DE69004616T2

DE69004616T2 - Fluidumlauf- und -verteilergerät.

Info

Publication number: DE69004616T2
Application number: DE69004616T
Authority: DE
Inventors: Pascal Saniez
Original assignee: I C F
Current assignee: Wilo Salmson Components SA
Priority date: 1989-04-21
Filing date: 1990-04-20
Publication date: 1994-05-26
Anticipated expiration: 2010-04-21
Also published as: DE69004616D1; FR2646212A1; ES2047278T3; DK0394140T3; FR2646212B1; EP0394140B1; EP0394140A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fluidumwälz- und -verteilpumpe und insbesondere eine Dreiwege-Pumpe.
Es sind Dreiwege-Pumpen bekannt, bei denen das Öffnen und/oder das Schließen der Wege von den Betriebsbedingungen der Pumpe abhängt.
Es sind insbesondere Pumpen bekannt, die einen Einlaß und zwei Auslässe aufweisen, von denen jeder in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Laufrades gespeist wird, wie in DE-A-3 023 898 beschrieben.
Außer in erheblichen Stauungen, die durch das Vorhandensein mechanischer Vorrichtungen in der Schnecke verursacht werden, liegt der hauptsächliche Nachteil dieser Pumpen darin, daß die Schließvorrichtungen für die Auslässe, die sie aufweisen, ausschließlich auf die Auslässe wirken, jenseits derer kein Druck herrscht, der geeignet wäre, der Wirkung der Schließvorrichtungen entgegenzuwirken.
Deshalb sind diese Pumpen in geschlossenen Kreisläufen nicht verwendbar, da bei solchen Kreisläufen der am offenen Auslaß erzeugte Druck, unter Druckverlust in der Nähe des Netzes, unverzüglich auf den anderen Auslaß zurückwirkt und so dessen Schließen entgegenwirkt. Um so weniger sind diese Pumpen zur Verwendung mit zwei Einlässen und einem Auslaß geeignet, da stromaufwärts eines Einlasses stets ein positiver Druck herrscht.
In CH-A-499018 ist eine Dreiwege-Pumpe vorgeschlagen, die einen einzelnen Auslaß und zwei Einlässe aufweist. Um den Verschluß des einen oder des anderen Eingangs trotz des Drucks, mit dem das Fluid stromaufwärts des Einlasses beaufschlagt ist, zu gewährleisten, wird ein Diaphragma- oder Membransystem verwendet, das zwei dichte Kammern bildet, von denen eine mit dem Auslaß der Pumpe verbunden ist und daher unter Hochdruck steht, während die andere mit dem Einlaß der Schnecke verbunden ist und daher Niederdruck aufweist. Der Druckunterschied, der sich von beiden Seiten des Diaphragmas her auswirkt, gewährleistet zusammen mit einer vorgespannten Feder das Schließen und/oder das Öffnen der Fluüssigkeitseinlassöffnungen.
Dieses System weist den doppelten Nachteil auf, daß zwischen den beiden Kammern zu beiden Seiten der Membran eine absolute Dichtigkeit und ferner ein exakter Mechanismus zum Einstellen der Vorspannung erforderlich ist, der zudem von außen her einstellbar sein muß, da kein direkter Zugriff gegeben ist.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Nachteile zu überwinden, indem sie eine einfach aufgebaute Fluidumwälzpumpe mit wenigstens zwei Einlässen und einem Auslaß schafft, die sowohl in offenen als auch in geschlossenen Kreisläufen verwendbar ist und das wahlweise Schließen und/oder Öffnen jedes der Einlässe unter höchst einfachen Bedingungen ermöglicht.
Die Erfindung schafft eine Fluidumwälzpumpe mit zwei Einlässen und einem Auslaß, mit einer Zwischenwand, die eine Ansaugkammer, in welcher sich die beiden Einlässe sowie deren Schließvorrichtungen befinden, und eine Förderkammer begrenzt, die eine Schnecke bildet, in der sich ein in zwei Richtungen drehbares Laufrad dreht, dadurch gekennzeichnet, daß sie in der Förderkammer bewegbare Einrichtungen aufweist, die in der Lage sind, die Schließvorrichtungen der beiden Einlässe in Abhängigkeit von der Fluidströmung zu steuern.
Gemäß einem bevorzugten Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung umfassen die in der Förderkammer angeordneten bewegbaren Einrichtungen einen Flügel, der um eine in bezug auf die Achse des Laufrades dem Flügel diametral gegenüberliegende und zu dieser parallelen Achse oszilliert, und wobei die Schließvorrichtungen der beiden Einlässe mit dem Flügel einstückig verbunden sind und um dieselbe Achse oszillieren.
