EP2245312B1

EP2245312B1 - Entgasungseinrichtung für flüssigkeitsgefüllte räume mit rotierenden bauteilen

Info

Publication number: EP2245312B1
Application number: EP09744087A
Authority: EP
Inventors: Lutz Urban; Steffen Prager
Original assignee: KSB AG
Current assignee: KSB AG
Priority date: 2008-11-12
Filing date: 2009-10-30
Publication date: 2011-11-30
Anticipated expiration: 2029-10-30
Also published as: CN102216624B; WO2010054753A1; SI2245312T1; DK2245312T3; CY1112258T1; HRP20120035T1; EP2245312A1; PT2245312E; ATE535716T1; ES2375911T3; PL2245312T3; CN102216624A; DE102008056855A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Entgasungseinrichtung, bestehend aus einem Gehäuse mit einem Raum mit einem darin angeordneten rotierenden Bauteil, insbesondere einer Welle, einer Lagerung und/oder einer Wellendichtung, wobei im Raum mindestens eine mit einem freien Rippenende unter Bildung eines achsparallelen Spaltes an das rotierende Bauteil heranreichende Rippe angebracht ist, und dass dem Spalt ein Entgasungsraum für eine Flüssigkeit nachgeordnet ist.
Durch die EP 0 327 549 B1 ist für eine Kreiselpumpe zur Förderung heißer Flüssigkeiten mit mindestens einem Wellendurchtritt durch ein Pumpengehäuse eine Entgasungseinrichtung für eine Pumpenwelle mit Gleitringabdichtung bekannt. Dazu ist deren Gleitringdichtung umgeben von einer innerhalb des Raumes mit Abstand dazu angeordneten konzentrischen Ringwand mit nach außen und nach innen abstehenden Radialrippen. Die von der Ringwand abgetrennten Räume sind untereinander durch Bohrungen verbunden. Mit dieser Entgasungseinrichtung soll eine Beruhigung der Flüssigkeitszirkulation in Entfernung von der Gleitringdichtung erfolgen. Dabei abgeschiedene Gase sammelt ein großvolumiger, strömungsberuhigter und entlüftbarer Aufnahmeraum, der mit Einrichtungen zum Entfernen von angesammeltem Gas versehen ist. Eine solche Lösung beansprucht sehr viel Bauvolumen und ist aufwendig herzustellen.
Eine andere Entgasungseinrichtung für eine Pumpenwelle ist aus der DE 198 34 012 C2 bekannt. Bei dieser Kreiselpumpe mit in einen Dichtungsraum geförderte Flüssigkeit für eine darin vorgesehene Gleitringdichtung einer Pumpenwelle, sieht der Dichtungsraum zwei längsschnittlich etwa parallel zur Pumpenwelle verlaufende, schaufelartige und unterschiedlich lange Flächenstücke vor. Die schaufelartigen Flächenstücke sind an der Umfangswand des Dichtungsraumes beidseits einer Entlüftungsöffnung angeordnet und an einer stirnseitigen Wand befestigt sowie vorzugsweise unter einem Winkel von etwa 80° zueinander geneigt. Sie bilden zwischen sich und der Umfangswand einen im Querschnitt etwa dreiecksförmigen Vorraum aus. Am Ort der aufeinander zulaufenden freien Enden der Flächenstücke bilden diese zwischen sich einen zur Pumpenwelle etwa parallelen Einzugsspalt für den Vorraum aus. Durch diesen Spalt strömt Flüssigkeit radial in den Vorraum, in dem sie beruhigt verweilt. Darin abgeschiedenes Gas wird über die Entlüftungsöffnung entfernt.
Die vorbekannte, mit Beruhigungsmitteln versehenen Entgasungseinrichtungen sind auf eine horizontale Wellenanordnung angewiesen, um im jeweils oberen Teil der Dichtungsräume eine Entgasungsöffnung für ein Gas vorzusehen.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, für durch gashaltige oder ausgasende Flüssigkeiten gefährdete Wellendurchführungsräume eine in verschiedenen Einbaulagen zuverlässig wirkende sowie einfach herzustellende Entgasungseinrichtung zu entwickeln.
