DE19518722A1 - Pumpe, insbesondere Kreiselpumpe als Umwälzpumpe für wasserführende Haushaltgeräte, wie Geschirrspülmaschinen und Waschmaschinen - Google Patents

Description

Der Gegenstand der Erfindung betrifft eine Pumpe, insbesondere eine Kreisel­ pumpe als Umwälzpumpe für wasserführende Haushaltgeräte, wie Geschirrspül­ maschinen und Waschmaschinen, mit einem Pumpengehäuse mit Ansaug- und Druckstutzen und einem im Gehäuse umlaufenden radial verdichtenden Pumpen- Laufrad mit mehreren sich von der Laufradmitte zum Laufradumfang erstreckenden Schaufeln für den Transport von Spülflüssigkeit.

Die in Geschirrspülmaschinen oder Waschmaschinen für den Spülwassertransport eingesetzten Umwälz- und Laugenpumpen sind in aller Regel unten am Spülbehäl­ ter montierte Kreiselpumpen. Mit einer solchen Pumpe wird beispielsweise Spül­ flüssigkeit im Kreislauf aus dem Spülbehälter einer Geschirrspülmaschine abge­ pumpt und in diesen über die Sprüharme und das zu spülende Geschirr wieder zu­ rückgeführt. Der Lauf der Umwälzpumpe erzeugt neben dem Pumpenrauschen im Betrieb (sog. Breitbandrauschen = Frequenzgemisch ohne definierte Tonfrequen­ zen) ein Pumpengeräusch in Art eines deutlich wahrnehmbaren Tones in einem bestimmten Frequenzbereich, welcher sich dem Betriebsrauschen überlagert. Diese tonale Komponente ändert sich mit der Schaufelzahl multipliziert mit der Laufraddrehzahl. Ein Pumpenlaufrad mit beispielsweise sechs Laufradschaufeln er­ zeugt bei einer Drehzahl von ca. 2800 Umdrehungen pro Minute einen Ton im Be­ reich 280 Hertz, wobei diese tonale Komponente des Umwälzpumpengeräusches als besonders störend empfunden wird. Ein Pumpenlaufrad mit zwölf Schaufeln hingegen erzeugt einen Ton im Bereich von 560 Hertz, der jedoch leiser empfun­ den wird, weil die von den Pumpenschaufeln im Schneckengehäuse der Pumpen­ kammer erzeugten Druckstöße aufgrund eines kleineren Schaufelabstandes niedri­ ger sind, als die Druckstöße eines mit sechs Schaufeln besetzten Laufrades. Die tonale Komponente von 560 Hertz tritt also aus dem Breitbandrauschen weniger stark hervor als der Ton mit der niedrigeren Frequenz; wird aber nicht eliminiert. Eine Verringerung des Pumpen-Geräuschpegels ist also bekanntlich durch eine Er­ höhung der Schaufelzahl erreichbar. Es ist aber weiterhin bekannt, daß eine Erhö­ hung der Schaufelzahl bei gleichbleibendem Laufraddurchmesser und gleichblei­ bender Laufraddrehzahl zu einer Verschlechterung des Pumpenwirkungsgrades führt, weil die freien Querschnitte zur Flüssigkeitsförderung zwischen den Schau­ feln geringer sind als zwischen den Schaufeln eines mit weniger Schaufeln besetz­ ten Laufrades. Eine kleinere Schaufelzahl bringt demnach mehr Pumpenleistung, jedoch auf Kosten der störenden tonalen Komponente.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pumpe zu schaffen, welche auch auch mit einer höheren Schaufelzahl ohne eine Verschlechterung des Wirkungs­ grades im Betrieb geräuscharm läuft.

Ausgehend von einer Pumpe der eingangs genannten Art, insbesondere von einer für Geschirrspülmaschinen und Waschmaschinen eingesetzten Kreiselpumpe als Umwälzpumpe, werden die vorstehenden Probleme erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Patentanspruches 1. Eine weitere Lösungsmöglichkeit ergibt sich durch die Merkmale des Anspruchs 11.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Durch die Erfindung wird es vorteilhaft möglich, daß eine Pumpe mit z. B. zwölf Schaufeln ebenso leistungsstark arbeitet wie eine Pumpe mit nur sechs Schaufeln, wobei eine störende tonale Komponente des Umwälzpumpengeräusches aber nicht mehr wahrgenommen wird, bzw. aus dem Pumpen-Betriebsgeräusch (Breitbandrauschen) nicht mehr hervortritt.

