DE4432224A1 - Vorrichtung zum Verbessern des Ansaugverhaltens von Strömungsförderpumpen - Google Patents

Description

Tauchmotorpumpen, wie sie in großer Zahl zum Bewässern des Gartens aus Regenauffangbehältern oder zum Leerpumpen von Gartenteichen und überfluteten Kellern eingesetzt werden, bestehen in den meisten Fällen aus einem wasserdicht gekapselten Antriebsmotor mit vertikal nach unten weisender Antriebswelle, an der ein offenes Pumpenlaufrad befestigt ist. Das Pumpengehäuse ist als Ringraumgehäuse mit einem tangentialen Druckstutzen und einer axialen Ansaugöffnung versehen. Die Seite des Motorgehäuses mit der Antriebswelle ragt in das Pumpengehäuse hinein, so daß es bei fördernder Pumpe vom Wasser im Pumpengehäuse umspült wird. Auf diese Art und Weise wird eine einfache und zuverlässige Motorkühlung erreicht. Diese Art der Motorkühlung erfordert allerdings relativ große Freiräume um das in das Pumpengehäuse eintauchende Motorgehäuse. Damit auch die Motorwelle im Bereich der Abdichtung zum Motorinnenraum und die Dichtung der Wellendurchführung gekühlt werden, sowie aus anderen konstruktiven Gründen ist der axiale Freiraum zwischen der Laufradrückseite und dem Motorgehäuse relativ groß ausgeführt. Der axiale Spalt zwischen dem üblicherweise in offener Bauform ausgeführten Laufrad und dem Gehäuseelement, das den Druckraum der Pumpe axial nach unten begrenzt, ist in einigen Fällen sehr groß ausgeführt, damit die Pumpe nicht durch Schmutzablagerungen oder gröbere Schmutzteilchen blockiert wird.

Pumpen dieser Bauart werden in der Regel im Stillstand in das Wasser gesetzt. Durch das durch die unten liegende Ansaugöffnung in den Druckraum der Pumpe eindringende Wasser wird der größte Teil der darin befindlichen Luft durch die leere Druckleitung ins Freie gedrückt. Einige Pumpen müssen sogar schräg ins Wasser getaucht werden, damit eine ausreichende Entlüftung stattfindet. Dieses ist aber bei tiefen Behältern oder Brunnen mit erheblichem Aufwand verbunden, wenn nicht unmöglich. Erst nach dem weitgehenden Entlüften wird die Pumpe durch einen Schwimmerschalter oder durch Anschließen an das elektrische Netz in Betrieb gesetzt. Geringe Luftreste in der Pumpe werden mit dem Wasser verwirbelt und zusammen mit diesem durch den Druckstutzen in die Druckleitung befördert. Probleme bei diesen Pumpen entstehen immer dann, wenn sich bei laufender Pumpe größere Luftmengen in der Pumpe befinden. Dieses ist z. B. der Fall, wenn die laufende leere Pumpe ins Wasser gesetzt wird, wenn der Wasserstand nicht ausreicht, die Pumpe weitgehend zu entlüften, und wenn die Pumpe während des Betriebes Luft in größeren Mengen ansaugt. Die Förderleistung der Pumpe ist in diesem Zustand so gering, daß schon ein geringer Gegendruck am Druckstutzen, wie er z. B. durch die Flüssigkeitssäule in der Druckleitung oder durch in die Druckleitung eingebaute Rückschlagventile entsteht, nicht mehr überwunden werden kann. Besonders Druckleitungen mit einem eingebautem Rückschlagventil, das ein Leerlaufen der Druckleitung bei Unterbrechungen des Pumpbetriebes verhindern soll, müssen deshalb immer dann vollständig entleert werden, wenn Luft in die Pumpe gelangt ist. Dieses kann z. B. der Fall sein, wenn eine daran angeschlossene Pumpe zu Reinigungszwecken aus dem Wasser genommen wird.

