DE102020003847A1

DE102020003847A1 - Kreiselpumpe zur Förderung feststoffhaltiger Medien

Info

Publication number: DE102020003847A1
Application number: DE102020003847.6A
Authority: DE
Inventors: Markus Pittroff; Jürgen Kalb; Frank Riedelbauch
Original assignee: KSB SE and Co KGaA
Current assignee: KSB SE and Co KGaA
Priority date: 2020-06-26
Filing date: 2020-06-26
Publication date: 2021-12-30
Also published as: WO2021259658A1; CN115702294A; EP4172504A1; US20230258195A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe zur Förderung feststoffhaltiger Medien mit einem offenen Laufrad (4). Das offene Laufrad (4) umfasst mindestens eine Schaufel, die in Richtung einer Zuströmung ragt. Die Oberfläche des offenen Laufrades (4) ist zumindest teilweise mit einer Kohlenstoffschicht versehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe zur Förderung feststoffhaltiger Medien mit einem offenen Laufrad, das mindestens eine Schaufel umfasst, die in Richtung einer Zuströmung ragt.
Beispielgebend für ein feststoffhaltiges Medium ist Abwasser, insbesondere kommunales und industrielles Abwasser. Dieses umfasst in der Regel Rohabwasser (z. B. Schmutzwasser, Fäkalien), Abwasser (mechanisch gereinigtes Wasser aus Klärbecken), Schlamm (z. B. Belebt-, Frisch-, Faul- sowie Impfschlamm) und Regenwasser. Industrielles Abwasser kann unter Umständen sehr korrosiv oder abrasiv auf die eingesetzten Kreiselpumpen wirken.
Bei Kreiselpumpen zur Förderung feststoffhaltiger Medien können unterschiedliche Laufräder eingesetzt werden, beispielsweise Kanalräder, Freistromräder oder Einschaufler. Bei Kanalrädern handelt es sich um offene oder geschlossene Laufräder mit reduzierter Schaufelzahl. Bewährt haben sich eine, zwei oder drei Schaufel(n) in radialer oder halbaxialer Anordnung.
Ebenfalls kommen Kreiselpumpen mit Freistromrädern zur Förderung feststoffhaltiger Medien zum Einsatz. Diese werden auch als Wirbelpumpen bezeichnet, deren Förderleistung von einer rotierenden, mit geraden oder gekrümmten Schaufeln besetzten Tragscheibe, dem sogenannten Freistromrad, auf das Strömungsmedium übertragen wird. Das Freistromrad ist ein Radialrad, das einen großen Durchgang für die im Fördermedium enthaltenen Feststoffe hat und wenig störanfällig ist.
In der WO 2004/065796 A1 wird eine Kreiselpumpe mit Freistromrad zur Förderung von mit festen Beimengungen versetzten Flüssigkeiten beschrieben. Zwischen dem Freistromrad und der saugseitigen Gehäusewand besteht ein Abstand, damit Festkörper die Freistrompumpe ohne Verstopfungen passieren können. Der Übergang der saugseitigen Gehäusewand zu der Wand des radial zum Freistromrad gelegenen Gehäuseraums erfolgt stufenlos. Der Gehäuseraum ist asymmetrisch gestaltet.
In der EP 1 616 100 B1 wird eine Kreiselpumpe mit Freistromrad beschrieben, deren Laufrad aus einer mit offenen Schaufeln bestückten Tragscheibe besteht. Die Schaufeln weisen unterschiedliche Höhen auf. Eine saugseitige Gehäusewand verläuft konisch. Der Abstand der Gehäusewand zu den Vorderkanten der höheren Schaufeln des Laufrads nimmt mit dem Durchmesser ab. Eine Passage mit einer Mindesterstreckung folgt gleich-bleibend einer Vorderkante einer zum Laufradaustritt hin geneigten Schaufel geringerer Höhe.