Die Lösung dieses Problems sieht für eine Entgasungseinrichtung vor, dass im Raum in Drehrichtung des rotierenden Teiles und mit Abstand zum Spalt sowie dem Spalt gegenüberliegend eine Strahlteiler-Wandfläche angeordnet ist und dass in einem seitlichen Abstand zu einer Spalt-Projektion auf die Strahlteiler-Wandfläche diese mit einer oder mehreren Verbindungsöffnungen zum Entgasungsraum versehen ist. Aufgrund des oder der im Raum rotierenden Teile wird eine darin befindliche Flüssigkeit in Rotation versetzt und strömt durch den Spaltquerschnitt hindurch. Infolgedessen bildet sich entsprechend der Spaltlänge und Form ein Spaltstrahl aus, der annähernd tangential zum rotierenden Teil aus dem Spalt austritt. Der Spaltstrahl trifft auf die dem Spalt gegenüberliegend ausgerichtete Strahlteiler-Wandfläche, insbesondere in Richtung einer Normalen, und wird daran beim Aufprall primär in zwei in entgegengesetzte Richtungen abfließende Teilströme zerlegt. In Strömungsrichtung hinter der den Spalt bildenden Rippe befindet sich ein Unterdruckraum, in dem eine Unterdruckzone entsteht. Darin bildet sich mindestens eine Wirbelwalze aus, die vom Teilstrom des Spaltstrahles angeregt wird. Diese Unterdruckzone beschleunigt in bisher nicht bekannter Weise einen Entgasungsvorgang in einer Flüssigkeit.
Nach Ausgestaltungen reicht die Rippe als eine rotationsachsen-nahe Gehäuserippe unter Bildung eines Beschleunigungsspaltes dicht an das rotierende Bauteil heran. In Abhängigkeit von dessen Drehgeschwindigkeit und der Spaltweite wird darin eine hindurchtretende Flüssigkeit beschleunigt und als ein gerichteter Strahl innerhalb der im Raum befindlichen Flüssigkeit ausgebildet. Dadurch, dass die Strahlteiler-Wandfläche im Winkel zu dem aus dem Spalt austretenden Spaltstrahl angeordnet ist, wird in Abhängigkeit von einem gegenüber der Strahlrichtung gewählten Neigungswinkel die Strahlaufteilung und eine dadurch erzeugte Wirbelwalzenbildung beeinflusst. Der Spaltstrahl steht überwiegend normal auf der Strahlteiler-Wandfläche. Eine gewählte Neigung der Strahlteiler-Wandfläche liegt in der Größenordnung eines spitzen Winkels gegenüber der Normalen des Spaltstrahles. Dessen Größenordnung kann im Bereich bis zu 25° liegen.
Die Strahlteiler-Wandfläche ist als Teil einer rotationsachsen-fernen Gehäusewand oder Gehäuserippe ausgebildet. Insbesondere die Verwendung einer Gehäuserippe erleichtert die Ausbildung des Gehäuses als eine Gusskonstruktion. Aufwendige Schweiß- oder Montagearbeiten entfallen somit. Die Strahlteiler-Wandfläche wird in Bezug auf das rotierende Bauteil und im Querschnitt betrachtet als eine Passante angesehen oder ist als solche ausgebildet. Deren Anordnung ist so gewählt, dass sie selbst die rotierenden Bauteile nicht schneidet. Weist die Strahlteilerfläche eine Neigung oder eine gewölbte Form auf, dann kann eine Verlängerung dieser Fläche die rotierenden Bauteile schneiden. Bei einer räumlichen Sichtweise dieser Entgasungseinrichtung sind die den Spalt begrenzende rotationsachsen-nahe Gehäuserippe und die Strahlteiler-Wandfläche innerhalb eines räumlichen Gehäusequadranten des Raumes angeordnet.
Nach anderen Ausgestaltungen weisen die freien Enden der Gehäuserippen eine entgegengesetzte Erstreckungsrichtung auf. Im Raum zwischen der Gehäuserippe und der Strahlteiler-Wandfläche sowie auf der rotationsachsen-fernen Seite des Strahles ist ein Unterdruckraum gebildet. In diesem Unterdruckraum bildet ein von der Strahlteiler-Wandfläche ausgehender Teilstrahl eine Wirbelwalze aus, wodurch innerhalb des Unterdruckraumes eine definierte Unterdruckzone existiert. Dadurch wird eine sehr schnelle Entgasung der Flüssigkeit erreicht. Im völligen Gegensatz zu den bisher bekannten Lösungen wird eine Rotation im Raum mit den rotierenden Einbauten nicht unterbunden, sondern gezielt zur Ausbildung eines beschleunigten Spaltstrahles benutzt und damit eine zusätzliche Wirbelwalze für Entgasungszwecke generiert.
Weiterhin erstreckt sich der Unterdruckraum in Richtung weg vom rotierenden Bauteil. Diese Beabstandung unterstützt einen Entgasungsvorgang. Und die rotationsachsen-ferne Gehäusewand oder Gehäuserippe mit der Strahlteiler-Wandfläche kann dabei eine Wand des Entgasungsraumes bilden, wenn dieser als integraler Bestandteil der Entgasungseinrichtung ausgebildet ist. In Bezug auf die Rotationsachse ist der Unterdruckraum zwischen der rotationsachsen-nahen Rippe und dem rotationsachsen-fernen Entgasungsraum angeordnet.
