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Die
Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe mit einem in einem Pumpengehäuse angeordneten
und von einer Motorwelle angetriebenen Laufrad und mit einem Auslasskanal,
insbesondere der in einen Druckstutzen des Pumpengehäuses mündet.
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Derartige
Kreiselpumpen sind im Stand der Technik allgemein bekannt. Wesentlich
für diese Kreiselpumpen
ist es, dass innerhalb eines Pumpengehäuses ein Laufrad angeordnet
ist, welches auf einer Motorwelle befestigt und von dieser angetrieben wird,
wobei über
einen Einlassstutzen bzw. eine Einlassöffnung im Pumpengehäuse dem
Saugmund des Laufrades ein zu förderndes
Fluid zugeführt
wird, welches durch die Drehung des Laufrades aufgrund von Zentrifugalkräften in
einen Druckraum des Pumpengehäuses
gefördert
wird, der sich im wesentlichen um das Laufrad herum erstreckt und
z.B. einen Druckstutzen aufweist, über den das zu fördernde Fluid
die Pumpe verlässt.
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Hierbei
ist es im Stand der Technik zur Erzielung eines guten Wirkungsgrades
allgemein bekannt, dass sich direkt um das Laufrad herum spiralförmig ein
Auslasskanal erstreckt, der in den Druckstutzen des Pumpengehäuses mündet. Aufgrund
der spiralförmigen
Ausbildung des Auslasskanals vergrößert sich der Abstand des Kanals
zur Motorwelle mit zunehmendem Spiralwinkel, der maximal 360 Grad
beträgt,
so dass derartige Anordnungen sehr großbauend sind, da sich das Pumpengehäuse zwangsläufig zur
Aufnahme des Auslasskanals bis zum Druckstutzen hin in radialer
Richtung erweitern muss.
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Derartige
Pumpengehäuse
sind häufig
bezogen zur Motorwelle unsymmetrisch ausgebildet, konstruktiv aufwendig
und nur mit kompliziert ausgestalteten Formwerkzeugen herzustellen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es eine Kreiselpumpe zur Verfügung zu stellen, die unter
Bereitstellung eines guten hydraulischen Wirkungsgrades eine besonders
kleinbauende Konstruktion erreicht.
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Die
Aufgabe wird gemäß der Erfindung
dadurch gelöst,
dass zumindest ein Teilbereich des Auslasskanals sich in Richtung
der Motorwelle schraubenförmig
erstreckt, insbesondereb derart, dass das geförderte Fluid auf seinem Weg
vom Laufrad zu einem Druckstutzen einen zumindest teilbereichsweise
schraubenförmigen
Weg durchläuft.
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Durch
eine derartige Schraubenform des Auslasskanals oder zumindest eines
Teiles davon kann es erfindungsgemäß gegenüber dem Stand der Technik erreicht
werden, besonders kleinbauende und platzsparende Pumpengehäuse herzustellen,
da sich beispielsweise bei einer vollständigen Windung des Auslasskanals
um die Motorwelle bzw. die Motorachse sich der radiale Abstand des
Kanals zur Motorwelle/-achse nicht mehr vergrößern muss.
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Aufgrund
der schraubenförmigen
Erstreckung des Auslasskanals kann sich dieser bei einer vollständigen Windung
um die Motorwelle im Wesentlichen in demselben radialen Abstand,
beispielsweise bezogen auf die Mitte des Auslasskanals oder eine
Wandung des Auslasskanals erstrecken, so dass sich das Pumpengehäuse relativ
zum Winkel der schraubenförmigen
Erstreckung nicht in radialer Richtung erweitern muss.
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Sofern
nur im wesentlichen eine Schraubenwindung des Auslasskanals vorgesehen
ist, kann die Konstruktion derart ausgebildet sein, dass der Anfangsbereich
des Auslasskanals in Richtung der Motorwelle/-achse direkt neben
bzw. in Förderrichtung vor
dem Endbereich des Auslasskanals angeordnet ist.
