(57)【要約】  本発明は固形物質を含む汚染された液体をポンピングするためのポンプに関し、駆動シャフト（３)に吊架され、少なくとも１つの羽根（５）を備えた回転可能なインペラ（１）と、インペラ座（２）とを有し、インペラ（１）及びインペレ座（２）のうちの少なくとも一方は互いに関して軸方向に移動できる。更に、インペラ座（２）はその頂表面に少なくとも１つの溝（１０）を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動シャフト（３）に吊架され、少なくとも１つの羽根（５）を有する回転可能なインペラ（１）と、インペラ座（２）とを備えたポンプハウジングを有し、上記インペラ（１）及び上記インペラ座（２）のうちの少なくとも一つの部分が互いに関して軸方向に移動できるようになった、固形物質を含む汚染された液体をポンピングするためのポンプにおいて、
上記インペラ座（２）がその頂表面（９）に少なくとも１つの溝（１０）を備えることを特徴とするポンプ。
【請求項２】
上記インペラ（１）が上記インペラ座（２）から少なくとも１５ｍｍ移動できることを特徴とする請求項１に記載のポンプ。
【請求項３】
上記インペラ（１）が上記インペラ座（２）から少なくとも４０ｍｍ移動できることを特徴とする請求項１又は２に記載のポンプ。
【請求項４】
上記溝（１０）が上記インペラ座（２）内で中央に位置する開いたチャンネル（８）からその周辺部へ延びることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のポンプ。
【請求項５】
上記溝（１０）が上記インペラ（１）の回転方向に沿って上記開いたチャンネル（８）から外方へ、螺旋形状となって、延びることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のポンプ。
【請求項６】
上記インペラ（１）の上記羽根（５）が上記溝（１０）の螺旋形状とは反対の方向へ、螺旋形状となって、延びることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のポンプ。
【請求項７】
上記インペラ（１）が上記駆動シャフト（３）に関して軸方向へ自由に移動できることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のポンプ。
【請求項８】
上記ポンプが上記インペラ（１）と上記駆動シャフト（３）との間のインターフェイスにおいて配置された少なくとも１つの別個の素子（１８）を有することを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のポンプ。
【請求項９】
上記インペラ（１）及び上記駆動シャフト（３）が上記インターフェイスでの対向表面においてくぼみ（１９、２０）を備え、同くぼみ（１９、２０）が上記素子（１８）を結合的に収容することを特徴とする請求項８に記載のポンプ。
【請求項１０】
上記インターフェイスが上記駆動シャフトの周辺部に沿って互いに等間隔で離間する少なくとも２つの別個の素子（１８）を収容することを特徴とする請求項８又は９に記載のポンプ。
【請求項１１】
上記各素子（１８）が上記駆動シャフト（３）の長手方向に延びるバーを有することを特徴とする請求項８ないし１０のいずれかに記載のポンプ。
【請求項１２】
ガイドピン（１１）が上記インペラ座（９）から上記インペラ（１）の中心の方へ延び、上記溝（１０）に隣接して位置することを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載のポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に汚水又は廃水のためのポンプの分野に関し、特に、プラスチック材料、衛生品、織物、ぼろきれ等のような固形物質を含む未濾過の汚染された液体をポンピングするためのポンプに関する。このポンプは、駆動シャフトに吊架され、少なくとも１つの羽根を有する回転可能なインペラと、インペラ座とを備えたポンプハウジングを有し、インペラ及びインペラ座のうちの少なくとも一方は互いに関して軸方向に移動できる。
【背景技術】
【０００２】
汚水ステーション、腐敗用タンク、井戸等においては、靴下、衛生パッド、紙等のような固形物質又は汚染物質がシステムの鉢内へ下降される潜水ポンプを目詰まりさせることがよくある。汚濁物は時たま大きくなり過ぎて、インペラとインペラ座とが互いに一定の距離で位置している場合に、ポンプを通過できない。
【０００３】
