DE4143492C2 - Pumpenaggregat - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Pumpenaggregat, insbesondere für eine
Vorrichtung zur Raumheizung und Warmwasserbereitung, mit den im
Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen.
Ein solches Pumpenaggregat kann beispielsweise in einer Gastherme
eingesetzt werden, wo auf engem Raum Heizungsanlage und Warm
wasserbereiter installiert sind. Solche Gasthermen werden insbesonde
re bei der Altbausanierung und in Wohnungen eingesetzt. Sie um
fassen einen gasbeheizten Primärwärmetauscher, der zwei Heizkreise,
nämlich den für die Raumheizung und den für die Warmwasserberei
tung speist, die parallel geschaltet sind und in denen das Wasser
mittels einer Kreiselpumpe umgewälzt wird. Dabei ist der Primär
wärmetauscher so geschaltet, daß er entweder den einen oder den
anderen Kreis speist. Bei den heutzutage üblicherweise eingesetzten
Gasthermen sind hierzu eine Vielzahl von Ventilen, Reglern, Senso
ren und dergleichen erforderlich. Diese teils wasser- und/oder strom
führenden Bauteile führen zu einem verhältnismäßig komplizierten
Aufbau der Gastherme bei entsprechend hohen Herstellungskosten.
Aufgrund der Vielzahl dieser an verschiedenen Stellen innerhalb der
Gastherme vorgesehenen Bauteilen ist deren Zugänglichkeit häufig
schwierig, was die Wartung und Reparatur der Gastherme unnötig
verteuert.
Man hat versucht, den Aufbau einer solchen Gastherme und auch
anderer Vorrichtungen zur Raumheizung und Warmwasserbereitung
durch die Verwendung von zwei unabhängig voneinander arbeitenden
Umwälzpumpen zu vereinfachen. Die erwarteten Einsparungen haben
sich in der Praxis jedoch nicht erfüllt, denn beim Einsatz von zwei
Umwälzpumpen muß dafür gesorgt werden, daß die für die Warm
wasserbereitung verwendete Umwälzpumpe gegenüber derjenigen für
den Heizungskreis vorrangig arbeitet, wozu eine verhältnismäßig
aufwendige Schaltung und Verrohrung beider Pumpen erforderlich
ist.
Aus EP 0 394 140 A1 ist eine Pumpe bekannt, die zur Vereinfachung
des vorbeschriebenen Systemes führen soll und mit einem Druck
stutzen und zwei Saugstutzen ausgerüstet ist. Bei dieser Pumpe liegt
zwischen dem Laufrad und dem Druckstutzen ein Steuerorgan, das je
nach Drehrichtung des Laufrades den einen oder anderen Saugstutzen
über Hebelmechanismen durch ein Schaltorgan ab sperrt, wodurch der
Förderstrom durch den Raum- oder Brauchwasserheizkreis gelenkt
werden soll. Jedes auf der Saugseite der Pumpe liegende Schaltorgan
verursacht Druckverluste, erhöht den NPSH-Wert und führt bei
Heizungspumpen zur vermehrten Gefahr der Geräuschbildung, ins
besondere aufgrund von Kavitationen. Da bei dieser vorgeschlagenen
Lösung in der abgesperrten Leitung ein Überdruck gegenüber dem
Saugraum der Pumpe herrscht, am Schaltorgan also eine Druckdif
ferenz ansteht, die der Druckdifferenz zwischen dem Verzweigungs
punkt der Heizkreise und dem Saugraum der Pumpe entspricht, sind
das Flächenverhältnis zwischen Steuer- und Schaltorgan sowie die
Längenverhältnisse des zweiarmigen Hebels nicht mehr frei wählbar.
Die konstruktive Lösung ist kompliziert und die Schließkraft an dem
gegen den Überdruck arbeitenden Schaltorgan gering, so daß die
Funktionssicherheit der Förderstromsteuerung bei den hier üblichen
Punkten kleinster Leistung nicht zuverlässig gewährleistet ist.
