DE2516575B2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Umwälzpumpe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Pumpen dieser Art sind aus der GB-PS 8 53 245 und CH-PS 3 94 811 bekannt.

Diese Pumpen werden vor allem zum Erzwingen des Wasserumlaufes in Rohrleitungen von Heizungs- und Brauchwasseranlagen eingesetzt Durch die Trennwand, in der sich eines der Motorlager befindet, soll der Wasseraustausch zwischen dem Pumpenkreislauf und dem Motor unterbunden werden, um eine Verschmutzung des Motors und die daraus resultierenden Betriebsstörungen durch Blockieren des Rotors zu verhindern.

Wenn die Umwälzpumpe in ein Rohrleitungssystem eingebaut wird, kann beispielsweise der Motorraum durch öffnen einer in der Achsmittellinie liegenden Entlüftungsvorrichtung vor der Inbetriebnahme bewässert werden, um eine Schmierung und Kühlung der Motorlager durch Wasser zu gewährleisten. Dies ist jedoch nur möglich, wenn das Aggregat mit stehender Welle eingebaut wird. Falls die Pumpe mit waagerecht liegender Welle montiert werden muß, läßt sich der Motorraum nur etwa bis zur Hälfte mit Wasser füllen. Bei Inbetriebnahme der Pumpe wird das im Motorraum befindliche Wasser durch den Rotor in Drehung versetzt, wobei sich ein Wasserring bildet mit der Folge, daß die im Motorraum befindliche Luft zum Drehzentrum hin verdrängt wird. Die Luft kann nun zwar durch Öffnen der erwähnten Entlüftungsvorrichtung entfernt werden, jedoch laufen während dieses Vorgangs die Lager trocken, wodurch Beschädigungen der Pumpe auftreten können.

Da das Entlüften dei· Pumpe nicht nur nach der Erstmontage, sondern auch stets dann vorgenommen werden muß, wenn das System entleert wurde, sind die Pumpenhersteller bemüht, eine selbstentlüftende Pumpe zu bauen, um Bedienungsfehler durch ungeschultes Personal auszuschalten.

Zu diesem Zweck sind Lösungen bekannt die darin bestehen können, daß die Trennwand mit einem Loch als Durchlaß versehen wird. Dadurch werden der Motor- und der Pumpenraum miteinander verbunden, so daß auch nach der Entlüftung des Motorraumes ein ständiger V/asserstrom durch den Durchlaß in den Motorraum und durch das in der Trennwand sitzende Lager in den Pumpenraum zurückentstehen wird.

Durch das Wasser wird jedoch ständig Schmutz in den Motorraum getragen, was wiederum zum Blockieren des Rotors und zum Ausfall der Pumpe führen kann.

Es sind auch Konstruktionen bekannt bei denen der in der Trennwand befindliche, den Motor- und Pumpenraum verbindende Kanal eine bestimmte radiale Erstreckung aufweist. Dadurch wird das Problem des Wasseraustausches zwischen den beiden Räumen zwar gelöst, jedoch ist die Herstellung einer solchen Trennwand relativ teuer.

Auch ist es bereits bekannt einen vom Motorraum zum Pumpenraum verlaufenden Entlüftungskanal in der Weise zu schaffen, daß im Bereich der Trennwand und des in ihr befindlichen Lagers eine in die Welle eingearbeitete Nut vorgesehen wird, welche den Lagerbereich überbrückt Nachteilig ist diese Ausführungsform allerdings insofern, als die Nut den Motorraum nur auf einer Rotorstirnseite mit dem Pumpenraum verbindet und daß somit keine vollkommen selbsttätige Entlüftung des gesamten Motorraumes gewährleistet wird.

Bei anderen bekannten Umwälzpumpen kann der Motorraum entlüftet werden, indem aus dem Pumpendruckraum Flüssigkeit über ein Filter und durch Axialbohrungen in der Trennwand zwischen dem Pumpenraum und dem Motorraum geleitet wird. Die Flüssigkeit gelangt durch radiale Kanäle schließlich in den Motorraum und von dort durch weitere radiale Kanäle zum Lagerspalt zwischen den pumpenseitigen Lagern und der Welle. Über Radialbohrungen in der Welle wird das durch den Lagerspalt kommende Wasser in eine Axialbohrung der Welle geleitet, die mit dem Pumpensaugraum Verbindung hat, so daß die Flüssigkeit bzw. die Luft beim Entlüftungsvorgang aus dem Motorraum abgezogen werden kann.