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Gegebenenfalls
kann es vorgesehen sein, dass der Auslasskanal weniger oder auch
mehr als nur einmal um die Motorwelle/-achse herumgewunden ist,
der Schraubenwinkel kann also insgesamt kleiner oder auch größer als
360 Grad sein. Die Schraubensteigung kann über die gesamte Länge des
Auslasskanales bzw. dessen schraubenförmigen Teilbereiches gleichmäßig sein,
es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Schraubensteigung mit dem
Schraubenwinkel bzw. der Länge
des Auslasskanales variiert.
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Zur
Erzielung eines guten hydraulischen Wirkungsgrades kann es in besonders
bevorzugter Ausführung
vorgesehen sein, dass die Kanalbreite und/oder der Kanalquerschnitt
sich in Richtung der Motorwelle vergrößert. Sowohl die Erstreckung
des Auslasskanals von seinem Anfangsbereich zu seinem Endbereich
als auch gegebenenfalls die Vergrößerung der Kanalbreite zwischen
diesen beiden Bereichen kann derart gewählt sein, dass sie vom Laufrad
in Richtung eines antreibenden Elektromotors erfolgt. Der Auslasskanal
ist bei einer derartigen Konstruktion somit angrenzend an die einem
Motor zugewandten Seite des Laufrades angeordnet.
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Zur
Erzielung einer Vergrößerung der
Kanalbreite und/oder besonders des Kanalquerschnittes vom Anfangsbereich
in Richtung des Endbereiches des Auslasskanals kann es beispielsweise
vorgesehen sein, dass der der Motorwelle zugewandte Bereich der
Kanalwand mit zunehmender Schraubenwindung bzw. zunehmendem Schraubenwinkel den
Abstand zur Motorwelle verringert.
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Besonders
bevorzugt kann es konstruktiv vorgesehen sein, dass der Auslasskanal
in Form einer in radialer Richtung offenen Rinne in der Oberfläche eines
zylindrischen Elementes ausgebildet ist, das insbesondere im Pumpengehäuse, koaxial
um die Motorwelle angeordnet ist.
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Bei
dieser Konstruktion besteht keine Notwendigkeit mehr die innere
Wandung des Pumpengehäuses
mit einer besonderen Geometrie zu versehen, die einen Aulslasskanal
wie im Stand der Technik bildet, sondern es kann vielmehr die innere
Gehäusewandung
des Pumpengehäuses
in einfacher Weise zylindrisch glatt ausgebildet sein. Die oben
beschriebene Formgebung und Erstreckung des Auslasskanals wird sodann
erfindungsgemäß durch
das genannte zylindrische Element erreicht, welches innerhalb des
Pumpengehäuses
koaxial um die Motorwelle herum angeordnet werden kann.
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Auf
diese Weise kann es auch erreicht werden, dass bei fertigungstechnisch
immer identischen Pumpengehäusen
die Charakteristik der Kreiselpumpe durch Veränderung der Kanalform und Erstreckung
in dem in das Pumpengehäuse
eingesetzten zylindrischen Element geändert werden kann.
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Sofern
der Auslasskanal in Form einer in radialer Richtung offenen Rinne/Nut
in der Oberfläche eines
zylindrischen Elementes ausgebildet ist, kann es auch vorgesehen
sein, dass die Rinnenbreite und/oder die Rinnentiefe sich in Richtung
der Motorwelle, insbesondere vom Anfangsbereich der Rinne bzw. des
Kanals bis zum Endbereich der Rinne bzw. des Kanals vergrößert, um
hierdurch wieder besonders positive Effekte hinsichtlich des hydraulischen Wirkungsgrades
zu erzielen.
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Eine
besonders platzsparende Konstruktion ergibt sich insbesondere dadurch,
dass der Auslasskanal und/oder das zylindrische Element zwischen dem
Laufrad und einem antreibenden Elektromotor angeordnet ist, da zwischen
einem Laufrad und einem antreibenden Elektromotor zumeist ohnehin
ein oftmals nicht benutzter Raum angeordnet ist, beispielsweise
in dem sich die Gleitringdichtung der Motorwelle befindet.
