DE19802025C1 - Zerkleinerungspumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zerkleinerungspumpe zur Förderung von Feststoffe enthaltendem Abwasser, als rotierende Ver­ drängerpumpe mit einem Elektromotor, einem Pumpengehäuse, einem feststehenden Pumpenstator und einem exzentrisch gela­ gerten Pumpenrotor sowie mit einer Zerkleinerungseinrichtung, bestehend aus wenigstens einem feststehenden und wenigstens einem rotierenden Messer, wobei der Pumpenrotor und das rotie­ rende Messer der Zerkleinerungseinrichtung von einer Welle des Elektromotors angetrieben werden, wobei die Zerkleinerungsein­ richtung unmittelbar an die Saugseite des Pumpengehäuses an­ geschlossen ist oder im Bereich der Saugseite des Pumpengehäu­ ses in dieses integriert ist und das rotierende Messer der Zerkleinerungseinrichtung über das von der Antriebswelle des Elektromotors abliegende Ende des Pumpenrotors angetrieben wird.

Als konventionelle Abwasserpumpen finden bislang überwiegend Kreiselpumpen Anwendung. Um Feststoffe fördern zu können, müssen Kreiselpumpen mit Laufrädern versehen sein, die ver­ hältnismäßig hohe Schaufeln haben. Mit der Förderbarkeit von Feststoffen geht automatisch aufgrund der Schaufelhöhe eine hohe Fördermenge einher, was eine entsprechende Auslegung der Motoren erfordert. Da Abwasserpumpen hohe Stillstandszeiten haben, ist die Auslegung solcher Pumpen mit großen Motoren verhältnismäßig unwirtschaftlich.

Um Pumpen zu schaffen, die nur kleine Mengen fördern, kosten­ günstig sind und dennoch nicht verstopfen, wurden Zerkleine­ rungspumpen entwickelt, denen Schneideinrichtungen saugseitig vorgeschaltet sind. Diese Pumpen erlauben die Verwendung von Laufrädern mit niedrigeren Schaufeln und Motoren kleinerer Leistung.

Oftmals sollen solche Zerkleinerungspumpen jedoch in Rohrlei­ tungen fördern, die aus Kostengründen dünn und lang sind und hohe hydraulische Verluste erzeugen. Aus diesem Grunde ist man oftmals gezwungen, die Pumpe für größere Förderhöhen auszule­ gen, was nur durch Erhöhung des Durchmessers der Schaufeln und damit durch Erhöhung der benötigten Motorleistung möglich ist, weil es der Funktionsweise der Kreiselpumpe eigen ist, daß das Fördervolumen nahezu in gleichem Maße mit der Förderhöhe zu­ nimmt, die Pumpe also eine relativ flache Kennlinie Förderhöhe über gefördertem Volumenstrom besitzt.

Einen Ausweg aus dieser Situation bieten Verdrängerpumpen, die neben kleinen Fördermengen und beliebigen Drücken auch den Vorzug eines verhältnismäßig hohen Wirkungsgrades haben.

Eine Verdrängerpumpe mit Zerkleinerungseinrichtung ist bei­ spielsweise aus der DE 44 13 940 A1 bekannt. Diese Druck­ schrift betrifft eine Schlammpumpe, die als Exzenterschnecken­ pumpe mit einem Tauchelektromotor und einem vorgeschalteten Desintegrator bzw. einer vorgeschalteten Zerkleinerungsein­ richtung zur Zerstörung von Feststoffteilen ausgebildet ist. Bei dieser Exzenterschneckenpumpe handelt es sich um eine solche, bei der der Pumpenstator fest angeordnet ist und die Drehachse des Pumpenrotors hinsichtlich der Achse des Pumpen­ stators exzentrisch ist. Bei dieser bewährten Bauart von Ein­ spindelpumpen, die gegenüber Pumpen mit schwingendem Stator konstruktiv verhältnismäßig einfach und robust sind, ist es verhältnismäßig problematisch, den Pumpenrotor auf der glei­ chen Elektromotorwelle anzuordnen, mit der auch der rotierende Teil der Zerkleinerungseinrichtung angetrieben wird, da es nach herrschender Meinung nicht möglich ist, von dem exzen­ trisch schwingenden Rotor die rotierende Bewegung auf das entsprechende Element der Zerkleinerungseinrichtung zu über­ tragen.

