der Kalk- bzw. Salzausfällungen ausschließt oder beträchtlich herabsetzt, möglichst keine Lagergeräusche entstehen läßt bzw. solche auf ein Minimum begrenzt und eine lange Lebensdauer erreicht.

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß von wenigstens einer der beiden Stirnseiten der Gleitlagerhülse zumindest eine die Gleitfläche unterbrechende Nut ausgeht, deren axiale Erstreckung einen Teil der Gleitflächenbreite beträgt und die beim Übergang in die Gleitfläche scharfkantig ausgebildet ist.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung geht von beiden Stirnseiten der Hülse wenigstens eine Nut aus, wobei sich die Nuten nicht überschneiden. Die Nuten, die vorzugsweise zueinander versetzt angeordnet sind, erstrecken sich über die Hälfte der Gleitflächenbreite hinaus, wobei die axiale Erstreckung jeder Nut vorzugsweise im Bereich von 50 bis 8O % der Gleitflächenbreite liegt. Ein vorteilhafter Werkstoff für die Gleitlagerhülse

809810/0225

26395A0

und die Pumpenwelle ist Oxydkeramik.

Durch diese Lösung ist das vorgeschlagene Radialgleitlager gegen die Abriebwirkung von Schmutzteilchen in dem Anteil des zu fördernden Wassers, welcher zur Schmierung des Lagers herangezogen wird, störunanfällig, denn die zusammen mit der Wasserschmierflüssigkeit in den Lagerspalt eingedrungenen Schmutzteilchen werden durch die Fliehkraftwirkung der sich drehenden Pumpenwelle radial nach außen gedrängt und gelangen nach einer Umdrehung der Welle im wesentlichen in die beiden Nuten der Lagerhülse. Von dort werden sie automatisch axial seitwärts ausgespült und vom Hauptforderstrom des Wassers erfaßt und fortgespült.

Die Sammel- und Ausspülfunktion der Nuten gilt natürlich auch für aus dem geförderten Wasser im Lagerspalt aufgrund örtlicher Überhitzung ausgefällte Kalk- und andere Salzteilchen. Ferner ist festgestellt worden, daß die Scharfkantigkeit der Nuten beim Lauf der Welle ein Abschaben von Kalk- und anderen Salζausfällungen von der Welle bewirkt, die sich auf der Welle abgesetzt haben. Ein Blockieren der Pumpenwelle aufgrund von auf der Welle festhaftender Ausfällungssubstanz ist daher vermieden bzw. eine solche Gefahr beträchtlich herabgesetzt. Insgesamt ergibt sich somit, daß die Lebensdauer von wassergescfamierten Sadialgleitlagern beträchtlich erhöht -ist. und daß die Lagergeräusche ausgeschaltet bzw» auf einem Minimum gehalten werden können. Als ein weiterer beträchtlicher Vorteil des vorgeschlagenen Radialgleliblagers ergibi; s±ch~ somit. _B daß das Lager vosa

8QS810/Q2

Härtegrad des Wassers im wesentlichen unabhängig ist, was insbesondere für Pumpen in Brauchwasseranlagen von großer Bedeutung ist.

Es ist zwar bekannt, in der Lagerbüchse oder in den Lagerschalen von hydrostatischen Radialgleitlagern mehrere Längsnuten vorzusehen,
jedoch werden solche Lager mit Drucköl geschmiert, welches über die Längsnuten wieder abgeführt wird. Derartige Lager sind für Umwälzpumpen von Heizungs- und Brauchwasseranlagen zu aufwendig im Aufbau und im Betrieb. Ferner haben die Längsnuten nur die Aufgabe der Ölabfuhr. Mit einer zu fördernden Flüssigkeit kommen die Gleitflächen dieser Lager nicht in Berührung, so daß die dadurch gegebenen Probleme bei diesen Lagern nicht auftreten.