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Erfindungsgemäß kann dieser
Raum zwischen Laufrad und Elektromotor ausgenutzt werden, um dort
den erfindungsgemäßen Auslasskanal
bzw. das erfindungsgemäß konstruierte
zylindrische Element mit dem Auslasskanal anzuordnen. Durch die Konstruktion
ergibt sich dementsprechend weder eine Verlängerung der Pumpe in Richtung
der Motorwelle noch eine Vergrößerung der
Pumpe radial zur Motorwelle.
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Bei
dieser Konstruktion kann es vorgesehen sein, dass das zylindrische
Element, welches in seiner Oberfläche den Auslasskanal bzw. die
offene Rinne aufweist, am Gehäuse
des Elektromotors inbesondere dichtend befestigt ist. So kann es
dann gemäß der Erfindung
weiterhin vorgesehen sein, dass das Pumpengehäuse, welches das Laufrad und sodann
auch das zylindrische Element überdeckt,
an diesem zylindrischen Element wiederum befestigt ist.
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Alternativ
kann es auch vorgesehen sein, dass das zylindrische Element mittels
des Pumpengehäuses
am Elektromotor befestigbar ist, beispielsweise dadurch, dass sowohl
das Pumpengehäuse als
auch das zylindrische Element an ihren äußeren Bereichen Bohrungen für Schrauben
aufweisen, so dass bei einer Befestigung des Pumpengehäuses am
Motorgehäuse
das zylindrische Element zwischen diesen beiden klemmend eingeschlossen wird.
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Stand
der Technik und ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung sind in den nachfolgenden Abbildungen näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine Kreiselpumpe mit
einem Pumpengehäuse
gemäß dem Stand
der Technik
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2 einen Querschnitt durch
eine erfindungsgemäße Kreiselpumpe
mit schraubenförmig verlaufendem
Auslasskanal
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3 eine dreidimensionale
perspektivische Zeichnung einer Kreiselpumpe mit abgenommenem Pumpengehäuse zur
Ansicht des zwischen Laufrad und Motor verlaufenden Auslasskanals
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4 eine perspektivische dreidimensionale Einzeldarstellung
eines erfindungsgemäßen zylindrischen
Elementes mit auf der Oberfläche
angeordnetem Auslasskanal in Form einer radial offenen Rinne
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5 eine erfindungsgemäße Kreiselpumpe mit
aufgesetztem Pumpengehäuse
und Druckstutzen in Verlängerung
des Auslasskanals gemäß 3 und 4
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Die
1 zeigt zunächst eine
im Stand der Technik beispielsweise aus der
US 3,139,831 bekannte Kreiselpumpe
mit einem Pumpengehäuse
1, in
dem ein Laufrad
2 angeordnet ist zur Förderung eines über den
Saugmund
3 des Laufrades
2 angesaugten Fluides
in den Druckraum
4 des Pumpengehäuses
1. Für den Pumpenbetrieb
wird das Laufrad
2 mittels einer Motorwelle
5 von
einem hier nicht dargestellten Motor angetrieben.
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Erkennbar
ist hier in der Schnittzeichnung, dass der Auslasskanal 6,
der hier letztendlich wesentliche Bereiche des Druckraumes 4 bildet,
im Wesentlichen spiralförmig
direkt um das Laufrad herum angeordnet ist. Durch diese Spiralform
ergibt es sich, dass der radiale Abstand des Wandbereiches 6b des Auslasskanals 6 größer ist
als der radiale Abstand des Wandbereiches 6a des Auslasskanals 6 bezüglich der
Motorwelle. In der Querschnittszeichnung weisen die beiden Wandbereiche 6a und 6b des
Auslasskanals 6 einen Winkelabstand von 180 Grad, d.h. eine
halbe Spiralwindung auf.
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Aufgrund
dieser im Stand der Technik bekannten spiralförmigen Windung des Auslasskanals 6 um
die Motorwelle 5 herum weist ein im Stand der Technik bekanntes
Pumpengehäuse 1 eine
bezüglich
der Motorwelle 5 unsymmetrische Anordnung auf und ist darüber hinaus
sehr großbauend.
