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Die Erfindung betrifft eine Abwasserpumpe mit einem Gehäuse und einem darin aufgenommenen Laufrad, wobei das Gehäuse eine Einlassöffnung und einen Druckstutzen aufweist, das Laufrad wenigstens eine Schaufel mit einer der Einlassöffnung zugewandten Eintrittskante aufweist, und die Pumpe einen Motor zum Betrieb des Laufrads aufweist.
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Gattungsgemäße Pumpen umfassen regelmäßig ein Gehäuse und ein darin aufgenommenes Laufrad, wobei das Gehäuse eine mit Bezug auf das Laufrad axial angeordnete Einlassöffnung und einen mit Bezug auf das Laufrad radial angeordneten Druckstutzen aufweist und wobei das Laufrad spiralförmig verlaufende Schaufeln mit der Einlassöffnung zugewandten Eintrittskanten aufweist.
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Ein bekanntes Problem solcher Pumpen ist die Neigung zur Verstopfung durch Anlagerung von Fremdkörpern wie beispielsweise Fasern oder Tüchern an den Eintrittskanten der Schaufeln. Derartige Fremdkörper können sich dort soweit ansammeln, dass der gesamte Eintritt in das Laufrad blockiert wird und die Förderung aufhört.
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Es existieren bereits diverse Lösungsansätze, die sich Schneidwerkzeugen oder auch Abstreifwerkzeugen bedienen, um die an den Eintrittskanten festgesetzten Schadstoffe im Pumpenbetrieb entfernen zu können.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lösung bereitzustellen, mit der die Verstopfungsneigung von Abwasserpumpen weiter reduziert werden kann.
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Vor diesem Hintergrund betrifft die Erfindung eine Abwasserpumpe mit einem Gehäuse und einem darin aufgenommenen Laufrad, wobei das Gehäuse eine Einlassöffnung und einen Druckstutzen aufweist, wobei das Laufrad wenigstens eine Schaufel mit einer der Einlassöffnung zugewandten Eintrittskante aufweist, und wobei die Pumpe einen Motor zum Betrieb des Laufrads aufweist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass im oder hinter dem Druckstutzen eine Absperr- oder Drosseleinrichtung angeordnet ist, die den Abfluss des Mediums aus dem Druckstutzen der Abwasserpumpe zeitlich begrenzt reduziert oder sperrt.
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Hintergründig für den Lösungsgedanken der Erfindung ist, dass die Anlagerung von Fremdkörpern an den Eintrittskanten der Schaufeln dadurch begünstigt wird, dass sich der Staupunkt bei optimalem Betriebspunkt in der Region um die Schaufeleintrittskante befindet. Ein mit der Strömung ankommender Fremdkörper in Form eines Tuchs oder dergleichen wird so nicht zur Druck- oder Saugseite der Schaufel weggezogen, sondern legt sich über die Eintrittskante und bleibt dort hängen.
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Die Erfindung macht sich zu Nutze, dass bei starker druckseitiger Drosselung der Pumpe eine Rezirkulation des geförderten Mediums auftritt, die bis in den Bereich vor dem Laufrad, d.h. saugseitig des Laufrads reichen kann. Konkret fließt in einer solchen Situation ein Teil des vom Laufrad radial nach außen in den Druckstutzen geförderten Mediums zurück bis in den Saugbereich. In diesem Betriebszustand werden die Schaufeleintrittskanten teilweise rückwärts überströmt. Der Staupunkt liegt dann nicht mehr an der Schaufeleintrittskante und durch die nun partiell zur Saugseite gerichtete Strömung werden die Fremdkörper von der Schaufeleintrittskante abgewaschen und geraten in den sich bildenden Teillastwirbel, mit dem sie dann in kurzer Zeit radial nach außen gefördert werden und die Pumpe durch den Druckstutzen verlassen können. Die Verstopfung des Laufradeintritts wird beseitigt und die Pumpe kann anschließend durch Öffnen der Absperr- oder Drosseleinrichtung wieder auf ihren ursprünglichen Betriebspunkt eingestellt werden.
