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Anwendungsgebiet und Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Impellerpumpe zur Förderung eines Mediums, insbesondere zur Förderung von Wasser, wobei das Medium beim Fördern aufgeheizt werden soll.
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Aus der
EP 2150165 A ist eine solche Impellerpumpe bekannt, bei der eine gesamte äußere Mantelwandung der Pumpenkammer durch eine Heizeinrichtung gebildet wird. Hier sind mehrere Umläufe des geförderten Mediums zwischen Verlassen des Impellers einerseits und Austreten aus der Pumpenkammer durch den Auslass andererseits vorgesehen.
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Aus der
DE 19932033 A1 ist eine weitere Impellerpumpe der eingangs genannten Art bekannt, bei der ein großer Teil eines Bodens oder einer Decke der Pumpenkammer von einer Heizeinrichtung gebildet ist. Durch eine relativ flache Ausbildung des Pumpengehäuses bzw. der Pumpenkammer kann hier das Medium relativ schnell wieder aus der Pumpenkammer austreten und dabei aufgeheizt werden.
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Aufgabe und Lösung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Impellerpumpe zu schaffen, mit der Probleme des Standes der Technik gelöst werden können und es insbesondere möglich ist, eine Heizeinrichtung einer Impellerpumpe sehr effektiv und effizient zu betreiben ohne unnötigen Energieverlust bei gleichzeitig sehr schnellem Aufheizen des zu fördernden Mediums.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Impellerpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im Folgenden näher erläutert. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
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Es ist vorgesehen, dass die Impellerpumpe ein Pumpengehäuse mit einer Pumpenkammer aufweist, wobei die Pumpenkammer einen Einlass und einen Auslass aufweist. In der Pumpenkammer ist ein Impeller im Weg des geförderten Mediums hinter dem Einlass und vor dem Auslass angeordnet. Des Weiteren ist eine Heizeinrichtung zum Aufheizen des geförderten Mediums vorgesehen.
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Erfindungsgemäß weist die Heizeinrichtung ein flaches Heizelement auf, welches die Pumpenkammer begrenzt. Die Heizeinrichtung ist im Weg des geförderten Mediums angeordnet, und zwar direkt an einem Austritt des Mediums aus dem Impeller. Dies bedeutet, dass die Heizeinrichtung an diesen Austritt und an den Impeller direkt anschließen bzw. erst dort beginnen kann. So kann erreicht werden, dass einerseits das aus dem Impeller austretende Wasser sofort an der Heizeinrichtung entlang geführt wird zum möglichst schnellen Aufheizen. Andererseits beginnt die Heizeinrichtung eben auch erst dort, wo sie vom geförderten Medium angeströmt wird. So kann eine ungewünschte lokale Überhitzung der Heizeinrichtung aufgrund mangelnder Wärmeabnahme durch nicht genügend herangeführtes Medium vermieden werden. Außerdem wird keine Wärme in einem Bereich vergeudet, in dem sie nicht gut zum Aufheizen des Mediums dienen kann. Dies optimiert eben die eingangs genannte wichtige Effizienz und sorgt auch für eine schnelle Übertragung der Wärme von der Heizeinrichtung auf das geförderte Medium. Überhitzte Bereiche wie bei einer Heizeinrichtung, die beispielsweise am Pumpenkammerboden weit unter dem Impeller verläuft, wo kaum Medium entlang gefördert ist zur Wärmeabnahme, können damit zuverlässig vermieden werden.
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Ein Heizelement weist allgemein einen Träger, auf dem Heizer bzw. Heizleiter angeordnet sind, vorzugsweise in Bahnen und aufgebracht im Dickschichtverfahren. Der Träger kann einerseits aus elektrisch isolierendem Material bestehen, vorzugsweise Keramik. Andererseits kann er metallisch sein und vorzugsweise aus einem korrosionsbeständigen Edelstahl bestehen mit einer Isolierschicht, auf der dann die Heizleiter aufgebracht sind.
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Beri der Erfindung bildet das Heizelement die Pumpenkammerdecke. Auch hier sollte das Heizelement gemäß der erfindungsgemäßen Bedingung den Impeller in radialer Richtung nicht überlappen bzw. erst dort beginnen, wo dieser in radialer Richtung von innen nach außen endet. Der Vorteil dieser Anordnung liegt darin, dass dann eine vom Heizelement erzeugte höhere Temperatur von dem Pumpenmotor besser ferngehalten wird.
