DE10145411A1

DE10145411A1 - Laufrad mit Ventilfunktion

Info

Publication number: DE10145411A1
Application number: DE2001145411
Authority: DE
Inventors: Guenter Strelow; Bernd-Thorsten Stock; Dirk Nowak
Original assignee: Wilo GmbH
Current assignee: Wilo GmbH
Priority date: 2001-09-14
Filing date: 2001-09-14
Publication date: 2003-04-03
Also published as: EP1293678A3; DE50211038D1; EP1293678A2; EP1293678B1

Abstract

Kreiselpumpe mit einem auf einer Welle gehaltenen Laufrad, das einen zentralen Saugmund als Eintrittsöffnung aufweist, wobei das über den Saugmund eingetretene Medium das Laufrad über mindestens eine Austrittsöffnung verläßt, wobei das Laufrad von einem die Laufradkammer bildenden Pumpengehäuse umgeben ist und wobei ein bei stehendem Laufrad 6 auftretender Leckfluß vermittels eines innerhalb des Pumpengehäuses 8 angeordneten Ventils blockierbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe mit einem auf einer Welle gehaltenen Laufrad, das einen zentralen Saugmund als Eintrittsöffnung aufweist, wobei das über den Saugmund eingetretene Medium das Laufrad über eine insbesondere in der Umfangsfläche angeordnete Austrittsöffnung verläßt und wobei das Laufrad von einem die Laufradkammer bildenden Pumpengehäuse umgeben ist.
Kreiselpumpen mit derartigen Laufrädern sind hinlänglich bekannt. Dabei ist auch das Problem bekannt, daß bei solchen Kreiselpumpen im Stillstand ein gewisser Leckstrom durch das Laufrad fließen kann. Kreiselpumpen können daher im Gegensatz beispielsweise zu Zahnradpumpen keine Ventilfunktion innerhalb von Leitungsnetzen realisieren. Um die Leitung in der Umgebung einer Kreiselpumpe abzusperren bedarf es zusätzlicher und kostenaufwendiger Ventile. Im Normalfall wiegt der Nachteil des Leckstromes jedoch nicht sonderlich schwer, da dieser nur bei Druckunterschieden auftritt, zudem verhältnismäßig klein ist und daher nur einen geringen Einfluß auf das Gesamtsystem hat. Besonders nachteilig wirkt sich der Leckstrom jedoch im Falle "dezentral" im Heizkreislauf eines Gebäudes angeordneter Pumpen aus, die in der Nähe eines Heizkörpers angeordnet sind und nur diesen oder mitunter noch den benachbarten in demselben Raum befindlichen Heizkörper mit Medium versorgen.
Insbesondere bei dieser Art von Pumpen wird der Leckfluß durch die natürliche Konvektion unterstützt, die allein, wie von einer Zentralheizung bekannt, eine Verteilung von heißem Heizungswasser auch ohne den Einsatz einer Pumpe bewirken kann. Die Konvektion drückt daher das heiße Wasser durch das Laufrad der dezentralen Heizungspumpe, ohne daß diese den Fluß stoppen könnte. Im Falle derartiger Heizungssysteme bewirkt der Leckfluß ein ungewolltes Aufheizen des Heizkörpers und damit eine Minderung des Wohnkomforts und vor allem einen unnötigen Energieverlust. Ein solcher Leckfluß kann außerdem auch dadurch hervorgerufen sein, daß eine im System arbeitende Pumpe eine andere abgeschaltete Pumpe überströmt. Ein solcher Leckfluß kann dabei nicht nur in Pumprichtung sondern auch gegen die Pumprichtung erfolgen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine kostengünstig zu realisierende Kreiselpumpe der genannten Art zu schaffen, die bei kompakter Konstruktion und guten hydraulischen Eigenschaften eine einfache Möglichkeit zur Absperrung eines durch das Laufrad auftretenden Leckflusses bietet.
Diese Aufgabe wird durch eine Kreiselpumpe nach Anspruch 1 gelöst.
Der grundlegende Gedanke der Erfindung ist darin zu sehen, daß eine der Öffnungen des Laufrades mit einer im Pumpengehäuse angeordneten Abdeckung blockiert und damit ein Leckstrom gestoppt wird. Dazu kann entweder eine der Öffnungen unmittelbar verschlossen werden, oder der Strom wird in unmittelbarer Nähe des Laufrades innerhalb der Laufradkammer blockiert. Die Pumpe wirkt damit als Ventil, das in beide Richtungen sperrt, wobei es durch geeignete konstruktive Maßnahmen auch möglich ist, eine Sperrung in nur eine Richtung in der Art eines Rückschlagventiles zu bewirken. Zur Abdichtung des Leckflusses kann dabei entweder die Eintrittsöffnung und/oder die Austrittsöffnungen des Laufrades mit dem Ventilglied mittelbar oder unmittelbar verschließbar sein. So können zylindrische Laufräder mit ihren radial angeordneten Austrittsöffnungen, kegelstumpfförmige Laufräder mit entsprechend im Winkel angeordneten Austrittsöffnungen und auch Propeller abgedichtet werden. Auf jeden Fall wird der Leckfluß auf einfache Weise effektiv unterbrochen. Dabei sind unterschiedliche Möglichkeiten der Realisierung der Ventilfunktion denkbar.