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Als „hinter“ dem Druckstutzen wird im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung eine Position stromabwärts des Druckstutzens verstanden. Als Beispiel ist eine Anordnung in einer sich an den Druckstutzen anschließenden Rohrleitung zu nennen, die im Zusammenhang mit der vorliegenden Beschreibung dann als Teil der Pumpe anzusehen ist.
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Die Vorrichtung kann entsprechend als separate Einheit nachgerüstet werden oder von Anfang an in die Pumpe bzw. ein Rohr integriert werden.
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Der Druckstutzen wie auch die Positionierung der Absperr- oder Drosseleinrichtung kann je nach Pumpentyp unterschiedliche gestaltet sein. Im Falle einer Tauchpumpe kann die Absperr- oder Drosseleinrichtung beispielsweise in der Steigleitung oder im Fußkrümmer angeordnet sein.
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Die Absperr- oder Drosseleinrichtung kann erfindungsgemäß grundsätzlich auch in gewissem Abstand zum Laufrad an der Pumpe sitzen, solange die Distanz klein genug ist, um den eingangs beschriebenen Funktionszusammenhang noch zu gewährleisten. Als Beispiel ist insbesondere die Positionierung an einer leicht zugänglichen, d.h. nicht untergetauchten Position an der Leitung einer Tauchpumpe zu nennen.
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Das Laufrad weist wenigstens eine Schaufel auf, die eine Eintrittskante aufweist. Es ist drehfest mit einer von einem Motor, typischerweise einem Elektromotor angetriebenen Welle verbunden. Im Normalfall besitzt das Laufrad hierfür eine in der Drehachse liegende Nabe.
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In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Einlassöffnung mit Bezug auf das Laufrad axial und/oder der Druckstutzen mit Bezug auf das Laufrad radial angeordnet ist. Es handelt sich in diesem Fall also um eine Pumpe, die axial ansaugt und/oder radial ausstößt.
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Ferner bevorzugt ist, dass die Schaufel des Laufrads ausgehend von dessen Drehachse oder einer Nabe desselben spiralförmig in der Radialebene nach außen verläuft. Im Falle mehrerer Schaufeln gilt dies vorzugsweise für alle Schaufeln.
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Auch kann in einer Ausführungsform vorgesehen sein, dass das Laufrad zumindest an seiner der Einlassöffnung gegenüberliegenden Seite eine in der Radialebene verlaufende Deckscheibe aufweist, an der die der Eintrittskante gegenüberliegende Kante der Schaufel ansteht. Auch auf der der Einlassöffnung zugewandten Seite kann die Schaufel bzw. das Laufrad teilweise von einer in der Radialebene verlaufenden Deckscheibe bedeckt sein, wobei nur der Bereich um die Einlassöffnung freibleibt.
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Ein Verstopfungsschutz im Sinne der vorliegenden Erfindung kann in derartigen Ausführungsformen besonders wertvoll sein, da im Falle von derart geschlossenen Laufrädern die Fremdkörper wegen der Deckscheibe auch nicht zwischen der Schaufel und dem Gehäuse radial nach außen gefördert werden können und die Pumpen deshalb besonders zur Verstopfung neigen.
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Im oder hinter dem Druckstutzen der Pumpe kann in einer Ausführungsform ferner ein Rückschlagventil angeordnet sein. Auch kann es sich bei der Absperr- oder Drosseleinrichtung um ein Rückschlagventil handeln, dessen geschlossene Position blockiert werden kann. In dieser Ausführungsform wird die Absperr- oder Drosseleinrichtung in der Druckleitung mit einem Rückschlagventil kombiniert.