Nach weiteren Ausgestaltungen ist der Entgasungsraum mit einer Entgasungsöffnung versehen. Zur Verwendung bei Wellen mit Doppeldichtungen sind zwei oder mehr Entgasungseinrichtungen in Achsrichtung hintereinander angeordnet und jeder Entgasungsraum ist mit einer Entgasungsöffnung versehen. Wenn bei einer solchen Ausbildung nur eine Wellendichtung Anwendung findet, ist zwischen zwei Entgasungsräumen eine Trennwand angeordnet und im T-förmigen Verbindungsbereich zwischen Trennwand und Außenwand kann sich die Entgasungsöffnung befinden. Durch deren Lage im Kreuzungsbereich zwischen Gehäusewand und Trennwand sowie über der Trennwand wird mit nur einem Bearbeitungsvorgang eine Verbindung zwischen zwei Räumen hergestellt. Mit nur einer Entgasungsöffnung kann daher aus zwei Räumen gleichzeitig eine Gasansammlung entfernt werden.
Um eine sichere Entgasung sowohl bei einer horizontalen, einer vertikalen oder einer diagonalen Anordnung der rotierenden Teile zu erreichen, ist an einem axialen Endbereich eines Entgasungsraumes eine im Winkel zur Rotationsachse verlaufende Entgasungsöffnung angeordnet. Weiterhin kann der Entgasungsraum integraler oder separater Bestandteil des Gehäuses sein.
Die Wirkung der Entgasung unterstützen weitere Ausgestaltungen, wonach der die rotierenden Teile umgebende Raum, insbesondere dessen Umfangswandfläche, ganz oder teilweise eine spiralförmige Ausbildung aufweist. Damit erfolgt innerhalb eines so gebildeten Spiralraumes eine Umwandlung von der Geschwindigkeitsenergie der rotierenden Flüssigkeit in Druckenergie, welche dann am Beschleunigungsspalt auf den Spaltstrahl einwirkt und diesen verstärkt. Zusätzlich erhöht sich die Druckdifferenz zwischen dem Raum oder dem darin ausgebildeten Spiralraum und dem Unterdruckraum, wodurch der Entgasungsvorgang im Unterdruckraum beschleunigt wird. Dazu ist die rotationsachsen-nahe Gehäuserippe im spiralförmig entwickelten Raum im Bereich des räumlichen Gehäusequadranten angeordnet, der in Bezug auf die Rotationsachse die größte radiale Erstreckung aufweist.
Je nach gewünschter Entgasungsdauer und Neigung der Strahlteiler-Wandfläche gegenüber dem auftreffenden Spaltstrahl, sind davon abströmende Teilströme als eine Art von Haupt- und Nebenstrom zu beurteilen. Als Hauptstrom wird hier der gasbeladene, mit dem Bauteil rotierende und sich darum herum ausbildende Teilstrom bezeichnet. Als Nebenstrom wird der von der Strahlteiler-Wandfläche in den Unterdruckraum überströmende Teilstrom bezeichnet, welcher dort die zur Entgasung benutzte Wirbelwalze erzeugt. Diese Wirbelwalze besitzt eine Drehrichtung die entgegengesetzt zu dem im Raum rotierenden Flüssigkeitsring dreht. Diese am Ort des Unterdruckraumes gehaltene Wirbelwalze bewirkt in kürzester Zeit eine Ausgasung der gesamten in der Entgasungseinrichtung befindlichen Flüssigkeit.
Dazu steht nach einer weiteren Ausgestaltung die Strahlteiler-Wandfläche und/oder deren in Richtung der Verbindungsöffnung angeordnete Verlängerung auf einer den Unterdruckraum begrenzenden strahlteilenden Innenwand und entlang der strahlteilenden Innenwand strömt ein Teilstrom einer im Unterdruckraum rotierenden Wirbelwalze in den Entgasungsraum. Dieser Teilstrom entstammt dem in der Wirbelwalze drehenden, mit Gas angereicherten Mehrphasengemischströmung. Deren Gasanteile strömen vom Unterdruckraum über eine oder mehrere Verbindungsöffnungen in den Entgasungsraum über und werden dort entfernbar angesammelt. Auf Grund der Ausbildung eines Unterdruckraumes mit einer darin gehaltenen Wirbelwalze ist diese Lösung bei jeder beliebigen Wellenanordnung funktionssicher.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen die

Fig. 1: einen Längsschnitt durch die Entgasungseinrichtung einer Kreisel pumpe,
Fig. 2 & 3: Querschnitte durch die Spaltzone der Entgasungseinrichtung, die
Fig. 4: eine Entgasungseinrichtung für eine horizontale, diagonale oder vertikale Wellenanordnung und die
Fig. 5 & 6: eine Entgasungseinrichtung für Wellenabdichtungen in Tandem- oder Einzelanordnung.

