DE7537925U - Stopfbuchslose heizungsumwaelzpumpe - Google Patents

Description

Bezeichnung: Stopfbuchslose Heizungsumwälzpumpe

Gegenstand der Neuerung ist eine stopfbüchsenlose Heizungsumwälzpumpe mit einem Radiallaufrad mit vorzugsweise niederer
spezifischer Drehzahl.

Bekannte stopfbüchsenlose Heizungsumwälzpumpen weisen ein Pumpengehäuse auf, das mehr oder weniger erkennbar als Spiralgehäuse mit tangentialem Anschluß des Druckstutzens ausgebildet ist. Da stopfbuchslose Heizungsumwälzpumpen in Anlagen verwendet werden, die Wohnzwecken dienen, werden an die Pumpen in
Bezug auf Geräuscharmut ausserordentliche hohe Forderungen gestellt. Der Geräuscharmut kommt insofern auch große Bedeutung

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zu, da diese bei dem heutigen grossen Entwicklungsstand unter Umständen den Ausschlag für die Wahl eines bestimmten Erzeugnisses geben kann, zumal bei fast allen Fabrikaten die bisherigen Kriterien wie Lebensdauer der Gleitlager, Lebensdauer des Elektromotors, Dichtheit der Pumpe usw., zufriedenstellend gelöst sind. Neben der Geräuscharmut ist weiter für die Auswahl eines bestimmten. Pumpenfabrikates noch der Preis, sowie der Stromverbrauch maßgebend. Insbesondere durch geringe Verluste in der Pumpe können die vorzusehenden Motorleistungen kleiner werden, wodurch sich die Herstellkosten senken, ausserdem werden bei verringerter Leistungsaufnahme auch die laufenden Stromkosten geringer. Insbesondere bei Pumpen, die für niedrige spezifische Drehzahlen ausgelegt werden müssen, weil bei kleinen Förderströmen große Förderhöhen verlangt werden, wird der erreichbare Wirkungsgrad noch dadurch verringert, wenn aus hydraulischen Gründen die Pumpe im Teillastbereich betrieben werden muß. Wenn auch eine Heizungsumwälzpumpe in der Mehrzahl aller eingebauten Pumpen nur mit geringer Leistung betrieben wird, so muß doch bedacht werden, daß selbst ein Bruchteil der verbrauchten Leistung große Lautstärken hervorbringen kann oder umgekehrt- wejin es gelingt diesen Bruchteil durch sinnvolle Gestaltung der hydraulischen Teile rein für die Förderleistung nutzbar zu machen, dann kann die sonst bei schlechter hydraulischer Gestaltung freiwerdenden Energie nicht als Schall abgestrahlt werden.

Es gilt also, daß, sozusagen am Ort des Geschehens, so wenig als es die physikalischen Verhältnisse zulassen, Verlustleistungen übrigbleiben, die aus einem schlechten Wirkungsgrad entstehen und Geräuschemissionen unterhalten können.

Mam hat bei Heizungsumwälzpumpen mit mit einer Spirale versehenen Pumpengehäuse anhand von Frequenzanalysen festgestellt, daß jedesmal eine Druckschwingung entsteht, wenn eine Schaufel des Laufrades an der Zunge am Beginn der Spirale vorüberläuft. In das Rohrleitungsnetz, wird also eine Schwingung indiziert, deren Frequenz ein der Schaufelzahl des Laufrades entsprechendes Vielfaches der Pumpendrehzahl ist. Neben den hierdurch verursachten Geräuschen, die sich im Heizungskreislauf fortpflanzen und schwingungsfähige Teile der Anlage zur Geräuschabstrahlung veranlassen, treten auch verstärkte Lagergeräusche auf, die durch Schwanken der auf das Laufrad wirkenden, durch die unterschiedliche Druckverteilung in der Spira-Ia hervorgerufenen Radialkraft angeregt werden. Jedesmal, wenn eine Schaufel an der Zunge des Spiralgehäuses vorüberläuft, findet im Bereich der Zunge ein Druckabbau statt, wodurch die Lagerbelastung ebenfalls in der Frequenz Schaufelzahl χ Drehzahl schwankt. Die dadurch produzierten Geräusche sind zwar für das menschliche Ohr in der Regel nicht hörbar, sie können jedoch Anlageteile in Schwingung versetzen und somit mittelbar eine unerwünschte Geräuschquelle bilden. Des weiteren ist bei Heizungsumwälzpumpen, die für relativ hohe Förderdrücke und geringe Fördermengen eingesetzt werden und die, wie schon geschildert, Laufräder mit niedriger spezifischer Drehzahl besitzen, der Betriebspunkt meist weit von der Stelle des optimalen hydraulisch Wirkungsgrades entfernt. Die Antriebsmotoren müssen deshalb trotz geringer hydraulischer Leistung der Pumpe relativ viel Leistung aufbringen, wodurch sie durch große Dimensionierung in der Herstellung und später im "Betrieb durch größeren Stromverbrauch, teuer werden.

