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Anwendungsgebiet und Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Pumpe, wie sie insbesondere für Haushaltsgeräte wie Geschirrspülmaschinen oder Waschmaschinen gut verwendet werden kann, wobei die Pumpe als Radialpumpe ausgebildet ist.
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Derartige Radialpumpen sind beispielsweise aus der
EP 2150165 A bekannt. Sie weisen eine Pumpenkammer mit einer zentralen Ansaugung und einem Pumpenkammerauslass auf, wobei sich in der Pumpenkammer ein Impeller dreht, um Fluid von der Ansaugung in radialer Richtung aus dem Impeller in die Pumpenkammer und nach mehreren Umläufen in der Pumpenkammer aus dieser heraus über den Pumpenkammerauslass bewegt. Außerhalb des Impellers bzw. im Fluidweg dem Impeller sozusagen nachgeschaltet ist in der Pumpenkammer ein im wesentlichen kreisringförmiger Pumpenkammerringabschnitt vorgesehen, der sich in axialer Richtung der Pumpe erstreckt, und zwar vom Impeller weg entgegen der Richtung der Ansaugung in die Pumpe hinein, also zum Pumpenkammerauslass hin erstreckt.
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Insbesondere beim Start eines Pumpvorgangs nach längerer Zeit kann sich in der Pumpenkammer Luft sammeln, insbesondere an einem Pumpenkammerboden nahe dem Impeller. Beim Start des Pumpvorgangs behindert diese Luft die Effizienz der Pumpe. Um nun die Luft schneller herauszubringen ist vorgeschlagen worden, Leitelemente mit Schaufeln odgl. in der Pumpenkammer anzuordnen, insbesondere nahe am Impeller. Dies zeigt beispielsweise auch die vorgenannte
EP 2150165 A . Diese Leitelemente bedeuten jedoch zusätzlichen konstruktiven bzw. bauteilmäßigen Aufwand.
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Aufgabe und Lösung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Pumpe zu schaffen, mit der Probleme des Standes der Technik gelöst werden können und insbesondere eine Pumpe geschaffen werden kann, welche effizient arbeitet und vor allem in der Pumpenkammer vorhandene Luft beim Start des Pumpvorgangs herausfordern kann.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Pumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen enthalten und werden im Folgenden näher beschrieben. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
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Die Pumpe weist eine Pumpenkammer mit einer zentralen Ansaugung und mit einem Pumpenkammerauslass auf, wobei sich in der Pumpenkammer ein Impeller dreht zur Förderung von Fluid bzw. zum Ausbringen des Fluids von der Ansaugung in radialer Richtung aus dem Impeller in die Pumpenkammer. Das ausgebrachte Fluid wird zum Umlauf in der Pumpenkammer hin zu dem Pumpenkammerauslass bewegt, wobei es auch in axialer Richtung der Pumpe vom Impeller aus entgegen der Ansaugrichtung hin zum Auslass fließt. Radial außerhalb des Impellers ist ein kreisringförmiger und umlaufender Pumpenkammerringabschnitt vorgesehen als Teil der Pumpenkammer, wobei der Pumpenkammerringabschnitt im wesentlichen eine Erstreckung entlang der axialen Richtung der Pumpe aufweist.
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Bei dieser Pumpe ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Pumpenkammerringabschnitt in Umlaufrichtung variierende Breite aufweist und in einem Verdichtungs-Bereich schmaler ausgebildet ist. Dabei kann eine schmale Breite, insbesondere in radialer Richtung, mindestens 20% bzw. 30% der größten Breite betragen. Insbesondere sind es aber weniger als 70%.