Die nachstehende Beschreibung dient der Erläuterung des Gegenstands gemäß der Erfindung, von dem ein Ausführungsbeispiel in den Zeichnungen dargestellt ist. Es zeigen:

Fig. 1 einen Sammeltopf einer Geschirrspülmaschine im Teilausschnitt mit angeschlossener Umwälzpumpe im Längsschnitt,

Fig. 2 ein mit Schaufeln besetztes Laufrad der Umwälzpumpe in einem Pumpengehäuse, in der Draufsicht,

Fig. 3 eine Umwälzpumpe mit einem im Durchmesser verkleinerten Laufraddeckel,

Fig. 4 ein Pumpenlaufrad mit Strömungskanälen an der Laufradbodenunterseite,

Fig. 5 ein Pumpenlaufrad mit Schaufeln an der Unterseite des Laufradbodens.

Mit dem Sammeltopf (1) einer nicht gezeigten Geschirrspülmaschine ist gemäß Fig. 1 eine Umwälzpumpe (2) über einen vom Boden (3) des Sammeltopfes (1) ausgehenden Ansaugstutzen (4) verbunden. Die Umwälzpumpe (2) fördert im Kreislauf in an sich bekannter Weise Spülflüssigkeit über einen Druckstutzen (5) mit angeschlossener Druckleitung zu den nicht gezeigten Sprüharmen im Spülbe­ hälter und über das zu spülende Geschirr zurück in den Sammeltopf (1). Als Um­ wälzpumpe (2) ist eine Kreiselpumpe mit einem im Pumpengehäuse (6) drehbar gelagerten und radial verdichtenden Pumpenlaufrad (7) mit mehreren sich von der Laufradmitte zum Laufradumfang erstreckenden Schaufeln (8) für den Transport von Spülflüssigkeit verwendet. Das Pumpenlaufrad (7) besitzt in an sich bekannter Weise eine geschlossene Bauform (Deckel 9). Vor dem Druckstutzen (5) ist in dem schneckenförmig ausgebildeten Pumpengehäuse (6) (Fig. 2) eine sog. Strö­ mungstrennlinie (11) vorgesehen, welche die vom Pumpenlaufrad (7) radial nach außen geförderte Spülflüssigkeit in die Druckleitung lenkt.

Das Pumpenlaufrad (7) ist beispielsweise mit zwölf Schaufeln (8) besetzt, wobei erfindungsgemäß Schaufeln (8) des Pumpenlaufrades (7) unterschiedlich lang aus­ gebildet sind. Vorzugsweise sind die Schaufeln (8) zur Laufradmitte hin verkürzt ausgebildet, wobei die verkürzten Schaufeln (10) aber gleiche Längen besitzen. Die verkürzten Schaufeln (10) sind jeweils zwischen längeren Schaufeln (8′) in ei­ ner vorgegebenen Reihenfolge auf dem Pumpenlaufrad (7) derart angeordnet, daß verkürzte Schaufeln (10) einzeln zwischen längeren Schaufeln (8′) angeordnet sind. Im Ausführungsbeispiel sind drei Schaufeln (10) verkürzt ausgebildet und jeweils um 120° versetzt zwischen den übrigen neun langen Schaufeln auf dem Pumpenlaufrad (7) verteilt angeordnet. Alle Schaufeln (8) des Pumpenlaufrades (7) sind jeweils über ihre gesamte Schaufellänge gekrümmt ausgebildet und besitzen gleiche Abstände voneinander.

Ein so ausgebildetes Pumpenlaufrad (7) (Fig. 2) einer Umwälzpumpe (2) mit unter­ schiedlich Langen Schaufeln (8) arbeitet sehr geräuscharm und trotz der vielen Schaufeln (8) mit praktisch gleichbleibendem Wirkungsgrad gegenüber einer Pumpe (2) mit wenigen Schaufeln (8). Im Versuch konnte festgestellt werden, daß die vorbeschriebene Pumpe (2) mit zwölf Schaufeln (8) und zwei unterschied­ lichen Schaufellängen dieselbe Leistungsbilanz besitzt wie eine Pumpe (2) mit sechs gleichlangen Schaufeln.