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Vorzugsweise handelt es sich bei der Absperr- oder Drosseleinrichtung jedoch um ein durchflussregelbares Ventil. Als geeignete Beispiele sind etwa Quetschventile, Proportionalventile oder Servoventile zu nennen.
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Weiter vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Pumpe eine Steuereinheit aufweist, die mit der Absperr- oder Drosseleinrichtung in Signalverbindung steht und ausgebildet ist, diese zur Durchführung eines Reinigungszyklus zu aktivieren. Die Steuereinheit ist möglicherweise, aber nicht notwendigerweise am Pumpengehäuse angeordnet. Es besteht auch die Möglichkeit der Fernsteuerung bzw. Anordnung der Steuereinheit im Abstand vom Pumpengehäuse. Auch solche im Abstand vom Pumpengehäuse angeordneten Steuereinheiten sind aber im Sinne der vorliegenden Patentbeschreibung der Pumpe zuzurechnen.
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Die Steuereinheit kann ausgebildet sein, einen Reinigungszyklus in vorgegebenen Abständen oder in Reaktion auf eine Benutzereingabe hin durchzuführen. Die Vorrichtung kann völlig autark sein oder dazu ausgelegt sein, von außen angesteuert zu werden.
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In einer Variante der Erfindung kann die Pumpe zumindest einen Sensor zur Messung eines Betriebszustandes der Pumpe aufweisen, der mit der Steuereinheit in Signalverbindung steht. Die Steuereinheit kann dabei ausgebildet sein, unter Verwendung des Sensorsignals eine zumindest teilweise Verstopfung der Pumpe detektieren zu können und in Reaktion auf die Detektion eines solchen Zustandes einen Reinigungszyklus durchzuführen. Geeignete Sensoren umfassen beispielsweise Sensoren zur Messung der Leistungsaufnahme der Pumpe, Drehzahlsensoren, saug- bzw. druckseitige Absolutdrucksensoren oder Differenzdrucksensoren, saug- bzw. druckseitige Sensoren zur Messung des Masse- oder Volumenstroms, oder dergleichen. Generell geht es darum durch Sensoren eine Verstopfung der Pumpe detektieren zu können.
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Die Absperr- oder Drosseleinrichtung kann in einer Variante auch bereits aufgrund eines sehr einfachen Detektionsmechanismus, beispielsweise bei einer gewissen Änderung in der Leistungsaufnahme des Motors aktiviert werden. Eine derartige Auslösung auf Verdacht schadet auch dann nicht, wenn die Auslösung de facto eigentlich gar nicht notwendig gewesen wäre.
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In einer Variante kann die Steuereinheit zudem mit dem Motor der Pumpe in Signalverbindung stehen und ausgebildet sein, bei Durchführung eines Reinigungszyklus auch den Betriebszustand des Laufrads zu ändern. Die Reinigungszyklen der Pumpe können somit auch durch Änderung des Betriebszustandes des Laufrads, also beispielsweise mit einer Drehzahlerhöhung, einer Drehzahlerniedrigung oder einer Drehrichtungsumkehr kombiniert werden.
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Auf der Steuereinheit können mehrere Routinen für mögliche Reinigungszyklen hinterlegt sein, um je nach Betriebssituation eine optimale Routine anwählen zu können. Dies kann in einer Ausführungsvariante auch unter Zuhilfenahme der Sensoren von der Steuereinheit automatisch bestimmt werden. Beispielsweise können derartige Routinen ein wiederholtes Aktivieren und Deaktivieren der Absperr- oder Drosseleinrichtung, ein schnelleres Schließen und langsameres Öffnen, ein schnelleres Öffnen und langsameres Schließen, oder dergleichen vorsehen.
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Die Aufgabe der Erfindung wird ferner durch eine Verfahren gelöst, bei dem zum Entfernen von Belägen auf den Eintrittskanten des Laufrades die Absperr- oder Drosseleinrichtung zeitlich begrenzt den Abfluss des Mediums aus dem Druckstutzen reduziert oder sperrt.