So könnte in einer besonderen Ausführungsform eine plane Ventilscheibe von innen oder gegebenenfalls von außen auf den Saugmund gedrückt werden. Auf jedem Fall ist es wegen der konstruktiv einfachen Umsetzung zu bevorzugen, wenn das Ventilglied und/oder der Ventilsitz kein separates Stellorgan innerhalb des Pumpengehäuses ausbildet sondern in dessen Innenwandung integriert ist. Um die Ventilfunktion mit Laufrad und Pumpengehäuse zu realisieren, ist es vorteilhaft, wenn das Pumpengehäuse und das Laufrad gegeneinander in axialer Richtung verschieblich sind und das Ventilglied eine der Öffnungen nach der Verschiebung verschließt respektive den Fluß blockiert. So ist es möglich die Zahl der Bauteile zu reduzieren und eine hohe Zuverlässigkeit bei kompakter Bauweise der Pumpe zu erreichen. Dabei kann ein Teil der Innenwandung auch von einem Hydraulikeinsatz gebildet sein, der einerseits die Einlaßöffnung und andererseits die den Saugmund umgebende Stirnwand des Pumpengehäuses bildet.
Eine konstruktiv besonders einfache und damit vorteilhafte Lösung liegt darin, die Innenwandung des Pumpengehäuses mit einer zylindrischen Aufnahme zu versehen, in die das Laufrad einschiebbar ist und die mit ihrem Rand dem Laufrad einen Anschlag bietet. Gegen diesen Anschlag, der von einem hinter den Flügeln angeordnetem zylindrischen Rand des Laufrades beaufschlagt wird, findet eine Abdichtung in axialer Richtung statt. Der fördernde Teil des Laufrades wird dadurch in gewisser Weise deaktiviert. Eine solche axiale Abdichtung, welche die radialen Öffnungen indirekt verschließt, ist im Gegensatz zu einer ebenfalls möglichen radialen unmittelbaren Abdichtung von Vorteil, da die Bewegung des Laufrades nicht behindert wird. Das Laufrad hebt in seiner ausgerückten Stellung einfach von der Dichtfläche ab und kann frei rotieren.
In diesem Fall hat das Laufrad die Funktion eines Ventilgliedes, insbesondere eines Ventilkegels, der gegen einen vom Pumpengehäuse gebildeten Ventilsitz gedrückt wird. Dabei muß müssen der Sitz und das Ventilglied nicht unbedingt eine radial angeordnete Dichtfläche aufweisen, auch andere Anordnungen von Dichtflächen, z. B. kegelförmige, sind denkbar. Es ist auch möglich, zwischen den Dichtflächen Dichtprofile vorzusehen. Das Laufrad und/oder der als Dichtfläche dienende Anschlag können aus einem dichtendem Kunststoff gefertigt sein.
Gerade beim Einsatz einer solchen dichtenden zylindrischen Aufnahme ist es zu bevorzugen, wenn das Laufrad verschieblich auf der Welle angeordnet ist und mit einer axialen Verschiebung in die stirnseitig vom Laufrad angeordnete Aufnahme einrückt werden kann. Die Verschiebung des Laufrades kann auf unterschiedliche Weise geschehen. So kann das Laufrad oder die Welle bzw. der Rotor mit Laufrad oder auch der ganze Motor mittels elektrischer, magnetischer, mechanischer oder auch thermischer Kräfte verschoben werden. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn die Ventilfunktion durch Änderung der Drehrichtung gesteuert werden kann. Bei "richtiger" also fördernder Drehrichtung des Laufrades würde das Laufrad in die ausgerückte und bei "falscher" Drehrichtung in die eingerückte Position gebracht werden. Die Motorkraft würde das Laufrad insofern unter Ausnutzung von dessen Trägheit in den Ventilsitz drücken, als die Welle so stark beschleunigt wird, daß das Laufrad nicht folgen kann. In der geschlossenen Position wird das Ventil vorteilhafterweise verriegelt, um die Position zu sichern. Beim Einsatz eines Gewindes auf der Welle zur Realisierung der Verschiebung könnte dazu die Steigung im Bereich der Endstellung selbsthemmend gestaltet werden.