Wird von dem Hintergrund ausgegangen, daß bei einem mit vielen gleichlangen Schaufeln (8) besetzten Pumpenlaufrad (7) die freien Querschnitte für die zu för­ dernde Flüssigkeit zwischen den Schaufeln (8) geringer sind als die freien Quer­ schnitte eines nur mit wenigen gleichlangen Schaufeln (8) besetzten Laufrades und somit auch aufgrund der erhöhten Wandreibung der strömenden Flüssigkeit der Pumpenwirkungsgrad bei einer großen Schaufelzahl demgemäß kleiner ist, so erklärt sich der gute Wirkungsgrad einer Pumpe (2) mit der erfindungsgemäßen Schaufelausbildung.

Durch Reduzierung der Schaufellänge wird wieder eine Vergrößerung der freien Querschnitte erzielt, welche im Sinne einer Schaufelreduzierung wirkt. Durch die Verkürzung einzelner Schaufeln vorzugsweise zur Laufradmitte hin kann der im Zentrum des Pumpenlaufrades (7) gewonnene freie Querschnitt noch vorteilhaft zur Schmutz- und/oder Schaumabführung genutzt werden. So können beispiels­ weise auch größere Schmutzpartikel, die bei gleichlangen Schaufeln (8) ggf. im Laufradzentrum an den Schaufeln (8) hängen bleiben würden, schnell im Strom der geförderten Flüssigkeit nach außen abgeleitet werden.

Neben der positiven Leistungsbilanz ist eine Pumpe (2) mit unterschiedlich langen Schaufeln (8) auch geräuscharm.

Der Lauf einer als Kreiselpumpe ausgebildeten Umwälzpumpe (2) für eine Ge­ schirrspülmaschine oder auch für eine Waschmaschine erzeugt bekanntlich neben dem Pumpenrauschen (sog. Breitbandrauschen) ein Pumpengeräusch in Art eines deutlich wahrnehmbaren Tones (Frequenz = Schaufelzahl × Drehzahl) in einem bestimmten Frequenzbereich, welcher sich dem Rauschen überlagert, denn beim Pumpenlauf werden von den Schaufeln (8) in an sich bekannter Weise Druckstöße erzeugt, die von den Schaufelzwischenräumen auf die Gehäuse-Schneckennase (Strömungstrennlinie 11) am Pumpendruckstutzen (5) treffen. So erzeugt z. B. ein Pumpenlaufrad (7) mit zwölf gleichlangen Schaufeln (8) bei einer üblichen Laufrad­ drehzahl von annähernd 2800 Umdrehungen pro Minute einen noch störenden Ton im Bereich von 560 Hertz. Diese tonale Komponente tritt aus dem Breitbandrau­ schen zwar weniger stark hervor als beispielsweise der von sechs Schaufeln (8) erzeugte Ton im Bereich von 280 Hertz; wird aber nicht eliminiert.

Durch das erfindungsgemäße Verkürzen von Schaufeln (8) eines Pumpenlaufra­ des (7) überlagern sich tonale Komponenten mit unterschiedlichen Tönen, wobei die Zahl der verschiedenen Töne von der Zahl (n) der unterschiedlichen Schaufel­ längen abhängt. Mit anderen Worten: Eine ursprüngliche auf eine bestimmte An­ zahl gleichlanger Schaufeln (8) bezogene tonale Komponente wird durch die Erfin­ dung in (n) Komponenten mit jeweils geringeren Schalleistungen als die des ur­ sprünglichen Tones aufgeteilt. Damit werden die einzelnen Schalleistungen in log­ arithmischer Addition unter Berücksichtigung eines aus der Literatur empirisch er­ mittelten Korrekturfaktors niedriger, als die des ursprünglichen Tones. Auch sub­ jektiv werden sie im Breitbandrauschen nicht mehr wahrgenommen.

Die Töne in einem Rauschen (Breitbandrauschen) können bekanntlich nur dann wahrgenommen werden, wenn der Schalldruck der Töne um einen bestimmten Betrag höher ist als der des Rauschens (Differenzbetrag). Bei der erfindungsge­ mäßen Schaufelausbildung, wobei zwei verschiedene Schaufellängen versuchs­ weise gewählt wurden, wurde dieser Differenzbetrag nicht mehr erreicht, d. h., die Töne konnten nicht mehr gehört werden. Die Messung ergab zwei gleichlaute Schallquellen (gleicher Schalldruck) jeweils mit dem halben Schalldruck des ur­ sprünglichen doppelt so lauten Einzeltones eines mit gleichlangen Schaufeln (8) bestückten Laufrades. Die Aufsplittung des ursprünglichen Tons (z. B. 560 Hz bei zwölf Schaufeln) in zwei Töne (140 Hz und 560 Hz) bewirkt die auch meßbare Geräuschabnahme.

