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Die vorliegende Erfindung betrifft verschiedene Varianten einer Seitenkanalpumpe mit einem in einem Gehäuse rotierenden Laufrad, wobei das Laufrad eine Mehrzahl von Zellen ausbildet, welche durch sich von einer Nabe forterstreckende Schaufeln voneinander getrennt sind, und welche einen in dem Gehäuse geführten Seitenkanal außermittig überstreichen, welcher von einer Saugleitung in Rotationsrichtung des Laufrads radial um die Nabe herum bis zu einer Druckleitung verläuft, sowie verschiedene Verfahren zum Betrieb einer solchen Seitenkanalpumpe.
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Eine herkömmliche, im konkreten Fall zweistufige, Seitenkanalpumpe ist etwa aus der
DE 44 15 566 C2 vorbekannt. Das Prinzip der Seitenkanalpumpe entwickelte sich zu Beginn des zwanzigsten Jahrhunderts aus der Wasserringpumpe und ist insoweit bereits seit langem bekannt. Ihr Einsatzgebiet liegt traditionell bei den kleineren und mittleren Förderströmen.
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Die Seitenkanalpumpe weist an einem Gehäuse eine Saugleitung und eine Druckleitung auf, welche über den Seitenkanal miteinander verbunden sind. Der Seitenkanal läuft radial etwa eine dreiviertel Umdrehung um die Nabe eines Laufrads herum, wobei die Schaufeln des Laufrads außermittig in den gegenüber dem Laufweg der Schaufeln seitlich versetzten, also exzentrischen Seitenkanal eingreifen.
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In dem Seitenkanal bildet sich während des Betriebs der Seitenkanalpumpe aufgrund von Zentrifugalkräften ein für die Saugwirkung der Pumpe wesentlicher umlaufender Flüssigkeitsring. Soweit das Medium auch Gas aufweist, sammelt sich dieses im Inneren der Zellen des Laufrads, nahe der Nabe.
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Im Rahmen der Forschung an den bekannten Seitenkanalpumpen hat sich gezeigt, dass sie sich durch Modifikationen auch für andere Einsatzzwecke in besonderem Maße eignen. So liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, die Seitenkanalpumpe so zu modifizieren, dass sie auch auf anderen Gebieten als zu reinen Förderzwecken bei kleineren und mittleren Medienströmen sinnvoll eingesetzt werden kann.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Seitenkanalpumpe gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1, sowie des nebengeordneten Anspruchs 2. Eine sinnvolle Ausgestaltung solcher Seitenkanalpumpen kann dem Unteranspruch 3 entnommen werden. Ferner löst diese Aufgabe ein Verfahren zum Betrieb einer Seitenkanalpumpe gemäß den Merkmalen der Verfahrensansprüche 4 oder 5, die wiederum ihrerseits durch den Unteranspruch 6 weitergebildet werden. Schließlich löst diese Aufgabe auch ein Verfahren zum Betrieb einer Seitenkanalpumpe gemäß den Merkmalen des weiter nebengeordneten Verfahrensanspruchs 7.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, zunächst von einer herkömmlichen Seitenkanalpumpe auszugehen, welche ein Laufrad und einen exzentrischen Seitenkanal aufweist, der wiederum von einer Saugleitung in Stromrichtung hin zu einer Druckleitung verläuft. Während der Seitenkanal das Laufrad einmal zu gut drei Vierteln umläuft, treten axial benachbart zu dem Laufrad Leckageströme an Stellen auf, an denen das Medium an sich nicht entlanggeführt wird. Diese verlaufen seitlich entlang der Nabe des Laufrads, sowie in dem kurzen Bereich in Drehrichtung des Laufrads nach der Druckleitung und vor der Saugleitung. Die Erfindung macht sich diese Leckageströme zu Nutze. Je nach eingestelltem Betriebspunkt entsteht in dem beschriebenen Leckagebereich ein Unterdruck oder ein Überdruck. Dieser kann über einen Zusatzanschluss verfügbar gemacht werden, welcher in diesem Leckagebereich angeordnet wird.
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Der Gesamtdruck P
t ist gemäß der Gleichung von Bernoulli eine Summe aus dynamischem und statischem Druck:
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Im ungedrosselten Zustand des Systems, wenn also der Gesamtdruck an der Saugleitung gleich dem Gesamtdruck an der Druckleitung ist, sinkt der statische Druck unter den Umgebungsdruck und an dem Zusatzanschluss tritt eine Saugwirkung auf. Bei einer Drosselung der Seitenkanalpumpe erhöht sich der Gesamtdruck und damit auch der statische Druck. Wenn der statische Druck den Umgebungsdruck übersteigt, wird Medium über den Zusatzanschluss nach außen gedrückt und kann auf diese Weise entnommen werden.