Als Kugeldurchgang wird ein freier, unverengter Laufraddurchgang bezeichnet. Er beschreibt den größten zulässigen Durchmesser der Feststoffe, um einen verstopfungsfreien Durchgang zu gewährleisten. Er wird als Kugeldurchmesser in Millimeter angegeben. Der Kugeldurchgang entspricht maximal der Nennweite des Saug- bzw. Druckstutzens. Damit dieser maximal mögliche Kugeldurchgang bei herkömmlichen Freistrompumpen erreicht wird, muss auch innerhalb des Gehäuses der Abstand der Schaufelfront zur saugseitigen Gehäusewand ebenfalls mindestens der Nennweite des Saug- bzw. Druckstutzens entsprechen.
Überschreitet der schaufellose Raum zwischen der Schaufelfront und der gegenüberliegenden Gehäusewand ein gewisses Maß, reduziert sich die Effizienz der Kreiselpumpe mit Freistromrad. Je größer der Abstand zwischen dem Freistromrad und der saugseitigen Gehäusewand ist, desto geringer ist der Wirkungsgrad der Kreiselpumpe mit Freistromrad.
Auch bei der Gestaltung von offenen Laufrädern spielt die Schaufelform eine entscheidende Rolle. Insbesondere die Konstruktion der Eintrittskante ist von großer Bedeutung. Bei Abwasserpumpen belegt sich die Eintrittskante häufig mit im Fördermedium vorhandenen Fasern. Die Fasern werden häufig nicht von den Laufrad-Eintrittskanten abtransportiert, da aufgrund des Strömungswiderstands auf der Saug- und Druckseite die jeweiligen Widerstandskräfte im Gleichgewicht sind. Kommt es zu einer Anlagerung von Fasern an den Eintrittskanten, können weitere Fasern sich anlagern, sodass sich größere Belegungen bilden können. Begünstigt wird dieses Verhalten insbesondere bei der Gewährleistung hoher Kugeldurchgänge.
Die für einen ausreichenden Kugeldurchgang notwendigen großen Strömungsquerschnitte begünstigen den Aufbau von Belegungen. Insbesondere bei Teillast, zum Beispiel kleinen Volumenströmen, führen große Strömungsquerschnitte zu nicht durchströmten Totwasserzonen. Die Totwasserzonen führen zu Verstopfungen.
Bei Einschauflern führen solche Belegungen dazu, dass eine höhere Leistung zum Betrieb der Kreiselpumpe erforderlich ist. Bei Mehrschauflern kann es durch die Belegungen auch zu einer asymmetrischen Strömung in den Kanälen kommen. Solche asymmetrischen Strömungen beeinflussen nicht nur die erforderliche Leistung, sondern auch den geförderten Volumenstrom sowie die Förderhöhe.
In der DE 10 2017 221 930 A1 ist ein Laufrad für eine Kreiselpumpe beschrieben mit mindestens einer Schaufel, welche in Richtung einer Zuströmung ragt. Der Winkel, mit der die Schaufel von der Tragscheibe ragt, ist in der Weise optimiert, so dass sich Ablagerungen wirksam vermeiden lassen.
Die DE 10 2015 212 203 A1 beschreibt ein Freistromrad einer Kreiselpumpe zur Förderung feststoffhaltiger Medien, deren Schaufeln in Bündeln angeordnet ist. Dadurch wird ein ausreichender Kugeldurchgang bei einem hohen Förderwirkungsgrad erreicht.
Die DE 44 09 278A1 und die EP 0 750 686 A1 offenbaren einen Hartguss mit einer Zusammensetzung in Gew.-% Cr = 26 bis 36, Ni ≤ 10, Mo = 2 bis 6, Cu ≤ 3, N ≤ 0,2, Si ≤ 1,5, Mn ≤ 1,5, V = 4 bis 9, C = 1,4 bis 1,9, Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen. Dieser Hartguss zeichnet sich durch eine hohe Korrosionsbeständigkeit in aggressiven Medien bei gleichzeitig hoher Verschleißbeständigkeit aus.
Generell kommen bei Kreiselpumpen häufig Gussbauteile zum Einsatz. Beim Gießen entsteht aus einem flüssigen Werkstoff nach dem Erstarren ein fester Körper in der gewünschten Form. Somit können gezielt die gewünschten Gehäusestrukturen bzw. Laufräder oder sonstige Bauteile der Kreiselpumpe erzeugt werden. Gusswerkstoffe im Kreiselpumpenbau sind in der Regel Eisen-Kohlenstoff-Legierungen.
