JP6345246B2 - 内側ケーシング、外側ケーシング、およびそれらの間の充填材料からなるプラスチックポンプハウジング - Google Patents

Description

本発明は、遠心ポンプ用ハウジング、および遠心ポンプ用ハウジングを製造するための方法に関する。

遠心ポンプ用ハウジングは、種々の実施形態において知られている。用いられる条件、すなわち、作動圧力、送り出される媒体、媒体の温度、などに応じて、このハウジングは、特別の材料から製造されている。このハウジングの静的な構造設計も、同じように使用領域に大きく依存している。

本発明は、腐食性媒体の領域におけるポンプハウジングであって、これらの種類の送り出される媒体によって腐食されない材料が用いられることが意図されている、ポンプハウジングに関する。

腐食保護の単純な形態の代表として、ライナーポンプとして知られるポンプが挙げられる。これらのポンプでは、媒体と接触するポンプの内側領域が、プラスチックによってライニングされている。このハウジングは、状況によって、その外部が依然として腐食にさらされるという欠点を有している。特許文献１は、ポンプハウジングのこのようなライニングを開示している。このライニングは、強化要素を備えている。ここでは、外側ハウジングは、従来設計のままである。ハウジング内に生じる差圧は、ライナーが離脱するおそれがあることを意味している。

プラスチックによって全体的に製造されるハウジングでは、ライナー離脱が生じることもないが、該ハウジングがより複雑な形態にある場合、その製造に著しい労力が必要である。特許文献２は、例えば、多数の部品からなるプラスチックのハウジングであって、摩耗部品の交換を容易にするように分割されている、ハウジングを示している。

特許文献３は、プラスチック製内側ハウジングを有するハウジングであって、該ハウジングの外側ハウジングが、有利には、内側ハウジングの交換が容易に達成されることを意図して、分解可能になっている、ハウジングを示している。この場合、内側ハウジングと外側ハウジングとは、互いに向き合って配置され、形状嵌合されている。全体的に皮膜が施される場合、ハウジングと皮膜との間に腐食が生じるおそれがあり、その結果、皮膜が離脱することがある。もし皮膜が損傷したなら、ハウジングも腐食することになる。

特許文献４は、ゴム製耐摩耗インサートを有する、粗粒材料をポンプ送給するための耐摩耗性遠心ポンプを記載している。このゴム製耐摩耗インサートは、互いに隣接して配置された多数の（アンカーによって係留される輪郭を有する）帯片からなっている。

欧州特許出願公開第０２０６０３１Ａ１号明細書 欧州特許出願公開第１９７２７８８Ａ１号明細書 欧州特許第０７９７７３７Ｂ１号明細書 独国特許第１０９６７５３号明細書

本発明の目的は、プラスチック製ポンプハウジングであって、送り出される媒体に面する第１の側を備える第１のケーシングと環境に面する第２の側を備える第２のケーシングとを有している、プラスチック製ポンプハウジングを提供することにある。このポンプハウジングは、安定していることおよび安価に製造可能であることが意図されている。

この目的は、該ポンプハウジングにおいて、第１および第２のケーシングが、各々、寸法的に安定して形作られ、第１のケーシングと第２のケーシングとの間に空間が存在することによって、達成されることになる。これによって、２つのケーシングを互いに独立して作製することができるという利点が得られる。特に、それぞれの輪郭を有するプラスチック部品を単純な積層プロセスによって作製することができる。何故なら、ハウジングの内側形状とハウジングの外側形状とが互いに独立しているからである。第１のケーシングと第２のケーシングとの間の空間に、充填材料が設けられる。この充填材料は、第１に、２つのケーシングを互いに支えることになる。加えて、充填材料は、２つのケーシング間に生じる可能性のある振動が充填材料の減衰によって低減されるように、選択されるとよい。さらなる可能性として、２つのケーシング間の熱伝達が対応する熱絶縁性充填材料によって抑制されることが挙げられる。

本発明の一改良例では、ポンプハウジングの第１のケーシングおよび／または第２のケーシングは、セグメントから作製されるようになっている。これによって、個々の部分を容易に作製することができるという利点が得られる。個々のセグメントは、その形状がアンダーカットを全く有しないように設計されているとよい。