Ausgehend von der aus EP 0 349 140 A1 bekannten Pumpe liegt der
Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Pumpe so
auszubilden, daß die vorbeschriebenen Nachteile vermieden werden,
insbesondere daß eine zuverlässige wartungsarme Förderstromsteue
rung gewährleistet und die Gefahr einer Geräuschentwicklung ver
mindert wird. Des weiteren soll ein in der Herstellung kostengün
stiges und gut zu montierendes Aggregat geschaffen werden.
Gemäß der Erfindung wird dies durch die im kennzeichnenden Teil
des Anspruches 1 angegebenen Merkmale erreicht. Die erfindungs
gemäße Lösung hat den Vorteil, daß der Schaltstrom vom Förder
strom völlig unabhängig ist, so daß das Schaltorgan auf der Vorlauf
seite (warmen Seite) des Primärwärmetauschers angeordnet werden
kann, ohne daß deshalb auch die Pumpe auf dieser Seite angeordnet
werden muß, was bekanntermaßen von Nachteil ist. Die erfindungs
gemäße Pumpe ist einfach und kostengünstig im Aufbau und ermög
licht ein zuverlässiges Schalten.
Das erfindungsgemäße Pumpenaggregat wird bevorzugt in einer
Vorrichtung zur Raumheizung und Warmwasserbereitung eingesetzt,
insbesondere in einer Gastherme in der beschriebenen Art. Da bei
einer solchen Anordnung die an der Welle des Schaltorgans anlie
gende Druckdifferenz erheblich geringer ist als die bei einem ver
gleichbaren Schaltorgan nach dem gattungsbildenden Stand der Tech
nik, kann auf eine besondere Abdichtung der Welle in der Regel
verzichtet werden. Hierdurch sind die Reibungsverluste beim Schalten
des Schaltorgans erheblich geringer, was die Schaltkräfte herabsetzt
und somit die Schaltzuverlässigkeit erhöht. Das erfindungsgemäße
Pumpenaggregat kann somit auch mit Kleinmotoren mit Motorleistun
gen unter 100 W eingesetzt werden, ohne die Funktionssicherheit zu
gefährden.
Der Einsatz des erfindungsgemäßen Pumpenaggregates beschränkt
sich jedoch nicht auf Gasthermen, es kann beispielsweise auch in
anderen Heizungsanlagen, in Solarwärmeanlagen und dergleichen
eingesetzt werden. Auch ist ein Einsatz denkbar, bei dem das Schalt
organ einen vom Förderstrom der Pumpe völlig unabhängig und
davon getrennten Fluidstrom steuert.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Schaltorgan einen Schließkör
per aufweist, der mit einer durch eine Wand des Pumpengehäuses
geführten Welle verbunden ist, mit der das Steuerorgan drehfest
verbunden ist. Diese Wand trennt dann den unmittelbar durch die
Pumpe fließenden Förderstrom von dem durch die Kammer fließenden
Förderstrom. Die Wellendurchführung durch die Wand gewährt auch
ohne Abdichtung wegen der verhältnismäßig geringen Druckdifferenz
nur geringe Überströmverluste. Durch Wahl von Form und Größe des
Schließkörpers bzw. des Steuerorganes sowie gegebenenfalls der
Hebel, mit denen sie auf der Welle sitzen, können die Bauteile zum
Erhalt der erforderlichen Schaltkräfte entsprechend angepaßt werden.
Konstruktiv von Vorteil ist es ferner, wenn das Steuerorgan und der
Schließkörper des Schaltorgans mit der Welle ein Bauelement bilden,
das zusammen mit einer von der Welle durchsetzten Zwischenwand
des Pumpengehäuses und einem Rohrabschnitt der Saugseite der
Pumpe eine Montageeinheit bilden, die druckfest und dicht in das
Pumpengehäuse eingegliedert ist. Eine solche Montageeinheit kann
günstig gefertigt und vormontiert und sodann in das Pumpengehäuse
eingesetzt werden. Im Fall von Wartungs- und Reparaturarbeiten
können die Bauteile mit geringem Aufwand demontiert werden.