In der DE 44 13 940 A1 wird deshalb vorgeschlagen, den Tauchelek­ tromotor der Pumpe mit einer beiderseits ausragenden Welle auszuführen, wobei einerseits die Einspindelpumpe durch eine Pumpe mit einem festen Stator ausgebildet ist, die auf einer Seite des Tauchelektromotors gelagert ist und mit diesem mit­ tels eines Saugstücks verbunden ist, und andererseits des Tauchelektromotors eine Zerkleinerungseinrichtung anzuordnen, die über eine Umlenkleitung mit dem Saugstutzen der Pumpe verbunden ist, wobei der Saugstutzen seitlich, d. h. quer zur Erstreckung des Pumpenrotors in das Pumpengehäuse einmündet.

Hierdurch wird die Pumpe konstruktiv sehr aufwendig, der Elek­ tromotor muß an beiden Seiten gegen eindringendes Wasser abge­ dichtet werden, was verhältnismäßig teuer ist und die gesamte Pumpe wird voluminös und unhandlich.

Aus dem Gebrauchsmuster DE 93 14 746 U1 ist eine Exzenter­ schneckentauchpumpe bekannt, der ein Rührwerk zur Homogenisa­ tion von in dem Pumpenmedium sedimentierten Bestandteilen vorgeschaltet ist. Die Flügel des Rührwerks sind bei der dort beschriebenen Pumpe direkt am Pumpenrotor befestigt, wobei eine Schrägstellung der Rührwerksflügel in Verbindung mit einer exzentrischen Drehbewegung eine besonders wirkungsvolle Homogenisation des Pumpenmediums bewirken soll.

Die in dem Gebrauchsmuster DE 93 14 746 U1 beschriebene Pumpe ist jedoch nicht zur Förderung von Abwasser mit festen Be­ standteilen geeignet. Beispielsweise müßte die Pumpe hierfür in der Lage sein, größere Lappen oder dergleichen zu zerklei­ nern. Dies ist nur mit Schneidwerken mit einem oder mehreren rotierenden gegenläufigen Messern zu bewerkstelligen.

Eine Zerkleinerungspumpe gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 ist beispielsweise aus dem Gebrauchsmuster DE-GM 19 23 821 bekannt.

Bei der dort beschriebenen Exzenterschneckenpumpe ist in einem Vorraum auf der Saugseite des Stators ein Schneidwerk angeord­ net, das aus einem mit dem Pumpengehäuse fest verbundenen Messerbalken und einem elastisch dagegen anliegenden, umlau­ fenden Messerbalken besteht. Der umlaufende Messerbalken, der symmetrisch zweiflügelig mit einem Loch in der Mitte ausge­ bildet ist, ist mit Hilfe von Nut und Feder auf einen axialen Zapfen am Rotor aufgeschoben und wird durch ein Paket von Tellerfedern gegen den feststehenden Messerbalken gedrückt. Durch die Konstruktion des Schneidwerks bedingt sind bei die­ ser Exzenterschneckenpumpe verhältnismäßig große Durchtritts­ flächen für das Fördermedium vorgesehen, wodurch die Ver­ stopfungsgefahr vermindert werden soll. Aufgrund der Größe der Durchtrittsflächen für das Fördermedium können jedoch verhält­ nismäßig großvolumige oder dicke strangartige Fremdkörper in den Pumpenvorraum eindringen, so daß die Pumpe unter Umständen ein außerordentlich hohes Drehmoment aufbringen muß, um ein­ dringende Fremdkörper zu zerteilen bzw. zu zerkleinern. Schlimmstenfalls können solche Feststoffe zur Blockade der Pumpe führen.

