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Anwendungsgebiet und Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Pumpe bzw. allgemein einen Förderer, um Fluid zu fördern. Dieses Fluid kann flüssig oder gasförmig sein, also beispielsweise Wasser oder Luft. Die Pumpe soll das Fluid in einem Elektrogerät fördern, insbesondere in einem Elektrohaushaltsgerät. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein solches Elektrogerät oder Elektrohaushaltsgerät mit einer Fluidführung und mit einer solchen Pumpe.
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Es ist aus der
EP 2150165 B1 bekannt, eine Pumpe als Impellerpumpe zum Fördern von Wasser als Fluid in einem wasserführenden Elektrohaushaltsgerät, beispielsweise in einer Geschirrspülmaschine, mit einer Beheizung zu versehen. Die Beheizung ist dabei auf die Außenseite einer Pumpenkammerwandung aufgebracht. An der Innenseite dieser Wandung strömt das Wasser beim Fördern entlang, so dass ein sehr guter Wärmeübergang möglich ist, und somit kann das Wasser direkt beim Fördern oder Pumpen beheizt werden.
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Für andere Elektrogeräte in Form von Wäschetrocknern sind Pumpen mitsamt einer Luftführung vorgesehen, wobei die Pumpen als Gebläse ausgebildet sind. In der Luftführung sind beispielsweise Rohrheizkörper angeordnet, alternativ Widerstandsheizelemente aus frei verlaufendem Draht, um auf bekannte Weise die Luft zu erwärmen zum Trocknen von Wäsche in dem Wäschetrockner.
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Aufgabe und Lösung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Pumpe sowie ein mit einer solchen Pumpe versehenes Elektrogerät zu schaffen, mit denen Probleme des Standes der Technik vermieden werden können und es insbesondere möglich ist, ein Fluid beim Pumpen bzw. Fördern in der Pumpe oder an der Pumpe mit wenig Aufwand zu beheizen.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Pumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Elektrogerät mit den Merkmalen des Anspruchs 17. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im Folgenden näher erläutert. Dabei werden manche der Merkmale nur für die Pumpe oder nur für das Elektrogerät beschrieben. Sie sollen jedoch unabhängig davon sowohl für die Pumpe als auch für das Elektrogerät selbständig und unabhängig voneinander gelten können. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
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Die Pumpe zum Fördern eines Fluids weist einen Pumpenantrieb sowie einen von dem Pumpenantrieb angetriebenen Pumpenrotor auf. Der Pumpenantrieb ist vorteilhaft ein Elektromotor, und der Pumpenrotor ist vorteilhaft ein Impeller, insbesondere wenn die Pumpe als Radialpumpe oder Impellerpumpe ausgebildet ist. Des Weiteren weist die Pumpe eine Fluidführung auf, die insbesondere auch zum Pumpenrotor führt bzw. in welcher der Rotor angeordnet ist. Die Fluidführung weist eine Fluidzuführung zu dem Pumpenrotor hin und eine Fluidabführung von dem Pumpenrotor weg auf. Des Weiteren weist die Fluidführung ein Pumpengehäuse auf, das den Rotor zumindest teilweise umgibt. Fluidzuführung, Fluidabführung und Pumpengehäuse gehen vorteilhaft direkt ineinander über und können auch durch einen einteiligen oder einstückigen Aufbau hergestellt werden. Fluidzuführung und Fluidabführung sind dabei bevorzugt stutzenartig ausgebildet, insbesondere als kurze rohrartige Stutzen von 1 cm bis 10 cm Länge. Vorteilhaft ist die Pumpe weitgehend wie eine bekannte Pumpe ausgebildet, insbesondere als Rotorpumpe bzw. Impellerpumpe.
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Erfindungsgemäß ist mindestens ein Magnetfelderzeugungsmittel vorgesehen, das benachbart zum Pumpenrotor angeordnet ist und/oder das den Pumpenrotor zumindest teilweise umgibt und/oder das am Pumpengehäuse angeordnet ist. Mindestens ein Teil des Pumpenrotors und/oder ein Bereich des Pumpengehäuses bestehen aus Material, insbesondere ferromagnetischem Material, welches induktiv beheizt werden kann. Somit erfolgt also eine Beheizung eines geförderten Fluids indirekt mittels Induktion, indem mittels Induktion bzw. mittels des mindestens einen Magnetfelderzeugungsmittels ein Teil der Pumpe induktiv beheizt wird. Wird mindestens ein Teil des Pumpenrotors induktiv beheizt, so erfolgt hier beim Fördern des Fluids ein besonders guter Wärmeübergang. Hier liegt ein großer Vorteil einer induktiven Beheizung, da keine elektrische Zuführung an den sich drehenden Rotor notwendig ist, welche ansonsten Isolations- und Kontaktierungsprobleme mit sich bringen könnte. Auch das Beheizen eines Bereichs des Pumpengehäuses mittels des Magnetfelderzeugungsmittels von außen wird als vorteilhaft angesehen, da die Anordnung eines solchen Magnetfelderzeugungsmittels am Pumpengehäuse, insbesondere außerhalb davon, weitaus einfacher ist als die Anbringung von direkt mittels Kontaktwärme heizenden Widerstandsheizelementen. Das mindestens eine Magnetfelderzeugungsmittel kann eine Induktionsspule sein, vorteilhaft eine oder zwei oder noch mehr Induktionsspulen. Alternativ kann es mindestens ein Permanentmagnet sein, vorteilhaft mehrere.
