DE3803774C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Pumpenaggregat für Heizungs­ anlagen, bestehend aus einer Umwälzpumpe und einem Spalt­ rohrmotor, zwischen dessen Rotorraum und dem Pumpenraum eine Trennwand angeordnet ist, wobei zwischen dem Pumpenraum und dem Rotorraum Öffnungen für den Durchlaß des Fördermediums vorgesehen sind.

Solche Pumpenaggregate mit Antriebsleistungen bis etwa zwei kW werden normalerweise mit Spaltrohrmotoren aus­ gerüstet. Aus Gründen der Betriebssicherheit fordern die Pumpenhersteller, daß Aggregate dieser Art (DE-A1 24 60 748 und 26 39 541) stets mit waagerecht liegender Welle einge­ baut werden. Dadurch entstehen Probleme bei der Inbe­ triebnahme der Pumpen.

Vor dem ersten Starten des Aggregates muß der Rotor­ raum durch Entfernen des auf der Drehachse liegenden Entlüftungsstopfens vom System her mit Wasser gefüllt werden. Eine Füllung ist jedoch nur teilweise möglich, weil das in den Rotorraum eintretende Wasser bei stehen­ dem Rotor die Luft nur bis zur Höhe des Spaltes des pumpenseitigen Gleitlagers verdrängen kann. Wird die Entlüftungsöffnung wieder verschlossen und die Pumpe ein­ geschaltet, dann verdrängt das im Rotorraum umlaufende Wasser die verbleibende Luftblase zum Drehzentrum hin, und die Lager laufen trocken oder im Mischreibungsgebiet.

Durch Lösen des Entlüftungsstopfens bei laufender Pumpe kann die Luftblase bei Pumpenaggregaten mit kleiner Antriebsleistung und hohem Druck im Heizungssystem auch nicht problemlos entfernt werden, weil das Druckfeld den Rotor in Richtung der Entlüftungsöffnung verschiebt. Da die meisten Pumpen auf dieser Seite nur einen Anlaufring und kein Axiallager haben, wird der Rotor abgebremst, so da8 dann die Luftblase nach oben wandert und nicht über den Lagerspalt in die Umgebung entweichen kann.

Die Praxis zeigt, daß viele Heizungspumpen nur mit teil­ weise bewässertem Rotorraum in Betrieb genommen und längere Zeit mit mangelhaft geschmierten und gekühlten Lagern gefahren werden. Um diese für die Pumpe gefährliche Betriebsphase zu verkürzen, wird von verschiedenen Her­ stellern die Trennwand zwischen dem Pumpen- und Rotor­ raum durchbrochen, um diese beiden Räume zu verbinden.

Diese neben dem in der Trennwand als Lagerspalt stets vorhandene Verbindung zwischen dem Heizungssystem und dem Rotorraum vergrößert den Wasserdurchfluß durch den Rotor­ raum und verkürzt damit die Entlüftungszeit. Der hier­ durch gegebene Vorteil wird aber durch den Nachteil er­ kauft, daß nun auch verstärkt Schmutz in den Rotorraum gelangen kann, wodurch die Gefahr des Blockierens des Aggregates bzw. Motors steigt.

Gemäß der gattungsbildenden DE-OS 21 00 345 ist schon vorgeschlagen worden, die schon angesprochenen Verbindungen zwischen dem Pumpen- und dem Rotorraum als enge Spalte zwischen dem Pumpengehäuse und dem Motordeckel bzw. zwischen dem Motordeckel und dem Spaltrohr auszubilden. Ziel hiervon war es, daß sich Schmutzteilchen in den Spalten nach einer gewissen Zeit festsetzen, so daß diese Verbindung zwischen dem Pumpenraum und dem Rotorraum hernach unterbrochen ist.