Die Erfindung ist nachstehend an einem in den anliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen;

Figur 1 einen Längsschnitt durch eine Umwälzpumpe mit erfindungsgemäßen Radialgleitlagern,

Figur 2 ein Radialgleitlager nach der Erfindung im Axialschnitt
und im vergrößerten Maßstab,

Figur 3 einen Querschnitt durch die Lagerhülsa nach dar
Linie ΙΣΪ-ΣΙΙ der Figur 2 =

Wie aus Figur 1 ersichtlich ist?- bsstslit. clis UrftwMl2puntps im wassrrt=

809810/0225

lichen aus der eigentlichen Pumpe 1 und dem elektrischen Motoraggregat 2 mit dem Statorblechpaket 2 a und dem Rotor 3. Der Rotor sitzt auf der Pumpenwelle 4, welche an einem Ende auch das Pumpenlaufrad 5 trägt. Der Stator 3 und der Rotor 5 sind durch ein Spaltrohr 6 voneinander getrennt. In dem hinteren Teil des Rotorraumes befindet sich eine hintere Radialgleitlagerhülse 7 für die Pumpenwelle 4, während an einer den Pumpenbereich vom Motorbereich abschirmenden Trennwand 8 eine vordere Radialgleitlagerhülse 9 vorgesehen ist. Da Umwälzpumpen für Heizungs- und Brauchwasseranlagen keine zwangsgeschmierten Lager aufweisen, wird ein Teil des zu fördernden Wassers zur Schmierung benutzt, und dieser Teil gelangt aus der Lagerumgebung in das Lager und wird aus diesem wieder ausgespült, wobei Sorge dafür getragen ist, daß es nicht ein zweites Mal wieder in das Lager eindringen kann. Auf weitere Einzelheiten der Umwälzpumpe braucht nicht eingegangen zu werden, da sie nicht Gegenstand der Erfindung sind.

Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Gleitlagerhül— sen 9 und 7 im Bereich ihrer Gleitflächen mit zwei im Querschnitt z.B. halbkreisförmigen Nuten 10 und 11 bzw. 12 und 13 versehen. Dabei ist wenigstens eine Nut jeder Hülse in der Belastungszone der Lagerhülse angeordnet, wobei der Bereich des engsten Lagerspaltes, der sich bei laufender Welle ergibt, von der Anbringung einer Nut ausgeschlossen bleibt. Im gezeigten Beispiel liegen sich die Nuten jeder Hülse vorzugsweise diametral gegenüber (Figur 2), wobei die eine Nut von der einen Stirnseite 14 und die andere Nut von der an-

809810/0225

deren. Stirnseite 15 der Gleitlagerhülse 9 bzw. 7 ausgeht, und beide Nuten erstrecken sich vorteilhaft über die halbe axiale Breite der Gleitfläche 16 der Lagerhülsen hinaus. Auf keinen Fall erstrecken sich die Nuten über die gesamte Breite der Gleitfläche 16.

Bei axial verlaufenden Nuten ist jede von der einen Stirnseite ausgehende Nut in bezug auf jede von der anderen Stirnseite ausgehenden Nut versetzt in der Gleitfläche 16 angeordnet, so daß die von der einen Stirnseite kommenden Nuten keine Verbindung mit den von der anderen Stirnseite kommenden Nuten haben. Bei Anwendung wendeiförmiger Nuten braucht eine versetzte Anordnung nicht unbedingt eingehalten zu werden. Es hat sich als günstig erwiesen, wenn die axiale Erstreckung jeder Nut 50 - 80 % der axialen Breite der Gleitfläche 16 der Lagerhülse 7 bzw. 9 beträgt.

Aus Figur 3 ist deutlich zu erkennen, daß die Kanten der Nuten 10 und 11 scharfkantig ausgebildet sind. Beim Kontakt der Pumpenwelle 4 mit der Hülse 9 wirkt insbesondere die untere, d.h. in der Belastungszone der Hülse liegende Nut 11 als Schaber, und zwar, in Drehrichtung der Pumpenwelle gesehen, mit der zweiten Kante. Wird die Drehrichtung der Pumpenwelle gemäß dem Pfeil 17 angenommen, so wirkt die mit 18 bezeichnete Kante der Nut 11 als Schaber, so daß wenigstens diese Kante scharf ausgebildet sein muß. Entsprechend würde die mit 19 bezeichnete Kante der oberen Nut 10 als Schaber wirken, wenn die Pumpenwelle aufgrund entsprechender Krafteinwirkungen mit dieser Kante in Kontakt kommt. Durch die Schaberwirkung

809810/0225

werden Ablagerungen auf der Welle entfernt, die dann in die Nuten gelangen und von dort zusammen mit den anderen Schmutzteilchen weggespült werden.