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In einer speziellen Anpassung kann zur Erzeugung eines Vakuums ein identischer Druck auf der Druckleitung wie auf der Saugleitung erzeugt werden, indem zwischen der Druckleitung und der Saugleitung ein gemeinsames Reservoir angelegt wird, aus welchem ein Medium in die Saugleitung gefördert wird, die Seitenkanalpumpe durchläuft und wieder über die Druckleitung in das Reservoir eingefördert wird. Hierdurch liegt an beiden Leitungen der gleiche Druck an, da sich dieser durch das Ein- und Ausfördern nicht verändert, und an dem Zusatzanschluss stellt sich ein Unterdruck ein. Durch den Anschluss einer Zusatzleitung an den Zusatzanschluss kann ein Unterdruck in einem beliebigen anderen System angelegt werden, die Lösung kann als Vakuumpumpe betrieben werden.
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Ein Einsatz der erfindungsgemäß modifizierten Seitenkanalpumpe als Dosierpumpe ist dadurch möglich, dass bei etwa gleichen Druckverhältnissen in der Saugleitung und in der Druckleitung ein zusätzliches Medium über den Zusatzanschluss herangeführt wird. Durch ein exaktes Einstellen der Druckverhältnisse über ein Ventil an der Druckleitung kann eingestellt werden, wieviel des zusätzlichen Mediums in das Innere der modifizierten Seitenkanalpumpe eingeleitet werden, so dass eine exakte Zudosierung möglich ist.
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Wird bei einer solchen Konfiguration das Ventil an der Druckleitung weiter geschlossen, so steigt der Druck in der Druckleitung an und es stellt sich ein Ungleichgewicht ein. Da hierdurch der Druck in der Seitenkanalpumpe ansteigt, kann der Zusatzanschluss nun zur Probenentnahme des geförderten Mediums eingesetzt werden, indem je nach Ventilstellung an der Druckleitung eine kleinere oder größere Menge des geförderten Mediums austritt.
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In Weiterbildung dieser beiden vorbeschriebenen Verfahrensausprägungen kann auch dem Zusatzanschluss bzw. einer daran angeschlossenen Zusatzleitung ein Ventil zugeordnet sein, um den Zu- oder Abstrom über den Zusatzanschluss zu steuern.
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Die vorstehend beschriebene Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Es zeigen
- 1 eine erfindungsgemäß modifizierte Seitenkanalpumpe in einer Querschnittsdarstellung quer zur Rotationsachse des Laufrads,
- 2 die modifizierte Seitenkanalpumpe gemäß 1 in einer Querschnittsdarstellung längs der Rotationsachse des Laufrads,
- 3 die Verwendung einer erfindungsgemäß modifizierten Seitenkanalpumpe als Dosierpumpe oder zu Probeentnahmezwecken in einem Prinzipschaltbild, sowie
- 4 die Verwendung einer erfindungsgemäß modifizierten Seitenkanalpumpe als Vakuumpumpe in einem Prinzipschaltbild.
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1 zeigt eine erfindungsgemäß modifizierte Seitenkanalpumpe 1, welche in einem Gehäuse 5 ein motorisch angetriebenes, rotierbar aufgenommenes Laufrad 2 aufweist. Das Laufrad 2 füllt im Wesentlichen das Gehäuse 5, durchgreift aber auch einen in dem Gehäuse 5 halbkreisförmig um den Umfang des Laufrads 2 herumgeführten und axial exzentrisch angeordneten Seitenkanal 6.
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Das zu fördernde Medium wird über eine Saugleitung 8 herangeführt und um das Laufrad herum zu einer Druckleitung 9 geführt. Das Laufrad 2 dreht sich hierbei um eine Drehachse und weist eine Nabe 4 auf, von welcher aus sich Schaufeln 3 radial forterstrecken und damit zwischen sich, der Nabe 4 und dem Gehäuse 5 Zellen ausbilden, in denen das Medium weitergefördert wird. Durch die Ausprägung des exzentrischen Seitenkanals 6 jedoch wird das zu fördernde Medium zwischen den Zellen des Laufrads und dem Seitenkanal 6 hin und her bewegt. Der Seitenkanal 6 schließt sich hierbei nicht um den vollen Umfang des Laufrades, sondern ist in Drehrichtung des Laufrads zwischen Druckleitung 9 und Saugleitung 8 unterbrochen. An dieser Stelle geht der Seitenkanal 6 in die Druckleitung 9 über. Durch die mehrstufige Wirkung der Seitenkanalpumpe entsteht ein hoher Druck im Vergleich zu baugleichen Zentrifugalpumpen.