Bevorzugt ist eine Ausführung, bei der die Montageeinheit als in das
Pumpengehäuse einschiebbare Patrone ausgebildet ist. Eine solche,
im wesentlichen als Zylinderkörper ausgebildete Patrone kann mit
einfachen Mitteln innerhalb des Pumpengehäuses abgedichtet werden
und aufgrund der runden Außenkontur kostengünstig bearbeitet wer
den.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand der Figuren
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 in schematischer Darstellung den Aufbau einer Gasther
me,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein Pumpenaggregat mit inte
griertem Schaltorgan der Gastherme nach Fig. 1,
Fig. 3 einen Schnitt längs der Schnittlinie III-III in Fig. 2,
Fig. 4 einen Schnitt längs der Schnittlinie IV-IV in Fig. 2,
Fig. 5 in vergrößerter Darstellung eine perspektivische Ansicht
einer Montageeinheit des Pumpenaggregats nach Fig. 2,
Fig. 6 eine perspektivische Darstellung der Montageeinheit
nach Fig. 5 in rückwärtiger Ansicht und
Fig. 7 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführung des
Pumpenaggregats in Darstellung nach Fig. 2.
Die in Fig. 1 dargestellte Gastherme 1 weist einen Gasbrenner 2,
einen davon beheizbaren Primärwärmetauscher 3 und eine Kreisel
pumpe 4 auf. Die Kreiselpumpe 4 ist auf der kalten Seite des Primär
wärmetauschers 3 installiert, sie drückt den Förderstrom durch die
Leitung 5 in den Primärwärmetauscher.
Das im Primärwärmetauscher 3 erwärmte Wasser strömt dann durch
eine Leitung 6 zu einem mit der Pumpe 4 zu einer Baueinheit ver
einigten Schaltorgan 7. Das Schaltorgan 7 verbindet die Leitung 6
mit einem von zwei Heizkreisen.
Der Brauchwasserheizkreis ist in ausgezogenen Linien dargestellt und
mit 8 gekennzeichnet. Diesem Heizkreis 8 ist ein Sekundärwärmetau
scher 9 eingegliedert, in dem das zu erwärmende Brauchwasser
erwärmt und über die Leitung 10 einer Entnahmestelle 11 zugeführt
wird. Dieser Heizkreis 8 ist über eine Leitung 12 mit einem der
Pumpe 4 vorgeschalteten Schmutzfänger 13 sowie einem zwischen
Schmutzfänger und Pumpe eingegliederten Luftabscheider 14 ver
bunden. Das den Sekundärwärmetauscher 9 verlassende Wasser wird
also über die Leitung 12 zum Saugstutzen der Pumpe 4 und durch
diese erneut zum Primärwärmetauscher 3 und dann wieder erwärmt
durch die Leitung 6 dem Heizkreis 8 zugeführt.
Durch Drehrichtungswechsel der Kreiselpumpe 4 wird das Schalt
organ 7 umgeschaltet, so daß der Eingang des Heizkreises 8 abge
sperrt und die vom Primärwärmetauscher 3 kommende Leitung 6 mit
dem in unterbrochener Linie dargestellten weiteren Heizkreis 15
verbunden ist. Dieser Heizkreis 15 weist eine oder mehrere Sekun
därwärmetauscher 16 in Form von Heizkörpern auf, denen ein ther
mostatgesteuertes Ventil 17 vorgeschaltet ist, wie dies heutzutage bei
Raumheizungsanlagen üblich ist. Der Heizkreis 15 mündet in die
Leitung 12, die diesen über den Schmutzfänger 13, den Luftabschei
der 14 und der Pumpe 4 der zum Primärwärmetauscher 3 führenden
Leitung 5 und danach erwärmt der Leitung 6 und somit erneut die
sem Heizkreis 15 zuführt. Das Ventil 17 ist in an sich bekannter
Weise über eine Bypassleitung 45 unter Umgehung des Sekundärwär
metauschers 16 mit dem Ausgang des Heizkreises 15 verbunden, so
daß auch bei geschlossenem Ventil 17 der Heizkreis 15 nicht unter
brochen ist.
