DE102006003793B4

DE102006003793B4 - Selbstansaugendes Pumpenaggregat

Info

Publication number: DE102006003793B4
Application number: DE102006003793.6A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Samson Regulation SAS Fr
Priority date: 2005-01-25
Filing date: 2006-01-25
Publication date: 2021-07-29
Anticipated expiration: 2026-01-26
Also published as: DE102006003793B8; DE102006003793A1

Abstract

Selbstansaugendes Pumpenaggregat, mit einer Kreiselpumpe (1) und einer Entlüftungspumpe, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungspumpe eine Schwingkolbenpumpe (2) ist, die Schwingkolbenpumpe (2) druckseitig mit dem Entlüftungs-(1.3) und/oder Ablaßstutzen (1.2) der Kreiselpumpe (1) verbunden ist, und Schwingkolbenpumpe (2) und Kreiselpumpe (1) saugseitig (1) je eine Saugleitung (3,4) zu der zu pumpenden Flüssigkeit haben.

Description

Die Erfindung betrifft ein selbstansaugendes Pumpenaggregat mit einer Kreiselpumpe und einer Entlüftungspumpe.
Kreiselpumpen sind nicht in der Lage, zur Überwindung der geodätischen Saughöhe ihre Saugleitung selbsttätig zu entlüften, oder wie man sagt, selbst anzusaugen. Pumpe und Saugleitung müssen daher - sofern keine Zulaufhöhe vorhanden ist - zunächst entlüftet werden. Man schließt hierzu an der höchsten Stelle der Pumpe eine Entlüftungspumpe an, die ein Vakuum in der Kreiselpumpe erzeugt, durch welches die Flüssigkeit in die Saugleitung und schließlich auch in die Pumpe selbst gesaugt wird. Ist die Pumpe nebst Saugleitung gefüllt, kann die Pumpe in Betrieb genommen werden. Man kann zwei Hauptgruppen von selbstansaugenden Pumpen unterscheiden: Einmal die unmittelbar selbstansaugenden Pumpen, die auf aufgrund ihrer besonderen Konstruktion die Saugleitung unmittelbar entlüften können. Zum anderen die mittelbar selbstansaugenden Pumpen, die durch eine Hilfsvorrichtung, die in die Pumpe eingebaut ist, entlüftet werden. Zu dieser Gattung gehören beispielsweise Seitenkanal- und Flüssigkeitsringpumpen. Zudem ist bekannt, das zur Entlüftung notwendige Vakuum durch eine eigenständige Hilfspumpe zu erzeugen.
EP 1624 190 betrifft ein selbstansaugendes Pumpenaggregat. Dieses hat eine Hauptpumpe mit einem Impeller in einer Pumpenkammer. Oberhalb der Pumpenkammer ist eine Ansaugkammer angeordnet. Die Ansaugkammer kommuniziert über eine Drosselöffnung mit der Pumpenkammer und über eine Bypassleitung mit dem Einlass des Pumpenaggregats, d.h. indirekt mit der Pumpenkammer. Zum Befüllen der Ansaugkammer wird darin mittels einer Vakuumpumpe ein Vakuum erzeugt, so dass die zu pumpende Flüssigkeit durch die Drosselöffnung als auch durch die Bypassleitung in die Ansaugkammer eingefüllt wird. Entsprechend ist dadurch auch die Pumpenkammer gefüllt und die Primärpumpe einsatzbereit. Im Betrieb der Hauptpumpe wird über unterschiedliche Querschnitte der Drosselöffnung und der Bypassleitung sichergestellt, dass der Druck in der Ansaugkammer ein gegebenes Maß nicht übersteigt.