Von Nachteil ist ferner, daß Pumpen dieser Bauart bei geringen Wasserständen, die ein weitgehendes Entlüften des Pumpenraumes beim Eintauchen der Pumpe ausschließen, in der Regel selbst dann nicht zu fördern beginnen, wenn das Laufrad ins Wasser taucht. Sogenannte flachsaugende Pumpen haben dieses Problem nicht. Allerdings weisen diese Pumpen nur sehr geringe axiale Freiräume zwischen dem Laufrad und dem Pumpengehäuse auf, so daß eine Kühlung des Antriebsmotors nur durch Kühlkanäle möglich ist, durch die das geförderte Wasser geführt wird. Diese Kühlkanäle bedingen nicht nur höhere Herstellungskosten sondern es besteht auch noch die Gefahr, daß sich die Kühlkanäle durch Schmutzablagerungen oder größere Fremdkörper zusetzen. Ein weitere Nachteil ist darin zu sehen, daß schon geringe Schmutzablagerungen oder gröbere Schmutzteilchen das Laufrad blockieren können. Nicht selten ist eine Zerstörung des Elektromotors durch Überhitzung die Folge. Dadurch ist bei diesen Pumpen eine ständige Überwachung oder aber ein zusätzlich eingebauter Überhitzungsschutz für die Motorwicklung notwendig. Auf jeden Fall hat eine solche Pumpe bei Förderung von stark verschmutztem Wasser einen ständigen Wartungsbedarf (Reinigung). Wenn also öfters größere Mengen Schmutzwasser abzupumpen sind, ist eine wirtschaftlicher Betrieb nur gegeben, wenn die Wassermenge mit einer betriebssicheren Pumpe so weit reduziert wurde, daß der Einsatz einer flachsaugenden Pumpe sinnvoll ist.

Bekannt sind Entlüftungseinrichtungen, bei denen der Pumpenraum der Kreiselpumpe durch eine zusätzliche Entlüftungspumpe entlüftet wird. Eine solche Einrichtung würde allerdings die billigen Tauchmotorpumpen für den Heim- und Gartenbereich erheblich verteuern.

Ein weiterer Nachteil der (nicht flachsaugenden) Ringraum- Pumpen ergibt sich, wenn der axiale Spalt zwischen den Schaufeln des Laufrades und dem Pumpenboden relativ groß ausgeführt ist, weil dann das Wasser aus der Druckleitung auch bei laufender Pumpe wieder in den leerzusaugenden Behälter zurückfließen kann, wenn an der Ansaugöffnung kein Wasser zur Verfügung steht.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine einfache und preisgünstige Vorrichtung zu schaffen, die das Ansaugverhalten von Ringraum-Tauchpumpen wesentlich verbessert und ein selbsttätiges Ansaugen selbst bei niedrigsten Wasserständen ermöglicht. Bei Pumpen mit großem axialen Spalt zwischen den Laufradschaufeln und dem Pumpengehäuse soll ferner verhindert werden, daß nennenswerte Mengen Wasser aus der Ansaugöffnung der laufenden Pumpe austreten, wenn kein Wasser aus dem leerzusaugenden Behälter nachströmen kann.

Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale der Ansprüche 1 und 5 gelöst.

Ein wesentlicher technischer wie auch wirtschaftlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die auch bei Schmutzwasserförderung betriebssicheren Ringraum- Tauchpumpen selbst bei geringsten Wasserständen selbsttätig ansaugen, wenn sie mit der Vorrichtung ausgerüstet sind. Hierdurch kann dieser wartungsarme Pumpentyp universell einsetzt werden, und es ist nicht mehr erforderlich, für Flachsaug-Arbeiten eine weitere Pumpe bereitzuhalten.

Besonders bei tiefen Behältern oder Brunnen macht sich die Möglichkeit vorteilhaft bemerkbar, eine derartige Pumpe im laufenden Zustand ins Wasser zu senken, ohne daß Förderprobleme auftreten. Auch bei gefüllten Druckleitungen entstehen keine Probleme bei der Wiederinbetriebnahme der Pumpe, wenn diese zum Reinigen aus dem Wasser genommen wird und dabei das Wasser aus dem Pumpenraum ausläuft. Selbst wenn eine mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgerüstete Pumpe während des Förderns aus dem Wasser genommen wird oder größere Mengen Luft ansaugt, wird die Förderung unverzüglich wiederaufgenommen, sobald wieder Wasser an der Saugöffnung zur Verfügung steht. Bei Pumpen mit großem axialen Spalt zwischen den Laufradschaufeln und dem Pumpengehäuse wird ein Leerlaufen des Pumpenraumes bei Abreißen der saugseitigen Wassersäule wirkungsvoll verhindert.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung nahezu ohne Mehrkosten in die üblicherweise im Kunststoff-Spritzgußverfahren hergestellten Pumpengehäuse integriert werden kann. Selbst bei vorhandenen Pumpen ist ein Nachrüsten mit geringstem Aufwand zu einem Bruchteil der Pumpen-Anschaffungskosten möglich.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Einen Meridianschnitt durch eine mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgerüstete Ringraum- Tauchmotorpumpe; Entlüftungsvorrichtung als eigenständiges Bauteil; Zusatzlaufrad,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie A-A gemäß Fig. 1,