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Durch diese schmale Ausbildung des Pumpenkammerringabschnitts kann der Druck im geförderten Fluid verändert bzw. erhöht werden und die Umlaufgeschwindigkeit des Fluids erhöht werden für eine verbesserte Förderung. Insbesondere wird durch diese Druckerhöhung auch angesammelte Luft in der Pumpenkammer besser entfernt bzw. wegbefördert. Darüber hinaus reduziert sich hier das maximale Luftvolumen in der Pumpenkammer, da weniger Platz zur Verfügung steht, was hierbei ebenfalls hilft.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Pumpenkammerringabschnitt in Umlaufrichtung des geförderten Fluids zu dem Verdichtungs-Bereich hin allmählich bzw. kontinuierlich schmaler wird, so dass dann eine entlang der Umlaufrichtung gegebene geringe Breite über eine gewisse Länge des Verdichtungs-Bereichs hinweg im wesentlichen konstant ist. Dies können mindestens 20% bis 30% des Umfangs sein, vorzugsweise bis 40% oder 50%. Vorteilhaft wird die Breite in Umlaufrichtung danach wieder weiter, wobei dies langsamer und über eine noch größere Länge hinweg erfolgen kann als zu dem Verdichtungs-Bereichs hin.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass entlang der axialen Richtung der Pumpe die radiale Breite des Pumpenkammerringabschnittes im Wesentlicher gleich bleibt über mindestens die Hälfte der axialen Länge des Pumpenkammerringabschnitts bzw. der Pumpenkammer selbst, vorzugsweise etwas mehr als zwei Drittel davon. Vorzugsweise befindet sich dieser Bereich nahe an dem Pumpenkammerauslass bzw. er reicht bis zu diesem hin. In Richtung auf den Impeller zu kann der Pumpenkammerringabschnitt auch leicht verbreitert ausgebildet sein, insbesondere als Übergang zur übrigen Pumpenkammer im Bereich des Impellers selbst.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass sich die Pumpenkammer hinsichtlich ihrer Breite in radialer Richtung, also quasi bezüglich ihrer Querschnittsfläche, außerhalb des Impellers monoton verjüngt in axialer Richtung weg vom Pumpenkammerboden. Diese Verjüngung ist vorteilhaft streng monoton. Erst am Auslass erfolgt eine Aufweitung, allerdings dann in Umfangsrichtung. Durch diese Verjüngung des Querschnitts der Pumpenkammer bzw. des Pumpenkammerringabschnitts können die Druckverhältnisse vorteilhaft gestaltet werden für eine gute Förderung und dabei gute Erwärmung von gefördertem Fluid bzw. Wasser. Des weiteren kann hier die Fördergeschwindigkeit des Fluids erhöht werden für eine Anpassung bezüglich der Wärmeaufnahme von der Heizeinrichtung, da das Fluid ja zunehmend wärmer wird im Durchlauf durch die Pumpenkammer.
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In nochmals weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann in die Pumpe eine Heizeinrichtung integriert sein, um das mit der Pumpe geförderte Fluid zu erwärmen. Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass eine außenliegende Pumpenkammerwand als Außenwand des Pumpenkammerringabschnitts, teilweise auch der sonstigen Pumpenkammer, beheizt ist bzw. Teil einer Heizeinrichtung oder durch diese gebildet ist. Besonders vorteilhaft nimmt diese Pumpenkammerwand dann mindestens 75%, vorteilhaft mindestens 90% oder sogar im Wesentlichen die gesamte, axiale Länge des Pumpenkammerringabschnitts bzw. der Pumpenkammer ein. Eine solche Heizeinrichtung kann dann im Wesentlichen rundzylindrisch bzw. als Rohrabschnitt ausgebildet sein, also auch in Umfangsrichtung durchgehend und vorteilhaft nahtlos.
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Insbesondere bei einer beheizten Pumpe bzw. einer Pumpe mit integrierter Heizeinrichtung kann durch den bereichsweise schmaleren Pumpenkammerringabschnitt und die daraus resultierende Erhöhung der Geschwindigkeit des geförderten Fluids eine höhere Heizleistung in das Fluid eingebracht werden bzw. die Wärmeaufnahme von der Heizeinrichtung verbessert werden.