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Zur Befestigung des Heizelements an oder in der Pumpenkammer gibt es grundsätzlich mehrere Möglichkeiten. Einerseits kann es im Pumpengehäuse bereits eingespritzt sein bzw. bei der Herstellung integriert werden. Dies ist vor allem für eine vorgenannte Anordnung an Pumpenkammerboden und Pumpenkammerdecke geeignet. Andererseits kann das Heizelement auch im Pumpengehäuse selbst angebracht bzw. eingeklemmt werden, dann als separates Teil und nachträglich. Dies ist allgemein möglich und vor allem bei einer vorgenannten mittigen Anordnung von Vorteil.
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Der genannte Heizleiter ist erfindungsgemäß ein Dickschichtwiderstand. Dieser kann wiederum, vorzugsweise das gesamte Heizelement, mit einer Schutzschicht und/oder Isolierschicht überzogen sein. Dies verbessert die allgemeine Anwendbarkeit und auch die Sicherheit bei der Anwendung des Heizelements.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann sich das an den Impeller anschließende Heizelement soweit in der Pumpenkammer erstrecken, dass es nahezu bis an einen Auslass aus der Pumpenkammer reicht. Dabei kann das Heizelement bis zu der Fläche reichen, an der der Auslass die Pumpenkammerwandung durchstößt, also sozusagen an die ohne Auslass fortgesetzt gedachte Pumpenkammerwandung oder tatsächlich an eine äußere Pumpenkammerwandung. So wird der Weg für das geförderte Medium an der Heizeinrichtung entlang maximal verlängert für eine möglichst gute bzw. starke Aufheizung.
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Bei der Erfindung ist das Heizelement planar und kreisringförmig ausgebildet, verläuft also in einer einzigen Ebene. Dann ist vorteilhaft eine Form nach Art einer Kreisringscheibe gegeben mit einer mittleren Öffnung, die der Fläche des Impellers entspricht. Mit dieser Form kann das Heizelement auch mitten in der Pumpenkammer verlaufen und an beiden Seiten mit dem Medium angeströmt werden.
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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 beschränken die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
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Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
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1 einen seitlichen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Impellerpumpe mit Heizelement an einem Pumpenkammerboden, die nicht zur beanspruchten Erfindung gehört,
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2 eine Draufsicht auf eine geschnittene Impellerpumpe entsprechend 1 mit kreisringförmigem Heizelement, die nicht zur beanspruchten Erfindung gehört,
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3 eine Abwandlung einer Impellerpumpe ähnlich 1 mit einem in den Pumpenkammerboden integrierten Heizelement, die nicht zur beanspruchten Erfindung gehört,
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4 eine weitere Abwandlung einer Impellerpumpe gemäß 1 mit einem Heizelement an einer Pumpenkammerdecke gemäß der Erfindung,
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5 eine weiter Abwandlung einer Impellerpumpe ähnlich 1 mit einem mittig zwischen Pumpenkammerdecke und Pumpenkammerboden angeordneten Heizelement, die nicht zur beanspruchten Erfindung gehört, und
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6 eine Abwandlung der Darstellung aus 4 mit einem induktiv erwärmbaren Heizelement und außen angeordneter Induktionsspule, die nicht zur beanspruchten Erfindung gehört.
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Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In
1 ist eine Impellerpumpe
11 im seitlichen Schnitt dargestellt mit einem Pumpengehäuse
13, das einen Einlass
14 und einen seitlichen Auslass
15 aus einer Pumpenkammer
17 aufweist. Der grundsätzliche Aufbau entspricht der vorgenannten
DE 19932033 A1 . In der als flach anzusehenden Pumpenkammer
17 dreht sich ein Impeller
19, der wie üblich aufgebaut sein kann und dabei eine Impellerbodenscheibe
20 und eine Impellerdeckelscheibe
21 aufweist mit Impellerflügeln
22 dazwischen. Der Impeller
19 wird mittels eines Pumpenmotors
24 und einer Motorwelle
25 gedreht, wobei die Motorwelle
25 gleichzeitig die Impellerdrehachse bildet.