Aus dem Gebrauchsmuster DE-GM 19 50 502 ist eine ähnliche Exzen­ terschneckenpumpe bekannt, bei der das Schneidwerk aus einem mit dem Pumpengehäuse fest verbundenen Schneidring, dessen Öffnung eine gezackte oder gewellte Schneidkante aufweist, und einem damit zusammenwirkenden Schneidrad mit einer spiraligen, als Messerschneide ausgebildeten Speiche besteht. Auch diese Konstruktion leidet unter dem vorstehend beschriebenen Nach­ teil, daß der Durchgangsquerschnitt zwischen Schneidring und Schneidrad an der Einlaufstelle zwischen Rotor und Stator verhältnismäßig groß ist.

Aus der DE 44 38 841 C1 ist eine Pumpe mit einer Schneidein­ richtung bekannt, bei der das Pumpenlaufrad der als Kreisel­ pumpe ausgebildeten Pumpe mit mehreren Schneidmessern versehen ist, die relativ zu feststehenden Gegenmessern bewegt werden. Das Pumpenlaufrad hat einen hohl geformten, im Inneren die Medienströmung führende, nach außen vorstehenden, rotatiosför­ mig symmetrischen Aufbau, an dem die rotierenden Schneidmesser angeordnet sind, das oder die feststehenden Gegenmesser haben einen entsprechenden geometrischen Aufbau. Das in der DE 44 38 841 C1 beschriebene Schneidwerk kann nur mit einer Kreiselpumpe zusammenwirken und ist für eine solche vorgese­ hen, zumal das Pumpenlaufrad Bestandteil der Schneideinrich­ tung ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Zerkleinerungspumpe der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß diese weitestgehend Verstopfungsfreiheit und einen ungestörten Be­ trieb der Pumpe auch bei Anwesenheit von langfaserigen und festen Bestandteilen im Fördermedium gewährleistet.

Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst.

Die Erfindung macht sich dabei zunutze, daß bei den bekannten Verdrängerpumpen, insbesondere bei Exzenterschneckenpumpen die Förderrichtung umkehrbar ist. Bei der erfindungsgemäßen Pumpe ist das von dem Elektromotor und dessen Antriebswelle ablie­ gende Ende des Pumpengehäuses als Saugseite ausgebildet, in der in einem besonderen Saugstutzen oder in dem Pumpengehäuse selbst die Zerkleinerungseinrichtung integriert sein kann. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Messer als überein­ anderliegende und übereinanderrotierende Scheiben mit sich jeweils radial erstreckenden Schneiddurchtritten, die sich in wenigstens einer Winkelstellung des rotierenden Messers wenig­ stens teilweise überlappen, kann das von der Pumpe angesaugte Material nur dann durch die Schneiddurchtritte des feststehen­ den Messers in das Pumpengehäuse oder in einen Ansaugstutzen eindringen, wenn sich die übereinander angeordneten Schneid­ durchtritte überlappen. Eine weitere Drehung des rotierenden Messers bewirkt ein Zerschneiden bzw. Zerscheren des einge­ drungenen Gegenstandes. Insbesondere dadurch, daß die Schneid­ durchtritte eines der Messer so angeordnet sind, daß ihre Längsachsen einen konzentrisch zum Mittelpunkt der Scheibe verlaufenden Kreisbogen schneiden, wohingegen die Längsachsen der Schneiddurchtritte des gegenläufigen Messers radial ver­ laufen, wird eine Schrägstellung der Schneiddurchtritte be­ wirkt, so daß die Feststoffe wie in einer Schere geschnitten werden. Dabei wird in vorteilhafter Art und Weise die exzen­ trische Bewegung des Pumpenrotors genutzt, um die scheren­ schnittartige Arbeitsweise der als Schlitze oder Spalte ausge­ bildeten Schneiddurchtritte zu unterstützen. Die aus zwei gegenläufigen Messern bestehende Zerkleinerungseinrichtung, von denen ein Messer rotiert und das andere feststeht, kann überraschenderweise doch so ausgelegt sein, daß die exzen­ trische Bewegung des Pumpenrotors unschädlich ist, ja sogar vorteilhaft genutzt wird.