Die Funktionsweise der vorbeschriebenen Gastherme ist wie folgt
Im üblichen Raumheizungsbetrieb ist der Heizkreis 15 über das
Schaltorgan 7 mit dem Primärwärmetauscher 3 in Reihe geschaltet,
die Umwälzung des Wärmeübertragungsmediums erfolgt mittels der
Pumpe 4. Das Schaltorgan 7 sperrt den Heizkreis 8 an dieser Stelle
ab. Im Falle der Wasserentnahme an der Entnahmestelle 11 fällt der
Druck innerhalb der mit dem Versorgungsnetz 18 über den Sekundär
wärmetauscher 9 verbundenen Leitung 10 ab. Innerhalb der Leitung
10 sitzt ein Sensor 19 mit Schalteinrichtung, der diesen plötzlichen
Druckabfall erkennt und daraufhin die Pumpe 4 zur Drehrichtungs
umkehr an steuert. Diese Steuerfunktion ist in Fig. 1 mit 20 gekenn
zeichnet. Durch die Drehrichtungsumkehr der Pumpe 4 wird das
Schaltorgan 7 umgesteuert, so daß dann die Leitung 6 mit dem Heiz
kreis 8 verbunden ist und der Heizkreis 15 am Schaltorgan 7 abge
sperrt ist. Dann wird die Anlage in der Regel mit erhöhter Leistung
gefahren, da für die Brauchwassererwärmung eine hohe Wärmelei
stung benötigt wird. Sobald der Entnahmevorgang beendet ist, wird
dies wiederum vom Sensor 19 registriert, die Schalteinrichtung schal
tet um, so daß die Pumpe 4 abermals drehrichtungsumkehrend ange
steuert wird und das Schaltorgan 7 in seinen ursprünglichen Schaltzu
stand zurückfällt, in dem der Heizkreis 15 mit dem Primärwärmetau
scher 3 in Reihe geschaltet ist.
Das Schaltorgan 7 kann auch so ausgebildet sein, daß die Schaltfunk
tion nicht bei einer Drehrichtungsumkehr sondern bei einer Drehzahl
änderung erfolgt, wobei die Schaltfunktion dann so gewählt ist, daß
bei höherer Drehzahl der Brauchwasserheizkreis 8 öffnend angesteu
ert wird.
Fig. 2 zeigt das aus der Pumpe 4 und dem Schaltorgan 7 bestehende
Pumpenaggregat im Schnitt, bestehend aus einem Gehäuse 21, in dem
ein Elektromotor 22 angeordnet ist, dessen Welle 23 ein Kreiselrad
24 antreibt. Der Saugstutzen 25 der Pumpe 4 ist koaxial zur Welle
23 angeordnet und durch das Schaltorgan 7 mittels eines Rohrab
schnittes 26 hindurchgeführt. Der Druckstutzen ist in Fig. 2 mit 27
bezeichnet, er liegt radial zum Kreiselrad 24. Innerhalb des Druck
stutzens 27 ist ein Steuerorgan 28 angeordnet, das durch einen in
nerhalb des Strömungsweges liegenden Flügel gebildet ist, der je
nach Drehrichtung des Kreiselrads 24 eine unterschiedliche Stellung
einnimmt. Das Steuerorgan 28 ist über einen Hebel 29 mit einer
Welle 30 verbunden, die durch eine Wand 31 des Pumpengehäuses
drehbar hindurchgeführt ist und an deren anderen, innerhalb des
Schaltorgans 7 befindlichen Ende ein Hebel 32 befestigt ist. Am
freien Ende des Hebels 32 ist ein Schließkörper 33 angeordnet, der
den Eingang 34 des Schaltorgans 7 (siehe Fig. 4) mit dem einen
oder anderen Ausgang 35, 36 des Schaltorgans 7 verbindet bzw. den
einen oder anderen Ausgang des Schaltorgans sperrt.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen sind der
Rohrabschnitt 26 und die Zwischenwand 31 einstückig ausgebildet
und in das Pumpengehäuse eingesetzt, und zwar als Montageeinheit
zusammen mit einem aus Steuerorgan 28, Welle 30 und Schließkör
per 33 mit den zugehörigen Hebeln 29 und 32 gebildete Baueinheit.