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Die Pumpenkammer 16 weist des Weiteren eine Pumpenkammerdecke 17 und einen Pumpenkammerboden 18 auf, über dem der Impeller 19 rotiert. Es ist leicht vorstellbar, dass ein zu förderndes Medium entsprechend dem Pfeil in den Einlass 14 eintritt, dort von dem Impeller 19 in der Pumpenkammer 16 in radialer Richtung und in Drehrichtung ausgeschleudert wird mit Austritt zwischen Impellerbodenscheibe 20 und Impellerdeckelscheibe 21. Dann läuft das zu fördernde Medium in der Pumpenkammer 16 einmal oder mehrmals um, bis es zum Auslass 15 in radialer Richtung ausgebracht wird.
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Ein kreisringscheibenförmiges Heizelement 27 ist auf den Pumpenkammerboden 18 aufgebracht bzw. dort platziert. Dieses kann auch aus der Draufsicht gemäß 2 ersehen werden. Das Heizelement 27 ist Teil der eingangs genannten Heizeinrichtung für die Impellerpumpe 11. Es besteht vorteilhaft aus einem kreisringförmigen Träger, insbesondere aus Metall, auf dem Widerstands-Heizleiter angeordnet sind. In der Draufsicht aus 2 weist im rechten Bereich ein gestrichelt dargestellter Heizleiter 29a einen über die Kreisringscheibenbreite hin- und hergehenden mäanderförmigen Verlauf auf. Im linken Bereich ist ein alternativer Heizleiter 29b dargestellt, der in Umlaufrichtung mäanderförmig ausgebildet ist. Des Weiteren können auch mehrere konzentrische Bahnen von Heizleitern vorgesehen sein, so dass jeder Heizleiter nahezu einmal im Kreis umläuft. Dabei ist es zusätzlich noch möglich, dass die Leistungsdichte zwischen radial innen liegenden und radial außen liegenden Heizleitern unterschiedlich ist, und insbesondere radial innen liegende Heizleiter eine höhere Leistungsdichte aufweisen können, da hier das zu fördernde Medium noch kühler ist und die größte Wärmeabnahme aufweist.
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Aus der 2 ist auch zu ersehen, dass das Heizelement 27 in radialer Richtung nahezu nahtlos an den Impeller 19 anschließt, wie es eingangs erläutert worden ist.
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Das Heizelement 27 kann hier auf den Pumpenkammerboden 18 aufgelegt bzw. aufgeklebt sein. Zur Pumpenkammer 16 hin bildet das Heizelement 27 dann quasi in diesem Bereich den Pumpenkammerboden. Eine Zuführung von elektrischen Kontakten ist für den Fachmann leicht vorstellbar.
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In der 3 ist eine weitere Impellerpumpe 111 dargestellt, die ähnlich ausgebildet ist wie diejenige aus 1. Sie weist ein Pumpengehäuse 113 mit Einlass 114, Auslass 115 und Pumpenkammer 116 auf. Die Pumpenkammer 116 weist eine Pumpenkammerdecke 117 und einen Pumpenkammerboden 118 auf. Oberhalb des Pumpenkammerbodens 118 dreht sich ein Impeller 119, angetrieben von einem Pumpenmotor 124.
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Ein kreisringförmiges Heizelement 127 ist hier dadurch in den Pumpenkammerboden 118 integriert, dass es eingegossen ist. Elektrische Anschlüsse 128 können dabei, beispielsweise als abstehende Metallkontakte oder Steckanschlussfahnen, durch den vorzugsweise aus Kunststoff bestehenden Pumpenkammerboden 118 nach außen ragen zum elektrischen Anschluss, insbesondere durch einen Stecker. Somit ist hier ein Einbau des Heizelements 127 bzw. der Heizeinrichtung in das Pumpengehäuse 113 vereinfacht, insbesondere auch was die elektrischen Anschlüsse sowie mögliche Dichtheitsprobleme betrifft.
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In der noch mal weiteren alternativen Ausgestaltung einer Impellerpumpe 211 gemäß 3 ist wiederum ein Pumpengehäuse 213 mit Einlass 214 und Auslass 215 vorgesehen. Eine Pumpenkammer 216 weist eine Pumpenkammerdecke 217 und einen Pumpenkammerboden 218 auf, über dem sich ein Impeller 219 dreht. Ähnlich wie in 1, nur umgedreht, ist ein kreisringförmiges Heizelement 227 an der Pumpenkammerdecke 217 angeordnet, vorteilhaft befestigt entsprechend 1 oder 3. Auch hier ist gut zu erkennen, dass das Heizelement 227 in radialer Richtung dort beginnt, wo der Impeller 219 aufhört. Nach außen zu erstreckt sich auch dieses Heizelement 227 bis an eine Mantelwand der Pumpenkammer 216 bzw. bis an den Auslass 215.