Ob das Einrücken des Laufrades durch einen kurzzeitigen Rückwärtslauf oder auf andere Art bewirkt wird, so ist es auf jeden Fall zu bevorzugen, wenn das Laufrad bei einem Aussetzen der Drehung selbsttätig, also ohne Handhabung durch eine Bedienperson, in die Aufnahme einrückt. Ein solches selbsttätiges Einrücken kann im Falle des kurzzeitigen Rückwärtslaufes durch den Ablauf eines Programmes in der Motorsteuerung realisiert sein. Es kann jedoch auch einfach durch die Kraft einer sich entspannenden Feder bewirkt werden, die bei laufender Pumpe durch eine magnetische Kraft oder durch eine hydraulisch erzeugte mechanische Kraft beaufschlagt wird. Eine solche magnetische Kraft könnte beispielsweise durch die stromdurchflossenen Wicklungen des Elektromotors erzeugt sein. Sobald der Motor aussetzt, bricht das Feld zusammen und die Feder könnte sich entspannen.
Eine besondere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpe wird nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 3 näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine "offene" Pumpe,
Fig. 2 eine "geschlossene" Pumpe und
Fig. 3 ein eingerücktes Laufrad im Detail.
In Fig. 1 ist eine besondere Bauform einer Kreiselpumpe gezeigt. Dabei handelt es sich um eine Pumpe, die dezentral, also in unmittelbarer Nähe eines Heizkörpers, angeordnet wird. Die besondere Bauform läßt es zu, daß die Pumpe vermittels eines Gewindes 1 in den Anschlußflansch eines Thermostatventils eingeschraubt werden kann. Um den hydraulischen Gegebenheiten in einem solchen Anschlußflansch zu genügen, sind nicht nur der Einlaß mit seiner Zulaufleitung 2, sondern auch der Auslaß 3 in axialer Richtung angelegt. Die Abdichtung zwischen der Pumpe und dem Anschlußstutzen geschieht vermittels eines in einer Nut 7 gehaltenen O-Ringes.
Die Pumpe selber weist auf ihrer elektrischen Seite einen antreibenden Elektromotor 4 und auf der hydraulischen Seite ein auf der Welle 5 gehaltenes Laufrad 6 auf, das einen zentralen Saugmund 20 als Eintrittsöffnung hat. Das Laufrad 6 ist umgeben von einem Pumpen- oder Laufradgehäuse 8, das in diesem Fall eine Birnenform aufweist und als Adapter für den Anschluß an den Anschlußstutzen des Thermostatventils ausgebildet ist. Der Adapter 8 ist über einen Bajonettverschluß 9 mit dem Motor 4 verbunden und vermittels eines O- Ringes 10 abgedichtet. In der Laufradkammer 19 ist ein Hydraulikeinsatz 11 angeordnet, der mit seiner hydrodynamisch gestalteten Oberfläche den Auslaß 2 formt und die Geometrie der Laufradkammer festlegt. Zwischen Hydraulikeinsatz 11 und der Innenwandung des Laufradgehäuses 8 sind Leitstrukturen 17 angeordnet, die den Hydraulikeinsatz 11 halten und den Drall des ausströmenden Wassers bremsen.
Erfindungsgemäß ist das Laufrad 6 verschieblich (Doppelpfeil A) auf der Welle 5 gelagert und kann in eine von dem Hydraulikeinsatz 11 gebildete zylindrische Aufnahme 12 eingerückt werden. Der eingerückte Zustand ist in Fig. 2 gezeigt. Deutlich zu erkennen ist, daß der Durchfluß durch das Laufrad 6 im ausgerückten Zustand (Fig. 1) nicht behindert ist. Die Kreiselpumpe arbeitet in diesem Zustand in bekannter Weise. Läuft nun der Motor kurzzeitig rückwärts, so rückt das Laufrad 6 in die Aufnahme 12 derart ein, daß der zylindrische Rand 13 des Laufrades auf der Dichtfläche 18 des Hydraulikeinsatzes 11 zu liegen kommt. Somit werden die Austrittsöffnungen 14 verschlossen und ein jeglicher Leckfluß abgedichtet.
Das Verschieben des Laufrades 6 auf der Welle 5 geschieht in diesem Ausführungsbeispiel dadurch, daß das Laufrad 6 vermittels eines Innengewindes auf einem auf dem Wellenkopf befindlichen Außengewinde 15 drehbeweglich aufsitzt (Fig. 3). Bei fördernder Vorwärtsdrehung rückt es wegen seiner Trägheit in einer Schraubenbewegung aus der Aufnahme aus und entsprechend bei einer kurzzeitigen Rückwärtsdrehung ein (Doppelpfeil A). Im eingerückten Zustand wird das Laufrad verriegelt.