Insbesondere bei Kreiselpumpen, die zur Förderung von feststoffhaltigen Medien eingesetzt werden, kommt es häufig im Bereich der Bauteile, die mit dem Fördermedium in Kontakt kommen, zu Verschleiß- und/oder Korrosionserscheinungen. Die strömenden Feststoffe können die Werkstoffe der offenen Laufräder sowie der Schleißwände abtragen, wodurch der Spalt dazwischen mit zunehmendem Betrieb größer wird. Dadurch verringert sich der Pumpenwirkungsgrad mit der Dauer des Betriebes bis das Laufrad und die Schleißwand aufgrund des abrasiven Verschleißes erneuert werden müssen.
In der DE 43 26 545 C2 , der DE 10 2013 200 680 B4 und in der DE 10 2017 223 602 A1 sind Gussbauteile wie beispielsweise Laufräder und Schleißwände auf keramischer Basis, insbesondere auf Basis von Siliziumkarbid beschrieben. Diese sind im Vergleich zu Bauteilen aus Grauguss deutlich härter und erhöhen die Standzeit. Jedoch sind diese Bauteile in der Fertigung erheblich aufwändiger und teurer, wobei sie eine Standzeit im gewünschten Ausmaß immer noch nicht erreichen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kreiselpumpe mit einem Laufrad zur Förderung feststoffhaltiger Medien anzugeben. Die Beschädigung des Laufrads durch abrasiven Verschleiß soll wirksam verringert werden. Darüber hinaus sollte die Pumpe den Wirkungsgrad im Betrieb lange aufrechterhalten können. Die Kreiselpumpe soll sich durch eine hohe Zuverlässigkeit und eine lange Lebensdauer auszeichnen. Sie soll zudem eine einfache Montage gewährleisten. Weiterhin soll die Kreiselpumpe durch möglichst geringe Herstellungskosten überzeugen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kreiselpumpe zur Förderung feststoffhaltiger Medien mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Varianten sind den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren zu entnehmen.
Erfindungsgemäß ist das offene Laufrad einer Kreiselpumpe zur Förderung feststoffhaltiger Medien an der Oberfläche, insbesondere der Gussoberfläche, mit einer Kohlenstoffschicht beschichtet. Dadurch wird die Härte der Laufradoberfläche enorm gesteigert, wodurch ein effizienter Schutz gegen abrasiven Verschleiß durch die strömenden Feststoffpartikel des Fördermediums entsteht.
Insbesondere die Laufradflanken und im Besonderen die stirnseitigen Schaufelkanten des offenen Laufrads sind gemäß der Erfindung mit einer Kohlenstoffschicht versehen. Gerade die stirnseitigen Schaufelkanten sind je nach Bauart der Kreiselpumpe einer abrasiven Belastung ausgesetzt und durch die Kohlenstoffschicht besonders geschützt.
Gemäß der Erfindung wird zur Förderung feststoffhaltiger Medien eine Kreiselpumpe mit einem offenen diagonalen Einschaufelrad eingesetzt, welches mit einer Kohlenstoffschicht versehen ist. Bei diesem Laufrad verläuft die Flusslinie der Schaufel schräg nach außen. Vorteilhafterweise kann damit ungereinigtes, feststoffbeladenes und ausgasendes Abwasser sowie Medien mit höherer Viskosität gefördert werden.