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Die 2 zeigt demgegenüber in einer Querschnittsdarstellung
eine erfindungsgemäße Kreiselpumpe
mit einem Pumpengehäuse 1,
welches z. B. indirekt an einem Motorgehäuse 7 befestigt ist, wobei
innerhalb des Motorgehäuses 7 ein
Elektromotor zum Antrieb des Laufrades 2 über eine
Motorwelle 5 vorgesehen ist.
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Auch
hier wird in üblicher
Weise über
einen Saugstutzen 8, dem Saugmund 3 des Laufrades 2 zu förderndes
Fluid zugeführt,
welches durch die Zentrifugalkräfte
bei der Drehung des Laufrades 2 dem Druckraum 4 zugeführt wird.
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Erfindungsgemäß ist nun
innerhalb des Druckraumes 4 ein Auslasskanal 6 angeordnet,
der sich in Richtung der Motorwelle und zwar bei dieser Ausführungsform
vom Laufrad in Richtung des Motors schraubenförmig erstreckt. Ebenso ist
eine Erstreckung des Auslasskanales vom Laufrad in der dem Motor
abgewandten Richtung möglich.
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Erkennbar
ist bei dieser Schnittdarstellung der 2,
dass der Auslasskanal 6 wenigstens zum Teil in Form einer
in radialer Richtung nach außen
offenen Rinne in der Oberfläche
eines im Wesentlichen zylindrischen Elementes 9 gebildet
ist. Der Kanal für das
zu fördernde
Fluid ergibt sich hier im Wesentlichen durch das Zusammenspiel von
innerer Rinnenfläche
und der dieser gegenüberliegenden
Innenfläche
des Pumpengehäuses 1.
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Die
genauere Formgebung des zylindrischen Elementes 9 und der
erfindungsgemäß darin
angeordneten Rinne, die den Auslasskanal 6 bildet, ist
in der perspektivischen dreidimensionalen Abbildung gemäß 3 näher ersichtlich.
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Deutlich
wird hier, dass das erfindungsgemäße zylindrische Element 9 zwischen
dem Laufrad 2 der Kreiselpumpe und dem Motor bzw. dem Motorgehäuse 10 angeordnet
ist. Insbesondere ist hier das zylindrische Element 9 mittels
eines an seinem dem Motor zugewandtem Ende vorstehenden Kragens 9a über entsprechende
Befestigungsbohrungen 9b mit dafür vorgesehenen, nicht dargestellten
Schrauben in korrespondierenden Gewindebohrungen 10b des Motorgehäuses 10 befestigbar.
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Besonders
gut ist es in der 3 erkennbar, dass
die Breite der den Auslasskanal 6 bildenden Rinne vom Anfangsbereich
der Rinne, welcher direkt rechts neben dem Laufrad angeordnet ist,
bis zum Endbereich 12 der Rinne, der in einen in der 3 nicht dargestellten Druckstutzen übergeht,
sich verbreitert.
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Hierbei
ist die Konstruktion dergestalt, dass sich Anfangs- und Endbereich 12 des
Auslasskanals 6 nach einer vollständigen Umwindung des Kanals 6 um
die Motorwelle 5 um 360 Grad einander gegenüberliegen
bzw. in Richtung der Motorwelle 5 nebeneinander angeordnet
sind.
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In
der Schnittzeichnung gemäß der 2 ist weiterhin erkennbar,
dass sich mit zunehmendem Schraubenwinkel des Auslasskanals 6 hier
in der Schnittdarstellung der 2 dementsprechend
bei einem Winkelabstand von 180 Grad sowohl die Rinnenbreite als
auch die Rinnentiefe (bezgl. der Oberseite des zylindrischen Elementes 9)
des Auslasskanals 6 vergrößert. Hierbei hat in der Darstellung
gemäß der 2 und der 3 der Auslasskanal 6 bzw. die
Rinne einen im Wesentlichen kreisförmigen bzw. halbkreisförmigen Querschnitt.