Fig. 3 mögliche Ausführung einer mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgerüsteten Ringraum-Tauchmotorpumpe; Verlängerung der Schaufeln des Haupt-Pumpenlaufrades im Bereich der Ansaugbohrung; in das Pumpengehäuse integrierte Entlüftungsvorrichtung,

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie B-B gemäß Fig. 3.

Die in Fig. 1 dargestellte Ausführung einer Ringraum- Tauchmotorpumpe besteht im wesentlichen aus einem an der Welle (13) eines Antriebsmotors (21) befestigten radialen Laufrad (10) in offener Bauform, einem Pumpengehäuse (4, 6, 18), das im Meridianschnitt symmetrische Querschnitte aufweist, sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verbessern des Ansaugverhaltens (1, 14).

Der Druckraum (5) der Pumpe wird radial durch einen Zylindermantel (4) mit einem tangential abgehenden Druckstutzen (20), axial oben durch eine zylindrische Scheibe (6) mit dem in den Pumpenraum ragenden Motorgehäuse (7) sowie axial unten durch eine Pumpenboden (18) mit der Ansaugöffnung (16) begrenzt.

An der Motorwelle (13), die mittels eines abgedichteten Wellendurchtrittes (19) aus dem Motorgehäuse (7) herausgeführt wird, ist ein Laufrad (10) befestigt, das im wesentlichen aus einer zylindrischen Scheibe mit Schaufeln (8) besteht. Der Freiraum zwischen der Laufradrückseite (9) und dem Motorgehäuse (7) ist in axialer Richtung so groß ausgeführt, daß eine einwandfrei Kühlung der Motorwelle (13) und der Wellendurchführung (19) gewährleistet ist und selbst bei größeren Schmutzablagerungen in diesem Bereich keine Gefahr besteht, daß das Laufrad blockiert wird. Der Spalt zwischen den Schaufeln (8) und dem Pumpenboden (18) ist in dem Ausführungsbeispiel gemäß (Fig. 1, 3) relativ groß ausgeführt, so daß auch hier keine Gefahr einer Blockierung des Laufrades besteht. In einem solchen Fall ist zweckmäßigerweise auf der Motorwelle (13) im Bereich axial vor dem Haupt-Pumpenlaufrad (10) ein zusätzliches Laufrad (14) mit radialen Schaufeln (15) angebracht, dessen Außendurchmesser zweckmäßigerweise in etwa dem Durchmesser der Ansaugöffnung (16) entspricht und dessen axiale Erstreckung so bemessen ist, daß die axialen Schaufelenden ungefähr bündig mit der inneren Axialfläche des Pumpenbodens (17) abschließen. In der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführung übernimmt das Zusatzlaufrad (14) gleichzeitig die Funktion der axialen Festlegung des Haupt- Pumpenlaufrades (10). Dazu weist das Zusatzlaufrad ein zum Außengewinde der Motorwelle (13) passendes Innengewinde (27) auf. Neben dem Vorteil einer einfachen Nachrüstbarkeit bei bestehenden Pumpen ergibt sich so auch noch der Vorteil, daß bei Beschädigung des Zusatzlaufrades nicht das ganze Haupt-Pumpenlaufrades ausgetauscht werden muß. Es ist selbstverständlich auch denkbar, an Stelle des zusätzlichen Laufrades die Schaufeln (8) des Haupt-Pumpenlaufrades (10, 25) im Bereich der Ansaugöffnung (16) axial so weit zu verlängern (26), daß die axialen Schaufelenden ungefähr bündig mit der inneren Axialfläche (17) des Pumpenbodens (18) abschließen (Fig. 3, 4).