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Dabei aktiviert idealerweise eine mit der Absperr- oder Drosseleinrichtung in Signalverbindung stehende Steuereinheit einen Reinigungszyklus.
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Vorzugsweise führt die Steuereinheit den Reinigungszyklus in vorgegebenen Abständen oder in Reaktion auf eine Benutzereingabe hin durch.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn zumindest ein mit der Steuereinheit in Signalverbindung stehender Sensor den Betriebszustand der Pumpe detektiert, und die Steuereinheit unter Verwendung des Sensorsignals eine zumindest teilweise Verstopfung der Pumpe detektiert und in Reaktion auf die Detektion eines solchen Zustandes einen Reinigungszyklus durchführt.
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Idealerweise sind auf der Steuereinheit mehrere Routinen für mögliche Reinigungszyklen hinterlegt, um je nach Betriebssituation eine optimale Routine anzuwählen, insbesondere ein wiederholtes Schließen und Öffnen des Quetschventils.
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Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Steuereinheit im Rahmen eines Reinigungszyklus gleichzeitig das Quetschventil betätigt und den Betriebszustand der Pumpe ändert, z.B. durch Änderung der Drehzahl.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel. In den Figuren zeigen:
- 1: eine Schnittzeichnung einer Abwasserpumpe im Allgemeinen;
- 2: ein schematisches Schaltbild einer erfindungsgemäßen Variante einer Abwasserpumpe; und
- 3: eine Darstellung einer als Tauchpumpe ausgebildeten Abwasserpumpe in erfindungsgemäßer Modifikation.
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1 zeigt eine typische Konstruktion einer Abwasserpumpe 100. Diese umfasst ein aus einem Spiralgehäuse 10a und einem Gehäusedeckel 10b bestehenden Gehäuse 10 aus beispielsweise Metall, in dem ein Laufrad 15 aufgenommen ist. Das Gehäuse 10 umfasst eine mit Bezug auf das Laufrad 15 axial angeordnete Einlassöffnung 11 und einen mit Bezug auf das Laufrad 15 radial angeordneten Druckstutzen 12. Ferner ist am Gehäuse 10 ein Motor 13 angeordnet, von dem eine um eine Drehachse A drehbare axiale Welle 14 abgeht, mit der das Laufrad 15 anhand seiner Nabe 16 drehfest verbunden ist. Das Laufrad 15 selbst umfasst wenigstens eine Schaufel 17 mit einer Eintrittskante 18, wobei sich die Schaufel ausgehend von der Nabe 16 spiralförmig in radialer Ebene nach außen erstreckt. Die Eintrittskante 18 der Schaufel 17 befindet sich an deren der Einlassöffnung 11 zugewandten Seite. An der gegenüberliegenden Seite der wenigstens einen Schaufel 17 weist das Laufrad eine radiale Tragscheibe 19 auf. Das Laufrad 15 wird, wie in der Figur angedeutet, im Betrieb gegen den Uhrzeigersinn bewegt, um Wasser von der Einlassöffnung 11 zum Druckstutzen 12 zu pumpen.
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2 zeigt ein schematisches Schaltbild einer erfindungsgemäßen Variante einer solchen Abwasserpumpe 100, insbesondere in Form einer Zentrifugalpumpe. Es ist dabei vorgesehen, eine Absperr- oder Drosseleinrichtung 200 druckseitig der Pumpe 100 anzuordnen. Zum Entfernen von Belägen auf der Eintrittskante 18 des Laufrades 15 reduziert oder sperrt die Absperr- oder Drosseleinrichtung 200 zeitlich begrenzt den Abfluss des Mediums aus dem Druckstutzen 12.