本発明のさらなる改良例では、充填材料は、自己発泡性発泡体、特に、圧力を増大させる必要もなく発泡する発泡体である。自己発泡性発泡体の利点は、前述したように圧力を増大させる必要もなく発泡することにある。その結果、ケーシングの損傷が回避される。さらなる利点は、もしすでに発泡した発泡体が用いられた場合に必要になる発泡体コアの面倒な機械加工を必要としないことにある。さらに、自己発泡性エポキシ樹脂発泡体は、従来の発泡体、例えば、ポリウレタン発泡体と比較して、極めて良好な機械的特性を有している。さらに、自己発泡性エポキシ樹脂発泡体は、安価である。

さらなる改良例では、個々のセグメントは、接続フランジによって互いに接続可能になっている。接続フランジによって、個々のセグメントの正確な嵌合配置が可能になる。これは、最適な流体圧機能にとって必要である。加えて、ハウジングを全体として密封するシール装置が、接続フランジ内に組み込まれていてもよい。

必要に応じて、安定化要素が、接続フランジ内に組み込まれていてもよい。

さらなる改良例では、ハウジングの全体に十分な安定性を与える強化要素が、第１のケーシングと第２のケーシングとの間の空間に設けられている。特に、引張力と圧縮力の両方を伝達する接続要素が、２つのケーシング間に設けられていてもよい。

さらなる改良例では、第１のケーシングおよび／または第２のケーシングは、繊維強化複合材料から作製されている、繊維は、ガラス、炭素、ボロン、またはアラミドからなっている。関連する素地系は、熱可塑性プラスチック、例えば、ＰＰ、ＰＡ、ＰＥ、ＰＣ、ＳＡＮ、ＰＢＴ、ＰＰＳ、など、または熱硬化性プラスチック、例えば、ＥＰ、ＵＰ、ＶＥ、ＰＥ、ＰＵ、または繊維を埋設させる同等のプラスチックからなっている。その結果、ポンプのそれぞれの用途に対して理想的に適合されたポンプハウジングの設計上の解決策を見出すことができる。この設計では、ポンプの送達ヘッドに依存する圧縮負荷、ハウジングに作用する振動、および（特別な化学的または熱的安定性が必要になる）送り出される媒体の影響が考慮されることになる。

特に有利な改良例では、ポンプハウジングは、多数の幾何学的に同一のセグメントから構成可能になっている。これによって、ハウジングの製造が極めて容易になる。多数の同一のセグメントは、並行して作製可能である。多様化の目的から、特別のポンプの特性を考慮する特別のセグメントがハウジングの全体内に組み込まれてもよい。従って、実質的にどのような所望の用途領域にも適合可能な極めて多数の異なるポンプハウジングを、該特別の部分を追加することによって、標準化されたセグメントの在庫品から製造することができる。

本発明によって製造されるポンプハウジングは、プラスチック部品と金属構成要素との組合せとして構成されてもよい。これらは、いずれもポンプハウジングの外側および内側の両方に設けられるとよい。送り出される媒体に面するポンプハウジングの内側は、（現場において施される）該媒体に不浸透性の皮膜を有しているとよい。例えば、ゲルコート皮膜によって、表面は、流体不浸透性になり、特になめらかになり、個々の繊維が露出しないように防ぐことになる。同様に、送り出される媒体に対して極めて安定しており、機械的または化学的に反応しない表面が設けられてもよい。例えば、飲料水に適する付加的な皮膜が設けられてもよい。また、摩滅を低減させる効果を有する他の皮膜が設けられてもよい。

さらに、本発明は、前述のポンプハウジングを製造する方法に関する。この方法では、
第１のステップにおいて、ハウジングの幾何学的形状が確定され、該ステップにおいて、構造設計の通常規則に基づく流体的および機械的に最適な形状が決定されるようになっており、続いて、さらなるステップにおいて、この幾何学的形状がセグメントに、各セグメントにアンダーカットが存在しないように、分割されるようになっている。これは、コアを有する鋳込み型を用いる複雑な方法または構成部品の再加工を回避することによって、セグメントの製造を簡素化することになる。次のステップにおいて、個々のセグメントが複合材料から作製され、該ステップにおいて、接続フランジが形成されるようになっている。次のステップにおいて、セグメントが互いに接合され、ハウジング構成要素を形成し、該ステップにおいて、その都度、第１のケーシングおよび第２のケーシングが、第１のケーシングと第２のケーシングとの間に空間が生じるように、形成されようになっており、さらなるステップにおいて、該空間に充填材料が設けられることになる。