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Die Beheizung erfolgt entweder dadurch, dass sich ein Teil des Förderers, insbesondere der Rotor, in einem Magnetfeld dreht. Wirbelströme werden dadurch induziert und beheizen diesen Teil des Förderers. Hierzu können Induktionsspulen und Permanentmagnete verwendet werden. Das Magnetfeld kann konstant oder wechselnd sein. Alternativ kann ein wechselndes Magnetfeld erzeugt werden, insbesondere durch mindestens eine Induktionsspule, beispielsweise mit einer Frequenz von 10 kHz bis 150kHz, vorteilhaft 80 kHz bis 120 kHz bei kleinen Induktionsspulen. So kann auch ein unbewegtes Teil induktiv beheizt werden durch die darin gebildeten Wirbelströme, beispielsweise ein Teil der Fluidführung oder des Pumpengehäuses, ebenso aber auch der bewegte Rotor.
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Ein weiterer Vorteil einer induktiven Beheizung in der Pumpe liegt darin, dass, anders als bei einer Widerstandsbeheizung, zwar relativ hohe Temperaturen von mehreren 100°C erreicht werden könnten, falls dies gewünscht ist. Es können aber auch deutlich niedrigere Temperaturen beliebig und relativ gut eingestellt werden, die für eine Vielzahl von Materialien unproblematisch sind, insbesondere für Kunststoff, wenn eine Temperatur unter 150°C bleibt oder sogar unter 100 °C. Derartige Temperaturen überstehen die meisten Kunststoffe auch über längere Zeit problemlos. Bei Widerstandsheizungen besteht häufig das Problem, dass beim Beheizen von Luft als Fluid oder allgemein gasförmigem Fluid eine Wärmeabnahme nicht so stark erfolgt und nicht genau einstellbar ist. Gleichzeitig können aber Widerstandsheizelemente auch in einem Fehlerfall schnell in wenigen Sekunden die genannten hohen Temperaturen von mehreren 100°C erreichen, so dass hier schnell eine Gefahr einer Beschädigung auftritt.
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In Ausgestaltung der Erfindung kann der Pumpenrotor mehrere Rotorschaufeln aufweisen. Mindestens eine Rotorschaufel besteht dabei zumindest teilweise aus einem Material, das magnetisch bzw. mittels der Magnetfelderzeugungsmittel beheizbar ist oder weist ein solches Material auf. Vorteilhaft ist dies vorgenanntes ferromagnetisches Material. Das magnetisch bzw. induktiv beheizbare Material liegt an der mindestens einen Rotorschaufel bevorzugt in einem radial äußeren Bereich vor, insbesondere wenn die Pumpe eine Radialpumpe oder Impellerpumpe ist. In diesem radial äußeren Bereich ist eine Wärmeübertragung an ein gefördertes Fluid besonders gut. Besonders bevorzugt ist die mindestens eine Rotorschaufel vollständig aus diesem Material hergestellt.
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Es kann vorteilhaft vorgesehen sein, sämtliche Rotorschaufeln gleich auszubilden und insbesondere jeweils vollständig aus induktiv beheizbarem Material zu fertigen. Dieses induktiv beheizbare Material kann ganz allgemein massives Metall sein, alternativ kann es Kunststoff sein mit entsprechender Beimischung von solchem Material, vorteilhaft in Pulverform. Dies ist dem Fachmann grundsätzlich bekannt. Besteht ein Rotor aus einem einzigen Teil, insbesondere aus Kunststoff, und wird er durch ein Kunststoffspritzgussverfahren hergestellt, so kann der gesamte Rotor aus einem solchen Material hergestellt sein. Damit kann er immerhin insgesamt induktiv beheizt werden. Derartige induktiv beheizbare Materialien weisen in der Regel auch eine höhere Wärmeleitfähigkeit auf als normaler Kunststoff, so dass sie auch gleichmäßiger erhitzt werden können und damit ein gefördertes Fluid besser beheizen können. Alternativ kann in einem Mehrkomponenten-Spritzgießverfahren auch nur ein äußerer Bereich der Rotorschaufeln, beispielsweise die äußere Hälfte oder eine äußere Materialschicht an der Außenseite, aus induktiv beheizbarem Material hergestellt werden und dabei an einen inneren Teil angespritzt werden, der aus normalem Kunststoff besteht.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann der Pumpenrotor, insbesondere als Impeller, eine Deckplatte und/oder eine Bodenplatte aufweisen, besonders vorteilhaft beides. Der Aufbau kann einem an sich bekannten und typischen Impeller entsprechen, beispielsweise gemäß der oben genannten
EP 2150165 B1 . Dabei können mindestens die Deckplatte und/oder die Bodenplatte aus magnetisch bzw. induktiv beheizbarem Material bestehen oder solches Material aufweisen wie zuvor erläutert. Dies kann alternativ zu induktiv beheizbaren Rotorschaufeln vorgesehen sein, vorteilhaft gemeinsam damit.