Claims

1. Kreiselpumpe mit einem auf einer Welle gehaltenen Laufrad, das einen zentralen Saugmund als Eintrittsöffnung aufweist, wobei das über den Saugmund eingetretene Medium das Laufrad über mindestens eine Austrittsöffnung verläßt und wobei das Laufrad von einem die Laufradkammer bildenden Pumpengehäuse umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein bei stehendem Laufrad (6) auftretender Leckfluß vermittels eines innerhalb des Pumpengehäuses (8) angeordneten Ventiles blockierbar ist.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abdichtung des Leckflusses die Eintrittsöffnung (20) und/oder die Austrittsöffnung(en) (14) des Laufrades (6) durch das Ventil blockierbar ist (sind).

3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Innenwandung des Pumpengehäuses (8) ein Ventilglied oder einen Ventilsitz ausbildet.

4. Pumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpengehäuse (8) und das Laufrad (6) gegeneinander in axialer Richtung verschieblich sind.

5. Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwandung eine zylindrische Aufnahme (12) aufweist, in die das Laufrad (6) in axialer Bewegung einrückt, wobei das Laufrad (6) als Ventilglied mit einem Rand (13) mittelbar oder unmittelbar gegen eine von der Aufnahme (12) gebildete Dichtfläche (18) anliegt.

6. Pumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad (6) bei einem Aussetzen der Drehung selbsttätig in die Aufnahme (12) einrückt.

7. Pumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad (6) mit einem Innengewinde auf einem auf dem Wellenkopf befindlichen Außengewinde (15) drehbeweglich aufsitzt und in Schraubenbewegung bei förderndem Vorwärtsdrehung aus der Aufnahme (12) ausrückt.

8. Pumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad (6) bei einer kurzzeitigen Rückwärtsdrehung in die Aufnahme (12) einrückt.

9. Pumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Verschiebung des Laufrades (6) durch magnetische Kräfte veranlaßt wird, wobei die magnetischen Felder insbesondere durch die stromdurchflossenen Wicklungen des Elektromotors (4) erzeugt sind.

10. Pumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad (6) im eingerückten Zustand verriegelbar ist.

11. Pumpe nach einem der vorherigen Ansprüche zum Einbau an einem Heizkörper oder in unmittelbarer Nähe eines Heizkörpers in dessen Vor- oder Rücklauf, gekennzeichnet durch ein auf der hydraulischen Seite befindliches Verschlußmittel, insbesondere ein Innengewinde, mit dem die Pumpe derart an einem eine Zulaufleitung und eine Ablaufleitung aufweisenden Ventilgehäuse anbringbar ist, daß der Saugmund die Zulaufleitung umgibt und das Laufrad die Funktion des die Zulaufleitung abdichtenden Ventilgliedes einnimmt.