Ferner geht eine gewisse Trennwirkung auf den an den Lagerflächen der rotierenden Pumpenwelle haftenden Wasserfilm von den scharfkantigen Nuten auch dann aus, wenn die Welle bei Betriebsdrehzahl rotiert, d.h. wenn die Lagerreibung den Zustand der Flüssigkeitsreibung erreicht hat. Ohne den Wasserfilm zu unterbrechen, wird eine gewisse, äußerst dünne Schicht vom Wasserfilm abgetrennt, und dieser abgetrennte Wasseranteil wird in die Nuten gedrängt und bewirkt eine Verstärkung der Ausspülkraft.

Ein bevorzugter Werkstoff für die Gleitlagerhülsen 7 und 9 sowie für die Pumpenwelle 4 ist Oxydkeramik. Dieser Werkstoff ist äußerst hart, so daß durch Anwendung dieses Materials dem Abrieb im vorgeschlagenen Radialgleitlager entgegengewirkt wird.

Anstatt zwei oder mehr Nuten wie vorstehend beschrieben für eine Gleitlagerhülse vorzusehen, wird der angestrebte Erfolg zu einem sehr großen Teil auch dann erzielt, wenn nur eine Nut in der Hülse vorgesehen wird, die dann allerdings wie erwähnt in der Belastungszone der Lagerhülse angebracht wird; und zwar aus dem Grunde, weil der Rotor 3 und damit die Welle 4 eine gewisse axiale Bewegung ausführen kann. Vorzugsweise befindet sich die eine Nut dann in dem

809810/0225

TO

Abschnitt zwischen dem Bereich des engsten sich ergebenden Lagerspaltes und dem tiefsten Lagerpunkt. Ferner kann es auch ausreichend sein, daß sich die oder jede Nut nicht bis zur halben axialen Breite der Gleitfläche erstreckt. Diese angedeuteten Ausführungsformen sollen daher mit vom Schutz erfaßt sein.

Nach einer weiteren Ausführungsmöglichkeit der Erfindung kann die Nut oder können die Nuten auch so verlaufen, daß jede von einer Hülsenstirnseite ausgehende Nut wieder auf derselben Stirnseite ausmündet, also z.B. einen U- oder V-förmigen Verlauf aufweist.

Unter dem Ausdruck Gleitlagerhülse soll sowohl eine einteilige Hülse als auch eine aus zwei Halbschalen bestehende Lagerhülse verstanden werden.

809810/0225

Leerseite

Claims

2639540 Dr. Hugo Wilcken Dipl.-lng. Thomae Wilcken tXpL-Chem. Dr. Wolfgang Läufer 1. 5βρ. 1976 LQiMCk1 Bra»· StraBe 62-54 Anmelder: Grundfos A/S, DK-8850 Bjerringbro, Dänemark Patentansprüche

1. Gleitlagerhülse für die Welle von Umwälzpumpen für Heizungsund Brauchwasseranlagen, die von der zu fördernden Flüssigkeit der Anlagen geschmiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß von wenigstens einer der beiden Stirnseitender Gleitlagerhülse (9) zumindest eine die Gleitfläche (16) unterbrechende Nut (11) ausgeht, deren axiale Erstreckung einen Teil der Gleitflächenbreite beträgt und die beim übergang (18) in die Gleitfläche scharfkantig ausgebildet ist.

2. Gleitlagerhülse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von beiden Stirnseiten (14, 15) der Hülse wenigstens eine Nut (10 bzw. 11) ausgeht und daß sich die Nuten nicht überschneiden.

3. Gleitlagerhülse nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die von beiden Hülsenstirnseiten ausgehenden Nuten (10, 11) sich über die Hälfte der Breite der Gleitfläche (16) hinaus erstrecken.

809810/0225

ORIGINAL INSPECTED

4. Gleitlagerhülse nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede von der einen Hülsenstirnseite (14) ausgehende Nut (11) relativ zu der von der anderen Hülsenstirnseite (15) ausgehenden Nut (10) versetzt verläuft.

5. Gleitlagerhülse nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (10, 11) axial verlaufen.

6. Gleitlagerhülse nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten neben ihrem axialen Verlauf eine sich in Umfangsrichtung der Gleitfläche (16) erstreckende Komponente aufweisen.

7. Gleitlagerhülse nach dem Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine von einer Hülsenstirnseite ausgehende Nut wieder auf derselben Stirnseite ausmündet.

8. Gleitlagerhülse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge jeder Nut (10, 11) 50 bis 80 % der axialen Gleitflächenbreite beträgt.

9. Gleitlagerhülse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitlagerhülse (7 bzw. 9) und die Pumpenwelle (4) aus Oxydkeramikmaterial bestehen.

809810/0225