Vorzugsweise ist das rotierende Messer in Förderrichtung des zu pumpenden Mediums stromabwärts angeordnet. Dieses macht außer der drehenden eine leichte radiale Bewegung, weil es die Bewegung des Pumpenrotors nachvollzieht. Das rotierende Messer hat zudem vorzugsweise einen kleineren Durchmesser als das stehende Messer. Durch die Radialbewegung des rotierenden Messers wird überraschenderweise eine verbesserte Zerkleine­ rung bewirkt, außerdem wird der Spalt zwischen den Messern gesäubert.

Zweckmäßigerweise verjüngen sich die Schneiddurchtritte des stehenden Messers stromabwärts und bilden in diese Richtung abgeschrägte Schneidkanten, gegen die die Feststoffe wie bei einer Schere gedrückt werden.

Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn der Drehsinn des rotierenden Messers und die Ausrichtung der Längsachsen der Schneiddurchtritte zueinander so gewählt sind, daß in die Schneiddurchtritte eindringende Feststoffe in Richtung der Drehachse transportiert werden. Dies ist besonders günstig, weil das verfügbare Drehmoment des Messers zum Mittelpunkt, d. h. zur Drehachse hin zunimmt und die Durchtrennung der Fest­ stoffe damit besser gewährleistet wird.

Vorzugsweise bilden die Scheiben zwischen sich einen Spalt dessen Tiefe in axialer Richtung einstellbar ist.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn das rotierende Messer über ein Übergangsstück mit der Stirnseite des Pumpenrotors verbun­ den, vorzugsweise verschraubt ist.

Um eine optimale Einstellung des Spaltmaßes zwischen den Mes­ sern ohne teure Justierschrauben zu gewährleisten, kann das rotierende Messer unter Zwischenlage eines Elastomerkörpers mit dem Pumpenrotor verschraubt sein. Auf diese Art und Weise ist auch eine Nachstellung des Spaltmaßes bei Verschleiß mög­ lich.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpe ist vorgesehen, daß die Messer in einem saugseitig der Pumpe vorgesehenen konischen Stutzen angeordnet sind. Dieser Stutzen kann beispielsweise einfach an ein Ende des Pumpen­ gehäuses angeflanscht sein. Durch den Neigungswinkel des Konus werden die Radien der Messer bestimmt.

Der Stutzen kann beispielsweise aus Polyurethan oder einem ähnlichen Material gefertigt sein und mehrere Stufen zur Auf­ nahme verschiedener Messergrößen aufweisen.

Zweckmäßigerweise ist die erfindungsgemäße Pumpe als Exzenter­ schneckenpumpe ausgebildet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Teilansicht des Pumpengehäuses im Bereich der Saugseite mit darin angeordneter Zerkleinerungsein­ richtung im Schnitt,

Fig. 2 eine Ansicht des stehenden Messers und

Fig. 3 eine schematische Ansicht, aus welcher die Überein­ anderanordnung von stehendem und rotierendem Messer ersichtlich ist.

Die aus Elektromotor, Antriebswelle, Kuppelstange, Gelenken, Pumpengehäuse 1, Pumpenstator 2 und Pumpenrotor 3 bestehende Pumpe herkömmlicher Bauart ist der Einfachheit halber in den Figuren nicht vollständig dargestellt. Der Pumpenrotor 3 wird auf an sich bekannte Art und Weise innerhalb des Pumpenstators 2 über die Welle eines Elektromotors mittels einer an zwei Gelenken befestigten Kuppelstange angetrieben. Hierdurch voll­ zieht der Pumpenrotor 3 innerhalb des Pumpengehäuses 1 eine drehende und leicht radiale Bewegung.