Gemäß einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Pumpe eine symmetrische Schnecke auf, wobei der bewegbare Flügel in seinen Endstellungen die normale asymmetrische Geometrie einer Schnecke wiederhersteltt, um das Strömen des Fluids in der Drehrichtung des Laufrades zu fördern.
Auf eine Pumpe angewendet, sieht die Erfindung ferner eine Verbesserung des Wirkungsgrades des Laufrades vor, indem dieses mit radialen Schaufeln versehen wird, wobei die Wechselfolge von Schaufeln unterschiedlicher Länge ein besseres Strömen der Flüssigkeit durch das Laufrad ermöglicht.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, in denen zwei Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dargestellt sind, die lediglich der Erläuterung dienen und keinen einschränkenden Charakter haben.
Figur 1 ist eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Pumpe.
Figur ist eine Darstellung entlang der Linie II-II in Figur 1.
Figur 3 ist eine vergrößerte Darstellung entlang der Linie III-III in Figur 2.
Figur 4 ist ein Schnitt entlang der Linie IV-IV in Figur 3.
Figur 5 ist ein Schnitt entlang der Linie V-V in Figur 3.
Figur 6 ist eine teilweise geschnittene Darstellung eines Laufrades zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Pumpe.
Figur 7 ist ein vertikaler Axialschnitt durch ein Ausführungsbeispiel bei weggelassenem Laufrad.
Figur 8 ist ein Schnitt entlang der Linie VIII-VIII in Figur 7.
Die in den Figuren 1 bis 5 dargestellte Pumpe besteht aus einem Motor 1 und einem Pumpenkörper 2.
Der Pumpenkörper ist durch eine Zwischenwand 3 in zwei Teile unterteilt: eine Ansaugkammer 6 und eine Förderkammer 4. Diese bildet eine Schnecke, in der sich ein Laufrad 5 dreht, und die beiden Kammern sind durch einen Durchlaß 7 verbunden, durch den sich der Ansaugstutzen 8 des Laufrades 5 erstreckt.
Es ist erkennbar, daß die Förderkammer 4 nicht das asymmetrische Profil aufweist, das bei normalen Schnecken zur Bewegung des durch das Drehen des Laufrades erzeugten zentrifugalen Fluidstroms in Richtung des Auslasses beiträgt.
Unmittelbar stromabwärts der Förderkammer 4 befindet sich ein Auslaß 9, der mit einer (nicht dargestellten) Leitung verbunden ist, über die das druckbeaufschlagte Fluid verteilt wird.
Ein Teil 10, das, wie in Fig. 4 dargestellt, in Form eines kreisförmigen Kranzes ausgebildet ist, weist einerseits einen Flügel 11, der unmittelbar stromaufwärts des Auslasses 9 der Förderkammer angeordnet ist, und andererseits eine Achse 12 auf, die dem Flügel 11 in bezug auf die Achse des Laufrades 5 diametral gegenüberliegt und sich durch die Zwischenwand 3 erstreckt, um in der Ansaugkammer 6 zu enden.
Das Ende der Achse 12 weist einen Arm 13 auf, der mit diesem durch eine Schraube 25 fest verbunden ist, und der Arm weist seinerseits einen Ventilkörper 14 mit zwei Flächen 15 und 16 auf.
Die Ansaugkammer 6 weist drei Öffnungen auf: eine durch einen Stopfen 18 verschlossene Öffnung 17, die den Zugang zur Ansaugkammer ermöglicht, und zwei weitere einander auf derselben Achse gegenüberliegend angeordnete Öffnungen.
Eine dieser Öffnungen weist ein Ansatzstück 21 auf, dessen eines Ende 19 einen Einlaß der Pumpe bildet und dessen anderes Ende in eine mit einer Wasserquelle verbundene (nicht dargestellte) Leitung mündet.
Die andere Öffnung weist ein Ansatzstück 22 auf, dessen eines Ende 20 den zweiten Einlaß der Pumpe bildet und dessen anderes Ende in eine mit einer anderen Wasserquelle verbundene (nicht dargestellte) Leitung mündet.
Der Motor 1 weist eine nicht dargestellte Steuerung mit zwei Betriebspositionen auf, von denen die eine die Rotation des Laufrades 5 in Richtung des vollen Pfeils 23 in Figur 4 und die andere die Rotation in Richtung des gestrichelten Pfeils 24 derselben Figur bewirkt.
Das in der Figur 6 dargestellte Laufrad unterscheidet sich von dem in der Figur 4 dargestellten insbesondere durch die Tatsache, daß es mit Schaufeln unterschiedlicher Länge versehen ist.