In Fig. 1 ist eine Entgasungseinrichtung am Beispiel einer Antriebswelle für eine Kreiselpumpe gezeigt. Die Entgasungseinrichtung ist in einem Gehäuse 1 angeordnet und weist einen Raum 2 mit einem darin angeordneten rotierenden Bauteil 3 auf. Hierbei handelt es sich um eine Welle 3.1 und eine darauf montierte Wellendichtung 3.2, die als Teil einer Gleitringdichtung ausgebildet ist. In der Schnittdarstellung ist ein oberhalb der Welle 3.1 angebrachter, vom Raum 2 durch ein nachfolgend erklärtes Element 26 abgegrenzter Entgasungsraum 4 erkennbar. Die in Lagern 5 gehaltene Welle 3.1 durchdringt einen Pumpendeckel 6 und trägt ein Laufrad 7 einer Kreiselpumpe 8. In der Kreiselpumpe befindliches Fluid strömt entlang der Welle 3.1 in den Raum 2 der Entgasungseinrichtung.
Wäre keine Entgasungseinrichtung vorhanden und würde sich im Raum 2 oder innerhalb der Flüssigkeit ein Gas befinden, dann würde sich das Gas aufgrund der Dichteunterschiede und unter dem Einfluss der Fliehkräfte unmittelbar an dem rotierenden Bauteil 3 ansammeln. Dagegen rotiert die Flüssigkeit als ein Flüssigkeitsring auf größerem Durchmesser um den Gasring herum. Infolgedessen kann die Flüssigkeit die Wellendichtung nicht mehr kühlen, wodurch diese durch Überhitzung beschädigt wird oder ausfällt. Aus diesen Gründen muss ein Gas abgeschieden und der Raum 2 vollständig mit Flüssigkeit gefüllt werden.
Mit Hilfe der Entgasungseinrichtung werden abgeschiedene Gase im Entgasungsraum 4 angesammelt und daraus durch ein Verschlusselement 9 entfernt. Dies kann automatisch oder manuell erfolgen.
Die Fig. 2 ist ein Schnitt gemäß der Linie A - A von Fig. 1 und zeigt einen Querschnitt durch die Entgasungseinrichtung. In Bezug auf die Rotationsachse 10 sind innerhalb des Raumes 2 unterteilende Wandflächen angeordnet, mit deren Hilfe für ein auszuscheidendes Gas eine Art von mäanderförmigem Strömungsverlauf bis zur Speicherung im Entgasungsraum 4 erzielt wird. Vom Raum 2, in dem die rotierenden Bauteile 3 angeordnet sind, erfolgt ein Übergang in einen Unterdruckraum 11 und einen damit in Verbindung stehenden Entgasungsraum 4. Unterdruckraum 11 und Entgasungsraum 4 sind durch gestrichelte Linien angedeutet.
Die Rotationsachse 10 des rotierenden Bauteiles 3 liegt im Schnittpunkt von zwei senkrecht zueinander stehenden x- und y- Ebenen. Diese begrenzen vier räumliche Quadranten I, II, III und IV. Im Bereich des I. räumlichen Quadranten sind der Unterdruckraum 11 und dessen Begrenzungen angeordnet. Ebenso befindet sich darin eine rotationsachsen-nahe Rippe 12, die mit einem freien Rippenende 13 einen Beschleunigungsspalt 14 zum rotierenden Bauteil 3 begrenzt. Die Drehrichtung des rotierenden Bauteiles 3 ist durch einen Doppelpfeil auf der geschnittenen Welle 3.1 dargestellt, auf der ein Wellendichtungsteil 3.2 montiert ist und damit rotiert. Hier oberhalb der rotationsachsen-nahen Rippe 12 und in Strömungsrichtung dahinter befindet sich der Unterdruckraum 11. Er steht über eine oder mehrere Verbindungsöffnungen 15 mit einem von der Rotationsachse 10 räumlich weiter entfernt angeordneten Entgasungsraum 4 in Verbindung. Die Verbindungsöffnung 15 kann - wie dargestellt - schlitzförmig oder als eine perforierte Wandfläche ausgebildet sein. Dies ist abhängig von den zu übertragenden Kräften des Gehäuses 1. Der Entgasungsraum 4 kann auch als ein eigenständiges Bauteil ausgebildet und direkt oder als separates Element mit dem Raum 2 beziehungsweise mit dem Gehäuse 1 verbunden sein. Eine Verbindung zwischen dem Entgasungsraum 4 und einer oder mehreren Verbindungsöffnungen 15 kann unter Zuhilfenahme von zusätzlichen bekannten Verbindungsmitteln erfolgen.