Der Pumpenboden (18) ist sehr flach ausgeführt, damit die Schaufeln (15) des Zusatzlaufrades (14) bzw. die im Bereich der Ansaugöffnung (16) axial verlängerten Schaufeln (26) des Haupt-Pumpenlaufrades (25) schon bei niedrigem Wasserstand (23) ins Wasser tauchen. Außen weist der Pumpenboden Distanzstücke (22) auf, so daß auch dann Wasser zur Ansaugöffnung (16) strömen kann, wenn die Pumpe auf eine ebene Fläche gestellt wird. Zur Vergrößerung des Zuströmquerschnittes bei Pumparbeiten in ausreichend großen Wassertiefen ist zweckmäßigerweise ein in den Zeichnungen nicht dargestellter Distanzring vorzusehen, der bei Bedarf am Pumpenboden befestigt wird. Es ist ferner sinnvoll, diesen Distanzring in Form eines Ansaugsiebes zu gestalten, da aufgrund der größeren Zuströmquerschnitte zur Ansaugöffnung auch Fremdkörper angesaugt werden können, die so groß sind, daß eine Beschädigung der Pumpe nicht auszuschließen ist.

In der dargestellten Ausführung weist der Zylindermantel (4) des Pumpengehäuses eine Öffnung auf, durch die ein Entlüftungskanal (3) geführt ist. Dieser Entlüftungskanal mit einer druckraumseitigen Öffnung (12) und einer außerhalb des Druckraumes liegenden Öffnung (2) erstreckt sich zwischen der oberen axialen Begrenzung (6, 7) des Druckraumes und der den Schaufeln (8) abgewandten Seite (9) des Laufrades (10) vorzugsweise radial bis nahe an die Rotationsachse (11) der Pumpe. Denkbar ist aber auch jede andere Form bzw. Anordnung eines Entlüftungskanals, die geeignet ist, Gase (z. B. Luft) aus der Mitte (Rotationsachse des Laufrades) des Druckraumes selbsttätig abzuführen. Der Entlüftungskanal kann, wie in Fig. 3, 4 gezeigt, in das Pumpengehäuse integriert sein oder auch entsprechend Fig. 1, 2 als eigenständiges, und damit nachrüstbares Bauteil ausgebildet sein.