In einer Variante der Erfindung ist die Kreiselpumpe zur Förderung von feststoffhaltigen Medien mit einem Freistromrad bestückt. Ein solches Laufrad weist Schaufeln auf, die mit gleichem Abstand zueinander angeordnet sein können oder zu Bündeln zusammengefasst sind. Jedes Bündel umfasst dabei mindestens zwei Schaufeln. Als besonders günstig erweisen sich Bündel mit jeweils zwei oder drei Schaufeln. Bei einer Variante der Erfindung umfasst jedes Bündel vier Schaufeln. Die Tragscheibe des Freistromrades weist einen zur Saugseite ausgebildeten Nabenvorsprung auf, an dem die Schaufeln angreifen. Die Schaufeln stehen von der Tragscheibe in saugseitiger Richtung hervor und weisen einen entgegen der Drehrichtung gekrümmten Verlauf auf. Dabei können alle Schaufeln die gleiche Krümmung aufweisen. Bei einer alternativen Variante weisen die Schaufeln unterschiedliche Krümmungen auf. So können beispielsweise innerhalb eines Bündels Schaufeln mit unterschiedlicher Krümmung angeordnet sein. Vorteilhafterweise sind die Schaufeln des Freistromlaufrades, insbesondere die Schaufelflanken und die stirnseitigen Schaufelkanten mit einer Kohlenstoffschicht versehen.
In einer Kreiselpumpe zur Förderung von feststoffhaltigen Medien wirkt das offene Laufrad mit einem Gegenelement zusammen. Ein solches Gegenelement kann erfindungsgemäß eine Schleißwand und/oder ein saugseitiges Gehäuseteil sein. Besonders vorteilhaft ist die Beschichtung der Schleißwand und/oder des saugseitigen Gehäuseteils mit Kohlenstoff, wodurch ein wirksamer Schutz vor abrasiven Verschleiß entsteht und eine möglichst lange Betriebszeit bei konstantem Wirkungsgrad der Pumpe ermöglicht wird.
In einer vorteilhaften Variante der Erfindung weist das mit Kohlenstoff beschichtete offene Laufrad, insbesondere das offene diagonale Einschaufelrad, eine Schneidkante auf, um langfasrige Feststoffbestandteile in kürzere Segmente zu teilen und eine Verstopfung im Pumpenraum zu vermeiden.
Bei einer besonders günstigen Ausführung der Erfindung ist das offene Laufrad mit mindestens einer Schaufel einstückig ausgebildet. Dabei erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Laufrad und/oder die Schaufel(n) aus einem metallischen Werkstoff gefertigt sind. Vorzugsweise kommt dabei ein Gusswerkstoff zum Einsatz. Dieses offene Laufrad aus Gusswerkstoff wird dann erfindungsgemäß mit einer Kohlenstoffschicht versehen.
Unter den Kohlenstoffschichten werden Schichten verstanden, in denen Kohlenstoff der überwiegende Bestandteil ist. Die Kohlenstoffschicht kann beispielsweise mit einer PVD- (engl. Physical Vapor Deposition), einer physikalischen Gasphasenabscheidung etwa durch Verdampfen oder Sputtern) oder einem CVD- (engl. Chemical Vapor Deposition; Chemische Gasphasenabscheidung) Verfahren aufgebracht werden.
Vorzugsweise handelt es sich um eine amorphe Kohlenstoffschicht, insbesondere eine tetraedrische wasserstofffreie amorphe Kohlenstoffschicht, die auch als ta-C Schicht be-zeichnet wird. Die dem Kristallgitter von Graphit zugehörigen Atombindungen (insgesamt jeweils 3) kennzeichnet man mit der Bezeichnung „sp2“. Dabei liegt eine sp2-Hybridisierung vor.
Bei einer Diamantschicht bildet jedes Kohlenstoffatom mit vier benachbarten Atomen eine tetraederförmige Anordnung. Bei dieser räumlichen Anordnung sind alle Atomabstände gleich gering. Es wirken daher sehr hohe Bindungskräfte zwischen den Atomen, und zwar in allen Raumrichtungen. Daraus resultieren die hohe Festigkeit und die extreme Härte des Diamanten. Die dem Kristallgitter von Diamanten zugehörigen Atombindungen, insgesamt jeweils vier, kennzeichnet man mit der Bezeichnung „sp3“. Somit liegt eine sp3-Hybridisierung vor.
Bei einer besonders günstigen Variante der Erfindung besteht die Kohlenstoffschicht aus einer Mischung von sp3- und sp2-hybridisiertem Kohlenstoff. Diese Schicht ist durch eine amorphe Struktur gekennzeichnet. In dieses Kohlenstoffnetzwerk können auch Fremdatome wie Wasserstoff, Silizium, Wolfram oder Fluor eingebaut sein.