Vergegenwärtigt man sich nun aber, daß die hierfür in Frage kommenden Schmutzteilchen in praktisch allen Fällen Abmessungen im Mikrometerbereich aufweisen, so wird klar, daß die die Spalte bildenden Teile mit einer entsprechenden Paßgenauigkeit gefertigt werden müssen. Der hierfür er­ forderliche Aufwand steht in keinem vertretbaren Verhält­ nis mit den heutzutage üblichen Stückzahlen der herge­ stellten Pumpenaggregate. Darüber hinaus besteht die Gefahr, daß bei der Montage des aus der DE-OS 21 00 345 bekannten Pumpenaggregates die Spalte beispielsweise durch ein ge­ ringfügig zu starkes Anziehen von Montageschrauben und ein dadurch bedingtes Verziehen des Pumpengehäuses ge­ schlossen werden können. Ein Verziehen im Mikrometerbereich kann hierfür bereits ausreichen. In diesem Falle findet natürlich dann eine Entlüftung des Rotorraumes bei der Inbetriebnahme des Pumpenaggregates über die Spalte nicht statt.

Es gibt darüber hinaus Vorschläge, Entlüftungsöffnungen direkt in der Trennwand zwischen dem Pumpen- und dem Rotor­ raum vorzusehen. Hierzu wird verwiesen auf die DE-PS 35 11 464, DE-OS 20 32 898 und DE-OS 37 01 562. Gegebenen­ falls wird eine Art Sieb oder Filter in diese Öffnungen eingeführt, welches die Schmutzteilchen aus dem Förder­ medium herausfiltern und vom Rotorraum fernhalten soll. Im Falle der DE-OS 35 11 464 ist vorgesehen, daß sich der Filter nach einer kurzen Betriebszeit zusetzt.

Allen Pumpenaggregaten der genannten Druchschriften ist gemein­ sam, daß die Öffnungen einen relativ großen Durchmesser aufweisen. Dies bedeutet aber bei der Herstellung einen zusätzlichen Kostenaufwand. Hinzu kommt gegebenenfalls der Kostenaufwand für die in die Öffnungen einzuführenden Filter oder Siebe.

In der DE-OS 37 01 562 wird ein Einbau von gesinterten und als Filter wirkenden Ringen oder Scheiben in die Trennwand vorgeschlagen.

Abgesehen davon, daß diese Maßnahmen aufwendig und teuer sind, kann man durch die Verwendung von Sintermaterial zwar möglicherweise erreichen, daß dessen Kanäle mit der Zeit durch Schmutzteilchen im Heizungswasser blockiert werden und somit nach dem Ent­ lüften des Rotorraumes ein unmittelbarer Wasseraustausch zwischen Pumpen- und Rotorraum über die Kanäle vermieden wird, es ist aber trotz großer Sorgfalt bei der Herstellung und Auswahl des Sintermaterials nicht möglich, unmittel­ baren Einfluß auf dessen absolute Durchlässigkeit zu nehmen. Man hat es also nicht in der Hand, von vornherein wenigstens einigermaßen sicher zu bestimmen, wann etwa die in Größe und Verlauf unregelmäßigen Kanäle blockiert werden. So kann es passieren, daß die Kanäle schon ver­ sperrt sind, bevor der Rotorraum vollständig entlüftet ist, oder daß noch über längere Zeit nach der Entlüftung weiterhin Wasser mit Verunreinigungen über die Kanäle in den Rotorraum gelangen kann.

Vor dem aufgezeigten Hintergrund ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfach und kosten­ günstig zu verwirklichende Möglichkeit für eine Verbindung zwischen Pumpenraum und Rotorraum vorzuschlagen, wobei diese Verbindung einerseits eine effektive Entlüftung des Rotorraumes gewährleisten, andererseits aber sicher verhindern soll, daß nach dem Entlüftungsvorgang Heizungs­ wasser mit etwaigen Schmutzteilen in den Rotorraum ein­ dringen kann.

Diese Aufgabe wird ausgehend von dem eingangs erwähnten Pumpenaggregat so gelöst, daß die Öffnungen in die Trenn­ wand eingearbeitet sind, daß diese Öffnungen eine gerade Mittellinie aufweisen, und daß der mittlere äquivalente Durchmesser d der Öffnungen im Bereich von 30 bis 300 µm liegt. Die Öffnungen und deren Querschnitte können also definitiv so gewählt werden, daß sie in bestimmter Zeit aufgrund von im Heizungswasser befindlichen Schmutzteilen verstopft werden und dann ein weiterer unmittelbarer Wasser­ austausch zwischen dem Pumpenraum und dem Rotorraum ver­ mieden ist.