Nachteilig bei diesen Pumpensystemen ist es, daß man auch nach Entlüftung des Motorraumes kontinuierlich

eine Flüssigkeitsströmung in den Motorraum hat, so daß man zur Vermeidung des Eindringens von Schmutzteilen gezwungen ist, das Wasser mit einem Filter reinzuhalten. Das Filter setzt sich jedoch häufig nach gewisser Betriebszeit zu, so daß nach einer Entleerung des Systems nicht gewährleistet werden kann, daß der Motorraum einwandfrei entlüftet wird. Außerdem wird bei Pumpen dieser Art zu beobachten sein, daß die Pumpenlager während des Entlüftungsvorganges trokken laufen, da die Befüllung des Motorraumes über gesonderte Kanäle und nicht über den Lagerspalt erfolgt

Es sind weiterhin Pumpen bekannt, bei denen in der Welle eine Längsbohrung als Entlüftungskanal vorgesehen ist, über den im Motorraum befindliche Luft zum pumpenseitigen Wellenende gebracht wird, um dort mit dem Förderstrom abtransportiert zu werden. Dabei besteht auch die Möglichkeit, die Längsbohrung über Rpdialbohrungen in der Welle mit dem Motorraum beiderseits des Rotors zu verbinden, um so eine sichere Entlüftung auf beiden Seiten des Rotors zu gewährleisten. Es ist allerdings auch bei diesen vorbekannten Pumpen festzustellen, daß nach dem Entlüftungsvorgang ein ständiger Wasseraustausch zwischen dem Pumpen- und Motorraum stattfindet, so daß man auch in diesen Fällen mit Filtern arbeiten muß, falls man nicht ein Blockieren der Pumpe durch eingedrungenen Schmutz riskieren will.

Schließlich gibt es auch Pumpen, bei denen nach Durchführung der Motorraumentlüftung der Entlüftungweg mit einem beweglichen Sperrorgan verschlossen werden soll. Als Sperrorgane können dabei flexible Streifen oder Metallfedern dienen, die sich unter dem Einfluß der im Motorraum umlaufenden Flüssigkeit nach Abschluß des Entlüftungsvorganges gegen in der Antriebswelle befindliche Radialbohrungen legen, die über eine Axialbohrung in der Welle mit dem Pumpensaugraum in Verbindung stehen. Es ist auch möglich, anstelle dieser Sperrorgane ein Kugelventil zu benutzen, dessen Kugel in der Axialbohrung der Welle liegt und sich am Ende des Entlüftungsvorgangs auf ihren Ventilsitz bewegt, um so den Entlüftungsweg abzusperren.

Bei mit beweglichen Sperrorganen dieser Art arbeitenden Pumpen besteht die Gefahr, daß in den Motorraum eingedrungene Schmutzteile die Sperrfunktion behindern oder sogar unmöglich machen. Beim Auftreten solcher Fälle hätte man dann den unerwünschten kontinuierlichen Nachstrom von Flüssigkeit aus dem Pumpenraum in den Motorraum.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Beseitigung der aufgezeigten Nachteile, also in der Schaffung einer Umwälzpumpe, bei der nach vollständiger Entlüftung des Motorraums selbsttätig und ohne besondere Sperrorgane ein Flüssigkeitsaustausch zwischen dem Pumpen- und Motorraum unterbunden ist und bei der somit auch keine Filter erforderlich sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die erfindungsgemäße Pumpe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gekennzeichnet. Weitere vorteilhafte Lösungsmerkmale beinhalten die Unteransprüche 2 bis 4.

Wenn man die Pumpe z. B. als Umwälzpumpe für eine Heizungsanlage einsetzt und dabei von der üblichen waagerechten Einbaulage ausgeht, wird sich bei stillstehender Pumpe der Motorraum über den Spalt des in der Trennwand sitzenden Radiallagers etwa ">is zum oberen Umfangsbereich der Welle mit Wasser lullen. Dabei steht die in der oberen Hälfte des Motorraumes befindliche Luftblase wie auch dar· gesamte Wasser in der Pumpe unter dem am Einbauort herrschenden Druck des Systems. Nach dem Einschalten der Pumpe entsteht aufgrund der unterschiedlichen Dichten von

ϊ Wasser und Luft ein außen im Motorraum umlaufender Wasserring, der die Luft zum Weilenumfang hin verdrängt, wobei der Druck im Motorraum weiterhin dem Systemdruck entspricht

Anders verhält es sich dagegen mit dem Druck im

ίο Pumpenraum. Dort addiert sich der vom drehenden Laufrad erzeugte Druck zum Systemdruck, so daß Wasser aus dem Pumpenraum über den Lagerspalt in den Motorraum eindringt Dieser relativ schnell ablaufende Vorgang ist dann beendet, wenn der

i> Druckausgleich hergestellt ist Dabei wurde die im Motorraum befindliche Luft aber nicht aus diesem Raum entfernt sondern zunächst nur verdichtet woraus sich ergibt, daß das aus dem Motorraum zu entfernende Luftvolumen kleiner geworden ist