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In nochmals weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Pumpenkammer bzw. die gesamte Pumpe leitradlos ausgebildet ist bzw. keine Leitelemente nach Art eines Leiterrades odgl. aufweist. Derartige Leitelemente sind also solche Elemente oder Bauteile, welche von den sonstigen Wandungen in der Pumpenkammer abstehen und in den Fluidweg hineinreichen zur besonderen Leitung oder Umleitung des geförderten Fluids. Dadurch kann der Aufbau der Pumpe vereinfacht werden. Durch den vorbeschriebenen Effekt des schmaleren Pumpenkammerringabschnitts konnte in Versuchen gezeigt werden, dass die Effizienz der Pumpe auch ohne Leitelemente verbessert werden kann.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft vorgesehen, eine untere Deckscheibe des Impellers derart gekrümmt auszubilden, dass sie radial nach innen zu hin zu einem vorgenannten Ansaugstutzen, der die Ansaugung bildet, hin gekrümmt ist, also sozusagen in axialer Richtung weg von einem Pumpenkammerboden. Vorteilhaft ist die untere Deckscheibe des Impellers radial nach außen zu in dieselbe axiale Richtung gekrümmt. Diese Krümmung kann schwächer sein als diejenige radial nach innen zu, aber sie kann dennoch deutlich vorhanden sein. Über dem genannten Pumpenkammerboden in der Pumpenkammer dreht sich der Impeller, wobei vorteilhaft der Pumpenkammerboden radial außerhalb des Impellers ebenfalls gekrümmt ist mit Fortsetzung der Krümmung der unteren Deckscheibe des Impellers im radial äußeren Bereich. Insbesondere ist die Krümmung im Seitenschnitt gesehen des Impellers kontinuierlich und gleichmäßig und setzt sich im Wesentlichen kontinuierlich und gleichmäßig im Pumpenkammerboden fort. Dazu kann der Impeller bzw. seine untere Deckscheibe etwas in den Pumpenkammerboden hinein eingelassen sein. Der Pumpenkammerboden reicht dann mit einer gewissen Krümmung nahe an den Pumpenkammerringabschnitt heran oder sogar bis an diesen und leitet so das aus dem Impeller ausgebrachte Fluid in schrägem Winkel gegen den beheizten Pumpenkammerringabschnitt zum Erhitzen.
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Der genannte Bereich der minimalen Breite bzw. Querschnittsfläche des Pumpenkammerringabschnitts liegt vorteilhaft in einem Bereich der Pumpenkammer bzw. der Pumpe kurz hinter der Stelle, wo der Auslass aus dem Pumpengehäuse abgeht. Der Auslass aus der Pumpenkammer geht nämlich vorteilhaft im Bereich der größten Breite bzw. größten Querschnittsfläche ab, d. h., dass sich der angeformte Auslass in diesem Bereich aus der ansonsten vorhandenen Form der Pumpenkammer herausbewegt und herausgeformt ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die axiale Länge des Pumpenkammerringabschnitts das mehrfache der Breite des Pumpenkammerringabschnitts beträgt, vorzugsweise das vierfache bis zehnfache. Bevorzug ist es etwa das fünffache bis siebenfache, und zwar der maximalen Breite des Pumpenkammerringabschnitts.
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Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombination bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.
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Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte sowie Zwischen-Überschriften beschränken die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine geschnittene Längsansicht einer erfindungsgemäßen Pumpe,
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2 eine um etwa 70° verdrehte geschnittene Längsansicht der Pumpe aus 1,
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3 eine Draufsicht auf die Pumpe von oben und
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4 eine geschnittene Queransicht der Pumpe mit Verlauf der Breite eines Pumpenkammerringabschnitts in Umlaufrichtung.
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Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen:
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In 1 ist eine Pumpe 11 mit einem Pumpengehäuse 12 dargestellt, wie sie aus dem eingangs genannten Stand der Technik im Grundsatz hervorgeht. Das Pumpengehäuse 12 weist eine Pumpenkammer 14 auf, in die eine zentrale, axiale Ansaugung 15 hinein führt, und aus der ein Auslass 16 in tangentialer Richtung herausführt. Die Ansaugung 15 führt genau auf einen zentral angeordneten Impeller 18 mit einer unteren Deckscheibe 18a und einer oberen Deckscheibe 18b zu. Der Impeller 18 wird von einem Pumpenmotor 19 angetrieben und läuft über einem Pumpenkammerboden 21 mit einer der unteren Deckscheibe 18a angepassten, stufenartigen mittleren Vertiefung darin.
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Die radial äußere Wand der Pumpenkammer
14 wird gebildet von einer rohrförmigen Heizeinrichtung
23, wie sie beispielsweise aus der
EP 2150165 A bekannt ist, nämlich als metallisches Rohr konstanten Durchmessers mit gerade abgeschnittenen Enden. Auf der Außenseite des Rohrs sind für die Heizeinrichtung
23 hier nicht dargestellte Heizelemente vorgesehen, vorteilhaft Dickschicht-Heizelemente.