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Dieser bei Seitenkanalpumpen 1 prinzipiell auftretende Effekt wird begleitet von einer Leckageströmung 7, bei der das Medium an der Nabe 4 vorbei geführt wird, weil ein gewisser Abstand in axialer Richtung zwischen dem Laufrad und der Wand des Gehäuses 5 besteht. Diese Leckageströmung 7 und die Druckverhältnisse im Gehäuse 5 macht sich die erfindungsgemäß modifizierte Seitenkanalpumpe 1 zunutze. Mittig im Bereich der Nabe oder im Bereich zwischen der Druckleitung 9 und der Saugleitung 8 ist ein Zusatzanschluss 10 vorgesehen, mit dem die besonderen Druckverhältnisse innerhalb der Seitenkanalpumpe 1 ausgenutzt werden können.
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2 zeigt diesen Zusatzanschluss 10 nochmals in einer seitlichen Querschnittsdarstellung, wobei verdeutlicht wird, dass die Leckageströmung 7 in axialer Richtung seitlich neben dem Laufrad 2 als eine Art Bypass zwischen verschiedenen Abschnitten des Seitenkanals 6 auftritt.
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Bei einem Einsatz der erfindungsgemäß modifizierten Seitenkanalpumpe 1 gemäß 3 ist an der Druckleitung 9 ein Ventil 13 vorgesehen, während an dem Zusatzanschluss 10 nunmehr eine Zusatzleitung 14 zu einem Behälter 11 geführt ist. In einem ersten Betriebsmodus kann die modifizierte Seitenkanalpumpe 1 als Dosierpumpe eingesetzt werden, indem der Druck P1 in der Saugleitung 8 etwa gleich dem Druck P2 in der Druckleitung eingestellt wird, was über das Ventil 13 erfolgen kann. In diesem Betriebspunkt ergibt sich aufgrund des niedrigen statischen Drucks, der unterhalb des Umgebungsdrucks sinkt, ein Unterdruck am Zusatzanschluss 10, so dass über die Zusatzleitung 14 ein in dem Behälter 11 vorgehaltenes Medium angesaugt und auf diese Weise in den Medienstrom der Seitenkanalpumpe 1 zudosiert werden kann. Ein Ventil 12 kann ferner zur Begrenzung der Zudosierung dienen.
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Wird dagegen das Ventil 13 weiter geschlossen, so dass der Druck P2 in der Druckleitung 9 steigt, so steigt auch der statische Druck in der Seitenkanalpumpe 1 und es entsteht ein Überdruck am Zusatzanschluss 10. Im Ergebnis kann dann Medium aus der Seitenkanalpumpe 1 in den Behälter 11 ausgefördert werden und die Anordnung eignet sich bei dieser Konfiguration zur Probenentnahme. Auch hier dient das Ventil 12 zur Begrenzung des Stroms, dieses Mal jedoch des Entnahmestroms aus der Seitenkanalpumpe 1 heraus.
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In einer besonderen Ausgestaltung gemäß 4 kann die modifizierte Seitenkanalpumpe zu einer Vakuumpumpe umfunktioniert werden. Durch einen dauerhaften Druckausgleich zwischen Druckleitung 9 und Saugleitung 8, welche durch ein gemeinsames mit der Druckleitung 9 und der Saugleitung 8 verbundenes, nicht gasdicht abgeschlossenes oder entlüftbares Reservoir 15 realisiert werden kann, liegt an dem Zusatzanschluss 10 und damit an der Zusatzleitung 14 dauerhaft ein Unterdruck, so dass die Seitenkanalpumpe 14 als Vakuumpumpe eingesetzt werden kann. Eine solche Konfiguration kann auch direkt baueinheitlich in einem festen Gehäuse umgesetzt werden, so dass eine spezialisierte Vakuumpumpe realisiert werden kann, bei der das in der Seitenkanalpumpe 1 geförderte Hilfsmedium die Gesamtanordnung nicht verlässt.
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Vorstehend beschrieben ist somit eine modifizierte Seitenkanalpumpe, welche sich die in der Seitenkanalpumpe auftretenden Effekte zunutze macht und einen Zusatzanschluss realisiert, um die in der Seitenkanalpumpe auftretenden Druckverhältnisse nach außen hin für unterschiedliche Anwendungen einer solchen modifizierten Seitenkanalpumpe nutzbar zu machen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Seitenkanalpumpe
- 2
- Laufrad
- 3
- Schaufel
- 4
- Nabe
- 5
- Gehäuse
- 6
- Seitenkanal
- 7
- Leckageströmung
- 8
- Saugleitung
- 9
- Druckleitung
- 10
- Zusatzanschluss
- 11
- Behälter
- 12
- Ventil
- 13
- Ventil
- 14
- Zusatzleitung
- 15
- Reservoir
- P1
- Druck in der Saugleitung
- P2
- Druck in der Druckleitung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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