Die Fig. 3 entspricht der Fig. 2 und zeigt mit Hilfe von Strompfeilen den Verlauf der Strömungen innerhalb des Gehäuses 1. Die rotierenden Bauteile 3 bewirken einen Mitnahmeeffekt auf die im Raum 2 befindliche Flüssigkeit. Der Raum 2 kann als ein Ringraum mit gleichem Radius R oder, wie dargestellt, mit einer spiralförmigen Innenkontur 16 versehen sein. Ausgehend vom IV. Quadranten, etwa vom Ort des Radius R, entwickelt sich die Spiralkontur 16 in Drehrichtung des rotierenden Bauteiles 3 nach außen bis zur im räumlichen I. Quadranten angeordneten rotationsachsen-nahen Rippe 12. Diese ist hier als Bestandteil des gegossenen Gehäuses 1 ausgebildet. Sie kann ebenso als ein separates Bauteil ausgebildet sein.
Die Kontur des Raumes 2 ist in Analogie zu einem Spiralgehäuse einer Kreiselpumpe ausgebildet. Aufgrund von der in Umfangsrichtung zunehmenden Querschnittsfläche steigt im Betrieb der statische Druck im Raum 2 leicht an und erreicht ein ausgeprägtes. Druckmaximum im Bereich des größten Flächenquerschnittes am Staupunkt auf der Druckseite der rotationsachsen-nahen Rippe 12. Durch die nachfolgende Beschleunigung des Fluids im Beschleunigungsspalt 14 wird dem Unterdruckraum 11 ein leichter statischer Unterdruck aufgeprägt. Die statische Druckdifferenz zwischen Raum 2 und Unterdruckraum 11 führt dazu, dass sich ein im Unterdruckraum 11 rotierender Sekundärwirbel mit Gas anreichert. Im Unterdruckraum 11 dreht die Strömung entgegen der Bewegungsrichtung im Raum 2.
Der Abstand zwischen dem freien Ende 13 der Rippe 12 und dem gegenüberliegenden rotierenden Bauteil 3 definiert die Breite des Beschleunigungsspaltes 14, durch den die im Raum 2 rotierende Flüssigkeit hindurchströmen muss. Infolgedessen bildet sich im und nach dem Beschleunigungsspalt 14 ein Spaltstrahl 17 aus, der in tangentialer Richtung von den rotierenden Bauteilen 3 wegströmt. Er ist auf eine Strahlteiler-Wandfläche 18 gerichtet und wird daran beim Aufprall zerlegt. Diese Strahlaufteilung erfolgt im Bereich einer in Fig. 3 mit = dargestellten Projektion B des Beschleunigungsspaltes 14 auf der Strahlteiler-Wandfläche 18. Zum einen in einen Sekundär- oder Nebenstrom, der eine Wirbelwalze 19 im Unterdruckraum 11 bildet. Und zum anderen in einen Hauptstrom, der in Drehrichtung des rotierenden Bauteiles 3 zurück in den Raum 2 fließt und dort weiter rotiert.
Durch die Beschleunigung der Flüssigkeit in dem Beschleunigungsspalt 14 bildet sich hinter dem Spalt in dem Unterdruckraum 11 die Unterdruckzone aus, in der eine äußerst intensive Anreicherung der gasförmigen Bestandteile erfolgt. Eine mit Gas angereicherte Mehrphasenströmung tritt aus dem Unterdruckraum 11 durch die Verbindungsöffnung 15 in den Entgasungsraum 4 über. Dort erfolgt die vollständige Ausgasung, die entfernbare Ansammlung der Gase und im Bedarfsfall die Ausscheidung der Gase. Der Entgasungsraum 4 kann auch als ein separates Bauteil gestaltet und über Leitungen mit einer oder mehreren Verbindungsöffnungen 15 verbunden sein.