DE 196 37 092 offenbart ein Pumpenaggregat für Feuerlöschzwecke mit einer Kreiselpumpe als Primärpumpe, wobei die Kreiselpumpe über eine Entlüftungsleitung mit einer Entlüftungspumpe verbunden ist. Als Entlüftungspumpe dient ein Zylinder einer pleuellosen Doppelkolben-Verbrennungskraftmaschine. Der in diesem Zylinder angeordnete Kolben ist durch Ausrückung eines Zahnrads von der Kurbelwelle des Motors auskuppelbar.
In der DE 199 62 729 A1 ist eine Kreiselpumpe mit einem Wasserringentlüftungssystem offenbart. Dabei wird in einer Ansaugphase in dem Wasserring befindliches Treibwasser zirkuliert, um einen Unterdruck zum Ansaugen der eigentlichen zu pumpenden Flüssigkeit zu erzeugen. Um die Ansaugphase zu verkürzen wird durch die Ausgestaltung des Einströmkanals bewirkt, dass luftfreies Treibwasser angesaugt wird.
US 5,620,309 offenbart ein Pumpenaggregat mit einer Kreiselpumpe, die mittels einer Entlüftungspumpe mit Wasser befüllt wird. Dazu wird das Wasser mittels einer Kolbenpumpe auf der Druckseite der Kreiselpumpe angesaugt.
Die genannten Pumpenaggregate haben den Nachteil, daß sie viel Raum beanspruchen, aufwendig und damit teuer sind sowie einen schlechten Gesamtwirkungsgrad haben.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein günstiges, selbstentlüftendes, kleines Pumpenaggregat der eingangs genannten Gattung bereitzustellen.
Die Aufgabe ist durch ein Pumpenaggregat gemäß Anspruch 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Pumpenaggregat hat zur Entlüftung der Kreiselpumpe einer Schwingkolbenpumpe. Dazu ist die Schwingkolbenpumpe druckseitig, mit einem Entlüftungs- und/oder einem Ablaßstutzen der Kreiselpumpe verbunden. Saugseitig hat die Schwingkolbenpumpe eine eigene Saugleitung. Schwingkolbenpumpen haben ein vergleichsweise geringes Bauvolumen. Dadurch ist das Pumpenaggregat kompakt und vergleichsweise leicht.
Soll das Pumpenaggregat in Betrieb genommen werden, so wird zunächst die Schwingkolbenpumpe gestartet. Diese saugt über den an die angeschlossenen Saugschlauch die zu pumpende Flüssigkeit an und füllt durch den Entlüftungs- und/oder den Ablaßstutzen die Kreiselpumpe. Ist die Kreiselpumpe nebst der an ihr angeschlossenen Saugleitung befüllt, kann diese in Betrieb genommen werden.
Somit hat das Pumpenaggregat in seiner einfachsten Ausführung eine einfache Kreiselpumpe, eine Schwingkolbenpumpe sowie zwei Saugleitungen. Wird die Schwingkolbenpumpe nicht unmittelbar mit dem Entlüftungs- und/oder dem Ablaßstutzen der Kreiselpumpe verbunden, ist zusätzlich eine entsprechende Druckleitung vorzusehen.
Zur leichteren Unterscheidung wird die Saugleitung, die an die Kreiselpumpe angeschlossen ist, mit „Saugleitung“ und jene, die an die Schwingkolbenpumpe angeschlossen ist, als „Saugschlauch“ bezeichnet. Ob die Leitungen vorzugsweise als Saugrohr oder Saugschlauch auszuführen sind, ist von der speziellen Anwendung des Pumpenaggregates abhängig.