Die erfindungsgemäße Anordnung einer Kohlenstoffschicht auf einem offenen Laufrad und einem Gegenelement, wie beispielsweise einer Schleißwand, führt zu einer erheblichen Reduzierung des abrasiven Abtrags.
Durch die Anordnung einer Kohlenstoffschicht auf einem offenen Laufrad wird eine glatte axiale Oberfläche mit Antihafteigenschaften geschaffen, ohne dass eine aufwendige mechanische Nachbearbeitung des Laufrads erforderlich ist. Des Weiteren können mehrere offene Laufräder in einem Beschichtungsreaktor, der vorzugsweise als Vakuumkammer ausgeführt ist, eingebracht werden, wo bei mäßiger thermischer Belastung, die ta-C Beschichtung aufgebracht wird. Somit zeichnet sich die erfindungsgemäße Kreiselpumpe mit offenem Laufrad durch verhältnismäßig geringe Herstellungskosten aus.
Bei einer besonders günstigen Variante der Erfindung wird die Kohlenstoffschicht als Be-schichtung auf ein Laufrad und auf eine Schleißwand und/oder ein saugseitiges Gehäuseteil aufgebracht. Die Dicke der Schicht beträgt vorteilhafterweise mehr als 0,5 µm, vorzugsweise mehr als 1,0 µm, insbesondere mehr als 1,5 µm. Weiterhin erweist es sich als günstig, wenn die Kohlenstoffschicht weniger als 18 µm, vorzugsweise weniger als 16 µm, insbesondere weniger als 14 µm beträgt.
Für den Schutz gegen Partikelverschleiß und Anlaufen ist eine Schichtdicke zwischen 4 und 12 µm anzustreben.
Idealerweise weist die Beschichtung aus Kohlenstoff eine äußerst glatte axiale Oberfläche mit Antihafteigenschaften auf, bei der der Mittenrauheitswert R_a der Kohlenstoffschicht weniger als 0,7 µm, vorzugsweise weniger als 0,5 µm, insbesondere weniger als 0,3 µm beträgt.
Die ta-C Beschichtung weist einen sehr geringen Reibbeiwert bei gleichzeitig sehr guter chemischer Beständigkeit auf. Die Härte der Beschichtung kommt der Härte von Diamanten sehr nahe, wobei die Härte vorzugsweise mehr als 20 GPa, vorzugsweise mehr als 30 GPa, insbesondere mehr als 40 GPa und weniger als 120 GPa, vorzugsweise weniger als 110 GPa, insbesondere weniger als 100 GPa beträgt.
Mit durchschnittlich 40 bis 75 GPa sind ta-C Beschichtungen härter als a-C:H Schichten. Zudem enthält ta-C keinen Wasserstoff. Deshalb ist davon auszugehen, dass ta-C im Kontakt mit Wasser (bei Temperaturen oberhalb 80 °C) beständiger ist als a-C:H. Im Kontakt mit anderen - insbesondere polaren - Flüssigkeiten, die Moleküle enthalten, in denen Wasserstoff gebunden ist, könnte ta-C ebenfalls besser beständig sein als a-C:H.
Vorzugsweise wird die Kohlenstoffschicht nicht unmittelbar auf das Laufrad aufgebracht, sondern es wird zunächst eine Haftvermittlerschicht vorgesehen Diese besteht bevorzugt aus einem Werkstoff, der sowohl gut an Stahl haftet als auch eine Kohlenstoffdiffusion verhindert, z. B. durch die Bildung stabiler Carbide. Als Haftvermittlungsschichten, die diese Anforderungen erfüllen, kommen passenderweise dünne Schichten aus Chrom, Titan oder Silizium zum Einsatz. Insbesondere haben sich Chrom- und Wolframcarbid als Haftvermittler bewährt.
Bei einer vorteilhaften Variante der Erfindung weist die Beschichtung eine Haftvermittlerschicht auf, die vorzugsweise einen Chromwerkstoff beinhaltet. Vorzugsweise besteht die Haftvermittlerschicht zu mehr als 30 Gew.-%, vorzugsweise mehr als 60 Gew.-%, insbesondere mehr als 90 Gew.-% aus Chrom.