Gegenüber der Schaufelgestaltung gemäß Fig. 2 ist es auch möglich, die Schau­ feln (8) zum Laufradumfang hin oder beiderseits zur Laufradmitte und zum Um­ fang hin verkürzt auszubilden. Auch kann es zur weiteren Vergrößerung der freien Querschnitte u. U. sinnvoll sein, verkürzte Schaufeln (10) gruppenweise zwischen Längeren Schaufeln (8′) anzuordnen, wobei die jeweils einer Schaufelgruppe zuge­ ordneten Schaufeln ggf. auch unterschiedlich lang ausgebildet sein könnten. Eben­ falls könnten die Schaufeln (8) auf dem Pumpenlaufrad (7) auch unterschiedliche Abstände zueinander besitzen.

Die Verwendung von gekrümmten Schaufeln (8) gemäß dem Ausführungsbeispiel ist bei Kreiselpumpen für eine bevorzugte Drehrichtung vorteilhaft. Es ist jedoch auch denkbar, gekürzte gerade Schaufeln vorzusehen, wenn die Pumpe alternativ auch als Laugen- oder Abwasserpumpe eingesetzt werden soll, wie dies auch bei Waschmaschinen bekannt ist. Dabei wäre dann auch die Betriebsweise der Pumpe so einstellbar, daß sie in zwei Drehrichtungen arbeitet. Auch ist es vorstellbar, die Laufräder von Gebläsen mit verkürzten Schaufeln (10) auszubilden, wenn hier ebenfalls die Vorteile der Erfindung genutzt werden sollen.

Darüber hinaus kann es für eine Verminderung der Wirbelbildung innerhalb des Pumpengehäuses bzw. für die Geräuschminimierung der Umwälzpumpe u. U. noch vorteilhaft sein, den Deckel (9) des Pumpenlaufrades (7) ganz entfallen zu lassen, oder aus Stabilitätsgründen diesen Deckel (9) im Durchmesser zu verkleinern. Die Fig. 3 zeigt eine Pumpenausführung mit einem im Durchmesser verkleinerten Dec­ kel (9), für dessen Befestigung bspw. nur die längeren Schaufeln (8′) herangezo­ gen werden.

Ein weiterer Lösungsweg für einen geräuscharmen Pumpenlauf wird erfindungs­ gemäß dadurch erreicht, wenn das Pumpenlaufrad (7) an seiner Unterseite (Laufradboden 12), ausgehend von den üblichen das Pumpenlaufrad (7) vorzugs­ weise axial durchdringenden Bohrungen (13) oder ähnl. (sh. Fig. 2, 3) als Verbin­ dungswege für die Laufradentlüftung, mit nach außen gezogenen Strömungs­ kanälen (14) im Laufradboden (12) ausgebildet ist. Diese Strömungskanäle (14) bewirken ein schnelles Abfließen von sich hinter dem Pumpenlaufrad (7) zwischen diesem und dem Gehäuseboden der Umwälzpumpe ansammelnder Spülflüssigkeit. Ein derart ausgebildeter Laufradboden (12) ist in Fig. 4 dargestellt. Vorteilhaft sind die Strömungskanäle (14) spiralförmig ausgebildet. Es können dabei ein oder mehrere Bohrungen (13) sowie Strömungskanäle (14) vorgesehen werden, bspw. sechs Kanäle. Diese haben eine Kanalbreite entsprechend dem Bohrungsdurch­ messer. Die Linienführung folgt den Gesetzen der Strömungslehre.

Auch könnte die schnelle Ableitung von Spülflüssigkeit hinter dem Pumpenlauf­ rad (7) dadurch erreicht werden, wenn ein um ca. 1/3 des üblichen Höhenmaßes "nach oben" gezogener Laufradboden (12) vorgesehen wird, und an der Unterseite dieses im Außendurchmesser vergrößerten Laufradbodens (12) gemäß Fig. 5 zu­ sätzlich Schaufeln (15) angeordnet werden. Durch diese Schaufeln (15) wird im Betrieb der Pumpe die Spülflüssigkeit zwischen Gehäuseboden und Laufradboden strömungsgünstig abgezogen. Insbesondere lassen sich die Strömungskanäle (14) auch vorteilhaft mit den zusätzlichen Schaufeln (15) kombinieren.