_>o An dem zum Pumpenraum gerichteten Spalt des in der Trennwand befindlichen Radiallagers steht ständig Wasser an. Es ist bekannt, daß jedes in einer Flüssigkeit liegende und mit dieser benetztes Radiallager aufgrund der exzentrischen Wellenlage als Pumpe wirkt

Im Bereich dieser Spaltweite dringt Flüssigkeit in das Lager ein, die dann in Richtung der enger werdenden Spaltweite nach beiden Seiten aus dem Lagerspalt herausgedrückt wird. Auf diese Weise wird also vom Lager so lange Wasser aus dem Pumpenraum in den

in Motorraum gefördert bis dort die Luft über die Kanäle in der Welle und die Kanäle der Abdeckkappe herausgedrückt ist und bis schließlich auch am vollen Umfang des motorseitigen Lagerspaltes Wasser ansteht. Die Entlüftung erfolgt demnach bei gleichbleiben-

r> dem Druck, wenn der Lagerspalt und die Austrittsöffnung der Kappe auf gleichem Durchmesser liegt, was dadurch zu erreichen ist, daß der Raum zwischen der Kappe und dem Wellenende, das von der Kappe übergriffen wird, mit seinem Ende bzw. Austritt auf den

in Lagerspalt gerichtet ist. Bei vollständig entlüfteter Pumpe, also wenn kein Wasser mehr aus dem Pumpenraum in den Motorraum gelangen wird, kann man im Prinzip von einer Art »isostatischen Dichtung« sprechen, die sich hier ohne gesonderte Sperrorgane

r> durch die spezielle Anordnung und den Verlauf des Entlüftungsweges ergibt

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt
F i g. 1 schematisch einen Längsschnitt durch ein

->n Umwälzpumpenaggregat,

F i g. 2 einen Querschnitt durch das pumpenseitige Ende der Antriebswelle mit aufgesetzter Abdeckkappe und mit einem Teil der Laufradnabe und
Fig.3 einen Längsschnitt durch die auf der Welle

>> sitzende Abdeckkappe.

Das Gehäuse 1 des Pumpenaggregates wird durch eine im wesentlichen radial zur Längsachse 2 verlaufende Trennwand 3 in einen die Pumpe aufnehmenden Pumpenraum 4 und einen den Motor aufnehmenden

ι·-· Motorraum 5 unterteilt. Durch die Trennwand verläuft die vom Elektromotor angetriebene Welle 6, und zwar im Bereich des Radiallagers 7.

Auf dem der Pumpenseite zugewandten Wellenende sitzt das Lauf- bzw. Kreiselrad 8 der Pumpe, deren

■ - Ansaugraum mit 9 und deren Druckraum mit 10 beziffert ist. Die Pfeile in diesen Räumen deuten die Förderrichtung für das Wasser an.

Das RotorblechDaket 11 ist auf der Antriehcwpllp fi

befestigt, deren motorseitiges Ende in einem weiteren Radiallager 12 geführt wird. Dieses ist im Hals 13 des später erwähnten Spaltrohres befestigt und steht mit dem Gehäuse 1 in Verbindung, wie es im einzelnen aus der Zeichnung ersichtlich ist.

Der Rotor 11 ist gegenüber dem Statorpaket 14 und der elektrischen Wicklung 15 durch das Spaltrohr 16 flüssigkeitsdicht getrennt. Die elektrischen Wicklungsanschlüsse 17 liegen in einem dichten Anschlußkasten 18.

Durch den zwischen dem Lager 7 und dem benachbarten Umfang der Antriebswelle 6 gebildeten Lagerspalt Ta stehen der Pumpenraum 4 und der Motorraum 5 miteinander in Verbindung. Nach der Erfindung soll außerdem der Motorraum über einen gesonderten Entlüftungskanal mit dem Pumpenraum verbunden sein, wobei die in den Pumpenraum mündende, wirksame Austrittsöffnung des Entlüftungskanals auf den gleichen Radius wie der erwähnte Lagerspalt 7a zu legen ist.