Bei der erfindungsgemäßen ta-C Beschichtung handelt es sich um eine einfache, schnell realisierbare und wirtschaftliche Beschichtung für offene Laufräder in Kreiselpumpen. Die erfindungsgemäße Beschichtung weist neben einer sehr großen Härte auch hervorragende Gleiteigenschaften und eine gute chemische Beständigkeit auf.
Zudem ermöglicht die Erfindung auch eine Beschichtung von Laufradgeometrien mit speziellen Abmessungen. Darüber hinaus lassen sich Laufradgeometrien realisieren, die zuvor aus keramischen Werkstoffen fertigungsbedingt nur aufwendig realisierbar waren. Insbesondere zeichnen sich die meisten metallischen Werkstoffe durch eine höhere Duktilität im direkten Vergleich zu einem keramischen Werkstoff aus.
Der Vorteil der höheren Härte durch die ta-C Beschichtung liegt darin begründet, dass kleine und große Feststoffpartikel, die oft in den feststoffhaltigen Medien enthalten sind, nun stark vermindert abrasiv auf das Laufrad wirken können. Durch die Strömung wirken diese Feststoffteilchen normalerweise wie ein Schleifmittel. Laufräder, Schleißwände und/oder saugseitige Gehäuseteile, die mit ta-C beschichtet sind, verfügen über eine äußerst harte Schutzschicht gegen Abrasion, wodurch deren Einsatzzeit in der Förderung feststoffhaltiger Medien deutlich erhöht ist.
Vorzugsweise können zur Beschichtung PECVD/PACVD-Verfahren eingesetzt werden. Dabei erfolgt eine Plasmaanregung der Gasphase durch die Einkopplung von gepulster Gleich-spannung („pulsed DC“), mittelfrequenter (KHz-Bereich) oder hochfrequenter (MHz-Bereich) Leistung. Aus Gründen einer maximierten Prozessvariabilität bei unterschiedlichen Werkstückgeometrien und Beladungsdichten hat sich zudem die Einkopplung von gepulster Gleichspannung bewährt.
Idealerweise werden zur Beschichtung PVD Verfahren eingesetzt. Diese Verfahren sind besonders einfach und weisen eine niedrige Prozesstemperatur auf. Diese Technologie führt zu Schichten, in die je nach Bedarf auch Fremdatome eingebaut sein können. Die Prozessführung erfolgt vorzugsweise so, dass Gefüge- und Dimensionsänderungen der zu beschichtenden Werkstoffe (metallisch, Grauguss, etc.) ausgeschlossen sind.
Gegenüber einer CVD-Diamantschicht hat die ta-C Beschichtung den Vorteil, dass die Beschichtungstemperatur für CVD-Diamantschichten 600 bis 1000 °C beträgt und für amorphe Kohlenstoffschichten wie ta-C deutlich unter 500 °C liegt. Dies ist insbesondere für das Beschichten metallischer Werkstoffe von hoher technischer Relevanz. Die Herstellung von PVD-Diamantschichten ist nicht möglich.
Bei einer besonders günstigen Ausführung der Erfindung ist das Einschaufelrad offen diagonal ausgeführt. In einer alternativen Ausführung der Erfindung erweist es sich auch als vorteilhaft, wenn das Laufrad als Radialrad, insbesondere als Freistromrad, gestaltet ist. Das Laufrad kann auch mehr als eine Schaufel aufweisen. Bei einer bestimmten Variante der Erfindung weist das Laufrad genau zwei Schaufeln auf. Die beschriebene Gestaltung bietet die Möglichkeit, das Laufrad sowohl als Freistromrad als auch als offenes Laufrad auszuführen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen und aus den Zeichnungen selbst.