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Vorteilhaft wird eine erfindungsgemäße Pumpe zum Fördern von gasförmigem Fluid bzw. zum Fördern und Erwärmen von Luft verwendet, beispielsweise in einem entsprechenden Elektrohaushaltsgerät in Form eines Wäschetrockners, Waschtrockners oder einer Geschirrspülmaschine als Elektrogerät. Ähnlich vorteilhaft kann die Pumpe alternativ auch zum Fördern und Erwärmen von flüssigem Fluid, insbesondere Wasser, ausgebildet sein.
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Grundsätzlich ist es möglich, dass das mindestens eine Magnetfelderzeugungsmittel innerhalb des Pumpengehäuses und somit innerhalb der Fluidführung verläuft oder angeordnet ist, beispielsweise als Induktionsspule. Dann kann das Magnetfelderzeugungsmittel möglicherweise durch herangeführtes Fluid gekühlt werden, wenn es im Heizbetrieb warm werden sollte.
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Alternativ und bevorzugt ist das mindestens eine Magnetfelderzeugungsmittel außerhalb des Pumpengehäuses bzw. außerhalb der Fluidführung angeordnet und verläuft somit getrennt vom Fluid. Dann kann eine effiziente Fluidführung erreicht werden. Des Weiteren können etwaige elektrische Anschlussprobleme vermieden werden, insbesondere wenn Wasser bzw. flüssiges Fluid odgl. gefördert werden soll.
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Vorteilhaft ist vorgesehen, dass das mindestens eine Magnetfelderzeugungsmittel in radialer Erstreckung bzw. in radialer Richtung außerhalb des Pumpenrotors verläuft. Bevorzugt überdeckt es in axialer Richtung den Pumpenrotor bzw. verläuft nur auf der axialen Höhe des Pumpenrotors. Es kann den Pumpenrotor in axialer Richtung geringfügig überragen, beispielsweise mit einer axialen Erstreckung, die maximal 20 % größer ist als die axiale Erstreckung des Pumpenrotors, alternativ maximal 20 % kleiner ist. Somit verläuft der Pumpenrotor sozusagen in dem Innenfeld des Magnetfelderzeugungsmittels, so dass ihn das Magnetfelderzeugungsmittel möglichst gut induktiv beheizen kann. Das mindestens eine Magnetfelderzeugungsmittel kann dabei um den Pumpenrotor bzw. außen um das Pumpengehäuse herum umlaufend angeordnet sein, insbesondere als Induktionsspule. Eine Spulenmittelachse kann parallel zu einer Drehachse des Pumpenrotors verlaufen, vorteilhaft fällt sie mit der Drehachse des Pumpenrotors zusammen. Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn ein Abstand des Magnetfelderzeugungsmittels zu dem Pumpenrotor, insbesondere zu einzelnen Rotorschaufeln oder deren Außenkanten, in etwa gleich ist für eine gleichmäßige Beheizung derselben.
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In alternativer Ausgestaltung der Erfindung kann mindestens ein Magnetfelderzeugungsmittel, insbesondere eine Induktionsspule, in axialer Richtung des Pumpenrotors unterhalb des Pumpenrotors und/oder oberhalb des Pumpenrotors angeordnet sein, also sozusagen darunter und/oder darüber. Direkt radial außerhalb des Pumpenrotors sollte dann kein Magnetfelderzeugungsmittel vorgesehen sein. Eine radiale Erstreckung eines solchen Magnetfelderzeugungsmittels bzw. einer Induktionsspule sollte maximal 20 % größer sein als diejenige des Pumpenrotors, vorteilhaft ist sie etwa 5 % bis 30 % kleiner als diejenige des Pumpenrotors. Mit einem solchen Magnetfelderzeugungsmittel kann ein Pumpenrotor von unten oder von oben beheizt werden, besonders vorteilhaft seine Deckplatte und/oder Bodenplatte wie vorgenannt. Alternativ kann mit einer solchen Induktionsspule vor allem eine Fluidführung bzw. ein Pumpengehäuse beheizt werden, insbesondere ein Boden und/oder ein Deckel einer Pumpenkammer oder eine zentrale Fluidzuführung bei einer Impellerpumpe, die sich nicht bewegen bzw. sich nicht drehen und somit nicht durch Permanentmagnete mit einem permanenten konstanten Magnetfeld beheizt werden können.
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In nochmals weiterer alternativer Ausgestaltung der Erfindung können mehrere Magnetfelderzeugungsmittel, insbesondere als Induktionsspulen, radial außerhalb des Pumpenrotors angeordnet sein, vorteilhaft außen an einem Pumpengehäuse. Sie sind vorteilhaft auch in etwa auf axialer Höhe des Pumpenrotors angeordnet wie zuvor erläutert. Allerdings weisen derartige Induktionsspulen, die vorteilhaft flach ausgebildet sind, jeweils Spulenmittelachsen auf, die im Wesentlichen senkrecht zu einer Drehachse des Pumpenrotors verlaufen. Diese Spulenmittelachsen verlaufen vorteilhaft in radialer Richtung und weisen somit auf die Drehachse zu, insbesondere zeigen sie in den Pumpenrotor hinein, vorzugsweise in dessen Mittelbereich. Die Permanentmagnete sind so ausgerichtet, dass sie ein Magnetfeld in die Pumpenkammer hinein erzeugen um vor allem Rotorschaufeld zu beheizen.