Vorzugsweise hat das Pumpenaggregat eine Steuerung, die die Kreiselpumpe einschaltet, wenn diese durch die Schwingkolbenpumpe befüllt ist. Das kann beispielsweise eine Verzögerungsschaltung sein, die die Kreiselpumpe eine bestimme Zeit nach der Schwingkolbenpumpe einschaltet.
In einer Ausführungsform ist in der Kreiselpumpe ein Füllstandssensor. Mittels des Füllstandssensors kann die Steuerung erkennen, wenn die Kreiselpumpe hinreichend befüllt ist, um in Betrieb genommen zu werden, und daraufhin die Kreiselpumpe einschalten. Üblicherweise wird mit Einschalten der Kreiselpumpe die Schwingkolbenpumpe abgeschaltet. Vorzugsweise werden Schwingkolbenpumpen mit einer hohen Lebensdauer verwendet, weil dann auf ein Ausschalten der Schwingkolbenpumpen verzichtet werden kann, was die Steuerung einfach und damit günstig macht.
Bevorzugt hat das Pumpenaggregat zumindest in der Saugleitung der Kreiselpumpe ein Magnetventil, besonders bevorzugt ein stromlos offenes Magnetventil. Dadurch wird das Befüllen der Kreiselpumpe erleichtert. Das Magnetventil ist während des Befüllens der Kreiselpumpe geschlossen und wird mit dem Start der Kreiselpumpe, ggf. auch etwas zeitversetzt, geöffnet. Wird ein stromlos offenes Magnetventil eingesetzt, so kann parallel mit dem Magnetventil die Schwingkolbenpumpe angesteuert werden, d.h. es genügt ein Steuerkreis. Hat die Pumpe ein Magnetventil, so kann auf eine ansonsten ggf. notwendige Rückschlagklappe oder ein Fußventil verzichtet werden.
Anstelle eines Füllstandssensors kann auch ein Druck- und/oder ein Durchflußschalter verwendet werden. Eine Regelung der Kreiselpumpe mittels Druck und/oder Durchflußschalter hat den Vorteil, daß der Ansaugvorgang vollautomatisch erfolgt. Sollte der Flüssigkeitsstrom einmal abreißen und Luft in die Kreiselpumpe gelangen, wird automatisch die Kreiselpumpe gestoppt und mittels der Schwingkolbenpumpe die Kreiselpumpe und die Saugleitung wieder befüllt.
Ist die Kreiselpumpe in Betrieb, kann die Schwingkolbenpumpe abgeschaltet werden. Dies ist allerdings nicht notwendig, weil Schwingkolbenpumpen eine Lebenserwartung haben, die die Lebenswartung der Gleitringdichtungen in Kreiselpumpen häufig übersteigen. Wird auf ein Abschalten der Schwingkolbenpumpe verzichtet, kann die Steuerung entsprechend einfacher und damit günstiger ausfallen.
Vorzugsweise ist die Saugleitung der Kreiselpumpe zumindest auf das doppelte der Höhe des Druckstutzens der Kreiselpumpe ansteigend. Dadurch kann auf eine ansonsten notwendige Rückschlagklappe verzichtet werden, zumindest wenn keine Gefahr besteht, daß aufgrund eines Unterdruckes auf der Druckseite des Pumpenaggregates das Pumpenaggregat „leergesaugt“ wird.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Schwingkolben pumpe, zum bevorzugten Einsatz in einem zuvor beschriebenen Pumpenaggregat.
In der Zeichnung ist schematisch vereinfacht und beispielhaft ein Pumpenaggregat nach der Erfindung wiedergegeben.
Es zeigt:

