EP1554497A1 - Tauchmotorpumpe mit frostschutzeinrichtung - Google Patents

Tauchmotorpumpe mit frostschutzeinrichtung

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EP1554497A1
EP1554497A1 EP03790739A EP03790739A EP1554497A1 EP 1554497 A1 EP1554497 A1 EP 1554497A1 EP 03790739 A EP03790739 A EP 03790739A EP 03790739 A EP03790739 A EP 03790739A EP 1554497 A1 EP1554497 A1 EP 1554497A1
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EP
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shaft
housing
impeller
elastic
frost
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Dieter Hoffmeier
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Oase Pumpen Wuebker Soehne GmbH and Co Maschinenfabrik
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Oase Pumpen Wuebker Soehne GmbH and Co Maschinenfabrik
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    • F04D29/586—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for liquid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D13/00—Pumping installations or systems
    • F04D13/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D13/06—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
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    • F04D13/086—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven for submerged use the pump and drive motor are both submerged
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/426—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for liquid pumps

Definitions

  • the present invention relates to a submersible motor pump with a housing, with a suction nozzle attached to the housing, with an impeller arranged in the suction nozzle for generating a suction flow and for transporting a fluid to an output connection, the impeller being mounted on a shaft which is connected to is connected to a motor, and with a can into which the shaft extends.
  • Ceramic waves are known to be sensitive to pressure acting on them and to be easily broken. Nevertheless, ceramic shafts are preferred in known submersible pumps because of numerous other beneficial properties.
  • the non-frost-proof liquid medium freezes down from one surface.
  • a submersible pump hibernates in a garden pond can freeze it in a frost period.
  • pond water which has remained in the housing after the last pumping operation or has subsequently penetrated into the housing spaces. This water runs slowly from top to bottom and exerts pressure on the wave, which is generally horizontal. If the ice formation in the housing continues downwards and the water extends below the suction port arranged laterally and concentrically to the shaft, the actual risk of frost breakage begins for the shaft and in particular for the ceramic shaft.
  • the object of the present invention is therefore to provide a submersible motor pump which can remain in a liquid and freezing medium even in frosty times without being damaged.
  • the object is achieved according to the invention in that a frost protection device for the shaft is arranged in the housing.
  • the frost protection device protects the shaft as much as possible against frost damage and especially against frost-related breakage.
  • frost protection device is mounted in an elastic bushing when it enters the can. As a result, prints can be caught across a shaft axis X.
  • the frost protection device comprises a water displacement body, which is arranged concentrically to the shaft or shaft axis X in free spaces.
  • a water displacement body which is arranged concentrically to the shaft or shaft axis X in free spaces.
  • the water displacement body occupies a space in which the liquid medium and in particular the freezable pond water would otherwise accumulate and exert pressure on the shaft. The water displacement body therefore keeps the water away from the wave.
  • impeller is elastically attached to the shaft. Such an elastic attachment takes place e.g. with an elastomer.
  • Yet another advantage is that the deepest point of a water-absorbing area, usually a closed drain opening below the impeller, is closed with an elastic membrane that can expand in frost to remove ice pressure from the shaft.
  • FIG. 1 shows a schematic view in longitudinal section through a submersible motor pump with an anti-freeze device according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 shows a schematic detailed view from FIG. 1, which shows an elastic membrane in the expanded state in the right half and in the non-expanded state in the left half;
  • FIG. 3 shows a schematic detailed view from FIG. 1, which shows an elastic impeller fastening
  • FIG. 4 shows a schematic view in longitudinal section through a further submersible motor pump with an anti-freeze device according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 5 shows a schematic view in longitudinal section through a further submersible motor pump with an anti-freeze device according to a third embodiment of the present invention
  • a submersible motor pump 1 is shown schematically in longitudinal section in a working or operating position.
  • a housing 3 is connected on one end face (left side in FIG. 1) to a suction nozzle 5.
  • the suction nozzle 5 is part of a suction housing 7, on which a pump nozzle 9 and an outlet nozzle 11 are also formed.
  • an impeller 13 is arranged in operative connection with the suction nozzle 5 and the pump nozzle 9, which is fixed on a shaft and in particular on a ceramic shaft 15.
  • the ceramic shaft 15 has a shaft axis X which, in the illustrated working position, extends in a substantially horizontal direction into a can 17 which is arranged in the housing 3.
  • the ceramic shaft 15 is supported at the junction between the suction housing 7 and the can 17 in a ceramic bearing 19, which in turn is supported in an elastic bushing 20.
  • a water displacement body 23 is formed concentrically on the ceramic shaft 15 and fills a constructive free space.