Diese Montageeinheit ist in den Fig. 5 und 6 perspektivisch
dargestellt. Die Hebel 29 und 32 sind ringförmig ausgebildet, wobei
die innere Ausnehmung elliptisch geformt ist, um den Rohrab
schnitt 26 in beiden Schaltstellungen berührungsfrei zu umgeben.
Der Schließkörper 33 ist so innerhalb des Strömungsweges der Heiz
kreise der Gastherme 1 angeordnet, daß die Schaltstellungen durch
die Strömungen kraftunterstützt sind, so daß die über das Steuer
organ 28 strömungsdynamisch aufzubringenden Haltekräfte ver
gleichsweise gering sein können.
Fig. 7 zeigt eine andere Ausführungsform, bei der an Stelle des
Schließkörpers 33 ein Schieber 37 angeordnet ist, der auf einer
Welle 38 sitzt, an deren anderem Ende ein Steuerorgan 39 angeord
net ist. Die Welle 38 ist innerhalb einer Zwischenwand 40 gelagert,
die in einer entsprechenden Ausnehmung des Pumpengehäuses 21
sitzt. Wie sich aus der Darstellung ergibt, ist der Ausgang 35 des in
Fig. 7 dargestellten Schaltorgans parallel zum Saugstutzen der
Pumpe 4 angeordnet. Auch bei dieser Ausführung bilden Schieber 37,
Welle 38 und Steuerorgan 39 eine Baueinheit, die zusammen mit der
Wand 40 sowie einem Gehäuseteil 41, das den Stutzen für den Aus
gang 35 aufweist, als Montageeinheit in Form einer in das Gehäu
se 21 einschiebbaren Patrone ausgebildet ist. Die Wand 40 und das
Gehäuseteil 41 sind miteinander verbunden und bilden einen etwa
zylindrischen Körper, dessen äußerer Flansch 42 über (nicht darge
stellte) Schrauben mit dem Gehäuse 21 verbunden ist. Eine solche
patronenförmige Montageeinheit ist besonders günstig herzustellen
und einfach zu montieren, insbesondere ergeben sich aufgrund der
zylindrischen Ausbildung praktisch keine Dichtungsprobleme.
In Fig. 7 ist nur der Ausgang 35 dargestellt, der zweite Ausgang
des Schaltorgans liegt parallel zum Ausgang 35, so daß der Schie
ber 37 bei Drehung der Welle 38 um ihre Längsachse entweder den
Ausgang 35 oder den anderen (nicht dargestellten) Ausgang ver
schließt. Bei dieser Ausführung sind die Schaltstellungen des Schalt
organs im wesentlichen strömungskraftfrei.
Claims (4)
1. Pumpenaggregat, insbesondere für eine Vorrichtung zur Raum
heizung und Warmwasserbereitung, mit einer elektromotorisch ange
triebenen Kreiselpumpe (4) und mit einem druckseitig angeordnetem,
drehzahl- oder drehrichtungsgesteuerten Steuerorgan (28) zur Betäti
gung eines mit dem Pumpengehäuse (21) verbundenen Schaltorga
ns (7), dadurch gekennzeichnet, daß der Schließkörper (33, 37) des
Schaltorgans (7) in einer Kammer des Pumpengehäuses (21) angeord
net ist, die von dem unmittelbar durch die Pumpe (4) fließenden
Förderstrom getrennt ist.
2. Pumpenaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Schaltorgan (7) einen Schließkörper (33, 37) aufweist, der mit
einer durch eine Wand (31) des Pumpengehäuses (21) geführten
Welle (30) verbunden ist, mit der das Steuerorgan (28) drehfest
verbunden ist.
3. Pumpenaggregat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Steuerorgan (28) und der Schließkörper (33, 37)
des Schaltorgans (7) mit einer Welle (30) ein Bauelement bildet, das
zusammen mit einer von der Welle (30) durchsetzten Zwischen
wand (31) des Pumpengehäuses (21) und einem Rohrabschnitt (26)
der Saugseite der Pumpe (4) eine Montageeinheit bildet, die druckfest
und dichtend in das Pumpengehäuse (21) eingegliedert ist.
4. Pumpenaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Montageinheit als in das Pumpenge
häuse (21) einschiebbare Patrone ausgebildet ist.
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