In der Mitte zwischen zwei großen Schaufeln 42, die sich von dem zentralen Ansaugstutzen zum Umfangsrand des Laufrades erstrecken, ist eine Schaufel 43 angeordnet, deren Länge im wesentlichen der Hälfte einer großen Schaufel entspricht, und in der Mitte zwischen den großen Schaufeln 42 und den Schaufeln 43 halber Länge, sind Schaufeln 44 angeordnet, deren Länge im wesentlichen der Hälfte der Länge der Schaufeln 43 halber Länge entspricht.
Diese Anordnung sowie der sich verjüngende Abschnitt des Umfangsendes jeder der Schaufeln ermöglichen eine Erhöhung des Wirkungsgrades der Pumpe durch die Begünstigung eines regelmäßigen Fließens des Flüssigkeitsstroms. Unter diesen Bedingungen stellt sich die Funktionsweise wie folgt dar.
Vor dem Anlegen von Spannung an den Motor wird die Pumpe gefüllt, und das kreisförmige Teil 10, das den Flügel 11 und die Achse 12 aufweist, nimmt eine beliebige Position ein, weshalb die Position des Armes 13, der den Ventilkörper 14 trägt, unwesentlich ist, wenn die Pumpe in der in den Figuren 1 bis 5 dargestellten Position installiert ist.
Wenn an den Motor Spannung angelegt wird und er zur Rotation des Laufrades in der Richtung des Pfeiles 23 gesteuert wird, entsteht in der Förderkammer 4 eine zentrifugale Fluidströmung mit der gleichen Richtung, die auf den Flügel 11 einen Druck ausübt, infolgedessen das Teil 10 in der in Figur 4 dargestellten Position angeordnet wird.
In dieser Position verändert der Flügel 11 die innere Geometrie der Förderkammer und hat somit an der Führung des von dem Laufrad erzeugten Zentrifugalstroms in Richtung auf den Auslaß Teil.
Ferner hat die durch den Druck des Zentrifugalstroms auf den Flügel 11 bewirkte Winkelverschiebung des kreisförmigen Teils 10 ihrerseits aufgrün dar Achse 12, des Armes 13 und der Schraube 25, die sie fest miteinander verbindet, eine Winkelverschiebung des Ventilkörpers 14 bewirkt, der die in Figur 5 dargestellte Position eingenommen hat.
In dieser Position liegt die Fläche 16 des Ventilkörpers am Ende 20 des Ansatzstücks 22 an, wodurch der Verschluß des durch das Ansatzstück 22 gebildeten Einlasses bewirkt ist: die Pumpe wird somit ausschließlich über das Ansatzstück 21 gespeist.
Davon ausgehend, daß die Ansatzstücke 21 und 22 sowie der Ventilkörper 14 im wesentlichen auf derselben Höhe angeordnet sind wie der Ansaugstutzen 8 des Laufrades 5, während der Flügel 11, auf den der Druck des Flüssigkeitsrings wirkt, der Achse 12 in bezug auf die Achse des Laufrades 5 diametral gegenüberliegt, wirkt die Aktion des Flügels 11 durch einen Übersetzungshebelarm auf den Ventilkörper 14, und dieser Hebelarm ermöglicht das Schließen des Ansatzstücks 22 gegen den stromaufwärts desselben herrschenden Druck.
Wenn die Pumpe über den anderen Einlaß gespeist werden soll, reicht es aus, den Motor der Pumpe in Gegenrichtung zu drehen, um die Rotation des Laufrades in Richtung des Pfeiles 24 zu bewirken.
Die somit in der Förderkammer 4 erzeugte Zentrifugalströmung etabliert sich in derselben Richtung und übt auf den Flügel 11 einen Druck aus, der eine Winkelverschiebung des kreisförmigen Teils 10 bewirkt, bis der Flügel 11 auf der anderen Seite des Auslasses 9 in einer zu der in Figur 3 dargestellten Position symmetrischen Position angeordnet ist.
Ferner hat, wie zuvor, diese Winkelverschiebung des kreisförmigen Teils 10 die Winkelverschiebung des Ventilkörpers 14 bewirkt, der ebenfalls eine Position einnimmt, die zu der gemäß Figur 5 eingenommenen Position symmetrisch ist: die Fläche 15 liegt nunmehr an dem Ende 19 des Ansatzstücks 21 an, wodurch die Schließvorrichtung für den von dem Ansatzstück 21 gebildeten Eingang gebildet wird.
Es ist ersichtlich, daß der Flügel 11 mehrere verschiedene Funktionen aufweist: er erkennt die Drehrichtung des Laufrades mittels des erzeugten Flüssigkeitsrings, er überträgt die Information an den Ventilkörper 14 über das kreisförmige Teil 10 und die Achse 12, und er trägt zum geeigneten Strömen des Flüssigkeitsrings in Richtung auf den Auslaß 9 bei.