本発明を例示的実施形態に基づいてさらに詳細に説明する。図面は、液体処理を行なうための本発明による装置を示している。

本発明による遠心ポンプハウジングを示す図である。 図１から切り取った部分の詳細を示す図である。

本発明による遠心ポンプハウジングが図１に示されている。このハウジングは、個々のケーシング１，２から構成されている。これらのケーシング１，２は、繊維強化プラスチック、例えば、エポキシ樹脂またはビニルエステル樹脂を含むガラス繊維布から作製されている。これらのケーシングの個々の部分は、通常の積層プロセス、特にこのケーシングに適する手作業の積層プロセス、トランスファー成形（ＲＴＭ）プロセス、反応射出成形プロセス、または真空注入プロセスによって作製されている。これらのプロセスは、いずれも、型内において、可能な限り介在物または気泡を含まない略１０ｍｍ厚みのケーシングを作製することが意図されている。型に面する側の表面は、極めて滑らかになっており、この理由から、この表面は、再加工することなくまたは殆ど再加工することなく、ポンプチャンバ用の表面およびケーシング間の接触表面の両方として用いることができる。該ケーシングの反対側の表面は、粗い傾向にあるが、どのようなさらなる加工も行なう必要がない。ケーシング１，２は、２つの粗面が互いに向き合うように接続される。この場合、接続は、離脱可能であってもよいし、または恒久的であってもよい。外側ケーシング１と内側ケーシング２との間に生じた空洞に、発泡体３が充填されることになる。この発泡体は、好ましくは、粗面に接合され、圧力を増大させる必要もなく発泡するものである。この目的のために、好ましくは、ポリウレタン発泡体またはエポキシ樹脂発泡体が用いられることになる。

ハウジングの上部は、一部品設計であるが、ハウジングの下部は、多数のセグメント６から作製されている。セグメント６は、所望のポンプチャンバ４を形成するような大きさに切断されている。個々のセグメントの幾何学的形状は、どのようなアンダーカットも必要とせず、これによって、その製造が極めて容易になることが確実になっている。必要に応じて、特別に形作られたシール溝内に配置されるシール装置が、個々のセグメント６間に追加的に設けられているとよい。セグメントの接続は、ネジによって離脱可能に行なわれてもよいし、あるいは接着などによって非離脱可能に行なわれてもよい。

本発明によれば、ハウジングの下部のセグメント６は、同一部品が用いられるように設計されているとよい。例えば、縁に配置されるのに適するセグメントと、個々のポンプ段にポンプチャンバをもたらすセグメントとがある。ポンプ段の数に依存して、任意の数の後者のセグメントを前者のセグメント間に配置することができる。これらの部品自体は、同じように製造されるとよい。ハウジングの上部は、段の数に従って、各ポンプに適するように作製されねばならない。ハウジングの上部および下部は、有利には、シールを備えており、互いに離脱可能に接続されるようになっている。

ハウジングの上部内に設けられているのは、種々のインレイ８である。インレイ８は、ハウジング部の機械的な強化をもたらすように機能している。この例示的実施形態では、これらのインレイ８は、４０ｍｍ厚みの金属部として設計されている。これらの部品は、正確に位置決めされており、それぞれの位置は、生じる力の有利な分配および減衰の観点から選択されている。位置決めされたインレイ８は、セグメントに発泡体が設けられる前に、ハウジング部内の適所に積層される。同様に、隣接する構成要素への接続のためのフランジ７が、ハウジング内に組み込まれる。これらのフランジは、例えば金属部として、ケーシング１内に積層され、続いて、可能であれば、必要な孔が設けられる。

個々のセグメント６を積層型内において作製することによって、良好な嵌合精度が得られ、これによって、ポンプチャンバ４への分割リング５の嵌合を極めて容易にすることができる。ハウジングの最終的な組立の前に、分割リング５は、それぞれの位置に固定されるとよい。次いで、これらのリングは、完成したハウジング内に正確に嵌合かつ密封された状態で固定されることになる。

図１に示されているハウジングに留置構造体が設けられてもよい。これらの構造体も、金属部内への積層によって支持されるようになっている。例えば、ハウジング底面に、ハウジングの下部のセグメント６内の対応する金属インレイによって強化された直立足を設けることができる。