目詰まり物質を除去するため、固形物質を一層小さな部片に切断し、その後小さな部片をポンピングされる液体と一緒に排泄させる手段を備えた遠心ポンプを装備することが知られている。しかし、固形物質の切断はエネルギを浪費し、これは、この種のポンプが普通長期間作動するので、特に好ましくない。目詰まり物質を除去する別の従来の方法は固形物質を通過させることのできる１つの大きなスループットチャンネルを与える単一の羽根を有するインペラを使用することである。この形式のポンプの１つの欠点は、固形物質がしばしば羽根の前縁のまわりで絡み合ってしまうことである。大きな固形物質がポンプを目詰まりさせる問題を解決するための第３の試みは、インペラがインペラ座から一定の距離例えば３０−４０ｍｍだけ離間するような構成を使用する。大きな欠点は、ポンプが実際常に低効率を有することである。
【０００４】
固形物質がポンプを目詰まりさせる問題を解決する良好な方法は、ギャップを形成するために、インペラ及びインペラ座が互いに関して軸方向に移動できるようにすべきことである。しかし、この特徴を有する既知のポンプは他の目的のためにこのギャップを使用する。更に、ポンプはインペラとインペラ座との間に小さなギャップのみを許す。ＥＰ１，２４７，９９０号明細書にはポンプが示され、このポンプのインペラは駆動シャフトの長手方向に沿ってインペラ座に関して軸方向に移動できる。しかし、移動性は大幅に制限され、解決する目的は乾燥状態での作動始動、例えばポンプ内でのこのとき液体を許すことのみである。ＧＢ７５１，９０８号明細書はインペラ座に関するインペラの手動で制御される移動性を有するポンプを示す。この構成の目的はポンプの効率の調整を許容することである。米国特許第６，５５１，０５８号明細書は駆動シャフトに関して軸方向に移動できるインペラを有するポンプを示している。示された構成の目的は、固形物質がポンプに入る際にインペラの羽根が損傷するのを回避することである。
【特許文献１】ＥＰ１，２４７，９９０号明細書
【特許文献２】ＧＢ７５１，９０８号明細書
【特許文献３】米国特許第６，５５１，０５８号明細書  一層精確には、上述の又は他の文献はいずれも固形物質の大きな部片を通過させるために使用できる解決策又は目的を提示していない。固形物質の小さな部片がインペラの下縁とインペラ座との間に形成されたギャップを通過できる場合でさえ、固形物質の大きな部片は形成された狭いギャップ内に一層溜まり勝ちである。最悪のシナリオの場合、インペラは全体的に詰まることがあり、従って、ポンプを深刻に損傷させてしまう。このような意図しない故障は、高価で、厄介で、計画しないメンテナンス作業のため、コストがかかる。固形物質がインペラの羽根とインペラ座との間で詰まる場合よりも、固形物質がポンプの入口を塞ぐ場合の方がまだましである。入口が塞がれた場合の効果は、ポンプを通してポンピングされる流体の量が少なくなるだけだが、インペラが詰まった場合は、ポンプが損傷することがある。
【０００５】
本出願人に関連する極めて関連ある特許文献であるＥＰ１，３５７，２９４号明細書は濾過されない汚水内に含まれる固形物質に曝されるポンプを示している。ポンプは全体の汚染物質をポンプハウジングの周辺部の方へ搬送するための、インペラ座の頂表面内の溝を有する。しかし、溝の縁部に対して羽根から固形物質を掻き取る目的のため、インペラはインペラ座に関して移動できるべきではないことを厳格に述べている。
【特許文献４】ＥＰ１，３５７，２９４号明細書  更に、メンテナンスのために接近することが困難な鉢から流体をポンピングするために潜水ポンプが使用され、ポンプはしばしば、たまたまではなく毎日１２時間まで又はそれ以上の長時間作動する。それ故、長い耐久性を有するポンプを提供することが極めて望ましい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の狙いは、従来既知のポンプの上述の欠点を除去し、改善されたポンプを提供することである。本発明の主要な目的は、最初に述べた形式の改善されたポンプを提供することであり、このポンプは、信頼できる方法で、固形物質を一層小さな部片に切断することなく、固形物質がポンプを通過するのを許容する。本発明の別の目的は、インペラの良好な移動性を得るためにインペラと駆動シャフトとの間の摩擦を減少させることに関連するポンプを提供することである。本発明の更に別の目的は、インペラと駆動シャフトとの間のインターフェイスにおける減少した摩擦のため、またこれによる、運動中のインペラの一層信頼ある制御のため、改善された耐久性を有するポンプを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、少なくとも主要な目的は、特許請求の範囲の独立請求項で規定された特徴を有する最初に述べたポンプにより達成される。本発明の好ましい実施の形態は従属請求項で更に規定される。