Die in den Figuren 7 und 8 dargestellte Pumpe weist einen geschlossenen Körper 26, wobei die Trennung der Ansaugkammer 27 und der Förderkammer 28 durch eine bewegbare Zwischenwand 29 mit einer Mittelöffnung 30 gebildet, die die beiden Kammern verbindet und in der sich der Ansaugstutzen des nicht dargestellten Laufrades befindet.
Wie im Falle der Figuren 1 bis 5 ist ein Flügel 31 von einem kreisförmigen Arm 32 getragen, der eine in einer Buchse 34 der bewegbaren Zwischenwand 29 schwenkende Achse 33 aufweist.
Ein Arm 35, der ein Ventil 36 mit zwei Flächen 37 und 38 aufweist, ist an der Achse 33 angebracht.
Das aus elastischem Material bestehende Ventil 36 ist gelenkig auf einem Kugelgelenk 39 an einem Ende des Arms 35 mittels einer Aufnahme 45 vorgesehen, welche dem Ventil in bezug auf den Arm 35 eine Winkelfreiheit verleiht, die ausreicht, das eine oder das andere der beiden Ansatzstücke 40 und 41, die die beiden Einlässe der Pumpe bilden, zu schließen.
Die Funktionsweise dieser Pumpe entspricht derjenigen der zuvor beschriebenen Pumpe.
Ein erster Vorteil der beschriebenen Ausführungsbeispiele besteht darin, daß die Funktionseinheit des Wegeschiebers keinerlei System der Fluiddichtigkeit nach außen erfordert, da kein bewegbares Teil damit in Berührung gelangt.
Ein zweiter Vorteil besteht in der wesentlichen Verbesserung des Wirkungsgrades der Pumpe, die durch die Umwandlung einer symmetrischen Förderkammer in eine asymmetrische Kammer erzielt wird, die ungeachtet der Drehrichtung des Laufrades ein geeignetes Strömen des Zentrifugalstroms des Fluids gewährleistet.
Ein dritter Vorteil besteht in der Tatsache, daß, falls gewünscht, entweder die Dichtigkeit zwischen zwei Kreisläufen oder, im Gegenteil, deren automatische Verbindung unter bestimmten Bedingungen ermöglicht ist. Es genügt hierzu, die Abmessungen, die Form oder dergleichen des Flügels oder die Querschnitte der Einlässe zu verändern, um den dem Schließdruck entgegenwirkenden Druck zu verändern.
Ein letzter, jedoch nicht weniger wichtiger Vorteil besteht in der Antithermosiphon-Funktion, die durch die beschriebenen Ausführungsbeispiele ebenfalls erzielbar ist. Hierzu reicht es aus, die Pumpe nicht in der in den Figuren dargestellten Position, sondern in einer Position anzuordnen, in der die gemeinsame Achse der Ansatzstücke 21 und 22, und damit auch der Einlässe 18 und 20 oder der Ansatzstücke 40 und 41, vertikal ausgerichtet ist, was möglich ist, wenn die Befestigungslöcher der Pumpe zu einer Achse symmetrisch sind. In einer solchen Position schließt der Ventilkörper, wenn die Pumpe angehalten wird, durch sein Eigengewicht den unterhalb seines unteren Teils gelegenen Einlaß.
Im Falle einer Heizung mit integriertem Warmwasserbereiter und bei eingestellter Position Sommer des Erhitzers, das heißt bei abgestellter Heizung, ist es möglich, nach dem Anhalten der Pumpe, den Heizkreislauf geschlossen zu halten und somit zu verhindern, daß das Warmwasser des Warmwasserbereiterkreislaufs in den Heizanlage fließt. Hierzu reicht es aus, daß der zur Warmwasserbereitung vorgesehene Kreislauf über den im oberen Teil gelegenen Einlaß läuft.
Es ist offensichtlich, daß Einzelheiten der Konstruktion oder der Funktion zur Erzielung derselben Ergebnisse modifizierbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Es ist zum Beispiel möglich, die Ventile mittels eines elektromagnetischen Systems zu steuern, das ihr Positionieren zum Schließen des einen oder des anderen Einlasses in Abhängigkeit von den durch die Flügel 11 oder 31 übertragenen Informationen ermöglicht.
Die beschrieben Pumpe weist zwei einander zugewandte Eingänge auf. Es ist offensichtlich, daß sie deren mehr aufweisen kann und diese anders, zum Beispiel je nach den gegebenen Bedürfnissen versetzt, angeordnet sein können.
Obwohl das beschrieben Beispiel eine Flüssigkeitsumwälz- und -verteilerpumpe betrifft, ist die Erfindung gleichermaßen auf Umwälz- und Verteilerpumpen für gasige Fluide anwendbar.