  • the water displacement body 23 has the same radial extension from the shaft axis X as does the rotor 21, so that an approximately uniform air gap 25 is formed between an inner wall of the can 17 and the rotor 21 or the water displacement body 23, which for example has a width of Can have 0.2 mm.
  • the outlet connection 11 is located at the deepest point of the water or another liquid-absorbing area of the submersible pump 1 and is separated in the vertical direction with an elastic membrane 25 with respect to this area.
  • FIG. 2 it is shown how the elastic membrane 25 is not deformed under normal pressure conditions of the water or other liquid medium.
  • the right half shows how the elastic membrane 25 is deformed under ice pressure during frost.
  • the impeller 13 is also elastically attached to the ceramic shaft 15.
  • an elastic impeller attachment 27 is shown, which holds the impeller on the ceramic shaft 15.
  • the elastic impeller fastening 27 is an elastomer, which is formed between an accommodating sleeve 29 of the impeller 13 and the ceramic shaft 15 as an inner sleeve 31 and extends over a distance of the ceramic shaft 15 in the direction of the shaft axis X.
  • Each of the frost-protecting features of elastic bushing 19, water displacement body 23, elastic membrane 25 and elastic impeller attachment 27 improves the frost protection for a submersible pump 1.
  • the frost protection is further optimized by combining the aforementioned individual features. In other embodiments, therefore, only some of the aforementioned features protecting against frost or any combination thereof can be used in a submersible pump 1.
  • FIG. 4 schematically shows a submersible motor pump 10 according to a second embodiment in longitudinal section in a working or operating position.
  • a housing 30 is connected at one end (left side in FIG. 4) to a suction nozzle 50.
  • the suction nozzle 50 is part of a suction housing 70, on which a pump nozzle 90 is also formed.
  • An impeller 130 which is fastened on a shaft and in particular on an oxide ceramic shaft 150, is arranged in the suction housing 70 in operative connection with the suction nozzle 50 and the pump nozzle 90.
  • the oxide ceramic shaft 150 has a shaft axis X which, in the illustrated working position, extends in a substantially horizontal direction into a can 170 which is arranged in the housing 30.
  • the impeller 130 can also be fastened to the oxide ceramic shaft 150, as is shown in FIG. 3 for the first embodiment.
  • the suction housing 70 is preceded by an annular space 190 in the direction of the suction nozzle 150.
  • the suction nozzle 150 is screwed onto the suction housing 70 with the annular space 190.
  • a water displacement body 210 is arranged in the annular space 190, the z. B. is a closed cell foam or similar material known in the art. Z is conceivable. B. also an air-filled membrane, similar to an expansion vessel in heating.
  • the annular space 190 is connected to the interior of the suction housing 70 by channels or slots 230. These slots 230 are distributed on the inside adjacent to the circumference of the suction housing 70. A water pressure can escape through the slots 230 into the annular space 190.
  • the submersible pump 10 can freeze in various spatial positions without being damaged by the water ice pressure.
  • the frost protection device also includes an annular space 1900. However, this is arranged between the suction housing 70 and the can 170. In the annulus 1900 is the water displacement body 210, which can be of the same design as in the second embodiment.
  • the annular space 1900 is connected via channels or slots 2300 on the one hand to the internal neren of the can 170 and on the other hand connected to the inside of the suction housing 70.
  • the slots 2300 are also arranged on the inside adjacent to the circumference of the suction housing 70 or of the can 170. In this way, the water / ice pressure can escape both from the can 170 and from the suction housing and the submersible pump can freeze in different spatial positions without suffering frost damage.
  • the third embodiment is suitable for so-called wet rotor motors in which the can 170 is filled with water.

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Description

Tauchmotorpumpe mit Frostschutzeinrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Tauchmotorpumpe mit einem Gehäuse, mit einem an dem Gehäuse angebrachten Saugstutzen, mit einem in dem Saugstutzen angeordneten Laufrad zur Erzeugung einer Saugströmung und zum Transportieren eines Fluids zu einem Ausgabeanschluss hin, wobei das Laufrad auf einer Welle gelagert ist, die mit einem Motor verbunden ist, und mit einem Spaltrohr, in das sich die Welle hinein erstreckt.
Solche Tauchmoto umpen sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Wenn diese in einem Teich oder einem flüssigen Medium in nicht frostgeschützten Verhältnissen angeordnet werden, müssen sie in der Winterzeit von ihrem Standort genommen und frostsicher aufbewahrt werden. In einer Tauchpumpe ist in der Regel ein Laufrad über eine Keramikwelle mit einem Motor verbunden, der das Laufrad während des Pumpbetriebes antreibt.