Dazu ist die Strömung im Unterdruckraum 11 so geführt, dass sie dem Verlauf der Strahlteiler-Wandfläche 18 folgt und im Bereich der an die Verbindungsöffnung 15 angrenzenden und ebenfalls strahlteilenden Innenwand 18.1 des Gehäuses 1 prallt. Diese strahlteilende Innenwand 18.1 begrenzt gleichzeitig den Unterdruckraum 11 und bewirkt eine Strömungsaufteilung von der Wirbelwalze 19. Dadurch wird von dem im Unterdruckraum 11 rotierenden, mit Gas angereicherten Mehrphasengemisch ein kleinerer Teilstrom 28 durch die Verbindungsöffnung 15 und entlang der Innenwand 18.1 in den Entgasungsraum 4 umgeleitet. Dieser mit Gas angereicherte Teilstrom 28 entgast dort. Ein gasfreier Rückstrom fließt entlang der Rückseite 29 von der Strahlteiler-Wandfläche 18 und über den Unterdruckraum 11 zurück in den Raum 2. Diese Rückströmumg erfolgt auch durch die Verbindungsöffnung 15 und dieser Rückstrom wird wieder Bestandteil der Hauptströmung.
In der Figur 3 verläuft die Strahlteilerwandfläche 18 gegenüber dem darauf auftreffenden Spaltstrahl 17 unter einem geringen Neigungswinkel α. Dieser Neigungswinkel weicht gegenüber dem Normalen zum Spaltstrahl 17 um etwa 10° Grad ab und kann bis zu 25° Grad betragen. Er öffnet sich, ausgehend von einer begrenzenden Kante der Verbindungsöffnung 15, in Richtung auf den räumlichen IV. Quadranten. Somit wird ein ausgewogenes Verhältnis einer Strömungsaufteilung für den im Hauptstrom innerhalb des Raumes 2 rotierenden Flüssigkeitsring 20 und der dazu im Nebenstrom in der Unterdruckzone 11 rotierenden Wirbelwalze 19 geschaffen.
Der Neigungswinkel α ist abhängig von der Anwendung findenden Flüssigkeit sowie deren Gasgehalt und der Drehzahl der rotierenden Teile 3. Bei einer Strahlteiler- Wandfläche 18, die senkrecht auf dem Spaltstrahl 17 steht, ist das Verhältnis von Flüssigkeitsmenge im Haupt- und Nebenstrom annähernd gleich. Die Strahlteiler-Wandfläche 18 kann eben und/oder gewölbt ausgebildet sein, um somit die Ausbildung der Wirbelwalze 19 innerhalb des Unterdruckraumes zu beeinflussen. Dies ist abhängig von der gewählten Baugröße und einem Anwendung findenden Fertigungsverfahren.
Die Entgasungsfunktion erfolgt auch bei einem konzentrisch zur Rotationsachse ausgebildeten und angeordneten Raum 2 in Form eines Ringraumes mit einem Radius R, jedoch beschleunigt eine spiralförmige Ausbildung der Umfangskontur vom Raum 2 den Entgasungsvorgang im erheblichen Maße.
Die Begrenzung für den Unterdruckraum 11 ist auch darstellbar als eine Art von aufgetrennter Wandfläche des Entgasungsgehäuses. Dabei wird die an die Verbindungsöffnung 15 angrenzende und die Strahlteiler-Wandfläche 18 tragende Wand als eine rotationsachsen-ferne Rippe 26 betrachtet. Somit sind im Raum 2 zwei Gehäuserippen 12, 26 mit entgegengesetzter Erstreckungsrichtung angeordnet, die zwischen sich den Unterdruckraum 11 ausbilden. Die Rippen verlaufen mit Abstand zueinander in entgegen gesetzter Richtung. Geometrische Verlängerungen dieser Rippen 12, 26 in Richtung ihrer freien Rippenenden weisen keinen Schnittpunkt auf.
Die Fig. 4 zeigt in Analogie zur Darstellung in Fig. 1 einen Schnitt durch eine vertikal angeordnete Entgasungseinrichtung. Um auch bei solchen Einbaulagen eine sichere Funktion zu gewährleisten, ist eine Entgasungsöffnung 21 in demjenigen Endbereich oder Eckbereich des Entgasungsraumes 4 angebracht, der bei einer späteren Montage der Entgasungseinrichtung nach oben ausgerichtet ist. Eine solche Entgasungsöffnung 21 kann für horizontal, diagonal oder vertikal anzuordnende Wellen 3.1 benutzt werden.
Im Ausführungsbeispiel sind hierzu zwei mögliche Anordnungen dargestellt. Die hier oben angeordnete Entgasungsöffnung 21 ist auf einer diagonalen Ebene zur Rotationsachse angeordnet. Dies erfolgt durch die Anbringung der Entgasungsöffnung in einer winklig zur Rotationsachse geneigt angeordneten Ebene. Somit kann sowohl bei horizontaler als auch bei vertikaler Anordnung der Welle durch die Öffnung des Verschlussstopfens eine Entgasung erfolgen.