In Fig. 1 ist die Saugseite der Pumpe dargestellt, wobei in einem trichterförmigen Saugstutzen 4 ein feststehendes Messer 5 und ein rotierendes Messer 6 angeordnet sind, die beide als kreisrunde Scheiben ausgebildet sind. Der Saugstutzen 4 und das von dem Elektromotor abliegende Ende des Pumpengehäuses 1 sind über eine Flanschverbindung 7 aneinandergekoppelt.

Das feststehende Messer 5 ist über eine Innensechskantschraube 8 unter Zwischenlage eines Elastomerkörpers 9 über ein Über­ gangsstück 10 mit der Stirnseite 11 des Pumpenrotors 3 ver­ schraubt, wobei die Innensechskantschraube 8 durch den Elasto­ merkörper 9 und das Übergangsstück 10 in ein nicht dargestell­ tes Innengewinde des Pumpenrotors 3 eingreift.

Der Elastomerkörper 9 gewährleistet eine elastische Spaltein­ stellung zwischen dem feststehenden Messer 5 und dem rotieren­ den Messer 6, wobei das rotierende Messer 6 durch Nachstellen der Innensechskantschraube 8 verstellbar ist.

Der Kopf der Innensechskantschraube 8 ragt hierzu in eine zentrale Bohrung 12 des feststehenden Messers, deren Durch­ messer größer ist als der Durchmesser des Schraubenkopfs, um die Radialbewegung des rotierenden Messers 6 zuzulassen.

Aus diesem Grund ist der Durchmesser des rotierenden Messers 6 kleiner gewählt als der Innendurchmesser des Saugstutzens 4 und des feststehenden Messers 5, welches an dem umlaufenden Kragen 13 des Saugstutzens 4 verschraubt ist.

Damit der vorzugsweise aus Polyurethan bestehende Saugstutzen 4 für verschiedene Messergrößen verwendbar ist, kann bei­ spielsweise im Bereich eines geringeren Durchmessers ein um­ laufender Steg 14 vorgesehen sein, der bei Absägen des Saug­ stutzens 4 unterhalb des Steges 14 die Funktion des Kragens 13 übernimmt.

Wie dies den Fig. 2 und 3 zu entnehmen ist, sind die Messer 5, 6 mit Schneiddurchtritten 15, 16 versehen, wobei mit 15 die Schneiddurchtritte in dem rotierenden Messer 6 und mit 16 die Schneiddurchtritte in dem feststehenden Messer 5 bezeichnet sind.

Die Schneiddurchtritte 15, 16 sind als längliche Schlitze ausgebildet und in den Messern 5, 6 in übereinanderliegenden Halbmesser-Bereichen angeordnet, so daß die Schneiddurchtritte 15, 16 in bestimmten Winkelstellungen der Messer 5, 6 durch­ lässig sind, d. h. sich überlappen. Die in dem feststehenden Messer 5 angeordneten Schneiddurchtritte 16 sind so ausge­ richtet, daß deren Längsachsen 17 einen Kreisbogen schneiden, der konzentrisch zur Drehachse des rotierenden Messers 6 an­ geordnet ist, wohingegen die Schneiddurchtritte 15 in dem rotierenden Messer 6 radial ausgerichtet sind. Wenn die Messer 5, 6 eine Winkelstellung zueinander haben, in der die Überlap­ pung der Schneiddurchtritte 15, 16 maximal ist, verkleinert sich der Überlappungsbereich anschließend wieder wie zwischen den Flügeln einer Schere. Das zu schneidende Material wird dabei von den rotierenden Schneiddurchtritten 15 gegen die schrägen Schneidkanten 18 der festen Schneiddurchtritte 16 gedrückt. Wie dies den Zeichnungen andeutungsweise zu entneh­ men ist, verjüngen sich die Schneiddurchtritte 16 des festen Messers 5 in Förderrichtung des zu pumpenden Mediums.