Eine schematische Darstellung eines Pumpenaggregates nach der Erfindung
Eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform
Eine schematische Darstellung einer Ausführungsform mit steigender Saugleitung.
Eine teilgeschnittene Schwingkolbenpumpe.

zeigt schematisch eine Ausführungsform nach der Erfindung. Das Pumpenaggregat hat eine Kreiselpumpe 1 mit einem Saugstutzen 1.1, einem Ablaßstutzen 1.2, einem Entlüftungsstutzen 1.3 sowie einem Druckstutzen 1.4. Die Kreiselpumpe wird durch einen Motor angetrieben. An den Saugstutzen 1.1 ist eine Saugleitung 3 befestigt, die an ihrem der Pumpe abgewandten Ende ein Fußventil 6 hat und in die zu pumpende Flüssigkeit mündet. Am Entlüftungsstutzen ist unmittelbar eine Schwingkolbenpumpe 2 mit ihrer Druckseite befestigt. Saugseitig ist an die Schwingkolbenpumpe 2 ein Saugschlauch 4 angebracht, der in die zu pumpende Flüssigkeit mündet. Soll das Pumpenaggregat in Betrieb genommen werden, wird zunächst die Schwingkolbenpumpe 2 eingeschaltet. Diese fördert durch den Saugschlauch 4 die zu pumpende Flüssigkeit zum Entlüftungsstutzen 1.3 der Kreiselpumpe 1. Die geförderte Flüssigkeit füllt dann zunächst den unterhalb des Saugstutzens 1.1 liegenden Bereich der Kreiselpumpe 1 und anschließend die Saugleitung 3. Die Flüssigkeit kann aus der Saugleitung nicht nach unten entweichen, weil die Saugleitung an ihrem unterem, d.h. dem der Kreiselpumpe abgewandten Ende ein als Fußventil ausgeführtes Rückschlagventil 6 hat. Ist die Saugleitung 3 gefüllt, wird der oberhalb des Saugstutzens 1.1 liegende Bereich der Pumpe ebenso gefüllt. Nun kann der Motor 5 eingeschaltet werden, der über seine Achse 5.1 die Kreiselpumpe 1 antreibt.
zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform nach der Erfindung. Die Ausführungsform gemäß unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß dadurch, daß der Saugschlauch 4 am Ablaßstutzen 1.2 der Kreiselpumpe angeschlossen ist. Ebenso wie bei der Ausführungsform gemäß saugt zunächst die Schwingkolbenpumpe 2 die Flüssigkeit (nicht dargestellt) an und füllt die Kreiselpumpe und die Saugleitung 3, bevor der Motor 5, welcher die Kreiselpumpe 1 antreibt angeschaltet wird.
zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die Saugleitung 3 von der Kreiselpumpe 1 zunächst, bis auf etwa die zweifache Höhe der Kreiselpumpe 1 ansteigt. Bei dieser Ausführungsform kann auf ein Fußventil verzichtet werden. Wird das Pumpenaggregat in Betrieb genommen, so füllt die Schwingkolbenpumpe 2 zunächst die Kreiselpumpe 1 und die daran angeschlossene Saugleitung 3 bis zur höchsten Stelle 3.1 mit Flüssigkeit. Nun kann der Motor 5, welcher die Kreiselpumpe 1 antreibt, in Betrieb genommen werden. Zwar saugt die Kreiselpumpe 1 zunächst unter anderem auch die in der Saugleitung 3 verbliebene Luft mit an, jedoch wird diese zusammen mit der Flüssigkeit in die am Druckstutzen 1.4 angeschlossene Druckleitung gepumpt.
zeigt eine teilgeschnittene Schwingkolbenpumpe mit einer Flüssigkeitsringdichtung, die an einen Entlüftungs- oder Ablaßstutzen einer Kreiselpumpe angeflanscht werden kann. Der Pfeil 13 gibt die Pumprichtung an, die nachfolgend benutzen Begriffe „druckseitig“ und „saugseitig“ sind auf die Pumprichtung bezogen.
Zentrales Bauteil der Schwingkolbenpumpe ist eine nicht magnetische hülsenförmige Führung 7.7. An der Führung 7.7 ist druck- wie saugseitig jeweils ein Druck- 7.1 bzw. Sauganschluß 7.11. Zwischen Druck- 7.1 und Sauganschluß 7.11 ist ein koaxial verschiebbarer zylindrischer Schwingkolben 7.6. Der Schwingkolben 7.6 ist magnetisch und mittels einer Feder 7.8 gegen den Druckanschluß 7.1 verspannt. Die Führung 7.7 ist sowohl saug- als auch druckseitig von je einer Magnetbuchse 7.9 und 7.4 ummantelt, wobei etwa auf halber Länge der Führung 7.7 ein nicht durch die Buchsen ummantelter streifenförmiger Bereich ist und die Magnetbuchsen jeweils über die Führung 7.7 hinausragen. Die Führung 7.7, bzw. die Magnetbuchsen 7.4 und 7.10 sitzen in einer andeutungsweise dargestellten Magnetspule 7.12.