Im Unterschied zu allen bisher vorgeschlagenen Lösungen wirkt also die Trennwand mit den Öffnungen selbst als Filter.

Wenn sich die Öffnungen vom Pumpenraum zum Rotorraum hin verjüngen, also ihr Querschnitt in Strömungsrichtung des in den Rotorraum eindringenden Heizungswasser abnimmt, werden die Öffnungen besonders schnell und sicher blockiert. Der Vorgang des Blockierens kann noch dadurch beschleunigt werden, wenn am pumpenseitigen Eintritt der Öffnungen ein Grat vorhanden ist, der von der Trennwandoberfläche in Richtung auf den Pumpenraum absteht und durch den Schmutzteilchen eingefangen und in die betreffende Öffnung eingeführt werden.

Die Verbindung zwischen Pumpen- und Rotorraum über die in der Trennwand befindlichen Öffnungen wird also nur kurzzeitig bestehen und in relativ kurzer Zeit nach der Entlüftungsphase unterbrochen sein. Da die vor dem Start des Aggregates im Rotorraum vorhandene Luft­ blase meist ein geringes Volumen hat, braucht die Quer­ schnittsfläche der Öffnungen nicht sehr groß zu sein. Die Summe A1 der Querschnittsflächen aller Öffnungen kann wesentlich kleiner sein als die Oberfläche A2 der Trenn­ wand, wobei die Beziehung A1/A2 0,00005 gilt.

Um eine Verschmutzung des Rotorraumes durch chemische Veränderungen der Trennwandoberflächen zu vermeiden, kann die Trennwand aus korrosionsbeständigem Metall formgepreßt oder aus einem nichtmetallischen Werkstoff gespritzt sein.

Je nach Werkstoff der Trennwand können die Öffnungen durch Laserstrahlen oder durch Flüssigkeitsstrahlen in die Trenn­ wand eingearbeitet sein, wobei die Mittellinien der Kanäle achsparallel verlaufen können und die Kanäle auf mindestens einer Kreisbahn angeordnet sein können, welche konzentrisch zur Drehachse des Aggregates verläuft.

In der anliegenden Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das nachfolgend näher beschrieben wird. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Pumpenaggregat und

Fig. 2 einen Schnitt durch einen Teil der Trennwand in größerem Maßstab.

Das gegossene Pumpengehäuse 1 wird über den Saugstutzen 2 und den Druckstutzen 3 mit dem Heizungssystem verbunden. Das Gehäuse umschließt das Laufrad 4, das auf der Welle 5 sitzt, die das Rotorblechpaket 6 trägt. Im übrigen wird die Welle 5 durch die beiden Radiallager 7 und 8 sowie das Drucklager 9 getragen und festgelegt.

Der Spaltrohrtopf 10 bildet eine der Grenzen des Heizungs­ systems zur Umgebung. Der Stator 11 hat eine trockene Wick­ lung. Die Trennwand 12, in der sich das Radiallager 7 be­ findet, trennt den Pumpenraum 13 vom Rotorraum 14, der durch Entfernen des Stopfens 15 teilweise entlüftet werden kann.

In der Trennwand 12 befinden sich Öffnungen 16, durch die während der Startphase Wasser in den Rotorraum 14 ein­ dringen kann. Die Öffnungen 16 werden aufgrund ihrer Quer­ schnittsform und je nach Art, Größe und Anzahl der im Heizungswasser befindlichen Schmutzteile gegen Ende oder nach dem Entlüftungsvorgang durch die Schmutzteile ver­ schlossen, und zwar insbesondere durch solche Schmutzteile, deren Durchmesser in etwa dem der Öffnungen ent­ spricht. Somit wird dann ein Wasseraustausch zwischen dem Pumpenraum 13 und dem Rotorraum 14 während des Betriebes auf ein Minimum reduziert, da bei diesem Betriebszustand nur ein Wasseraustausch über die Lagerspalte möglich ist.