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Heizungsumwälzpumpe zu schaffen, bei der die Geräuschbildung durch Vorbei-

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laufen der Laufradschaufel an einer Zunge des Pumpengehäuses weitgehendst vermieden wird und bei der gleich-zeitig der Punkt des optimalen Wirkungsgrades näher an den Betriebspunkt gerückt wird, und somit die Leistung und damit die Dimensionierung des Elektromotors geringer und der Stromverbrauch gesenkt wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Neuerung vor, daß der Druckraum des Pumpengehäuses ein konzentrisch zum Laufrad ausgebildeter Ringraum ist, dessen Austrittsöffnung stirnseitig und nur über einen Teilbereich der Stirnseite ausgebildet ist.

Bei dieser neuerungsgemäßen Ausbildung läuft das Laufrad nicht mehr direkt an einer Zunge des Pumpengehäuses vorbei, so daß die aus dem Laufrad strömende Flüssigkeit gleichförmig ausströmen kann. In dem konzentrisch zum Laufrad ausgebildeten Ringraum stellt sich eine Strömung ein, bei der, anders als bei einer Gehäuseform, die sich tangential bzw. radial zum Austrittsstutzen öffnet, die Drücke in dem konzentrisch umlaufenden Flüssigkeitsring an jeder Stelle des Umfangs praktisch gleich sind, bevor sie über die stirnseitige Austrittsöffnung abfliessen kann. Hierdurch ergibt sich eine schwingungsfreie Flüssigkeitsabgabe, weiter wird das Laufrad nicht durch eine schwankende Radialkraft beeinflußt. Schwingungsübertragungen auf das Rohrleitungsnetz, auf sonstige Anlageteile und auf die Flüssigkeitssäule, die diese Frequenzlage bevorzugt weiterleitet und die selbst in ein sogenanntes Säulenschwingen gerät, fallen weg. Während bei den bisherigen Pumpen durch diese impulsbeladenene Flüssigkeitssäule, welche durch die Art der Anordnung von Laufrad und Gehäuseaustritt in radialer Folge, unvermeidlich ist, die Laufruhe der Pumpe durch das Säulen-

schwingen und, mit daraus abgeleitet, durch radiale Impulse in der gleichen Frequenz auf das Lager, belastet
wird, sind diese Erscheinungen bei der neuerungsgemäßen
Ausbildung des Pumpengehäuses praktisch verschwunden.
Überraschenderweise ergibt sich bei der neuerungsgemäßen Heizungsumwälzpumpe unter gleichzeitiger Verwendung eines Laufrades mit niedriger spezifischer Drehzahl eine
Verschiebung des optimalen Wirkungsgrades in den Bereich kleinerer Pörderströme. Die Betriebspunkte einer solchen
Pumpe, nämlich große Förderhöhe und kleine Durchflußmengen, werden bevorzugt für Anlagen geringer Rohrleitungsquerschnitte, wie nachträgliche eingebaute Zentralheizungen, benötigt. Gegenüber bisher ausgeführten Pumpen
mit Spiralgehäuse wurde eine Motorleistungseinsparung
von Io - 2o% festgestellt. Durch diese enorme Einsparung können die Motordimensionen geringer gehalten werden,
ausserdem werden die Betriebskosten durch eine ebenso
große Stromeinsparung reduziert. Die neuerungsgemäße
Pumpe ist daher in der Herstellung und im späteren Betrieb billiger als die bisher bekannte.

Um die optimale Werte zu erreichen, sieht die weitere
Ausgestaltung der Neuerung vor, daß die Austrittsöffnung in einen sich allmählich erweiterten Abflußkanal mündet.