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Während die vorgenannten Magnetfelderzeugungsmittel bzw. Induktionsspulen mit relativ großem Durchmesser außen um das Pumpengehäuse herum verlaufen, insgesamt aber in der Regel nur ein oder zwei ringförmige Magnetfelderzeugungsmittel bzw. Induktionsspulen benötigt werden, sind die Magnetfelderzeugungsmittel bzw. Induktionsspulen bei dieser Ausgestaltung der Erfindung erheblich kleiner. Ihr Durchmesser kann im Bereich der axialen Höhe des Pumpenrotors oder der Rotorschaufeln liegen, also beispielsweise wenige cm betragen. Dafür sind aber mehrere dieser Magnetfelderzeugungsmittel bzw. Induktionsspulen benachbart zueinander vorgesehen, insbesondere mit geringem Abstand von weniger als 3 cm, um das Pumpengehäuse herum angeordnet bzw. entlang eines Kreisrings um den Pumpenrotor. Hier wird vorteilhaft auch der bewegte Pumpenrotor induktiv beheizt, insbesondere die Rotorschaufeln oder zumindest deren äußere Bereiche. Dabei sind derartige Magnetfelderzeugungsmittel vorteilhaft gleich verteilt. Es können beispielsweise fünf bis fünfzehn Induktionsspulen außen an der Pumpe bzw. an dem Pumpengehäuse vorgesehen sein.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung weist die Pumpe eine Temperaturmessung auf, und zwar für das beheizte Fluid und/oder für einen induktiv beheizten Teil. Durch eine Temperaturmessung im Fluid hinter der Pumpe kann eine gewünschte Temperatur erreicht und eingeregelt werden. Durch eine Temperaturmessung eines magnetisch bzw. induktiv beheizten Teils der Pumpe können möglicherweise schädigende Übertemperaturen verhindert werden.
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In weiterer möglicher Ausbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das ferromagnetische bzw. induktiv beheizbare Material einen Curie-Punkt aufweist, der so gelegt ist bzw. gewählt ist, dass damit eine feste, für die Pumpe bzw. deren Verwendung vorgegebene Temperatur erreicht werden kann, da sich die induktiv beheizbaren Teile nicht über diese Temperatur hinaus beheizen lassen. Aus deren maximaler Temperatur ergibt sich dann bei bekannter Fördermenge des Fluids eine bestimmte bekannte Aufheizung des Fluids, dessen Temperatur naturgemäß etwas niedriger liegen wird. Damit können separate Temperatursensoren samt aufwändiger Ansteuerung und Auswertung vermieden werden, die insbesondere an dem Pumpenrotor nur schwer montiert werden könnten. Dies kann ein Temperaturbereich von 50°C bis 200°C sein.
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Werden ein Magnetfelderzeugungsmittel oder eine Induktionsspule an dem Pumpengehäuse oder an der Fluidführung befestigt, so erfolgt dies vorteilhaft eben außerhalb der Fluidführung. Dazu kann besonders vorteilhaft eine formschlüssige Aufnahme außen an dem Pumpengehäuse oder an der Fluidführung für das mindestens eine Magnetfelderzeugungsmittel vorgesehen sein. Somit ist deren stabile und dauerhafte Befestigung einfach möglich. Eine derartige formschlüssige Aufnahme kann bei einem Pumpengehäuse oder bei einer Fluidführung aus Kunststoff relativ leicht hergestellt werden.
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Ein erfindungsgemäßes Elektrogerät ist mit einer solchen Pumpe versehen und weist auch eine Fluidführung an der Pumpe auf. Die Pumpe ist in dieser Fluidführung eingebaut. Es kann nach jeweiligem Einsatz und Aufbau des Elektrogeräts entschieden werden, wo in der Fluidführung die Pumpe eingebaut ist. Durch die integrierte Bauweise der Pumpe samt ihrer Beheizung muss kein separater Bereich der Fluidführung für die Anordnung einer sonstigen Beheizung des geförderten Fluids berücksichtigt werden. Dies macht den Aufbau deutlich einfacher. Werden Permanentmagnete als Magnetfelderzeugungsmittel verwendet so ist kein separater elektrischer Anschluss nötig.
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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 Unterkombinationen 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. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte sowie Zwischen-Überschriften beschränkt die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
- 1 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Pumpe mit Pumpenmotor, Pumpengehäuse samt Pumpenrotor darin und einer Induktionsspule außen am Pumpengehäuse,
- 2 eine Schnittdarstellung mit axialer Blickrichtung auf die Pumpe aus 1,
- 3 eine Abwandlung der Pumpe aus 1 mit einer Induktionsspule, die unterhalb eines Bodens des Pumpengehäuses in der Nähe eines Auslasses angeordnet ist,
- 4 eine Abwandlung der Pumpe aus 3 mit einer zusätzlichen und gleich ausgebildeten Induktionsspule oberhalb eines Deckels des Pumpengehäuses um einen Einlass herum,
- 5 eine weitere Abwandlung der Pumpe aus 1 mit mehreren Induktionsspulen radial außerhalb des Pumpenrotors an der Außenseite der Pumpenkammer, deren Spulenmittelachse radial verläuft und auf den Rotor weist,
- 6 eine weitere Abwandlung einer erfindungsgemäßen Pumpe als Axiallüfter, wobei ein Pumpenrotor, eine Induktionsspule davor und ein Pumpenmotor in der Fluidführung angeordnet sind,
- 7 eine schematische geschnittene Darstellung eines erfindungsgemäßen Wäschetrockners als Elektrogerät und
- 8 eine weitere Abwandlung einer erfindungsgemäßen Pumpe in einer Schnittdarstellung ähnlich 2 mit außen am Pumpengehäuse angeordneten Permanentmagneten als Magnetfelderzeugungsmittel.