Zu diesem Zweck wird die Welle 6 mit einem Längskanal oder mit einer Längsbohrung 19 und mit Radialbohrungen 20 versehen, die den Motorraum 5 auf der einen Seite des Rotors 11 mit dem Längskanal 19 der Welle 6 verbinden. Über das pumpenseitige Ende der Antriebswelle 6 faßt mit Abstand hierzu eine Kappe 21, welche die auf den Pumpenraum gerichtete Austrittsöffnung des Längskanals 19 gegenüber der Saugseite des Laufrades 8 abdeckt, so daß sich ein freier Raum 22 im Bereich des Kappenbodens ausbildet. Von diesem Raum aus wird die zur Entlüftung des Motorraumes 5 aus dem Kanal 19 kommende Luft hinter das Laufrad 8 umgelenkt, und zwar in Richtung auf das der Pumpenseite zugewandte Ende des Lagerspaltes 7 a.

Die Entlüftung des Motorraumes auf der anderen und nach der F i g. 1 oberen Stirnseite des Rotors 11 erfolgt über den Lagerspalt 12a in das dortige freie Ende des Längskanals 19.

Der Weg des Entlüftungsstromes am pumpenseitigen Ende des Kanals 19 wird durch eine spezielle Ausbildung der in den F i g. 2 und 3 in größerem Maßstab dargestellten Abdeckkappe 21 erreicht. Die vorzugsweise aus federndem Metall hergestellte Kappe hat nämlich einen in Umfangsrichtung wellenartig verlaufenden Mantel, während der Kappenboden der Querschnittsform des Kappenmantels entspricht, also auf seinem Umfang ebenfalls in gleicher Weise wellenartig verläuft Der Kappenmantel liegt mit seinen inneren Wellenbögen linienartig am Umfang der Antriebswelle 6 an, wodurch vom geschlossenen Kappenboden bzw. Kappenbodenraum 22 zur Rückseite des Laufrades 8 verlaufende Kanäle 23 gebildet werden.

Das Laufrad 8 sitzt mit seiner Nabe kraftschlüssig auf den äußeren Bögen des Kappenmantels, so daß sich zwischen dem Nabendurchgang 24 und dem Kappenmantel weitere Kanäle 25 ausbilden, die beidendig offen sind und eine Verbindung zwischen der Rückseite des Laufrades 8 und dessen vorderer Saugseite darstellen.

Wenn die Pumpe in Betrieb genommen und Luft aus dem Motorraum 5 im Wege der Selbstentlüftung zu entfernen ist, werden folgende Vorgänge zu beobachten sein. Durch den Lagerspalt Ta gelangt Wasser in den Motorraum 5. Die hieraus zu entfernende Luft wird, da sie spezifisch leichter als Wasser ist, im Fliehkraftfeld zur Welle 6 hin verdrängt Es strömt hierbei weiterhin Wasser in den Motorraum 5 nach, weil bei diesem Betriebszustand der am pumpenseitigen Ende des Lagerspaltes 7a anstehende statische Druck größer ist als der am motorseitigen Lagerspaltende. Entsprechendes gilt sinngemäß für den Lagerspalt 12a.

Die somit zwangsweise aus dem Motorraum verdrängte Luft entweicht über den zum Pumpenraum 4 führenden Entlüftungskanal. Zunächst tritt dabei die Luft einerseits in die Radialbohrungen 20 und andererseits über den Lagerspalt 12a in den Längskanal 19 ein, um über diesen in Richtung auf das Ende der Antriebswelle im Bereich der Pumpe zu gelangen. Der Längskanal 19 stellt hierbei einen ersten Teilabschnitt des gesamten Entlüftungskanals dar, wobei die Bedingung erfüllt wird, daß die Mittellinie der Antriebswelle und des in der Welle befindlichen Teilabschnitts des Entlüftungskanals zumindest im Bereich der Trennwand 3 zusammen fallen.

Die schließlich aus dem Längskanal 19 austretende Luft kommt in den Kappenbodenraum 22 und wird durch die dargestellte Form der Kappe in die Kanäle 23 gelenkt. Nachdem die Luft auf der Rückseite des Laufrades 8 aus den Kanälen 23 ausgetreten ist, wird sie unter Saugeinwirkung und unter Umlenkung um 180° in die Kanäle 25 gelangen, um schließlich zur Vorderseite bzw. Saugseite des Laufrades 8 zu strömen und mit dem Förderwasser abgefördert zu werden.

Die in den Pumpenraum mündende Austrittsöffnung 26 des Entlüftungskanals liegt auf dem gleichen Radius wie der Lagerspalt 7a, da diese Austrittsöffnung beim gezeigten Ausführungsbeispiel durch die öffnungen der Kanäle 23 bestimmt ist, die von dem wellenförmigen freien Rand des Mantels der Kappe 21 und von dem diesem Rand benachbarten Umfang der Welle 6 begrenzt werden.