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3 zeigt eine als Tauchpumpe ausgebildete Abwasserpumpe 100 in erfindungsgemäßer Modifikation. Die Pumpe 100 ist im Wesentlichen so aufgebaut, wie es im Zusammenhang mit 1 schematisch erklärt ist. An dem Druckstutzen 12 ist ein Fußkrümmer 20 ausgebildet, an den sich eine Drosselarmatur, hier beispielhaft in Form eines Quetschventils 200 anschließt. Das Quetschventil 200 weist üblicherweise eine Membran 201 auf und steht mit einem Mechanismus zur Ansteuerung bzw. Bewegung der Membran 201 in Verbindung, der in der Figur als Druckleitung 202 symbolisiert ist. An das Quetschventil 200 schließt sich eine Steigleitung 300 an. Eine in der Figur schematisch dargestellte Steuereinheit 400 der Pumpe steht mit der Pumpe 100, konkret dem Pumpenmotor 13 und etwaigen, jedoch nicht dargestellten Sensoren, sowie dem Mechanismus zur Ansteuerung des Quetschventils 200 in Signalverbindung.
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Die Steuereinheit 400 ist aufgrund geeigneter Programmierung ausgebildet, das Quetschventil zur Durchführung eines Reinigungszyklus der Pumpe 100 zu aktivieren. Dabei wird das Quetschventil 200 verengt, wodurch sich im Druckstutzen 12 bzw. im Fußkrümmer 20 ein Gegendruck aufbaut, der schließlich zu einer Rezirkulation des geförderten Mediums führt, die bis in den Bereich vor dem Laufrad 15 reichen kann. Die Verengung des Quetschventils 200 kann dabei den Abfluss des Mediums aus dem Druckstutzen 12 reduzieren oder vollständig absperren. In diesem Betriebszustand wird die Schaufeleintrittskante bzw. Schaufeleintrittskanten bei mehreren Schaufeln 17 teilweise rückwärts überströmt. Der Staupunkt liegt dann nicht mehr an der Schaufeleintrittskante 18 und durch die nun partiell zur Saugseite gerichtete Strömung werden angelagerte Fremdkörper von der Schaufeleintrittskante bzw. Schaufeleintrittskanten 18 abgewaschen und geraten in den sich bildenden Teillastwirbel, mit dem sie dann in kurzer Zeit radial nach außen gefördert werden und die Pumpe 100 durch den Fußkrümmer 12 verlassen können. Durch Öffnen des Quetschventils 200 wird im Anschluss der Normalbetrieb der Pumpe wieder hergestellt.
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In einem einfachen Fall kann die Steuereinheit 400 ausgebildet sein, einen wie beschriebenen Reinigungszyklus in vorgegebenen Abständen oder in Reaktion auf eine Benutzereingabe hin durchzuführen. In einer komplexeren Variante kann die Pumpe 100 Sensoren zur Messung eines Betriebszustandes aufweisen und die Steuereinheit 400 ausgebildet sein, unter Verwendung eines Sensorsignals oder mehreren Sensorsignalen eine zumindest teilweise Verstopfung der Pumpe 100 zu detektieren und in Reaktion einen Reinigungszyklus durchzuführen.
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Abhängig von der Art der sensierten Größe können in den Figuren nicht dargestellte Sensoren sowohl an der Pumpe selbst, in der Rohrleitung oder am Drosselelement vorgesehen sein. Beispielsweise könnte ein Vibrationssensor an der Pumpe sitzen. Der Druck des Mediums könnte auch an anderen Positionen gemessen werden.
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Auf der Steuereinheit 400 können dabei mehrere Routinen für mögliche Reinigungszyklen hinterlegt sein, um je nach Betriebssituation eine optimale Routine anwählen zu können. Beispiele umfassen ein wiederholtes Schließen und Öffnen des Quetschventils 200.
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Die Steuereinheit 400 kann ferner ausgebildet sein, im Rahmen eines Reinigungszyklus nicht nur das Quetschventil 200 zu betätigen, sondern gleichzeitig auch den Betriebszustand der Pumpe 100 zu ändern, beispielsweise die Drehzahl zu erhöhen.