Bei einer umgekehrten Anordnung mit nach unten weisender Welle 3.1 würde die im gezeigten Ausführungsbeispiel untere Entgasungsöffnung Verwendung finden. Deren radiale Anordnung im Endbereich des Entgasungsraumes 4 hat eventuell den Vorteil einer leichteren Herstellung. Für eine unterschiedliche Einbaulänge der Welle 3.1 wäre der Entgasungsraum 4 an jedem axialen Ende mit einer Entgasungsöffnung 21 und einem Verschlusselement 9 ausgestattet.
Fig. 5 zeigt für eine Welle 3.1 mit einer Doppelt-Dichtung auch eine doppelt ausgebildete Entgasungseinrichtung. Die Gestaltung von deren Gehäuserippen und die Anordnungen der Unterdruckzonen erfolgten analog den Darstellungen von Fig. 2 und 3. Der Unterschied besteht darin, dass zwei Entgasungseinrichtungen in axialer Richtung hintereinander angeordnet sind und infolgedessen die Entgasungsräume 4 durch eine Trennwand 22 gegeneinander abgegrenzt sind. Jeder Entgasungsraum 4 ist mit Entlüftungsöffnung 21 und Verschlussstopfen 9 versehen. Der Raum ist im Bereich der Trennwandebene 23 durch einen Einsatz 24 in zwei Räume 2.1 und 2.2. unterteilt. Dies kann bei einem einheitlichen Gehäuserohling durch einfache spanabhebende Bearbeitung erfolgen. Für die - hier nicht sichtbare - rotationsachsen-nahe Rippe 12 des Raumes 2.2 erfordert dies eine radiale Verkürzung, um den Einsatz 24 vom Raum 2.1 montieren zu können. Mit Hilfe einer einfachen Verlängerung der Rippe kann die notwendige Spaltbreite eingestellt werden.
Bei den hier verwendeten Wellenabdichtungen in Form von Gleitringdichtungen, ist der stillstehende Gehäusering im Einsatz 24 gehalten. Die hier der Antriebsseite nächstgelegene Wellenabdichtung verfügt über einen gehäusefesten Dichtring, der in einem Einsatz 25 mit einer Leckageabfuhröffnung gehalten ist.
Fig. 6 zeigt eine Ausbildung der Entgasungseinrichtung, bei der das gleiche Gehäuse von Fig. 5 mit nur einer einfach wirkenden Wellenabdichtung ausgestattet ist. Infolgedessen wird auf die Bearbeitung der Trennwand 22 im Bereich des flüssigkeitsführenden Raumes 2 verzichtet. Die beiden Entgasungsräume 4 werden mit Hilfe einer in der Trennwandebene 23 angebrachten Bohrung 26 verbunden und damit zu einem großen gemeinsamen Entgasungsraum 4 umfunktioniert. Über diese durch ein Verschlusselement 9 kontrollierbare Bohrung 26 kann die Gasabfuhr erfolgen.
Ein wesentlicher Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass sie problemlos als ein Gussteil hergestellt werden kann und eine spanabhebende Bearbeitung nur im Bereich der Gehäuseöffnungen für Lagerdeckel, Anschlüsse oder Entgasungsbohrungen notwendig ist. Zudem kann eine einheitliche Wellenbauform für zwei verschiedene Ausführungsformen Verwendung finden.

Bezugszeichenliste

1: Gehäuse
2, 2.1, 2.2: Raum
3: rotierendes Bauteil
3.1: Welle
3.2: Wellendichtung
4: Entgasungsraum
5: Lager
6: Pumpendeckel
7: Laufrad
8: Kreiselpumpe
9: Verschlusselement
10: Rotationsachse
11: Unterdruckraum
12: rotationsachsen-nahe Rippe
13: freies Rippenende
14: Beschleunigungsspalt
15: Verbindungsöffnung
16: spiralförmige Innenkontur
17: Spaltstrahl
18, 18.1: Strahlteiler-Wandfläche
19: Wirbelwalze
20: Flüssigkeitsring
21: Entgasungsöffnung
22: Trennwand
23: Trennwandebene
24: Einsatz
25: Einsatz mit Leckageabfuhr
26: rotationsachsen-ferne Rippe
27: Bohrung
28: Teilstrom
29: Rückseite

α: Neigungswinkel
B: Projektion des achsparallelen Spaltes

Claims

Entgasungseinrichtung, bestehend aus einem Gehäuse mit einem Raum mit einem darin angeordneten rotierenden Bauteil, insbesondere einer Welle, einer Lagerung und/oder einer Wellendichtung, wobei im Raum mindestens eine mit einem freien Rippenende unter Bildung eines achsparallelen Spaltes an das rotierende Bauteil heranreichende Rippe angebracht ist, und dass dem Spalt ein Entgasungsraum für eine Flüssigkeit nachgeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass im Raum (2) mit Abstand zum Spalt sowie dem Spalt gegenüberliegend eine Strahlteiler-Wandfläche (18) zur Aufteilung eines Spaltstrahles (17) angeordnet ist und dass in einem seitlichen Abstand zu einer Spalt-Projektion (B) auf die Strahlteiler-Wandfläche (18) diese mit einer oder mehreren Verbindungsöffnungen (15) zum Entgasungsraum versehen ist.
Entgasungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippe (12) als eine rotationsachsen-nahe Gehäuserippe unter Bildung eines Beschleunigungsspaltes (14) dicht an das rotierende Bauteil (3) heranreicht.
Entgasungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlteiler-Wandfläche (18) im Winkel (α), insbesondere in Richtung einer Normalen, zu einem aus dem Beschleunigungsspalt (14) austretenden Spaltstrahl (17) angeordnet ist.
Entgasungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine gewählte Neigung der Strahlteiler-Wandfläche in der Größenordnung eines spitzen Winkels (α) gegenüber der Normalen des Spaltstrahles (17) liegt.
Entgasungseinrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlteiler-Wandfläche (18) als Teil einer rotationsachsen-fernen Gehäusewand oder Gehäuserippe (26) ausgebildet ist.
Entgasungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlteiler-Wandfläche (18) in Bezug aus das rotierende Bauteil (3) und im Querschnitt betrachtet als eine Passante ausgebildet ist.
Entgasungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass die den Beschleunigungsspalt (14) begrenzende rotationsachsen-nahe Gehäuserippe (12) und die Strahlteiler-Wandfläche (18) innerhalb eines räumlichen Gehäusequadranten (I.) von dem Raum (2) angeordnet sind.
Entgasungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass freie Enden der Gehäuserippen (12, 26) eine entgegengesetzte Erstreckungsrichtung aufweisen.
Entgasungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Raum (2) zwischen der Gehäuserippe (12) und der Strahlteiler-Wandfläche (18) sowie auf der rotationsachsen-fernen Seite des Spaltsstrahles (17) ein Unterdruckraum (11) gebildet ist.
Entgasungseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Unterdruckraum (11) vom rotierenden Bauteil (3) weg erstreckt.
Entgasungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, dass die rotationsachsen-ferne Strahlteiler-Wandfläche (18) oder die damit versehene Gehäusewand oder Gehäuserippe (26) eine Wand des Entgasungsraumes (4) bildet.
Entgasungseinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 11, dadurch gekennzeichnet, dass in Bezug auf die Rotationsachse (10) der Unterdruckraum (11) zwischen der rotationsachsen-nahen Rippe (12) und dem rotationsachsen-fernen Entgasungsraum (4) angeordnet ist.
Entgasungseinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlteiler-Wandfläche (18) und/oder deren in Richtung der Verbindungsöffnung (15) angeordnete Verlängerung auf einer den Unterdruckraum (11) begrenzenden strahlteilenden Innenwand (18.1) steht und dass entlang der strahlteilenden Innenwand (18.1) ein Teilstrom (28) einer im Unterdruckraum (11) rotierenden Wirbelwalze (19) in den Entgasungsraum (4) strömt.
Entgasungseinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Entgasungsraum (4) mit einer Entgasungsöffnung (21) versehen ist.
Entgasungseinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr Entgasungseinrichtungen in Achsrichtung hintereinander angeordnet sind und jeder Entgasungsraum (4) mit einer Entgasungsöffnung (21) versehen ist.
Entgasungseinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei Entgasungsräumen (4.1, 4.2) eine Trennwand (22) angeordnet ist und im T-förmigen Verbindungsbereich zwischen Trennwand (22) und Außenwand eine Entgasungsöffnung (21) angeordnet ist.
Entgasungseinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 16, dadurch gekennzeichnet, dass an einem axialen Endbereich eines Entgasungsraumes (4, 4.1, 4.2) eine im Winkel zur Rotationsachse (10) verlaufende Entgasungsöffnung (21) angeordnet ist.
Entgasungseinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Entgasungsraum (4, 4.1, 4.2) integraler oder separater Bestandteil des Gehäuses (1) ist.
Entgasungseinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 18, dadurch gekennzeichnet, dass der die rotierenden Bauteile (3) umgebende Raum (2), insbesondere dessen Umfangswandfläche, ganz oder teilweise eine spiralförmige Kontur (16) aufweist.
Entgasungseinrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die rotationsachsen-nahe Rippe (12) im spiralförmig entwickelten Raum von der Innenkontur (16) im Bereich des räumlichen Gehäusequadranten (I.) angeordnet ist, der in Bezug auf die Rotationsachse (10) die größte radiale Erstreckung aufweist.