Weiter ist vorgesehen, daß dis Austrittsöffnung über einen Teilbereich des Druckraumes mit ca. 9o° Bogenmaß ausgebildet ist. Weiter hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn sich der Abflußkanal kontinuierlich um einen Winkelbetrag von ca. 1o° gegenüber der Stirnseite des Ringraumes erweitert.

Diese genannten Maßnahmen sorgen für eine möglichst verlustarme und druckabgeglichene Ableitung der geförderten Flüssigkeit.

Wenn weiter der Durchmesser des Ringrauities etwa das 1,25-fache des Durchmessers des Laufrades ist, entsteht ein genügend großer Raum zwischen Pumpenlaufrad und der Gehäusewand, um einem Flüssigkeitsring mit am Umfang konstanten Druckverhältnissen aufzubauen.

Auswirkungen der vorbeilaufenden Schaufeln des Laufrades auf die Austrxttsöffnung sind nicht feststellbar oder vernachlässigbar gering.

Es hat sich auch gezeigt, daß ein noch günstigeres Betriebsverhalten und ein noch geräuschloserer Lauf möglich ist, indem, wie weiter neuerungsgemäß vorgeschlagen wird, die Breite des Ringraumes des Pumpengehäuses wesentlich breiter ist, als die Breite des Laufradaustritts und das Laufrad von der die Austrittsöffnung aufweisende Stirnseite des Pumpengehäuses abgerückt und mit einem den zwischen Laufradöffnung und der Stirnseite befindlichen Abstand abdeckenden Ringbund versehen ist.

Durch diese neuerungsgemäße: Ausgestaltung erfolgt die Abströmung aus dem Pumpengehäuse noch gleichförmiger, wobei bedacht werden muß, daß schon vorher die Strömungsgeräusche in der Pumpe unterhalb der Hörschwelle des menschlichen Ohres lagen, jedoch Anlagenteile in der Heizung zum Schwingen anregen konnten. Durch die jetzt vorgeschlagene Ausbildung konnte diese Gefahr wiederum reduziert werden. Außerdem trägt der Ringbund zur Erhöhung der Druckziffer bei, durch einen zusätzlichen Impulsaustausch an die im Ringraum kreisende Flüssigkeit. Mit der Pumpe wird also gegenüber der vorherigen Ausführung die Förderstrom-Förderhöhe - Kennlinie nach oben verschoben. Diese Verschiebung kommt dem Einsatz der Pumpe sehr zusteitten. Weiter wird durch den Ringbund am Laufrad die Rückströmung zum Laufradeintritt verringert, so

daß zu dem Gewinn von Förderhöhe auch noch einen Gewinn an Förderstrom vorhanden ist.

Ein weiterer Gewinn an Förderstrom und Förderhöhe ist weiter noch dadurch möglich, daß das Laufrad an der mit dem Ringbund versehenen Stirnseite mit Schaufeln versehen ist.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der neuerungsgemäßen Pumpe dargestellt, dabei zeigt

Figur 1 eine stopfbuchsenlose Heizungsumwälzpumpe im Bereich des Pumpengehäuses halb in der Ansicht, halb im Schnitt.

Figur 2 ein Schnitt durch das Pumpengehäuse entlang der in Figur 1 eingezeichneten Schnittlinie.

In dem Pumpengehäuse 1 der stopfbuchslosen Heizungsumwälzpumpe ist ein Laufrad 2 auf der Pumpenwelle 3 angeordnet. Die Pumpenwelle ist mit einer Lagerbüchse 4 sowie einer Spurscheibe 5 versehen, die zusammen mit der Lagerschale 6 das pumpenseitige Lager der Heizungsumwälzpumpe bilden. Die Lagerschale 6 ist mittels einem allseitige Beweglichkeit zulassenden O-Ring 7 in den Pumpendeckel 8 eingebaut Der Pumpendeckel 8 trennt das Pumpeninnere vom Motorraum, wobei die Wicklungen 9 in üblicher Bauweise durch ein Spaltrohr 1o gegenüber der Flüssigkeit abgedichtet sind.

Neuerungsgemäß ist der Druckraum 11 des Pumpengehäuses als konzentrisch zur Laufradachse 12 angeordneter Ring-

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raum ausgebildet. Der innere Durchmesser des Ringraumes D weist etwa den 1,25-fache Betrag des Durchmessers d äes Laufrades 2 auf.