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Es
kann hierbei erfindungsgemäß vorgesehen
sein, dass der Mittelpunkt des Kreises bzw. Halbkreises, der den
Querschnitt der Rinne bildet, bei der schraubenförmigen Umwindung des Auslasskanals um
die Motorwelle jeweils im wesentlichen den gleichen radialen Abstand
aufweist, bzw. sich nur wenige Millimeter ändert. In jedem Fall ist es
gemäß der dargestellten
Konstruktion vorgesehen, dass die obere, radial nach außen weisende Öffnung des
in der Oberfläche
des zylindrischen Elementes 9 eingebrachten Auslasskanals 6 bzw.
der Rinne immer mit Bezug auf den Schraubenwinkel denselben radialen Abstand
zur Motorwelle 5 aufweist.
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So
kann erreicht werden, dass sowohl der vordere Bereich 9c des
zylindrischen Elementes, der keinen Auslasskanal 6 bzw.
keine Rinne aufweist, zylindrisch ausgebildet ist als auch der hintere,
dem Motor zugewandte Bereich des zylindrischen Elementes 9d.
Hierbei können
sowohl vorderes Ende 9c als auch hinteres Ende 9d des
zylindrischen Elementes 9 unterschiedliche Außendurchmesser
aufweisen, wobei insbesondere der hintere Durchmesser des Endbereiches 9d größer ist
als der vordere, um einen Eintritt des zu fördernden Fluids aus dem Druckraum 4 in
den Auslasskanal auch über
den Spalt zwischen der Oberfläche
des vorderen Bereiches 9c des zylindrischen Elementes und
der Innenwandung des Gehäuses 1 der
Pumpe zu ermöglichen.
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In
der 4 ist das zylindrische
Element 9 mit seinen wesentlichen Konstruktionsmerkmalen
in einer Einzeldarstellung wiedergegeben. Erkennbar ist hier die
in die Oberfläche
des zylindrischen Elementes 9 eingebrachte Rinne, die schraubenförmig mit
einer Steigung in Richtung der Motorwelle um diese umläuft und
hier eine vollständige
Windung um 360 Grad aufweist. Erfindungsgemäß ist es hier vorgesehen, so
wie es in den 3 und 2 ersichtlich ist, dass das
zylindrische Element zwischen dem Laufrad 2 und dem Motor
der Pumpe angeordnet ist, wobei sich eine besonders platzsparende
Anordnung dadurch ergibt, dass das zylindrische Element 9 bei der
koaxialen Anordnung zur Motorwelle bei Trockenläufermotoren eine Gleitringdichtung überdeckt, die
zur Abdichtung des Nassbereiches der Pumpe und des trockenen Bereiches
des Motors dient.
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Die
erfindungsgemäße Konstruktion
hat damit den Vorteil, dass sie einen Platzbereich in einer Kreiselpumpe
einnimmt, der ohnehin zur Aufnahme der Gleitringdichtung vorgesehen
ist, so dass sich durch den Einsatz eines erfindungsgemäßen zylindrischen
Elementes kein weiterer Platzbedarf ergibt und sich somit auch weder
eine Verlängerung
noch eine Vergrößerung der
Pumpe im Durchmesser einstellt.
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Es
ist darauf hinzuweisen, dass die erfindungsgemäße Konstruktion eines zylindrischen
Elementes mit darin angeordnetem schraubenförmigen Auslasskanal nicht nur
bei Pumpen mit einer Trennung zwischen Nass- und Trockenbereich
mittels einer Gleitringdichtung eingesetzt werden kann, sondern
dass diese Konstruktion grundsätzlich
auch bei sogenannten Nassläufern,
mithin bei allen möglichen Pumpenformen
zum Einsatz kommen kann.
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Die 5 zeigt eine zusammengesetzte
Gesamtkonstruktion einer erfindungsgemäßen Kreiselpumpe, bei der ein
Pumpengehäuse 1 mit
einem Ansaugstutzen 8 und einem Druckstutzen 11 über dem Laufrad
und einem erfindungsgemäß eingesetzten zylindrischen
Element 9 mit darin angeordnetem Auslasskanal angeordnet
und am Motorgehäuse 10 befestigt
ist. Gemäß der Darstellung
in der 5 wird hierbei
das zylindrische Element 9 mittels des Pumpengehäuses 1 am
Motorgehäuse 10 befestigt
und zwischen Pumpengehäuse 1 und
Motorgehäuse 10 eingeklemmt.