In der Fig. 2 erkennt man einen besonders vorteilhaften Querschnittsverlauf der Öffnungen 16. Das im Pumpenraum 13 liegende Öffnungsende weist einen Grat 17 auf und hat die größere Querschnittsfläche. Die Öffnung 16 verjüngt sich in Strömungsrichtung und hat am Austritt in den Rotorraum 14 den engsten Querschnitt. Dieser Querschnittsverlauf be­ dingt, daß in die Öffnungen eindringende Schmutzteile sicherer als bei einem regelmäßigen Öffnungsquerschnitt eingefangen und festgehalten werden, wobei es natürlich Voraussetzung ist, daß der größte Durchmesser der Schmutz­ teilchen kleiner als der Eintrittsquerschnitt und größer als der Austrittsquerschnitt der jeweiligen Öffnung ist.

Im übrigen sollte sich der mittlere äquivalente Durch­ messer d der Öffnungen 16 in der Größenordnung von 30 bis 300 µm bewegen. Weiterhin wird man je nach Größe des Rotor­ raumes und des abzuführenden Luftvolumens eine entsprechende Anzahl von Öffnungen vorsehen, wobei im allgemeinen 10 bis 100 Öffnungen in Betracht kommen.

Der in Fig. 2 gezeigte Querschnittsverlauf der Öffnungen 16 läßt sich besonders einfach, ohne mechanische Werkzeuge spanlos und quasi automatisch mit Laserstrahlen schaffen, wenn die Trennwand ausgehend von ihrer pumpenseitigen Fläche bestrahlt wird. Außerdem lassen sich die Öffnungen mit dieser Technologie besonders schnell herstellen. Praktische Versuche haben jedenfalls gezeigt, daß sich in einem Zeitraum von 3 s zumindest 40 Öffnungen in eine dabei um ihre Achse verdrehte Trennwand einarbeiten lassen.

Wie schon erwähnt wurde, können die Mittellinien 18 der Öffnungen 16 parallel zueinander verlaufen, wobei die Öffnungen auf mindestens einer Kreisbahn vorgesehen werden,deren Mittelpunkt im Zentrum der Drehachse des Aggregates liegt. Dies gilt auch für den Fall, daß man die Öffnungen auf mehreren konzentrischen Kreisbahnen anordnet.

Claims (9)

1. Pumpenaggregat für Heizungsanlagen, bestehend aus einer Umwälzpumpe und einem Spaltrohrmotor, zwischen dessen Rotorraum und dem Pumpenraum eine Trennwand angeordnet ist, wobei zwischen dem Pumpenraum und dem Rotorraum Öffnungen für den Durchlaß des Fördermediums vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die Öffnungen (16) in die Trennwand eingearbeitet sind,
daß die Öffnungen (16) eine gerade Mittellinie (18) auf­ weisen, und
daß der mittlere äquivalente Durchmesser d der Öffnungen (16) im Bereich von 30 bis 300 µm liegt.

2. Pumpenaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Öffnungen (16) vom Pumpenraum (13) zum Rotor­ raum (14) hin verjüngen.

3. Pumpenaggregat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Mittellinien (18) der Öffnungen (16) achs­ parallel verlaufen und daß die Öffnungen (16) auf mindes­ tens einer konzentrisch um die Drehachse des Aggregates verlaufenden Kreisbahn angeordnet sind.

4. Pumpenaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe A1 der Querschnittsflächen aller Öffnungen (16) wesentlich kleiner ist als die Oberfläche A2 der Trennwand (12) und daß die Beziehung A1/A2 0,00005 gilt.

5. Pumpenaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am pumpenseitigen Ende der Öffnungen (16) jeweils ein von der Trennwand (12) abstehender Grat (17) vorgesehen ist.

6. Pumpenaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (12) aus nichtrosten­ dem metallischem Material formgepreßt ist.

7. Pumpenaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (12) aus nichtmetallischem Werkstoff formgespritzt ist.

8. Pumpenaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (16) durch Laserstrahlen erzeugt sind.

9. Pumpenaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (16) durch Flüssigkeits­ strahlen erzeugt sind.