Es ist bekannt, dass Wellen aus Keramik gegenüber auf sie wirkenden Drucken empfindlich sind und leicht brechen können. Dennoch werden Keramikwellen in bekannten Tauchpumpen wegen zahlreicher anderer günstiger Eigenschaften bevorzugt.
Im Winter friert das nicht frostsichere flüssige Medium von einer Oberfläche ausgehend nach unten durch. Wenn z.B. eine Tauchmotorpumpe in einem Gartenteich überwintert, kann diese in einer Frostperiode einfrieren. In einer solchen Tauchmotorpumpe befindet sich Teichwasser, das nach dem letzten Pumpbetrieb im Gehäuse verblieben ist oder nachträglich in die Gehäuseräume eingedrungen ist. Dieses Wasser f iert von oben nach unten langsam durch und übt auf die in der Regel horizontal liegende Welle einen Druck aus. Wenn sich die Eisbildung im Gehäuse nach unten fortsetzt auch das Wasser unterhalb des seitlich und konzentrisch zur Welle angeordneten Saugstutzens ausdehnt, beginnt die eigentliche Frost-Bruchgefahr für die Welle und insbesondere für die Welle aus Keramik.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, eine Tauchmotorpumpe zu schaffen, die auch in Frostzeiten in einem flüssigen und zufrierenden Medium verbleiben kann, ohne Schaden zu nehmen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in dem Gehäuse eine Frostschutz- einrichtung für die Welle angeordnet ist.
Die Frostschutzeinrichtung schützt die Welle weitestgehend vor Frostschäden und insbesondere gegen einen frostbedingten Bruch.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Frostschutzeinrichtung beim Eintritt in das Spaltrohr in einer elastischen Buchse gelagert ist. Dadurch können Drucke quer zu einer Wellenachse X aufgefangen werden.
Ein weiterer Vorteil besteht auch darin, dass die Frostschutzeinrichtung einen Wasserverdrängungskörper urnfasst, der konzentrisch zur Welle oder Wellenachse X in Freiräumen angeordnet ist. Insbesondere gibt es in Abhängigkeit von der Wellenlänge einen großen Freiraum im Spaltrohr zwischen der elastischen Buchse und einem einen Rotor bildenden Teil des Motors. Der Wasserverdrängungskörper nimmt einen Raum ein, in welchem sich sonst das flüssige Medium und insbesondere das frierfähige Teichwasser ansammeln würde und einen Druck auf die Welle ausüben würde. Der Wasserverdrängungskörper hält also das Wasser von der Welle fern.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das Laufrad an der Welle elastisch befestigt ist. Eine solche elastische Befestigung erfolgt z.B. mit einem Elastomer.
Noch einer weiterer Vorteil besteht darin, dass die tiefste Stelle eines Wasser aufnehmenden Bereich, in der Regel eine verschlossene Ablaufoffhung unterhalb des Laufrades, mit einer elastischen Membrane verschlossen ist, die sich bei Frost ausdehnen kann, um einen Eisdruck von der Welle zu nehmen.
Eine Ausfuhrungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht im Längsschnitt durch eine Tauchmotorpumpe mit einer Frostschutzeinrichtung gemäß einer ersten Ausful-rungsform der vorliegenden Erfindung; Fig. 2 eine schematische Detailansicht aus Fig. 1, welche eine elastische Membrane im ausgedehnten Zustand in der rechten Hälfte und im nicht ausgedehnten Zustand in der linken Hälfte zeigt;
Fig. 3 eine schematische Detailansicht aus Fig. 1, welche eine elastische Laufradbefestigung zeigt;
Fig. 4 eine schematische Ansicht im Längsschnitt durch eine weitere Tauchmotorpumpe mit einer Frostschutzeinrichtung gemäß einer zweiten Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung ;
Fig. 5 eine schematische Ansicht im Längsschnitt durch eine weitere Tauchmotorpumpe mit einer Frostschutzeinrichtung gemäß einer dritten Ausf lirungsform der vorliegenden Erfindung ;