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Die Heizeinrichtung 23 ist im unteren Bereich in einer V-Dichtung 26a gehalten zur Dichtung, wobei die V-Dichtung 26a radial außerhalb des Pumpenkammerbodens 21 und nahe an diesem umläuft. Am oberen Ende der Pumpenkammer 14, also axial weg vom Impeller 18, ist außen an der Heizeinrichtung 23 ein Dichtring 26b mit rundem Querschnitt vorgesehen. So ist die Heizeinrichtung 23 jeweils nach außen gegen das Pumpengehäuse 12 abgedichtet und bildet nach innen die Außenwandung der Pumpenkammer 14. Wie aus 4 zu ersehen ist, ist die Heizeinrichtung 23 kreisrund bzw. weist kreisrunden Querschnitt auf.
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Die Pumpenkammer 14 weist radial außerhalb des Impellers 18 auf etwa gleicher axialer Höhe einen Übergangsbereich auf, der in einen Pumpenkammerringabschnitt 28 übergeht. Der Pumpenkammerringabschnitt 28 definiert sich im Wesentlichen in dem Bereich, wo die Pumpenkammer 14 in radialer Richtung etwa gleiche Breite 29 aufweist, die sich in axialer Richtung nicht ändert. Während also die Außenwandung auch des Pumpenkammerringabschnitts 28 von der Heizeinrichtung 23 gebildet wird, wird die Innenwandung durch eine Innenwand 30 des Pumpengehäuses 12 gebildet. Es ist zu erkennen, dass auf beiden Seiten in axialer Richtung etwas oberhalb des Fluidaustritts aus dem Impeller 18 diese Innenwand 30 und die Heizeinrichtung 23 in etwa mit gleichbleibendem Abstand zueinander verlaufen, der Pumpenkammerringabschnitt 28 also in etwa gleichbleibende Breite in axialer Richtung aufweist.
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Der Pumpenkammerringabschnitt 28 weist nun in axialer Richtung jeweils in etwa gleichbleibende Breite bzw. gleichen Querschnitt auf, wobei die Breite 29 allerdings in Umlaufrichtung variiert, wie aus der Schnittdarstellung in 4 zu ersehen ist. In der 1 ist ein Schnitt durch die Pumpe 11 dargestellt, bei dem oben eine Breite 29a des Pumpenkammerringabschnitts 28 ungefähr am größten ist, während rechts unten eine Breite 29c in etwa minimal ist. Die Schnittdarstellung gemäß C-C der 4 zeigt dies, wobei dort eben die geschnittene Längsansicht der 1 als Schnitt A-A dargestellt ist.
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Zu der 2 ist zu sagen, dass sie in der geschnittenen Draufsicht der 4 gemäß Schnitt B-B einen Bereich zeigt, bei dem rechts zwar wiederum die minimale Breite 29c vorhanden ist beim Pumpenkammerringabschnitt 28. Links dagegen ist eine mittlere Breite 29b gegeben, die in 4 auch eingezeichnet ist.
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Die 3 zeigt eine Draufsicht auf die Pumpe 11 mit dem Pumpengehäuse 12 samt Ansaugung 15 und Auslass 16, der in einen Auslassstutzen 17 übergeht. Interessanter ist jedoch die direkt darunter abgebildete 4 gemäß dem Schnitt C-C der 1, wobei hier Auslass 16 und Auslassstutzen 17 noch gestrichelt dargestellt sind. Es ist zu erkennen, dass koaxial zur Ansaugung 15 die Heizeinrichtung 23 als Außenwandung der Pumpenkammer 14 verläuft. Die Breite 29 des Pumpenkammerringabschnitts 28 wird jedoch durch die unterschiedlich verlaufende Innenwand 30 bestimmt. In etwa dargestellt sind die Breite 29a, die in etwa maximal ist, die mittlere Breite 29b und die geringste bzw. schmale Breite 29c. Diese schmale Breite 29c erstreckt sich über einen Bogenwinkel von etwa 120° bis kurz vor einen elektrischen Anschlussstecker 24, der außen an der Heizeinrichtung 23 angeordnet ist. Von hier an erweitert sich die Breite 29 des Pumpenkammerringabschnitts 28 wieder kontinuierlich über die mittlere Breite 29b bis eben hin zur maximalen Breite 29a. Diese maximale Breite 29a liegt in etwa dort vor, wo der Auslass 16 mit dem rohrartig ausgebildeten Auslassstutzen 17 gegenüber der Pumpenkammer 14 bzw. dem Pumpenkammerringabschnitt 28 selbst abgetrennt ist, was in etwa beim eingezeichneten Schnitt A-A ist. Ab diesem Bereich verjüngt sich die Breite 29 wieder mit einer Verjüngung 32 bis hin zum Verjüngungsende 32', wo dann wiederum die geringste bzw. schmale Breite 29c beginnt. Die Verjüngung 32 erstreckt sich über einen Bereich von etwa 70°.