図２は、外側ケーシング１および内側ケーシング２からなるハウジングの上部を示している、介在する空間に発泡体３が充填されている。例えば、下部に固定するための種々の孔が、この詳細図に示されている。

１ 外側ケーシング
２ 内側ケーシング
３ 発泡体
４ ポンプチャンバ
５ 分割リング
６ セグメント
７ フランジ
８ インレイ

Claims (16)

1. 上部のハウジングと下部のハウジングで構成され、少なくとも一部がプラスチック製のポンプハウジングであって、前記上部のハウジングと下部のハウジングは、送り出される媒体に面する第１の側を備える第１のケーシング（２）と、環境に面する第２の側を備える第２のケーシング（１）とを有している、ポンプハウジングにおいて、
   前記第１および第２のケーシング（２，１）は、各々、寸法的に安定して形作られており、前記第１のケーシング（２）と前記第２のケーシング（１）との間に空間が存在しており、前記第１のケーシング（２）と前記第２のケーシング（１）との間の前記空間に充填材料（３）が設けられており、
   前記下部のハウジングは、前記第１のケーシング（２）および前記第２のケーシング（１）を互いに組み合わせてセグメント（６）が構成され、これら多数のセグメント（６）を接続して作製されている
   ことを特徴とする、ポンプハウジング。
2. 前記充填材料（３）は、自己発泡性発泡体、特に、圧力を増大させる必要もなく発泡する発泡体であることを特徴とする、請求項１に記載のポンプハウジング。
3. 前記充填材料（３）は、複合材料であることを特徴とする、請求項１または２に記載のポンプハウジング。
4. 前記個々のセグメント（６）は、各々、アンダーカットを有していないことを特徴とする、先行する請求項１〜３のいずれか１つに記載のポンプハウジング。
5. 前記個々のセグメント（６）は、接続フランジ（７）によって互いに接続可能になっていることを特徴とする、先行する請求項１〜４のいずれか１つに記載のポンプハウジング。
6. シール装置が、前記接続フランジ（７）内に組み込まれていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１つに記載のポンプハウジング。
7. 強化要素が、前記第１のケーシング（２）と前記第２のケーシング（１）との間の空間内に設けられていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１つに記載のポンプハウジング。
8. 前記第１のケーシング（２）および／または前記第２のケーシング（１）は、素地系および繊維を含む繊維強化複合材料から作製されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１つに記載のポンプハウジング。
9. 前記繊維は、ガラス、炭素、ボロン、またはアラミドからなっていることを特徴とする、請求項８に記載のポンプハウジング。
10. 前記素地系は、プラスチックからなっており、特に、熱可塑性または熱硬化性プラスチックからなっていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１つに記載のポンプハウジング。
11. ポンプハウジングは、多数の幾何学的に同一のセグメント（６）から構成可能になっていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１つに記載のポンプハウジング。
12. 安定化要素が、前記接続フランジ（７）内に設けられていることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１つに記載のポンプハウジング。
13. 前記ポンプハウジングは、プラスチック部品と金属構成要素との組合せとして製造されていることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１つに記載のポンプハウジング。
14. 流体不透過性皮膜、特に、エポキシ樹脂基皮膜が設けられていることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか１つに記載のポンプハウジング。
15. 請求項１〜１４のいずれか１つに記載のポンプハウジングを製造する方法において、第１のステップにおいて、前記ハウジングの幾何学的形状が確定され、該ステップにおいて、構造設計の通常規則に基づく流体的および機械的に最適な形状が決定されるようになっており、さらなるステップにおいて、この幾何学的形状がセグメント（６）に、各セグメント（６）にアンダーカットが存在しないように、分割され、次のステップにおいて、前記個々のセグメント（６）が複合材料から作製され、該ステップにおいて、接続フランジ（７）が形成されるようになっており、次のステップにおいて、前記セグメント（６）が互いに接合され、ハウジング構成要素を形成し、該ステップにおいて、第１のケーシング（２）および第２のケーシング（１）が、前記第１のケーシング（２）と前記第２のケーシング（１）との間に空間が生じるように、形成されようになっており、さらなるステップにおいて、前記空間に充填材料（３）が設けられることを特徴とする、方法。
16. 前記表面が、皮膜を設けることによって、特に、前記表面に１０μｍ未満の粗さをもたらす皮膜を設けることによって、加工されるようになっていることを特徴とする、請求項１５に記載のポンプハウジングを製造するための方法。
    

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