In Fig. 1 ist schematisch eine Tauchmotorpumpe 1 im Längsschnitt in einer Arbeits- oder Betriebsposition dargestellt. Ein Gehäuse 3 ist an einer Stirnseite (linke Seiten in Fig. 1) mit einem Saugstutzen 5 verbunden. Der Saugstutzen 5 ist ein Teil eines Sauggehäuses 7, an dem auch ein Pumpstutzen 9 und ein Auslassstutzen 11 ausgebildet sind. In dem Sauggehäuse 7 ist in Wirkverbindung mit dem Saugstutzen 5 und dem Pumpstutzen 9 ein Laufrad 13 angeordnet, das auf einer Welle und insbesondere auf einer Keramikwelle 15 befestigt ist. Die Keramikwelle 15 hat eine Wellenachse X, die sich in der dargestellten Arbeitsposition in einer im wesentlichen horizontalen Richtung in ein Spaltrohr 17 erstreckt, das im Gehäuse 3 angeordnet ist. Die Keramikwelle 15 ist an der Verbindungsstelle zwischen Sauggehäuse 7 und Spaltrohr 17 in einem Keramiklager 19 gelagert, das wiederum in einer elastischen Buchse 20 gelagert ist. Zwischen dem Keramiklager 19 und einem auf der Keramikwelle 25 im Spaltrohr 17 sitzenden Rotor 21 ist ein Wasserverdrängungskörper 23 konzentrisch an der Keramikwelle 15 ausgebildet, der einen konstruktiven Freiraum füllt. Vorzugsweise hat der Wasserverdrängungskörper 23 die gleiche radiale Erstreckung von der Wellenachse X wie auch der Rotor 21, so dass ein in etwa gleichförmiger Luftspalt 25 zwischen einer Innenwand des Spaltrohres 17 und dem Rotor 21 bzw. dem Wasserverdrängungskörper 23 gebildet wird, der beispielsweise eine Breite von 0,2 mm haben kann. Der Auslassstutzen 11 befindet sich an der tiefsten Stelle des Wasser oder ein anderes flü- siges Medium aufnehmenden Bereichs der Tauchmotorpumpe 1 und ist mit einer elastischen Membrane 25 gegenüber diesem Bereich in vertikaler Richtung abgetrennt. In Fig. 2 ist auf der linken Hälfte dargestellt, wie die elastische Membrane 25 unter normalen Druckverhältnissen des Wassers oder sonstigen flüssigen Mediums unverformt ist. Auf der rechten Hälfte ist dargestellt, wie die elastische Membrane 25 unter Eisdruck bei Frost verformt wird.
Das Laufrad 13 ist an der Keramikwelle 15 auch elastisch befestigt. In Fig. 3 ist eine elastische Laufradbefestigung 27 dargestellt, welche das Laufrad an der Keramikwelle 15 hält. Die elastische Laufradbefestigung 27 ist in der vorliegenden Ausführungsform ein Elastomer, das zwischen einer Aufnahmehülse 29 des Laufrades 13 und der Keramikwelle 15 als Innenhülse 31 ausgebildet ist und sich über eine Strecke der Keramikwelle 15 in Richtung der Wellenachse X erstreckt.
Jedes der vor Frost schützenden Merkmale von elastischer Buchse 19, Wasserverdrän- gungskörper 23, elastische Membrane 25 und elastische Laufradbefestigung 27 für sich verbessert den Frostschutz für eine Tauchmotorpumpe 1. Durch die Zusammenfügung der vorgenannten Einzelmerkmale wird der Frostschutz weiter optimiert. In anderen Ausführungsformen können daher auch nur einzelne der vorgenannten vor Frost schützenden Merkmale oder beliebige Kombinationen derselben in einer Tauchmotorpumpe 1 eingesetzt werden.
Die Wahl der für die im vorher gehenden Absatz genannten Merkmale verwendeten elastischen Materialien ist abhängig von den zu erwartenden Minustemperaturen. So können alle im Stand der Technik bekannten elastomeren Materialien verwendet werden, die formstabil und wasserfest sind und auch bei Minustemperaturen ihre elastische Eigenschaft nicht verlieren. Solche elastischen Materialien sind aus dem Stand der Technik bekannt und umfassen nur beispielsweise elastomere Materialien, wie natürliche oder synthetische Gummis und Gummimischungen.
In Fig. 4 ist schematisch eine Tauchmotorpumpe 10 gemäß einer zweiten Ausführungs- form im Längsschnitt in einer Arbeits- oder Betriebsposition dargestellt. Ein Gehäuse 30 ist an einer Stirnseite (linke Seite in Fig. 4) mit einem Saugstutzen 50 verbunden. Der Saugstutzen 50 ist ein Teil eines Sauggehäuses 70, an dem auch ein Pumpstutzen 90 ausgebildet ist. In dem Sauggehäuse 70 ist in Wirkverbindung mit dem Saugstutzen 50 und dem Pumpstutzen 90 ein Laufrad 130 angeordnet, das auf einer Welle und insbesondere auf einer Oxidkeramikwelle 150 befestigt ist. Die Oxidkeramikwelle 150 hat eine Wellenachse X, die sich in der dargestellten Arbeitsposition in einer im wesentlichen horizontalen Richtung in ein Spaltrohr 170 erstreckt, das im Gehäuse 30 angeordnet ist.