Claims

1. Fluidumwälzpumpe mit zwei Einlässen (19, 20; 40, 41) und einem Auslaß, mit einer Zwischenwand (3; 29), die eine Ansaugkammer (6; 27), in welcher sich die beiden Einlässe sowie deren Schließvorrichtungen (15, 16; 37, 38) befinden, und eine Förderkammer (4; 28) begrenzt, die eine Schnecke bildet, in der sich ein in zwei Richtungen drehbares Laufrad dreht, dadurch gekennzeichnet, daß sie in der Förderkammer (4; 28) bewegbare Einrichtungen (10, 11; 32, 31) aufweist, die in der Lage sind, die Schließvorrichtungen (15, 16; 37, 38) der beiden Einlässe (19, 20; 40, 41) in Abhängigkeit von der Fluidströmung zu steuern.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Förderkammer angeordneten bewegbaren Einrichtungen einen Flügel (11; 31) umfassen, der um eine in bezug auf die Achse des Laufrades dem Flügel diametral gegenüberliegende und zu dieser parallelen Achse (12; 33) oszilliert, und daß die Schließvorrichtungen (15, 16; 37, 38) der beiden Einlässe (19, 20; 40, 41) mit dem Flügel einstückig verbunden sind und um dieselbe Achse (12; 33) oszillieren.

3. Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkflügel (11; 31) von einem kreisförmigen Arm (10; 32) getragen ist.

4. Pumpe nach einem der Ansprüche 2 oder 3, bei der die Turbine einen axialen Ansaugstutzen (8) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Einlässe (19, 20; 40, 41) im wesentlichen auf der Höhe dieses Ansaugstutzens der Turbine angeordnet sind.

5. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mit einer symmetrischen Förderkammer, dadurch gekennzeichnet, daß der Flügel (11; 31) in seinen Endstellungen die normale asymmetrische Geometrie einer Schnecke wiederhersteltt, um das Strömen des Fluids in der Drehrichtung der Turbine zu fördern.

6. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Laufrad mit radialen Schaufeln, gekennzeichnet durch eine Wechselfolge von Schaufeln (42), die sich vom Umfangsrand bis zu dem Stutzen (8) des Laufrades erstrecken, und von Schaufeln (43), die ebenfalls vom Umfangsrand des Laufrades ausgehen, jedoch eine Länge aufweisen, die im wesentlichen gleich der Hälfte der vorgenannten Schaufeln (42) ist.

7. Pumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den sich vom Umfangsrand zum Stutzen des Laufrades erstreckenden Schaufeln (42) und den Schaufeln (43) mit halber Länge, Schaufeln (44) angeordnet sind, die ebenfalls vom Umfangsrand ausgehen, jedoch eine Länge aufweisen, die im wesentlichen gleich der Hälfte der Schaufeln (43) mit halber Länge ist.

8. Pumpe nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (42, 43 und 44) des Laufrades am Umfangsrand des Laufrades mit einem verjüngten Abschnitt enden.

9. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Teil (10; 32) aufweist, das in der Lage ist, unter Einwirkung des von dem Laufrad erzeugten Flüssigkeitsrings zu oszillieren und das auf der einen Seite einen unmittelbar oberhalb des Ausgangs der Förderkammer angeordneten Flügel (11; 31) und auf der anderen Seite eine Achse (12; 33) aufweist, mit der ein zweiflächiger Ventilkörper (14; 36) einstückig verbunden ist, wobei eine Fläche (15; 37) einen Einlaß (19, 40) der Pumpe schließt, wenn sich das Schwenkteil in einer Endstellung befindet, und die andere Fläche (16, 38) den anderen Einlaß (20, 41) schließt, wenn sich das Schwenkteil in der anderen Endstellung befindet.

10. Pumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (36) von einem Arm (25) getragen ist, der in einem Kugelgelenk (39) endet, das in eine Aufnahme (45) des Ventilkörpers eingreift und an dem der Ventilkörper mit einem bestimmten Winkelspiel elastisch gehalten ist.

11. Pumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit Befestigungseinrichtungen versehen ist, die es ermöglichen die Pumpe derart anzuordnen, daß die gemeinsame Achse der beiden Einlässe (19, 20; 40, 41) vertikal verläuft.