Ferner sind die in den Fig. 3 bis 5 diskutierten Maßnahmen zur Geräuschminimie­ rung auch mit einem Pumpenlaufrad (7) mit unterschiedlich langen Schaufeln (10, 8 bzw. 8′) oder mit gleichlangen Schaufeln (8) kombinierbar.

Ergänzend zu den vorerwähnten Maßnahmen kann sich eine geeignete Wahl des Laufradmaterials ggf. noch zusätzlich vorteilhaft bei der Pumpengeräuschminde­ rung auswirken. Beispielsweise könnte ein Laufrad-Kunststoffmaterial, vorzugs­ weise aus hartem Polyäthylen mit einem durch Zusatz von elastomer-modifizier­ tem Polypropylen versehen werden, wodurch dieser Werkstoff schallenergie-ab­ sorbierend wirkt. Strömungsgünstig und damit geräuschmindernd wird sich auch auswirken, wenn sämtliche Oberflächen im Innenbereich des Pumpengehäuses in hochglanzpolierter Form ausgeführt sind.

Claims (17)

1. Pumpe, insbesondere Kreiselpumpe als Umwälzpumpe für wasserführende Haushaltgeräte, wie Geschirrspülmaschinen und Waschmaschinen, mit einem Pumpengehäuse mit Ansaug- und Druckstutzen und einem im Gehäuse umlaufen­ den radial verdichtenden Pumpenlaufrad mit mehreren sich von der Laufradmitte zum Laufradumfang erstreckenden Schaufeln für den Transport von Spülflüssig­ keit, dadurch gekennzeichnet, daß Schaufeln (8) des Pumpenlaufrades (7) unterschiedlich lang ausgebildet sind.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (8) zur Laufradmitte und/oder zum Laufradumfang hin verkürzt ausgebildet sind.

3. Pumpe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die verkürzten Schaufeln (10) gleiche Schaufellängen aufweisen.

4. Pumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß verkürzte Schaufeln (10) zwischen längeren Schaufeln (8′) in einer vorgege­ benen Reihenfolge auf dem Pumpenlaufrad (7) angeordnet sind.

5. Pumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß verkürzte Schaufeln (10) einzeln zwischen längeren Schaufeln (8′) angeordnet sind.

6. Pumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß verkürzte Schaufeln (10) gruppenweise zwischen längeren Schaufeln (8′) an­ geordnet sind.

7. Pumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils einer Schaufelgruppe zugeordneten Schaufeln (8) unterschiedlich lang ausgebildet sind.

8. Pumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (8) auf dem Pumpenlaufrad (7) gleiche und/oder unterschiedli­ che Abstände zueinander besitzen.

9. Pumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (8) jeweils über ihre gesamte Schaufellänge gekrümmt ausge­ bildet sind.

10. Pumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pumpenlaufrad (7) mit zwölf Schaufeln (8) ausgebildet ist, von denen drei Schaufeln (10) verkürzt sind.

11. Pumpe, insbesondere Kreiselpumpe als Umwälzpumpe für wasserführende Haushaltgeräte nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, wobei das Pumpenlauf­ rad zur Belüftung ein oder mehrfach durchbohrt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpenlaufrad (7) an seiner Unterseite mit nach außen gezogenen Strö­ mungskanälen (14) im Laufradboden (12) ausgebildet ist, die jeweils an einer Boh­ rung (13) beginnen.

12. Pumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskanäle (14) spiralförmig ausgebildet sind.

13. Pumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Laufradboden (12) des Pumpenlaufrades (7) im Durchmesser vergrößert ausgebildet ist, und daß an der Unterseite des vergrößerten Laufradbodens (12) zusätzlich Schaufeln (15) angeordnet sind.

14. Pumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pumpenlaufrad (7) mit im Durchmesser verkleinertem Laufraddeckel (9) vorgesehen ist, welcher an den längeren Schaufeln (8′) des Pumpenlaufrades (7) befestigt ist.

15. Pumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pumpenlaufrad (7) ohne Laufraddeckel (9) ausgebildet ist.

16. Pumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpenlaufrad (7) aus Kunststoff, vorzugsweise einem harten Polyäthy­ len mit einem durch Zusatz von elastomer-modifiziertem Polypropylen besteht.

17. Pumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen im Innenbereich des Pumpengehäuses hochglanzpoliert sind.