Das Laufrad 130 kann an der Oxidkeramikwelle 150 ebenso befestigt sein, wie dies in Fig. 3 für die erste Ausfuhxungsform dargestellt ist.
In der zweiten Ausführungsform in Fig. 4 ist dem Sauggehäuse 70 ein Ringraum 190 in Richtung des Saugstutzens 150 vorgelagert. Der Saugstutzen 150 ist in der zweiten Ausführungsform mit dem Ringraum 190 auf das Sauggehäuse 70 aufgeschraubt. Andere Verbindungen sind aber auch denkbar. In dem Ringraum 190 ist ein Wasserverdrängungskörper 210 angeordnet, der z. B. ein Schaum mit geschlossenen Zellen oder ein ähnliches Material ist, das aus dem Stand der Technik bekannt ist. Vorstellbar ist z. B. auch eine luftgefüllte Membrane, ähnlich einem Ausdehnungsgefäß bei Heizungen.
Der Ringraum 190 ist mit dem Inneren des Sauggehäuses 70 durch Kanäle oder Schlitze 230 verbunden. Diese Schlitze 230 sind innen angrenzend am Umfang des Sauggehäuses 70 verteilt. Ein WasserVEisdruck kann durch diese Schlitze 230 in den Ringraum 190 ausweichen. Die Tauchpumpe 10 kann in dieser Ausführungsform in verschiedenen räumlichen Lagen einfrieren, ohne durch den WasserTEisdruck beschädigt zu werden.
In Fig. 5 ist schematisch eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Tauchpumpe 10 dargestellt. Die Tauchpumpe 1 ist mit Ausnahme der Frostschutzeinrichtung identisch mit der Tauchpumpe 10 der zweiten Ausführungsform, so daß auf eine weitere allgemeine Beschreibung verzichtet wird. Gleiche Bauteile behalten die Bezugszeichen der ersten und zweiten Ausfuhrungsform^ Die Frostschutzeinrichtung umfaßt in dieser dritten Ausführungsform auch einen Ringraum 1900. Dieser ist aber zwischen dem Sauggehäuse 70 und dem Spaltrohr 170 angeordnet. In dem Ringraum 1900 befindet sich der Wasserverdrängungskörper 210, der ebenso beschaffen sein kann, wie in der zweiten Ausführungsform. Der Ringraum 1900 ist über Kanäle oder Schlitze 2300 einerseits mit dem In- neren des Spaltrohres 170 und andererseits mit dem inneren des Sauggehäuses 70 verbunden. Die Schlitze 2300 sind auch hier innen angrenzend an den Umfang des Sauggehäuses 70 bzw. des Spaltrohrs 170 angeordnet. Auf diese Weise kann der Wasser-/ Eisdruck sowohl aus dem Spaltrohr 170 als auch aus dem Sauggehäuse entweichen und die Tauchpumpe kann in verschiedenen Raumlagen einfrieren, ohne einen Frostschaden zu erleiden.
Die dritte Ausfuhrungsform ist geeignet für sogenannte Naßläufermotoren, bei denen das Spaltrohr 170 mit Wasser gefüllt ist.

Claims

Patentansprüche
1. Taucmnotorpumpe mit einem Gehäuse, mit einem an dem Gehäuse angebrachten Saugstutzen, mit einem in dem Saugstutzen angeordneten Laufrad zur Erzeugung einer Saugströmung und zum Transportieren eines Fluids zu einem Ausgabeanschluss hin, wobei das Laufrad auf einer Welle gelagert ist, und mit einem Spaltrohr, in das sich die Welle hinein erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (3) eine Frostschutzeinrichtung (19, 23, 25, 27) für die Welle (15) angeordnet ist.
2. Tauchmotorpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Frostschutzeinrichtung (19, 23, 25, 27) eine elastische Buchse (19) aufweist, in der ein Lager (19) die Welle (15) am Eintritt in das Spaltrohr (17) gelagert ist und in einem sich konzentrisch um die Welle (15) erstreckenden Freiraum ein Wasserverdrängungskörper (23) angeordnet ist.
3. Tauchmotorpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Frostschutzeinrichtung (19, 23, 25, 27) eine elastische Laufradbefestigung (27) aufweist.
4. Tauchmotorpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an einer in Betriebsposition tiefsten Stelle (11) eine elastische Membrane (25) angeordnet ist, die sich bei Eisdruck ausdehnen kann und dadurch den Eisdruck auf die Welle (15) vermindert.
5. Tauchmotorpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (15). eine Keramikwelle ist. - . •
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