Der Sauganschluß 7.11 ist hülsenförmig und hat einen axialen Durchgangskanal, durch das die zu pumpende Flüssigkeit in die Führung 7.7 strömen kann. Saugseitig hat der Sauganschluß 7.11 eine Ausnehmung mit einem Innengewinde, mittels dessen eine Saugleitung (nicht dargestellt) anschließbar ist. Die Mantelfläche des Sauganschlusses 7.11 ist druckseitig zweifach gestuft verjüngt. Auf der saugseitigen Fläche der beiden verjüngten Flächen ist ein Außengewinde, in das ein komplementäres Innengewinde der saugseitigen Magnetbuchse 7.10 eingreift. An den saugseitigen Gewindeauslauf schließt sich eine Ringnut an, in der ein gummielastischer Dichtring 7.10 sitzt, der den Übergang vom Sauganschluß 7.11 zur Führung 7.7 abdichtet. Die Stufe der zweiten Verjüngung dient als Widerlager für die Feder 7.8.
Die Feder 7.8 ist in Richtung des Pfeiles 13 konisch verjüngt und stützt sich an dem Schwingkolben 7.6 ab.
Der Schwingkolben 7.6 hat eine gestufte axiale Durchgangsbohrung, die als Strömungskanal dient. Saugseitig ist auf der Stirnfläche des Schwingkolbens 7.6 zentrisch um den Einlaß des Strömungskanals eine Ringschulter. Radial nach außen schließt sich an die Ringschulter eine ansonsten ebene Stirnfläche an, an der sich die Feder 7.8 abstützt. Der Durchmesser der Ringschulter ist kleiner als der Innendurchmesser des druckseitigen Endes der Feder 7.8. Dadurch ist das druckseitige Ende der Feder 7.8 um die Zylinderachse des Schwingkolbens 7.6 zentriert und das druckseitige Ende der Feder kann nicht zur Seite ausweichen, wenn der Schwingkolben durch den erregten Magneten gegen die Kraft der Feder 7.8 in Richtung des Sauganschlusses 7.11 verschoben wird.
Das druckseitigen Ende der Durchgangsbohrung des Schwingkolbens 7.6 ist erweitert, und in der Erweiterung ist ein erstes Rückschlagventils 7.3. Die Mantelfläche des Schwingkolbens 7.6 ist druckseitig gestuft verjüngt. Die Verjüngung greift in eine komplementäre Ausnehmung des Druckanschlusses 7.1 ein.
Der Druckanschluß 7.1 ist zylindrisch und koaxial mit der Hülse verbunden. Zur Abdichtung des Übergangs von dem Druckanschluß 7.3 zur Führung 7.7 ist in der verjüngten Mantelfläche des Druckanschlusses 7.1 eine Ringnut, in der ein gummielastischer Ring 7.5 sitzt.
Der Druckanschluß 7.1 hat einen axialen Strömungskanal, der saugseitig in eine Ausnehmung mündet, in der die Verjüngung des Schwingkolbens 7.6 sitzt. In dem Strömungskanal ist ein von der Druckseite eingesetztes zweites Rückschlagventil 7.2. Das zweite Rückschlagventil 7.2 stützt sich saugseitig an einer gestuften Verjüngung des Strömungskanals ab. Druckseitig des zweiten Ventils hat der Strömungskanal eine Ringnut, in die ein Klemmring (nicht dargestellt) zur Fixierung des zweiten Ventils einsetzbar ist. Druckseitig der Ringnut ist der Strömungskanal erweitert und hat ein Innengewinde zum Anschluß der Pumpe an eine Druckleitung (nicht dargestellt).
Wird der Magnet erregt, so wird der Schwingkolben 7.6 in Richtung des Sauganschlusses 7.11 bewegt. Dadurch vergrößert sich der Raum zwischen den beiden Ventilen 7.2 und 7.3 zu einer Kammer, in der ein Unterdruck entsteht. Aufgrund des Unterdruckes öffnet das erste Ventil 7.3 und das zu pumpende Medium - ein Gas oder eine Flüssigkeit - kann in die Kammer zwischen den Ventilen einströmen. Wird nun der Magnet abgeschaltet, so wird durch die Kraft der Feder der Schwingkolben in seine dargestellte Position zurückverschoben, d.h. die Kammer wird verkleinert und es entsteht ein Druck in der Kammer, der größer ist als der Druck in den benachbarten Strömungskanälen. Aufgrund dieses Überdruckes schließt das erste Ventil 7.3 und öffnet das zweite Ventil 7.2, wodurch das zu pumpende Medium in die Druckleitung entweicht. Nun kann der Magnet wieder erregt werden, und der beschriebene Zyklus wiederholt sich. Üblicherweise wird der Magnet mit Wechselstrom gespeist, wodurch der Schwingkolben in axialer Richtung schwingt und dadurch wie zuvor beschrieben das zu pumpende Medium von der Saug- zur Druckseite des Ventils pumpt.
Bezugszeichenliste