Wenn die Pumpe in flaches Wasser gestellt wird, daß sowohl die Zuströmöffnungen unter Wasser liegen, als auch die Schaufeln des Zusatzlaufrades bzw. die im Bereich der Ansaugöffnung verlängerten Schaufeln des Haupt- Pumpenlaufrades zumindest die Wasseroberfläche berühren, dann sorgen diese Schaufeln für eine Wasserförderung ins Innere der Pumpe und füllen so den Pumpenraum. Je nach Ausgestaltung des Haupt-Pumpenlaufrades entsteht eine, wenn auch geringe Förderwirkung auch durch dessen Gebläsewirkung. Wenn sich soviel Wasser in der Pumpe befindet, daß auch die Schaufeln des Haupt-Pumpenlaufrades bzw. diejenigen Schaufelabschnitte mit der geringeren Höhe (bei verlängerten Schaufeln) mit dem Wasser in Kontakt kommen, wird das Wasser radial in Richtung des Zylindermantel des Pumpengehäuses geschleudert, während gleichzeitig Luft aus dem Pumpenraum in den Schaufelbereich des Laufrades eindringt. Bei großem axialen Spalt zwischen den Schaufeln des Laufrades und dem Pumpenboden fließt ein Teil des Wassers wieder in diesen Bereich zurück und wird erneut von den Schaufeln erfaßt. Bei weiterer Wasserzufuhr durch das Zusatzlaufrad/die verlängerten Schaufeln stellt sich der in Fig. 1 dargestellte Zustand ein. Die Wassermenge (24) im Pumpengehäuse beginnt zu rotieren, wobei sich die im Pumpengehäuse vorhandene Luft in der Mitte (Rotationsachse) der Pumpe zwischen der Laufradrückseite (9) und der oberen axialen Begrenzung (6, 7) des Pumpengehäuses sammelt. Diese Trennung zwischen Wasser (höhere Dichte als Luft) und Luft erfolgt durch die Wirkung der Zentrifugalkraft. Ein nennenswerter Druckaufbau ist in diesem Zustand noch nicht zu beobachten, so daß der Teil des Wassers, der in den an den Druckstutzen (20) angeschlossenen Druckschlauch gedrückt wurde, schon bei geringer Steighöhe einen Gegendruck erzeugt, der ein weiteres Ansaugen von Wasser ohne Vorhandensein der Entlüftungsvorrichtung (1) unmöglich macht. Bei Vorhandensein der Entlüftungsvorrichtung (1) kann die sich in der Pumpenmitte sammelnde Luft durch den Entlüftungskanal (3) und die Öffnung (2) aus dem Pumpengehäuse entweichen. Wenn der größte Teil der Luft aus dem Pumpengehäuse entwichen ist, beginnt die Pumpe zu fördern. Während des Pumpens tritt ständig etwas Wasser aus der Entlüftungsvorrichtung aus. Die Menge kann aber bedingt durch den kleinen Querschnitt des Entlüftungskanals vernachlässigt werden. Auch während des Pumpens angesaugte Luft, die sich in der Pumpenmitte sammelt, entweicht sofort wieder durch die Entlüftungsvorrichtung. Wenn an der Ansaugöffnung der Pumpe überhaupt kein Wasser mehr vorhanden ist, stellt die Pumpe das Fördern ein. Das Wasser in der Pumpe kann aber trotz des großen Spaltes zwischen den Schaufeln (8) des Laufrades (10) und dem Pumpenboden (18) nicht in nennenswerten Mengen aus der Ansaugöffnung (16) austreten, weil es durch Schaufeln des Zusatzlaufrades bzw. die verlängerten Schaufeln des Haupt-Pumpenlaufrades am Austreten gehindert wird. Sobald wieder Wasser an der Ansaugöffnung zur Verfügung steht, nimmt die Pumpe die Förderung wieder auf, nachdem die eingedrungene Luft durch die Entlüftungsvorrichtung entwichen ist.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Verbessern des Ansaugverhaltens von Strömungsförderpumpen für flüssige Medien, die teilweise mit Schmutz und/oder Gasen angereichert sein können, insbesondere Kreisel-Tauchmotorpumpen mit einen Ringraum-Pumpengehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß in der Pumpenmitte (Rotationsachse) zwischen Laufradrückseite und Pumpengehäuse eingeschlossene Luft (bzw. Gase) durch eine Entlüftungsvorrichtung (1) selbsttätig aus dem Pumpengehäuse herausgeführt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung aus mindestens einem Entlüftungskanal (3) besteht, der von außen in den Druckraum der Pumpe bis nahe an die Rotationsachse (11) des Laufrades (10) geführt wird und der sowohl außerhalb des Druckraumes als auch innerhalb des Druckraumes nahe der Rotationsachse je mindestens eine Öffnung aufweist (2, 12).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Entlüftungskanal zwischen der oberen axialen Begrenzung (6) des Druckraumes bzw. dem Motorgehäuse (7) und der den Schaufeln abgewandten Seite (9) des Laufrades (10) vorzugsweise radial bis nahe an die Rotationsachse (11) der Pumpe geführt wird.

4. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 . . . 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Entlüftungskanal einteilig mit dem Pumpengehäuse ausgebildet ist.

5. Vorrichtung zum Verbessern des Ansaugverhaltens von Strömungsförderpumpen für flüssige Medien, die teilweise mit Schmutz und/oder Gasen angereichert sein können, insbesondere Kreisel-Tauchmotorpumpen mit einen Ringraum-Pumpengehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Motorwelle (13) im Bereich vor dem Haupt- Pumpenlaufrades (10) ein Zusatzlaufrad (14) mit Schaufeln (15) befestigt ist, das in seinem Außendurchmesser ungefähr dem Durchmesser der Ansaugöffnung (16) entspricht und dessen axiale Erstreckung so bemessen ist, daß die axialen Schaufelenden ungefähr bündig mit der inneren Axialfläche (17) des Pumpenbodens (18) abschließen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzlaufrad (14) vorzugsweise mit einem Innengewinde (27) versehen ist, so daß es gleichzeitig die Funktion der axialen Festlegung des Haupt- Pumpenlaufrades (10) auf der mit einem entsprechenden Außengewinde versehenen Motorwelle (13) übernimmt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzlaufrad einteilig mit dem Haupt- Pumpenlaufrad ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 5 . . . 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln des Haupt- Pumpenlaufrades in einem radialen Bereich bis zu einem maximalen Durchmesser, der ungefähr dem Durchmesser der Ansaugöffnung (16) entspricht, axial so weit verlängert sind, daß die axialen Schaufelenden ungefähr bündig mit der inneren Axialfläche (17) des Pumpenbodens (18) abschließen.