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Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In der 1 ist eine teils aufgeschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Pumpe 11 dargestellt mit einem Pumpenmotor 13 und einer Pumpenwelle 14. Links neben dem Pumpenmotor 13 ist ein Pumpengehäuse 16 vorgesehen entsprechend einer üblichen Radialpumpe bzw. Impellerpumpe. Eine Fluidführung der Pumpe 11 weist ein Pumpengehäuse 16 auf mit einem zentralen Einlass 18 von links in axialer Richtung als Fluidzuführung. An der Außenseite des Pumpengehäuses 16 geht von einer Pumpenkammer 19 bzw. einer Kammeraußenwand 20 ein Auslass 22 als Fluidabführung ab. Die Pumpe 11 soll Luft als Fluid fördern bzw. pumpen. Sie könnte aber mit leichter Abwandlung auch Wasser pumpen.
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In der relativ flachen Pumpenkammer 19 ist ein Pumpenrotor 24 nach Art eines Impellers angeordnet. Der Pumpenrotor 24 weist eine Deckscheibe 25 und eine Bodenscheibe 29 auf. Dazwischen sind Rotorschaufeln 27 angeordnet. Dies ist bekannt. Die Deckscheibe 25 könnte auch weggelassen werden, verbessert aber in der Regel die Effizienz der Pumpe 11.
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In der Bodenscheibe 29 ist ein Rotorhalter 31 aus thermisch dämmendem Material angeordnet, der auf der Motorwelle 14 befestigt ist. So wird keine Wärme vom Pumpenrotor 24 über die Motorwelle 14 an den Pumpenmotor 13 abgeführt, was als Wärmeverlust negativ wäre und zusätzlich noch die Funktion des Pumpenmotors 13 beeinträchtigen könnte.
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Außen um das Pumpengehäuse 16 herum bzw. außerhalb der Kammeraußenwand 20, vorteilhaft sehr nahe daran und unter Umständen sogar mechanisch daran gehaltert, ist eine Induktionsspule 33 angeordnet. Sie kann eine Mehrzahl oder Vielzahl von Windungen aufweisen, beispielsweise 10 bis 100 oder sogar 200 Windungen. Sie weist eine nicht näher dargestellte Spulenmittelachse auf, die mit der Motorwelle 14 zusammenfällt. Von der Induktionsspule 33 gehen Zuleitungen 35 zu einer nicht näher erläuterten Leistungsversorgung 37, vorteilhaft als üblicher Induktionswechselrichter. Die Zuleitung 35 ist vorteilhaft auch am Pumpengehäuse 16 zumindest teilweise befestigt. Die Leistungsversorgung 37 kann nahe bei der Induktionsspule 33 bzw. der Pumpe 11 angeordnet sein, vorteilhaft aber auf einem Bauteilträger, auf dem sonstige elektrische Bauteile und insbesondere Leistungsbauteile des Elektrogeräts vorgesehen sind, in welches die Pumpe 11 eingebaut ist. Diese Induktionsspule 33 bildet hier also die erfindungsgemäßen Magnetfelderzeugungsmittel, und zwar aktive Magnetfelderzeugungsmittel, die eben elektrisch angesteuert werden. Mittels variabler Ansteuerung der Induktionsspule 33 über die Leistungsversorgung 37 kann der Pumpenrotor 24 unterschiedlich beheizt werden. So kann ein in der Fluidführung bzw. im Pumpengehäuse 16 gefördertes Fluid auf eine gewünschte Temperatur aufgeheizt werden. Zu deren genauer Bestimmung kann einerseits eine Temperaturmessung mittels Sensoren odgl. erfolgen, die hier nicht dargestellt sind. Andererseits kann, wie dies zuvor ausgeführt worden ist, vorgesehen sein, dass die magnetisch bzw. induktiv beheizbaren Teile des Pumpenrotors 24, vorteilhaft Deckscheibe 25, Bodenscheibe 29 und/oder Rotorschaufeln 27, aus einem Material mit entsprechend gewähltem Curie-Punkt bestehen. Wird dieser erreicht bzw. überschritten, so stoppt die induktive Beheizung selbsttätig, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist. Der Fachmann kann dies problemlos realisieren.
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Alternativ könnte für eine Temperaturregelung einer Beheizung des Pumpenrotors
24 auch vorgesehen sein, dass die Leistungsversorgung
37 für die Induktionsspule
33 dies an den Spulenparametern erkennen kann. Dies ist allgemein für induktive Beheizung bekannt, siehe hierzu auch die
DE 102009047185 A1 oder
EP 2574144 A2 .