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Beim
Vergleich der 5 mit
der 3 wird auch ersichtlich,
dass der Strömungsweg
des geförderten
Fluids vom Laufrad über
den benachbart zu diesem angeordneten Anfangsbereich des Auslasskanals 6 durch
diesen hindurch bis zum Endbereich 12 des Auslasskanals
verläuft
und von dort in den Druckstutzen 11 übergeht.
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Als
besonderer Vorteil wird in der Gesamtansicht deutlich, dass das
Pumpengehäuse 1 sowohl äußerlich
als auch im inneren Bereich im Wesentlichen eine einfache zylindrische
Form mit glatten Oberflächen
aufweist, die lediglich durch den tangentialen Ansatz des Druckstutzens
unterbrochen wird.
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Die
Einhaltung dieser konstruktiv sehr einfach herzustellenden zylindrischen
Form wird im Wesentlichen dadurch erreicht, dass die Erstreckung des
Auslasskanals gegenüber
dem Stand der Technik nicht mehr spiralförmig und sich radial erweiternd sondern
schraubenförmig
und sich axial ausdehnend erfolgt, so dass der Auslasskanal im Wesentlichen immer
den gleichen radialen Abstand zur Motorwelle beibehält. So kann
der Auslasskanal in einem Pumpengehäuse mit einem zylindrischen
Innenbereich von im Wesentlichen gleichem Innendurchmesser angeordnet
werden. Es ergibt sich durch die Konstruktion eine insgesamt sowohl
in der Länge
als auch im Durchmesser sehr kleine Bauform der gesamten Pumpenanordnung.
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Als
besondere Vorteile der erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer schraubenförmigen Auslasskanalform
sowie der Ausbildung derselben in der Oberfläche eines im Wesentlichen zylindrischen
Elementes, welches koaxial zur Motorwelle angeordnet ist, ist es
zu nennen, dass gerade das erfindungsgemäß zu betrachtende zylindrische
Element als einfaches Formteil herstellbar ist, da es keine Hinterschnitte
aufweist und daher z.B. mit üblichen
Backenwerkzeugen leicht entformt werden kann. Hierfür können beliebige übliche Materialien,
wie beispielsweise Kunststoffe, verwendet werden, mit denen eine optimale
Kontur des Auslasskanals realisiert werden kann. Die Anordnung des
Kanals wie zuvor beschrieben hat weiterhin den Vorteil, dass die
druckbeaufschlagte projizierte Fläche aufgrund der sich in axialer
Richtung erstreckenden Schraubenform und der sich gegebenenfalls
auch nach innen erstreckenden Kanalwandung minimal ist, insbesondere
geringer als bei den spiralförmigen
radial erweiternden Kanalkonstruktionen im Stand der Technik.
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Die
Anordnung ist insgesamt sehr platzsparend, da wie erwähnt die
schraubenförmige
Kanalkonstruktion hinter dem Laufrad zwischen diesem und dem Motor
angeordnet werden kann, wo oftmals ohnehin ein Platz, z.B. für eine vorzusehende
Gleitringdichtung, vorhanden ist.
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Abweichend
von den in den Figuren genannten und dargestellten Querschnittsformen
des Auslasskanals können
beliebige andere Kanalquerschnitt sformen z.B. durch Spritzgusstechniken
realisiert werden. Darüber
hinaus lassen sich auf einfache Weise kundenspezifische Anschlussgeometrien durch
unterschiedliche anschlussseitige Gehäuseteile berücksichtigen.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausbildung der Erfindung kann es bei Pumpen
nach dem Nassläuferprinzip
auch vorgesehen sein, dass das zuvor beschriebene zylindrische Element
mit dem darin ausgebildeten Auslasskanal bzw. der beschriebenen
Rinne direkt einstückig
mit dem Motorgehäuse verbunden
ist. Für
den Fall, dass grundsätzlich
Standardmotoren bei Kreiselpumpen verwendet werden sollen, kann
es auch vorgesehen sein, eigenständige übrige Bauteile beispielsweise über das
erfindungsgemäße zylindrische
Element an diesen zu adaptieren.