Dabei zeigt:

1 Schnittdarstellung einer Kreiselpumpe zur Förderung feststoffhaltiger Medien mit einem offenen diagonalen Einschaufelrad,
2 Schnittdarstellung einer Kreiselpumpe zur Förderung feststoffhaltiger Medien mit einem offenen Laufrad,
3 Schnittdarstellung einer Kreiselpumpe zur Förderung feststoffhaltiger Medien mit einem Freistromrad,
4 Detailschnitt eines offenen diagonalen Einschaufelrades mit Schleißwand,
5 Detailschnitt eines offenen Laufrades mit Schleißwand,
6 Detailschnitt eines Freistromrades.

1 zeigt eine Schnittdarstellung durch eine Kreiselpumpe zur Förderung feststoffhaltiger Medien. Bei diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine horizontal aufgestellte Spiralgehäusepumpe 3 mit einem diagonal offenen Einschaufelrad. Über den Saugmund 1 strömt das feststoffhaltige Medium in die Pumpe ein, wird von dem offenen diagonalen Einschaufelrad 4, welches drehfest mit der Welle 6 verbunden ist, mit Bewegungsenergie beaufschlagt und verlässt das Pumpengehäuse 3 über den Druckstutzen 5. Die Welle 6 ist durch das Kugellager 7 und die Gleitringdichtung 9 drehbar gelagert. Der Lagerträgerdeckel 10 verschließt den Pumpenraum in Richtung Antrieb.
2 zeigt eine Schnittdarstellung durch eine Kreiselpumpe zur Förderung feststoffhaltiger Medien. Bei diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Tauchmotor-pumpe. Das mit Beimengungen versetzte Abwasser tritt durch den Saugmund 1 in die Pumpe ein. Das offene Laufrad 4 ist drehfest mit einer Welle 6 verbunden, welche das offene Laufrad 4 in Rotation versetzt. Das offene Laufrad 4 ist in einem Pumpengehäuse 3 angeordnet, das im Ausführungsbeispiel als Spiralgehäuse ausgeführt ist. In den Saugmund 1 der Pumpe hinein ragt ein Einsatz, der im Ausführungsbeispiel als Schleißwand 2 bzw. als Schleißring ausgeführt ist. Die Welle 6 wird von einem Antrieb 16 in Rotation versetzt, der im Ausführungsbeispiel als Elektromotor angegeben ist. Das Pumpengehäuse 3 wird durch einen Gehäusedeckel 10 abgeschlossen. Der Gehäusedeckel 10 ist mit einer Gleitringdichtung 9 gegenüber der Welle 6 abgedichtet. Bevorzugt sind die Schaufelflanken 12, die Schaufelkanten 13 und die Schleißwand 2 mit einer Kohlenstoffschicht beschichtet.
3 zeigt eine Schnittdarstellung durch eine Kreiselpumpe zur Förderung feststoffhaltiger Medien. Bei diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine horizontal aufgestellte Spiralgehäusepumpe mit einem Freistromrad 4. Das feststoffhaltige Medium tritt durch den Saugmund 1 in die Pumpe ein. Das Freistromrad 4 ist drehfest mit einer Welle 6 verbunden, welche das Freistromrad 4 in Rotation versetzt.
In 4 ist ein Detailschnitt eines diagonal offenen Einschaufelrades 4 mit korrespondierender Schleißwand 2 gemäß der Darstellung in 1 dargestellt. Idealerweise sind die Schaufelflanken 12, die Schaufelkanten 13 und die Schleißwand 2 mit einer Kohlenstoffschicht, vorzugsweise mit einer amorphen Kohlenstoffschicht, insbesondere mit ta-C, beschichtet. Somit wird ein besonders idealer Schutz vor abrasiven Verschleiß, der bei der Förderung feststoffhaltiger Medien zwangsläufig auf die Schaufelflanken 12, die Schaufelkanten 13 und die Schleißwand 2 einwirkt, erzielt.
5 zeigt einen Detailschnitt des Saugmundbereiches gemäß der Darstellung in 2. Das offene Laufrad wirkt mit dem Gegenelement, welches im Ausführungsbeispiel als Schleißwand 2 ausgeführt ist, zusammen. Die Schaufelflanken 12 des offenen Laufrads 4 erstrecken sich ausgehend von der Nabe radial in einem rückwärts gekrümmten Verlauf nach außen. Die Schaufelkanten 13 bilden mit der Schleißwand 2 einen Spalt. Erfindungsgemäß sind die Schaufelflanken 12, die Schaufelkanten 13 und die Schleißwand 2 mit einer Kohlenstoffschicht, insbesondere mit ta-C, beschichtet. Dadurch wird ein wirksamer Schutz gegen abrasiven Verschleiß sowie gegen Anlaufen der beiden Bauteile gewährleistet.