Der Drehsinn des rotierenden Messers 6 ist von der in Fig. 3 gezeigten Ansicht aus gesehen, d. h. aus der Richtung des Pumpenrotors 3 betrachtet gegen den Uhrzeigersinn.

Bezugszeichenliste

1

Pumpengehäuse

2

Pumpenstator

3

Pumpenrotor

4

Saugstutzen

5

feststehendes Messer

6

rotierendes Messer

7

Flanschverbindung

8

Innensechskantschraube

9

Elastomerkörper

10

Übergangsstück

11

Stirnseite des Pumpenrotors

12

zentrale Bohrung

13

Kragen

14

umlaufender Steg

15

,

16

Schneiddurchtritte

17

Längsachsen

18

Schneidkanten

Claims (9)

1. Zerkleinerungspumpe zur Förderung von Feststoffen enthal­ tendem Abwasser, als rotierende Verdrängerpumpe mit einem Elektromotor, mit einem Pumpengehäuse, mit einem fest­ stehenden Pumpenstator und einem exzentrisch gelagerten Pumpenrotor sowie mit einer Zerkleinerungseinrichtung bestehend aus wenigstens einem feststehenden und wenig­ stens einem rotierenden Messer, wobei der Pumpenrotor und das rotierende Messer der Zerkleinerungseinrichtung von einer welle des Elektromotors angetrieben werden, wobei die Zerkleinerungseinrichtung unmittelbar an die Saugseite des Pumpengehäuses angeschlossen ist oder im Bereich der Saugseite des Pumpengehäuses in dieses integriert ist und das rotierende Messer der Zerkleinerungseinrichtung über das von der Antriebswelle des Elektromotors abliegende Ende des Pumpenrotors angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Messer (5, 6) als übereinanderliegende Scheiben ausgebildet sind, die in wenigstens einer Winkelstellung des rotierenden Messers (6) in etwa konzentrisch zueinander angeordnet sind, daß die Messer (5, 6) jeweils sich zumindest teilweise radial erstreckende Schlitze oder Spalte als Schneiddurchtritte aufweisen, die sich in wenigstens einer Winkelstellung des rotierenden Messers (6) wenigstens teilweise überlap­ pen, und daß die Schneiddurchtritte (15, 16) eines der Messer so angeordnet sind, daß ihre Längsachsen (17) einen konzentrisch zum Mittelpunkt der Scheiben (5, 6) verlau­ fenden Kreisbogen schneiden, wohingegen die Längsachsen der Schneiddurchtritte (15, 16) des gegenläufigen Messers (5, 6) radial verlaufen.

2. Zerkleinerungspumpe nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das rotierende Messer (6) in Förderrichtung des zu pumpenden Mediums stromabwärts an­ geordnet ist.

3. Zerkleinerungspumpe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Schneiddurchtritte (16) des stehenden Messers stromabwärts verjüngen und abgeschrägte Schneidkanten (18) bilden.

4. Zerkleinerungspumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dreh­ sinn des rotierenden Messers (16) und die Ausrichtung der Längsachsen der Schneiddurchtritte zueinander so gewählt sind, daß in die Schneiddurchtritte (15, 16) eindringende Feststoffe in Richtung der Drehachse transportiert werden.

5. Zerkleinerungspumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mes­ ser (5, 6) zwischen sich einen Spalt bilden, dessen Tiefe in axialer Richtung einstellbar ist.

6. Zerkleinerungspumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das ro­ tierende Messer (6) über ein Übergangsstück (11) mit der Stirnseite des Pumpenrotors (3) verbunden, vorzugsweise verschraubt ist.

7. Zerkleinerungspumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das ro­ tierende Messer (6) unter Zwischenlage eines Elastomerkör­ pers (9) mit dem Pumpenrotor (3) verschraubt ist.

8. Zerkleinerungspumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mes­ ser (5, 6) in einem saugseitig der Pumpe vorgesehenen konischen Stutzen angeordnet sind.

9. Zerkleinerungspumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Exzenterschneckenpumpe ausgebildet ist.