Geöffnet ist der Ringraum durch eine stirnseitig angeordnete Austrittsöffnung 13, die am größten Durchmesser des

[ Ringraumes angesetzt ist, und die sich über ein Teilbe-

; reich mit ca. 9o° Bogenmaß erstreckt. Die Breite der

' ' öffnung 13 entspricht etwa dem Abstand zwischen Laufrad-

aussendurchmesser und Durchmesser des Ringraumes. Der sich an die Austrittsöffnung 13 anschließende Abflußkanal 14 ist so ausgebildet, daß er sich in Drehrichtung des Laufrades kontinuierlich erweitert. Vorzugsweise beträgt der Erweiterungswinkel gegenüber der Stirnseite des Ringraumes ca. 1o . Der Abflußkanal 14 geht allmählich in den Druckstutzen 15 über. Die Flüssigkeitsleitung zum Laufrad der Pumpe erfolgt über den Eintritt am Saugstutzen 16 und den sich daran anschließenden Eintrittskanal 17.

Die Breite B des Druckraumes 11 des Pumpengehäuses ist dabei wesentlich größer als die Breite b des Laufradaustritts und das Laufrad ist von der die Austrittsöffnung 13 aufweisenden Stirnseite 18 des Pumpengehäuses abgerückt. Das Laufrad ist weiter mit einem Ringbund 19 versehen, der den sich zwischen der Laufradöffnung und der Stirnseite 18 befindlichen relativ grossen Abstand abdeckt. An dem Laufrad sind weiter an der mit dem Ringbund 19 versehenen Stirnseite 2o zusätzliche Schaufeln 21 vorgesehen.

Die über das Laufrad 2 in den Druckraum 11 geförderte Flüssigkeit wird in dem Ringraum in Rotation versetzt

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und axial zur Ausflußöffnung 13 geschoben. Durch die relativ große Breite des Ringraumes muß dabei die Flüssigkeit an dem Ringbund 19 des Laufrades entlangfließen, wobei über den Ringbund ein Impuls auf die Flüssigkeit abgegeben wird. Da die Umfangskomponente der aus dem Laufrad strömenden Flüssigkeit geringer ist als die Umfangsgeschwindigkeit des Ringbundes, wird die Flüssigkeit im Ringraum durch den Ringbund noch beschleunigt. Der Ringbund 19 sowie die Schaufeln 21 vermindern weiter den Rückfluß des Fördermediums zum Laufr?deintritt, so daß ausser dem Anwachsen der Förderhöhe auch ein Anwachsen des Förderstromes zu erwarten ist.

- SCHUTZANSPRÜCHE -

- 1o -

Claims (7)

. ·; ·; .·-■■■■ ty SCHUTZANSPRÜCHE

1.) Stopfbuchslose Heizungsumwälzpumpe mit einem Radiallaufrad mit vorzugsweise niederer spezifischer Drehzahl, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckraum (11) des Pumpengehäuses (1) ein konzentrisch zur Laufradachse (12) ausgebildeter Ringraum ist, dessen Austrittsöffnung (13) stirnseitig und nur über einen Teilbereich der Stirnseite ausgebildet ist.

2.) Heizungsumwälzpumpe Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung (13) in einen sich allmählich erweiternden Abflußkanal (14) mündet.

3.) Heizungsumwälzpumpe Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Austrittsöffnung (13) über ein Teilbereich mit ca. 9o° Bogenmaß ausgebildet ist.

4.) Heizungsumwälzpumpe Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Abflußkanal (14) kontinuierlich um einen Winkelbetrag von ca. 1o° gegenüber der Stirnseite des Ringraumes erweitert.

5.) Heizungsumwälzpumpe Anspruch 1,2,3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser D des Ringraumes etwa das 1,25-fache des Durchmessers d des Laufrades ist.

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6) Heizungsumwälzpumpe Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite B des als Ringraum ausgebildeten Druckraumes (11) des Pumpengehäuses (1) wesentlich breiter ist als die Breite b des Laufradaustrittes und das Laufrad (12) von der die Austrittsöffnung (13) aufweisenden Stirnseite (18) des Pumpengehäuses abgerückt und mit einem den zwischen Laufradöffnung und der Stirnseite (18) befindlichen Abstand abdeckenden Ringbund (19) versehen ist.

7) Heizungsumwälzpumpe Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad (14) an der mit dem Ringbund (19) versehene Stirnseite (2o) Schaufeln (21) aufweist.