【０００８】
本発明によれば、インペラ座がその頂表面に少なくとも１つの溝を備えたことを特徴とする、最初に述べた形式のポンプが提供される。
【０００９】
従って、本発明は、固形物質の寸法に関して短過ぎる距離の、軸方向におけるインペラの移動性は、他の問題そして流体のポンピングを妨げることよりも一層悪い問題を生じさせるという重要性の洞察に基礎を置く。一層精確には、インペラの羽根とインペラ座との間のギャップから固形物質を間違いなく除去することは重要である。
【００１０】
本発明の好ましい実施の形態においては、溝は、インペラの回転方向に沿って、インペラ座の中央に位置する開いたチャンネルからその周辺部へ、螺旋形状となって延びる。これは、インペラの羽根の前縁が固形物質の部片に衝突した場合に、固形物質が遠心力の結果としてインペラ座の方へ外方に強制送給されること、及び、羽根の前縁が戻り掃払を行うことを意味する。固形物質がインペラ座の頂表面の溝に遭遇したとき、固形物質は溝の形状を外方へ追従し、同時に、インペラ座からインペラを持ち上げ、従ってポンプを迅速に通過する。
【００１１】
好ましい実施の形態によれば、インペラはインペラ座から大きな距離だけ、好ましくはインペラ座の開いたチャンネルの直径と同じ距離だけ、移動することができる。このとき、ポンプを通して固形物質を通過させる能力は著しく増大する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の上述の及び他の特徴及び利点の一層完全な理解は添付図面に関連する好ましい実施の形態の以下の詳細な説明から明らかとなろう。
【００１３】
図１、２は、普通ポンプ（図示せず）のポンプハウジング内に収容されたインペラ１及びインペラ座２を示す。ポンプの他の部品は図面の読み取りを簡単にするため図示省略してある。本発明は一般にポンプに関するが、好ましい実施の形態においては、ポンプは潜水遠心ポンプにより構成される。
【００１４】
本発明の好ましい実施の形態においては、インペラ座２は、インサートがポンプハウジングに関して回転できないような方法でポンプハウジングの座内に位置させることによりポンプハウジングに解放可能に接続されたインサートにより、構成される。インペラ１は上から延びる駆動シャフト３に吊架され、ポンプハウジング内で回転できる。駆動シャフト３の第１の上方端部（図示せず）はポンプのエンジンに接続される。駆動シャフト３の第２の下方端部は、インペラ１が駆動シャフト３に沿って軸方向に移動できるが駆動シャフト３と一体的に回転するような方法で、ジョイントによりインペラ１に接続される。好ましくは、駆動シャフト３はインペラ１の中央に位置するハブ４内に挿入される。
【００１５】
ここで、図５、６を参照する。インペラ１は、好ましくは螺旋形状となって、ハブ４からインペラ１の周辺部の方へ延びる少なくとも１つの羽根５を有する。
【００１６】
インペラ１の回転方向は図示の実施の形態では時計りであり、羽根５は反対方向即ち反時計回りに延びる。図示の実施の形態においては、インペラ１は２つの羽根５を有し、各羽根はハブ４のまわりで約２７０度延びる延長部を有するが、羽根５の数及び羽根５の長さは異なる液体及び応用に適するようにするために大幅に変更できることを指摘しておく。例えば、各羽根はハブから半径方向外方へ直線的に延びることができる。各羽根５は前縁６と、下縁即ち先端表面７とを有する。前縁６はインペラ座２の中央に位置する開いたチャンネル８の真上に位置し、羽根５の下縁７はインペラ座２の頂表面９の上方に位置する。
【００１７】
インペラ座２の頂表面９において、かつインペラ座２の開いたチャンネル８に隣接して、少なくとも１つの溝即ち逃がし溝１０が設けられる。溝１０はインペラ座２の開いたチャンネル８からその周辺部の方へ延びる。好ましくは、インペラ１の回転方向において、即ち羽根５の１つに対して反対方向において、外方に湾曲する螺旋形状となっている。溝１０の数、その形状及び方位は異なる液体及び応用に適するようにするために大幅に変更できる。溝１０の機能はポンプハウジングの周辺部の方へ外方に固形物質を案内することである。固形物質がポンプを通過するとき、その一部はインペラ１の羽根５の下方で留まり、インペラ１の回転運動を減速させ、インペラを停止させることさえある。しかし、溝１０は、羽根５が溝を通過する毎に固形物質を掻き取ることにより、羽根５をきれいな状態に保つことに貢献する。固形物質が大き過ぎてインペラ１とインペラ座２との間で溝１０内に嵌った場合は、インペラ１は固形物質によりインペラ座２から離れるように上方に移動し、それによって、固形物質がポンプを通過するのを許容する。