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Wie zuvor auch erläutert worden ist, kann dieses induktiv beheizbare Material, vorzugsweise ferromagnetisches Material, auf unterschiedliche Art und Weise am oder im Pumpenrotor 24 eingebaut sein. Er kann entweder ganz oder mit einem seiner vorgenannten Teile aus diesem Material, insbesondere also aus Metall, bestehen. Metallische Teile können auch in andere Teile des Pumpenrotors aus Kunststoff eingebettet oder damit verbunden sein. Des Weiteren ist es möglich, dass der Pumpenrotor 24 zwar insgesamt aus Kunststoff besteht, aber mit verschiedenen Teilen aus verschiedenen Kunststoffen. Mindestens einer dieser Kunststoffe kann dabei durch Beimengung entsprechender Materialien, insbesondere in Pulverform, die induktiv beheizt werden können, sozusagen ferromagnetisch gemacht werden bzw. so ausgebildet sein, dass er induktiv beheizbar ist. Vorteilhaft sind dies die Rotorschaufeln 27 oder zumindest ein Teil davon, insbesondere deren radial äußere Bereiche. Bei der hier dargestellten Bauweise der Pumpe 11 als Impellerpumpe ist in diesem radial äußeren Bereich der Rotorschaufeln 27 eine Wärmeübertragung an ein gefördertes Fluid am besten. Dies gilt auch für die sonstigen hier dargestellten Ausführungsbeispiele von Pumpen bzw. deren Pumpenrotoren.
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In der 2 ist eine Schnittdarstellung durch die Pumpe 11 aus 1 dargestellt, und zwar ein Schnitt durch die Ebene der Induktionsspule 33 mit einer Schnittebene senkrecht zur Spulenmittelachse. In dem Pumpengehäuse 16 mit der Kammeraußenwand 20 und der Pumpenkammer 19 darin ist der Pumpenrotor 24 angeordnet mit der Bodenscheibe 29 und den damit verbundenen Rotorschaufeln 27. Der Pumpenrotor 24 ist mittels des Rotorhalters 31 an der genannten Motorwelle 14 befestigt.
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Mit etwas Abstand außerhalb der Kammeraußenwand 20 verläuft die Induktionsspule 33, so dass ihr Abstand zu dem Pumpenrotor 24 bzw. dessen Rotorschaufeln 27, die vorteilhaft aus dem induktiv beheizbaren Material bestehen oder dieses aufweisen, stets gleich ist. Aus der 2 ist auch gut zu ersehen, dass der Pumpenrotor 24 zumindest in seinem äußeren Bereich, also insbesondere mit den Rotorschaufeln 27, im von der Induktionsspule 33 gebildeten Magnetfeld ist zu seiner Beheizung.
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In der 3 ist eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Pumpe 111 dargestellt, die als Impellerpumpe ausgebildet ist. Sie weist wieder einen Pumpenmotor 113 mit einer Motorwelle 114 auf, die in das Pumpengehäuse 116 als Teil der Fluidführung hineinragt. Eine Fluidzuführung in das Pumpengehäuse 116 ist durch einen Einlass 118 gebildet, und eine Fluidabführung durch einen Auslass 122. Die Pumpenkammer 119 mit einer Kammeraußenwand 120 ist ausgebildet wie in 1, ebenso der Pumpenrotor 124 mit Deckscheibe 125, Rotorschaufeln 127 und Bodenscheibe 129. Der Pumpenrotor 124ist mittels eines Rotorhalters 131 an der Motorwelle 114 gelagert. Auch die Ausbildung aus oder Anordnung von induktiv beheizbarem Material am Pumpenrotor 124 kann so sein wie zuvor beschrieben, weswegen hierzu keine erneuten Ausführungen gemacht werden.
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Die Besonderheit bei der Pumpe 111 der 3 liegt darin, dass eine Induktionsspule 133 als Magnetfelderzeugungsmittel zwar auch wieder außerhalb des Pumpengehäuses 116 angeordnet ist, auch mit einer Spulenmittelachse, die nicht nur parallel zur Motorwelle 114 verläuft, sondern mit dieser zusammenfällt. Hier ist die Induktionsspule 133 aber unterhalb eines Bodens der Pumpenkammer 119 angeordnet, und zwar zwischen Pumpenkammer 119 und Pumpenmotor 113. Mit dieser Anordnung der Induktionsspule 133 kann möglicherweise der Durchmesser der gesamten Pumpe 111 geringer gehalten werden als gemäß 1, wobei dafür ihre Länge in der Regel etwas größer sein wird. Mit dieser Induktionsspule 133 kann zwar auch wieder eine Beheizung von induktiv beheizbaren Rotorschaufeln 127 erfolgen, besonders vorteilhaft kann damit aber die Bodenscheibe 129 induktiv beheizt werden. Diese kann dann zum einen das geförderte Fluid erwärmen, des Weiteren kann sie die damit verbundenen Rotorschaufeln 127 beheizen, die dann wiederum das Fluid erwärmen.
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Bei einer weiteren Pumpe 211 gemäß der Erfindung, die 4 dargestellt ist, ist bei ansonsten gleicher Ausgestaltung wie bei der Pumpe 111 der 3 zusätzlich zur Induktionsspule 233b noch eine weitere Induktionsspule 233a oberhalb eines Pumpendeckels bzw. sozusagen oberhalb des Pumpengehäuses 216 um den Einlass 218 herum vorgesehen. Die andere Induktionsspule 233b ist unterhalb des Pumpengehäuses 216 angeordnet, wie zuvor beschrieben. Die beiden Induktionsspulen 233a und 233b können mittels ihrer Zuleitungen 235a und 235b an eine nicht dargestellte Leistungsversorgung angeschlossen sein, insbesondere werden sie gleich angesteuert. Dies reduziert den Aufwand. Eine Reihenschaltung ist ebenso möglich wie eine Parallelschaltung.
