DE4143492C2 - Pumpenaggregat - Google Patents

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.