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Deutlich zu erkennen ist eben, dass die Breite 29 des Pumpenkammerringabschnitts 28 außen von der kreisringförmigen Heizeinrichtung 23 und nach innen von der Innenwand 30 bestimmt wird.
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Aus der Draufsicht in 4 ist auch zu erkennen, dass eigentlich der Bereich des Pumpenkammerringabschnitts 28 mit der geringsten Breite 29c der Einzige mit konstanter Breite ist. Im in Umlaufrichtung entsprechend dem Uhrzeigersinn daran anschließenden Bereich erweiterte sich die Breite im Wesentlichen gleichmäßig, um dann im Bereich der Verjüngung 32 eben wieder stark abzunehmen. Es ist auch zu erkennen, dass in etwa der Faktor 3 zwischen der maximalen Breite 29a und der geringsten Breite 29c liegt.
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Gleichzeitig ist es jedoch auch denkbar, dass die Innenwand 30 der Pumpenkammer 14 bzw. des Pumpenkammerringabschnitts 28 kreisförmig und konzentrisch zur Drehachse des Impellers 18 bzw. zur Längsmittelachse der Ansaugung 15 ist. Dann ist die außen umgebende Außenwand, insbesondere auch in Form einer Heizeinrichtung, nicht-konzentrisch derart, dass sie sozusagen zu dieser versetzt ist bzw. eben unrund ausgebildet ist. Als weitere Alternative könnten auch beide Wände nicht-konzentrisch zueinander bzw. zur Längsmittelachse der Pumpe sein.
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Durch den verengten Strömungsquerschnitt des in
4 im Uhrzeigersinn umlaufenden Fluids im Bereich der geringsten Breite
29c des Pumpenkammerringabschnitts
28 wird die Fluidgeschwindigkeit stark erhöht. Dies ist gut unter anderem für eine Entlüftung der Pumpe
11, wenn also im Bereich des Pumpenkammerbodens
21 Luftblasen vorhanden sind, aus welchem Grund auch immer. Durch die Vergrößerung der Breite
29 vom schmalen Bereich
29c über die mittlere Breite
29b zur größten Breite
29a wird die Geschwindigkeit des Fluids verringert. Sowohl durch den Wechsel der Geschwindigkeit des umlaufenden Fluids, welches beispielsweise vom Austritt aus dem Impeller
18 in die Pumpenkammer
14 bis zum Austritt aus dem Auslass
16 bzw. Auslassstutzen
17 etwa dreimal bis achtmal umläuft, sowie die im schmaleren Bereich bedeutend höhere Geschwindigkeit wird eingeschlossene Luft bzw. ein Luft-/Fluid-Gemisch besser aus der Pumpe
11 herausgefordert. Hierfür waren ansonsten Leiträder oder ähnliche Leiteinrichtungen vorgesehen und notwendig, wie sie beispielsweise aus der vorgenannten
EP 2150162 A2 bekannt sind. Deren Herstellung sowie Einbau sind jedoch relativ aufwändig und können zu Problemen sowie Ausfall und somit Fehlern in der Pumpe führen. Des Weiteren erhöht sich die Wärmeübertragung von der Heizeinrichtung auf das Fluid bzw. Wasser aufgrund der erhöhten Strömungsgeschwindigkeit des Fluids.
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Als vorteilhaft, nicht jedoch unbedingt zwingend, für die genannten Effekte der Verbesserung der Entlüftung sowie der Verbesserung der Aufheizung hat es sich herausgestellt, wenn, wie dies in den 1 und 2 zu erkennen ist, der Pumpenkammerringabschnitt 28 über eine gewisse axiale Länge gleiche Breite aufweist. Gleichzeitig ist jedoch zu beachten, dass die vergrößerte Breite des Pumpenkammerringabschnitts 28 auch in dem Bereich radial außerhalb des Impellers 18 und auf dessen axialer Höhe vorliegt. Gerade dadurch kann wohl auch die verbesserte Entlüftung erreicht werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2150165 A [0002, 0003, 0026]
- EP 2150162 A2 [0035]