【００１８】
羽根５の下縁７の形状は、軸方向においては、インペラ座２の頂表面９の形状に相応する。下縁７と頂表面９との間の軸方向の距離は、インペラ１が図１に示す第１の下方位置にあるときは、１ｍｍよりも小さくすべきである。好ましくは、この距離は０．７ｍｍよりも小さく、更に好ましくは、０．５ｍｍよりも小さい。同時に、この距離は０．１ｍｍよりも大きく、好ましくは０．３ｍｍよりも大きくすべきである。インペラ１及びインペラ座２が互いに近接しすぎている場合は、摩擦力又は破断力がインペラ１の羽根５上に作用する。
【００１９】
開いたチャンネル８が目詰まりしないことを保証するため、インペラ座２は好ましくは固形物質を溝１０の方へ案内する手段を具備する。この案内手段は、インペラ座２の頂表面から、一層精確には開いたチャンネル８に対面して頂表面９の部分から延びる少なくとも１つのガイドピン１１を有する。ガイドピン１１はインペラ座２のほぼ半径方向に延び、インペラ１の下方に位置し、上縁１２を備え、この上縁はインペラ１の羽根５の最も内側の部分に隣接する位置からインペラ座２の頂表面８へ延びる。一層精確には、ガイドピン１１の上縁１２の最も内側の部分は、インペラの中心からインペラ１の羽根５の最も内側の部分とほぼ同じ半径方向の距離に位置する。好ましくは、ガイドピン１１の上縁１２は溝１０の「入口」に隣接して終端する。ガイドピン１１の上縁１２と羽根５の前縁６との間の軸方向の距離は、インペラ１が第１の下方位置にある場合、１ｍｍよりも小さくすべきである。更に、ガイドピン１１の上縁１２はインペラ１の羽根５の前縁６に対応してこの前縁に隣接して位置する。
【００２０】
インペラ１とインペラ座２との間の軸方向の移動性は応用に応じて任意の適当な長さとすべきであり、即ち０ｍｍ及びそれ以上とすべきである。好ましくは、この移動性は少なくとも１５ｍｍ、一層好ましくは少なくとも４０ｍｍ、最も好ましくは開いたチャンネル８の直径と少なくとも同じにすべきである。図示の実施の形態においては、開いたチャンネル８の直径は１５０ｍｍである。更に、軸方向の移動性は多くの方法で達成することができるが、本発明の好ましい実施の形態においては、インペラ１は駆動シャフト３の軸方向に沿って移動できる。
【００２１】
ここで、図３、４を参照する。図３には、駆動シャフト３に関するインペラ１の軸方向の移動性を許容するポンプのジョイントを示し、同時に、駆動シャフト３が旋回運動をインペラ１に伝達する場合を示す。ジョイントはインペラ１の中央のハブ４に設けられ、ボルト（図示せず）等によりインペラ１に接続されたソケット１３を有する。代わりに、ソケット１３はインペラ１と一体化することができる。ソケット１３はその中央部分に空洞１４を備え、この空洞１４は駆動シャフト３の第２の下方端部を収容する。本発明の好ましい実施の形態においては、駆動シャフト３はその第２の下方端部においてスリーブ１５を具備し、スリーブ１５はボルト１６及び（又は）キー及びキー溝等により駆動シャフト３に接続される。代わりに、スリーブ１５は駆動シャフト３と一体化することができる。
【００２２】
スリーブ１５はソケット１３のフランジ１７の内径に実質上等しい第１の外径を備えた第１の上方部分を有する。更に、スリーブ１５はスリーブ１５のこの第１の直径よりも大きな直径を備えた第２の下方部分を有する。スリーブ１５の第２の部分の直径は空洞１４の内径に実質上等しい。このような寸法的な関係のため、インペラ１は駆動シャフト３に吊架される。空洞１４はスリーブ１５の第２の部分よりも一層大きな軸方向の延長部を有し、ソケット１３及びインペラ１はこの距離に実質上等しい距離だけ移動できる。
【００２３】
本発明の第１の実施の形態においては、ジョイントはソケット１３又はインペラ１とスリーブ１５又は駆動シャフト３との間のインターフェイスにおいて配置された少なくとも１つの別個の素子１８を有する。素子１８は駆動シャフト３からインペラ１へ旋回運動を確実に伝達し、また、インペラ１が駆動シャフト３に沿って移動するのを許容する。ソケット１３は各素子１８のためのくぼみ１９を具備し、くぼみ１９は駆動シャフト３の軸方向に延びる。スリーブ１５においては、ソケット１３のくぼみ１９とは反対側に、相互作用くぼみ２０が形成され、この相互くぼみは、ソケット１３のくぼみ１９と一緒になって、素子１８を収容する。図３においては、くぼみ１９、２０を全体的に示すために右側の素子１８を図示省略してある。図４においては、左側及び右側の素子１８を図示省略してある。好ましくは、ほんの２つの素子１８が使用され、素子１８の寸法は駆動シャフト３からインペラ１に伝達されるトルクにより決定される。図１−４に示す実施の形態においては、製造上の観点のため、別個の素子はバー、好ましくは円形のバーにより構成される。