1: Kreiselpumpe
1.1: Saugstutzen
1.2: Ablaßstutzen
1.3: Entlüftungsstuzen
1.4: Druckstutzen
2: Schwingkolbenpumpe
3: Saugleitung
3.1: höchste Stelle der Saugleitung
4: Saugschlauch
5: Motor
5.1: Antriebswelle
7: Schwingkolbenpumpe
7.1: Druckanschluß
7.2: zweites Ventil
7.3: erstes Ventil
7.4: druckseitige Magnetbuchse
7.5: gummielastischer Ring
7.6: Schwingkolben
7.7: Führung
7.8: Feder
7.9: saugseitige Magnetbuchse
7.10: gummielastischer Ring
7.11: Sauganschluß
7.12: Elektromagnet
7.13: Pfeil, Pumprichtung

Claims

Selbstansaugendes Pumpenaggregat, mit einer Kreiselpumpe (1) und einer Entlüftungspumpe, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungspumpe eine Schwingkolbenpumpe (2) ist, die Schwingkolbenpumpe (2) druckseitig mit dem Entlüftungs-(1.3) und/oder Ablaßstutzen (1.2) der Kreiselpumpe (1) verbunden ist, und Schwingkolbenpumpe (2) und Kreiselpumpe (1) saugseitig (1) je eine Saugleitung (3,4) zu der zu pumpenden Flüssigkeit haben.
Selbstansaugendes Pumpenaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Saugleitung (3) der Kreiselpumpe (1) und/oder am Fuß der Saugleitung (3) ein Rückschlagventil (6)ist.
Selbstansaugendes Pumpenaggregat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Saugleitung (3) der Kreiselpumpe ein stromlos offenes Magnetventil ist.
Selbstansaugendes Pumpenaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpensteuerung einen Zeitschalter hat, an den ausgangsseitig die Schwingkolbenpumpe (2) angeschlossen ist.
Selbstansaugendes Pumpenaggregat, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpenaggregat einen Druckschalter hat, dessen Schaltausgang die Schwingkolbenpumpe (2) steuert.
Selbstansaugendes Pumpenaggregat, nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckschalter am Entleerungsstutzen (1.3) der Kreiselpumpe (1) ist.
Selbstansaugendes Pumpenaggregat, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Saug- (3) und/oder der Druckleitung der Kreiselpumpe (1) ein Durchflußwächter sitzt, dessen Signal die Schwingkolbenpumpe (2) steuert.