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Eine nochmals weitere Variante einer Impellerpumpe 311 ist in 5 dargestellt. Hier ist an einem Pumpengehäuse 313 mit Pumpenkammer 316 und Impeller 319 ein kreisringförmiges Heizelement 327 in etwa auf halber Höhe der Pumpenkammer 316 bzw. auf halber Höhe zwischen Impellerbodenscheibe 320 und Impellerdeckelscheibe 321 des Impellers 319 angeordnet. In radialer Richtung erstreckt sich das kreisringförmige Heizelement 327 bis an den Impeller 319 heran nach innen und bis an Mantelwandungen der Pumpenkammer 316 nach außen. Dort können Klemmvorsprünge 331, vorteilhaft als umlaufende Vorsprünge, an einer Mantelwand der Pumpenkammer 316 vorgesehen sein, welche das Heizelement 327 halten. Zur elektrischen Kontaktierung kann von dem Heizelement 327 ein Kontaktabschnitt 330 radial nach außen und vor allem aus dem Pumpengehäuse 313 heraus stehen. So sind dessen elektrische Anschlüsse 328 gut erreichbar. Zur Abdichtung des Durchtritts durch das Pumpengehäuse 13 bzw. durch die Pumpenkammer 316 samt Mantelaußenwand kann einerseits eine elastische Dichtung vorgesehen sein. Andererseits kann das Heizelement 327 in das Pumpengehäuse 313 eingespritzt sein mittels der Haltevorsprünge 331. Das Heizelement 327 kann Heizleiter ähnlich der Darstellung aus 2 an einer seiner Seiten oder an beiden Seiten aufweisen.
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In 6 ist eine weitere, zuvor genannte Abwandlung einer Heizeinrichtung dargestellt. Die entsprechende Pumpe 411 weist ein Pumpengehäuse mit Pumpenkammerdecke 417 und Pumpenkammerboden 418 auf. Ähnlich wie in 5 das Heizelement 327 ist auch hier ein Heizelement 427 in etwa mittig angeordnet und schließt in radialer Richtung direkt an einen Impeller 419 an. Auch entsprechende Haltevorsprünge 431 sind vorgesehen bzw. das Heizelement 427 kann auch eingespritzt sein.
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An der Mantelaußenseite des Pumpengehäuses 413 bzw. der Pumpenkammer 416 ist eine umlaufende Induktionsspule 433 mit mehreren Windungen vorgesehen, vorteilhaft an der Mantelwand befestigt. Sie kann das ferromagnetisch ausgebildete Heizelement 427 induktiv erhitzen, nämlich durch dort induzierte Wirbelströme, wie dies bekannt ist. Der Vorteil liegt dabei unter anderem darin, dass so überhaupt keine elektrischen Kontakte durch eine Wandung des Pumpengehäuses 413 zu dem Heizelement 427 geführt sein müssen bzw. das Pumpengehäuse 413 überhaupt durchbrechungsfrei ausgebildet sein kann. Des weiteren ergeben sich große Freiheitsgrade für die Platzierung des Heizelements 427.
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Des Weiteren ist zu beachten, dass durch ein mittig angeordnetes Heizelement gemäß der
5 und
6 der Strom an gefördertem Medium geteilt wird in einen oberen und einen unteren Strom. Da diese aber beide zum Auslass austreten können sollte dies kein Problem darstellen. Problematisch wird es erst dann, wenn gemäß der eingangs genannten
EP 2150165 A die Pumpenkammer eine signifikante Erstreckung in axialer Länge aufweist über den Einlass hinaus. Dann sollte auf keinen Fall ein unterer Strom erzeugt werden, der dann gar nicht mehr oder nur noch schwer zum Auslass gelangt. Hier müsste das Heizelement deutlich vor der Mantelwand der Pumpenkammer bzw. des Pumpengehäuses enden oder Öffnungen aufweisen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2150165 A [0002, 0033]
- DE 19932033 A1 [0003, 0022]