In 6 ist ein Detailschnitt des Ausführungsbeispiels Freistrompumpe gemäß der Darstellung in 3 dargestellt, in deren Gehäuse 3 ein Freistromrad 4 positioniert ist. Das Freistromrad 4 ist drehfest mit einer Welle 6 verbunden. Der Befestigung des Freistromrades 4 dient ein Nabenkörper, der eine Bohrung 14 zum Eindrehen einer Schraube aufweist. Auf einer Tragscheibe des Freistromrades 4 sind mehrere Schaufeln, die jeweils Schaufelflanken 12 und Schaufelkanten 13 umfassen, angeordnet. Der Saugmund 1 wird von einem saugseitigen Gehäuseteil 15 gebildet. Der Saugmund 1 bildet einen Eintritt für das feststoffhaltige Medium. Gemäß der Erfindung sind vorteilhafterweise die Schaufelflanken 12, die Schaufelkanten 13 und das saugseitige Gehäuseteil 15 mit einer Kohlenstoffschicht, vorzugsweise mit einer amorphen Kohlenstoffschicht, insbesondere mit ta-C, beschichtet. Hierdurch wird ein ganz besonders idealer Schutz vor abrasiven Verschleiß, der bei der Förderung feststoffhaltiger Medien zwangsläufig auf die Schaufelflanken 12, die Schaufelkanten 13 und das saugseitige Gehäuseteil 15 einwirkt, erzielt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2004/065796 A1 [0005]
EP 1616100 B1 [0006]
DE 102017221930 A1 [0012]
DE 102015212203 A1 [0013]
DE 4409278 A1 [0014]
EP 0750686 A1 [0014]
DE 4326545 C2 [0017]
DE 102013200680 B4 [0017]
DE 102017223602 A1 [0017]

Claims

Kreiselpumpe zur Förderung feststoffhaltiger Medien mit einem offenen Laufrad (4), das mindestens eine Schaufel umfasst, die in Richtung einer Zuströmung ragt, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Laufrades (4) zumindest teilweise mit einer Kohlenstoffschicht versehen ist.
Kreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufelflanken (12) sowie die stirnseitigen Schaufelkanten (13) des offenen Laufrads (4) mit einer Kohlenstoffschicht versehen sind.
Kreiselpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das offene Laufrad (4) mit einem Gegenelement zusammenwirkt.
Kreiselpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenelement zumindest teilweise mit einer Kohlenstoffschicht versehen ist.
Kreiselpumpe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenelement als eine Schleißwand (2) ausgebildet ist.
Kreiselpumpe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenelement als ein saugseitiges Gehäuseteil (15) ausgebildet ist.
Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das offene Laufrad (4) mit mindestens einer Schaufel einstückig ausgebildet ist.
Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das offene Laufrad (4) und/oder die Schaufeln aus einem metallischen Werkstoff, vorzugsweise einem Gusswerkstoff, gefertigt sind.
Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine amorphe Kohlenstoffschicht handelt.
Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine tetraedrische wasserstofffreie amorphe Kohlenstoffschicht handelt.
Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Kohlenstoffschicht mehr als 0,5 µm, vorzugsweise mehr als 1,0 µm, insbesondere mehr als 1,5 µm, und/oder weniger als 18 µm, vorzugsweise weniger als 16 µm, insbesondere weniger als 14 µm, beträgt.
Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenhärte der mit Kohlenstoffschicht beschichteten Oberfläche des offenen Laufrads (4) und des Gegenelements mehr als 20 GPa, vorzugsweise mehr als 30 GPa, insbesondere mehr als 40 GPa, und/oder weniger als 120 GPa, vorzugsweise weniger als 110 GPa, insbesondere weniger als 100 GPa, beträgt.