Da die Lagerspalte 7a und 12a und die Austrittsöffnung 26 des Entlüftungskanals auf gleichem Niveau liegen, stellt sich bei entlüftetem Motorraum 5 ein statisches Druckgleichgewicht im Bereich der Lagerspalte ein. da der statische Druck an der Austrittsöffnung 26 des dann mit Wasser gefüllten Entlüftungskanals dem statischen Druck an den Lagespalten entspricht. Demzufolge wird auch kein Wasser mehr über den Lagerspalt Ta in den entlüfteten Motorraum treten, wodurch vermieden wird, daß evtl. Schmutzteile in den Motorraum gelangen können.

Wie sich aus der Zeichnung und der zugehörigen Beschreibung ergeben hat, setzt sich der Entlüftungskanal insgesamt gesehen zusammen aus dem Längskanal 19 in der Antriebswelle 6, der auf beiden Rotorstirnseiten mit dem Motorraum 5 auf beschriebene Weise Verbindung hat aus dem Kappenbodenraum 22 und aus den Kanälen 23 mit der abschließenden Austrittsöffnung 26, die beim dargestellten Ausfühningsbeispiel durch die einzelnen freien Querschnitte der offenen Enden der Kanäle 23 dargestellt wird.

Die speziell gestaltete Kappe 21 stellt eine äußerst vorteilhafte und einfache Lösung einerseits für die Befestigung des Laufrades 8 auf der Welle 6 und andererseits für die Führung der aus dem Motorraum konmenden Luft dar. Allerdings sind auch andere Lösungsmöglichkeiten nicht ausgeschlossen, wenn nur Sorge dafür getroffen wird, daß die aus dem Längskanal 19 beim Entlüftungsvorgang austretende Luft geeignet in Richtung auf den Lagerspalt 7a umgelenkt und daß die wirksame Auslaßöffnung des Entlüftungskanals wenigstens annäherungsweise auf den Radius des Lagerspaltes gebracht wird, durch den Wasser vom Pumpenraum zum Motorraum gelangt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Umwälzpumpe für insbesondere Heizungs- und Brauchwasseranlagen, bestehend aus einem Gehäuse, das durch eine Trennwand in einen die Pumpe aufnehmenden Pumpenraum und einen den elektrischen Antriebsmotor aufnehmenden Motorraum unterteilt ist, wobei in der Trennwand ein Radiallager des Pumpenaggregates eingebaut ist und wobei der Lagerspalt zwischen diesem Radiallager und der den Rotor tragenden Antriebswelle eine Verbindung zwischen dem Pumpenraum und dem Motorraum darstellt, während der Motorraum und der Pumpenraum durch einen Entlüftungskanal in Verbindung stehen, der zu einem Teil durch einen die is Antriebswelle insgesamt durchlaufenden Längskanal gebildet wird, welcher mit dem Motorraum beiderseits der Rotorstirnseite.i Verbindung hat, dadurch gekennzeichnet, daß über das pumpenseitige Wellenende eine mit der Welle (6) 2υ rotierende Kappe (21) greift und daß der Raum (22, 23) zwischen der Kappe und dem genannten Wellenende den anderen, mit seinem Ende auf den Lagerspalt (7a) gerichteten Teil des Entlüftungskanals darstellt

2. Umwälzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Entlüftung des Motorraumes (5) aus dem Längskanal (19) kommende Luft durch die Kappe (21) hinter das Pumpenlaufrad (8) in Richtung auf das pumpenseitige Ende des Lagerspal- ω tes (7a) umgelenkt wird, von wo aus die Luft zur Pumpensaugseite abgeführt wird.

3. Umwälzpumpe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen dem freien Rand des Kappenmantels und dem ihm s^r> benachbarten Wellenumfang gebildete öffnung (26) die in den Pumpenraum (8) mündende Austrittsöffnung des Entlüftungskanals darstellt, die auf dem gleichen Radius wie der Lagerspalt (7 a) liegt.

4. Umwälzpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 3, ·*» dadurch gekennzeichnet, daß der Mante! der Kappe (21) in Umfangsrichtung wellenartig ausgebildet ist und mit seinen inneren Wellenbögen linienartig am Umfang der Antriebswelle (6) anliegt, um vom Kappenbodenraum (22) zur Rückseite des Laufrades ⁴ > (68) verlaufende Kanäle (23) zu bilden, und daß die Laufradnabe kraftschlüssig auf den äußeren Wellenbögen des Kappenmantels sitzt, um von der Rückseite des Laufrades zur Saugseite des Laufrades verlaufende Kanäle (25) zu bilden. *> <>