【００２４】
代わりの実施の形態においては、別個の素子１８は、インペラ１が軸方向に移動するときにスリーブ１５のくぼみ１９を追従する多数のボールにより、構成することができることを指摘しておく。一層好ましくは、スリーブ１５のくぼみ１９は、ボールが空洞１４内へ逃避するのを阻止するための上方及び下方の障害物を有する。代わりに、別個の素子１８はスリーブ１５の内側表面即ちソケット１３のくぼみ１９内へ延びる内側表面上の隆起部とすることができる。
【００２５】
駆動シャフト３に沿ったインペラ１の相対移動性は、代わりに、図７、８に示すインペラ１と駆動シャフト３との間のスプラインジョイントにより実現することができる。スプラインジョイントを使用する１つの利点は、ジョイントが一層少ない素子を有することである。
【００２６】
本発明の好ましい実施の形態においては、インペラ１は駆動シャフト３に沿って自由に移動できる。その理由は、運動を阻害するようなばね等が存在しないからである。一層精確には、インペラ１の頂部側の高圧に打ち勝つインペラ１上の固形物質からの下からのいかなる力もがインペラ座２からインペラ１を持ち上げるように作用する。固形物質が除去されたとき、インペラ１は図１における下方位置へ自動的に戻る。その理由は、インペラ１の頂部側の圧力がインペラ１の底部側の圧力よりも大きいからである。
【００２７】
代わりに、ポンプが始動しようとしているとき、バネにより図２の上方位置へインペラ１を偏倚させることができる。ポンプが始動し、液体が流れを開始して初めて、インペラ１はインペラ座２の方へ移動する。これは、インペラ１が搬送中にポンプハウジングの内部で振動するのを阻止する。その上、インペラ１のための始動トルクは小さい。その理由は、インペラ１及びインペラ座２が互いに十分に離間しているからである。
【００２８】
固形物質の大きな部片がインペラ座２の開いたチャンネル８へ入った場合、部片が大き過ぎるとインペラ１の羽根５とインペラ座２の頂表面９との間で滞る。しかし、インペラ１の羽根５に関連する溝１０が固形物質を捕まえ、溝１０に沿って固形物質をインペラ座２の頂表面９上へ「押し上げる」ように強制する。
【００２９】
最後に、溝１０の最も好ましい数は１であることを指摘しておく。更に、ポンプは好ましくは１つのガイドピン１１を有する。さもなければ、開いたチャンネル８は過剰に妨害され、これはポンプの機能に悪影響を及ぼすことになる。
発明の可能な修正
本発明は、上述し図面に示した実施の形態のみに限定されない。従って、ポンプ又は一層精確にはインペラ座は、特許請求の範囲の要旨内においてあらゆる種類の方法で修正することができる。
【００３０】
駆動シャフトに沿って移動できるインペラの代わりに、軸方向の移動性は多数の方法で達成することができ、例えば、駆動シャフト及びインペラの双方はインペラ座から離れるように移動することができ、または、インペラ座はインペラから離れるように移動することができ、または、インペラ及びインペラ座の双方は互いに離れるように移動することができる。更に、羽根のみがインペラのハブに関して軸方向に移動することができる。例えば、各羽根は個々に移動でき、ハブの外側の溝内で運行し、それによって、羽根の少なくとも一部はインペラ座に関して軸方向に移動できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】インペラが第１の下方位置にある状態での、インペラ及びインペラ座の横断面図である。
【図２】インペラが第２の上方位置にある状態での、インペラ及びインペラ座の横断面図である。
【図３】インペラを除去した状態での、インペラと駆動シャフトとの間のジョイントの１つの実施の形態の拡大横断面図である。
【図４】図３のジョイントの上からの断面図である。
【図５】インペラの下からの斜視図である。
【図６】インペラ座の上からの斜視図である。
【図７】代わりのジョイントを有する、インペラ及びインペラ座の横断面図である。
【図８】図７のジョイントの上からの断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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2008545093.tif 000013