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Bei einer induktiven Beheizung von Deckscheibe 225 und/oder Bodenscheibe 229 ist mit diesen Induktionsspulen 233a und 233b ein besonders guter Wirkungsgrad erreichbar. Die Erzeugung von die Beheizung bewirkenden Wirbelströmen ist hier besonders gut möglich. In den Rotorschaufeln 227 ist dies etwas weniger gut möglich, wobei diese ggf. auch etwas schräg gestellt bzw. geneigt ausgebildet sein können, so dass eine Beheizung letztlich doch möglich ist.
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Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Pumpe 311 gemäß 5, die ein Pumpengehäuse 316 als Teil einer Fluidführung aufweist wie zuvor mit Einlass 318, Pumpenkammer 319, Kammeraußenwand 320 und Auslass 322, ist ein Pumpenrotor 324 ausgebildet wie zuvor. Er weist eine Deckscheibe 325, eine Bodenscheibe 329 und dazwischen angeordnete Rotorschaufeln 327 auf. Er ist an einem Rotorhalter 331 mit einer Motorwelle 314 eines Pumpenrotors 313 verbunden.
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Zur Beheizung sind mehrere Induktionsspulen 333 an einer Kammeraußenwand 320 angeordnet und vorteilhaft auch daran befestigt. Die Induktionsspulen 333 sind hier deutlich kleiner ausgebildet als diejenigen zuvor, vorteilhaft weisen sie einen Durchmesser auf, der nur geringfügig über der axialen Erstreckung des Pumpenrotors 324 liegt. Die Induktionsspulen 333 sind vorteilhaft sämtlich identisch ausgebildet. Sie sind so angeordnet, dass ihre Spulenmittelachsen in radialer Richtung des Pumpenrotors 324 zeigen, vorteilhaft in dessen Mittelbereich hinein bzw. auf eine Drehachse zu. Es können insgesamt fünf bis acht dieser Induktionsspulen 333 an der Kammeraußenwand 320 angeordnet sein, bei anderen Größen und anderen Ausgestaltungen auch mehr. Die Induktionsspulen 333 sind mit hier nur beispielhaft dargestellten Zuleitungen 335 an eine zuvor beschriebene Leistungsversorgung 337 angeschlossen. Vorteilhaft werden sie gleich angesteuert.
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Durch diese Ausrichtung der Induktionsspulen 333 zum Pumpenrotor 324 und insbesondere zu dessen Rotorschaufeln 327 können gerade diese Rotorschaufeln 327 sehr gut induktiv beheizt werden, wenn sie aus entsprechendem Material bestehen oder derartiges Material aufweisen. So können nämlich möglichst gut Wirbelströme in den Rotorschaufeln 327 erzeugt werden, um diese zu beheizen zur Erwärmung des geförderten Fluids.
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Eine nochmals weitere erfindungsgemäße Pumpe 411 ist in der 6 dargestellt. Eine Fluidführung weist hier ein anders ausgebildetes Pumpengehäuse 416 auf, da es sich hier um eine Axialpumpe handelt. Ein Einlass 418 als Fluidzuführung führt in eine Pumpenkammer 419 mit einer Kammeraußenwand 420. Ein Auslass 422 als Fluidabführung führt heraus. Mitten in der Fluidzuführung bzw. im Einlass 418 ist ein Pumpenmotor 413 mit Motorwelle 414 angeordnet, natürlich gedichtet, wobei er mit etwas anderer Motorwelle auch außerhalb davon angeordnet sein könnte.
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Auf der Motorwelle 414 ist mittels eines Rotorhalters 431 ein Pumpenrotor 424 angeordnet. Dieser ist hier für eine axiale Förderung ausgebildet, wobei er dazu auch Rotorschaufeln 427 aufweist, die von einem Mittelbereich weg gehen, der am Rotorhalter 431 gehaltert ist.
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Ähnlich wie in 3 dargestellt ist unterhalb des Pumpenrotors 424 bzw. zwischen diesem und dem Pumpenmotor 413 eine Induktionsspule 433 angeordnet. Ihre Spulenmittelachse fällt mit der Drehachse zusammen. Sie ist mittels einer Zuleitung 435 in einer nicht dargestellten Leistungsversorgung verbunden. Wie leicht zu ersehen ist, ist die Induktionsspule 433 sehr gut ausgebildet und angeordnet, um die flachen Rotorschaufeln 427, die etwas schräg gestellt zur Bildebene verlaufen, zu beheizen, um so von der Pumpe 411 gefördertes Fluid zu erwärmen.
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Der Vorteil der Anordnung der Induktionsspule 433 innerhalb des Pumpengehäuses 416 liegt sowohl in der einfacheren Ausgestaltung als auch darin, dass diese durch das kühlere herangeführte Fluid vom Einlass 418 gekühlt werden kann, falls sie sich im Betrieb aufheizen sollte.
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In der 7 ist ein Wäschetrockner 40 in Form eines Kondensationstrockners als erfindungsgemäßes Elektrogerät bzw. Elektrohaushaltsgerät dargestellt. Er weist ein Gehäuse 41 und einen Lufteinlass 42 sowie einen Luftauslass 42' auf. Des Weiteren weist er eine Trocknertrommel 44 und einen Wärmetauscher 45 mit einem Kondenswasserauffangbehälter 46 auf. Im Wesentlichen ist er somit ausgebildet wie ein normaler Wäschetrockner bzw. Kondensationstrockner.
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Kurz vor dem Luftauslass 42' ist eine erfindungsgemäße Pumpe 11 vorgesehen, und zwar mit dem Einlass 18 zuerst. Hier ist auch die Leistungsversorgung 37 für zwei Induktionsspulen 33 ähnlich wie in 4 dargestellt. Des Weiteren ist der Pumpenmotor 13 zu erkennen.
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Vom Pumpengehäuse 16 geht ein Auslass 22 dann nach oben in die Trocknertrommel 44 wieder hinein. Warme und feuchte Luft aus der Trocknertrommel 44 wird in den Wärmetauscher 45 gesaugt und in diesem entfeuchtet. Dabei wird diese Luft dann abgekühlt und Feuchtigkeit abgeschieden. Andere Luft wird am Lufteinlass 42 angesaugt durch einen Lüfter 43, und dort wird auf übliche Art und Weise im Wärmetauscher 45 dann die Luft aus der Trocknertrommel 44 entfeuchtet. Die am Lufteinlass 42 angesaugte Luft dient zum Kühlen des Wärmetauschers 45. Die zum Einlass 18 der Pumpe 11 eingesaugte Luft wird dann nach dem Entfeuchten in der Pumpe 11 wieder erwärmt bzw. beheizt und gleichzeitig zum Auslass 22 hinaus wieder in die Trocknertrommel 44 eingeblasen. Somit ist also bei dem Wäschetrockner 40 durch die erfindungsgemäße Pumpe 11 die Funktion des Förderns mit der Funktion des Beheizens der Luft zum Trocknen von Wäsche in einer Baueinheit kombiniert bzw. integriert. Das gepumpte bzw. geförderte Fluid ist hier Luft, wobei die Luft gleichzeitig erwärmt bzw. beheizt wird.
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Alternative Anwendungen in Elektrogeräten bzw. Elektrohaushaltsgeräten könnten bei Waschmaschinen gesehen werden. Dort wäre dann das geförderte Fluid keine Luft, sondern Wasser, welches während des Pumpens auf beschriebene Art und Weise induktiv oder magnetisch mittels des Pumpenrotors erwärmt werden kann.
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Alternativ ist es, wie eingangs genannt, auch möglich, nicht den Pumpenrotor selbst oder einen Bereich davon zu erwärmen, sondern einen Teil des Pumpengehäuses. Dies ist insbesondere leicht vorstellbar bei der Pumpe 311 der 5, wo die äußere Kammeraußenwand 320 mittels der dort vorgesehenen Induktionsspulen 333 sehr gut induktiv beheizt werden könnte. Dies weist den Vorteil auf, dass dann der Pumpenrotor auf übliche Art und Weise relativ einfach aus normalem Kunststoff bestehen kann. Die Kammeraußenwand 320 ist dann eben speziell auszubilden wie zuvor beschrieben. Allerdings ist, wie aus den ansonsten oben beschriebenen beheizten Pumpen bekannt, eine Erwärmung des geförderten Fluids über eine Kammeraußenwand auch sehr gut und effizient möglich.
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In der 8 ist eine nochmals weitere erfindungsgemäße Pumpe 511 dargestellt. Hier besteht die Besonderheit darin, dass die Magnetfelderzeugungsmittel keine Induktionsspule sind, wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen, sondern Permanentmagnete 547a und 547b. Sie weisen jeweils abwechselnde Polarität auf. Insgesamt sind 10 Permanentmagnete 547 außen an einer Kammeraußenwand 520 angeordnet mit einer Anordnung ähnlich der Induktionsspule 33 der 1, wobei das erzeugte konstante Magnetfeld eher demjenigen der 5 ähnelt. Sie erzeugen ein permanentes statisches und konstantes Magnetfeld an der Pumpe 511 bzw. am Pumpenrotor 524. Dreht sich dieser so werden, wie leicht vorstellbar ist, Wirbelströme durch das Magnetfeld in entsprechenden Teilen des Pumpenrotors 524 erzeugt. Der Verlauf des Magnetfelds ist wiederum eher ähnlich demjenigen der Induktionsspulen 333 der Pumpe 311 aus 5, so dass hier besonders gut die Rotorschaufeln 527 induktiv beheizt werden können. Dort können nämlich sehr gut Wirbelströme in den Pumpenrotor 524 bzw. in den Rotorschaufeln 527 rein durch die Drehung erzeugt werden.
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Der Vorteil der Ausgestaltung der Pumpe 511 gemäß der 8 liegt darin, dass keine separate Induktionsspule vorgesehen werden muss samt Zuleitungen und vor allem samt entsprechender Leistungsversorgung. Eine Einstellung der Beheizung kann in gewissen Grenzen über die Beeinflussung der Drehzahl des Pumpenrotors 524 erfolgen auf leicht vorstellbare Art und Weise. Ein Pumpenmotor muss für diese Pumpe dann etwas stärker ausgebildet sein, was aber ebenfalls technisch kein Problem sein dürfte.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2150165 B1 [0002, 0012]
- DE 102009047185 A1 [0030]
- EP 2574144 A2 [0030]