EP1471260A2 - Umwälzpumpe mit Ventileinrichtung - Google Patents

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EP1471260A2
EP1471260A2 EP04003128A EP04003128A EP1471260A2 EP 1471260 A2 EP1471260 A2 EP 1471260A2 EP 04003128 A EP04003128 A EP 04003128A EP 04003128 A EP04003128 A EP 04003128A EP 1471260 A2 EP1471260 A2 EP 1471260A2
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EP
European Patent Office
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circulation pump
valve
opening
pump according
valve device
Prior art date
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EP04003128A
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English (en)
French (fr)
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EP1471260B1 (de
EP1471260A3 (de
Inventor
Thomas Materne
Holger Sommer
Berd-Thorsten Stock
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Wilo SE
Original Assignee
Wilo AG
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Publication date
Priority claimed from DE10331973A external-priority patent/DE10331973A1/de
Application filed by Wilo AG filed Critical Wilo AG
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Publication of EP1471260A3 publication Critical patent/EP1471260A3/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D15/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems
    • F04D15/0005—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems by using valves
    • F04D15/0022—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems by using valves throttling valves or valves varying the pump inlet opening or the outlet opening

Definitions

  • the invention relates to a circulation pump, in particular for heating systems a, in particular temperature-dependent, actuatable valve device for Changing the cross section of a suction opening, in particular in order to close it close.
  • Such a circulation pump is known for example from DE-OS-2134649.
  • the circulating pump disclosed there has one outside the pump housing arranged actuator to by means of a non-positive connection between the actuator and the actuator of the valve device Flow regulation by making the effective cross section, the the suction opening assigned to the pump impeller is variable.
  • the overall arrangement of the pump and Actuator achieved a very large design and also special Sealing measures are to be taken over the outside Actuator to move the inner valve actuator in front of the intake opening.
  • the object of the invention is a structurally simplified circulation pump to provide a valve device for changing the cross section of a Has suction opening, in particular to completely close the suction opening close.
  • valve device and a control device for actuating the valve device within of the pump housing are provided.
  • At least one temperature sensor or one temperature sensitive element may be provided within the pump if a valve setting e.g. depending on the fluid and / or engine temperature should be done.
  • the construction according to the invention is very small because the control device realized in the engine compartment of the engine of a circulation pump can be.
  • valve device and the control device on each other opposite sides of the drive motor arranged in the circulation pump are.
  • the valve device can preferably directly in front of the Pump impeller are arranged, whereas the control device on the side of the drive motor opposite the pump impeller can be arranged. At most, this results in a minor one Extension of the overall design combined with a valve device Circulation pump, the diameter or the width more conventional Circulation pumps can be retained.
  • valve actuator of the valve device is coaxial is movable to the motor shaft.
  • Valve actuator which is designed, for example, as a valve disk, in Direction of the longitudinal axis of the motor shaft on the suction mouth of the impeller and / or a suction opening of the pump impeller or one in front of it Arranged valve seat can be moved or moved away from it in order to to vary the effective cross section of the suction mouth / suction opening, if necessary to close or fully open.
  • An actuation of the valve actuator of the valve device can Design can be achieved particularly preferably in that a Actuating element for moving the valve actuator is provided, which away from the control device by a hollow motor shaft extends.
  • the actuating element can be operated by means of the control device operated depending on temperature i.e. be moved, the Actuation through the hollow motor shaft into a movement of the Valve actuator implements.
  • the effective suction opening in its cross section be reduced or enlarged or closed or opened.
  • temperatures at any point of the Pump or in the circulating fluid can be detected and the control device these temperatures are supplied as a measured variable.
  • actuating element as one Rod is formed which e.g. at one end carries the valve actuator or whose end for actuating the valve device, in particular the Valve actuator is provided.
  • This can be done by an axial displacement of this Rod in the direction of the motor shaft, the valve actuator, in particular Valve disc, relative to the suction mouth of the impeller or one in front of it arranged suction opening can be positioned.
  • the linear displacement of the formed as a rod actuator in the direction of the motor shaft achieved by any mechanics within the control device become.
  • a mechanical and / or electrical actuator is provided is to operate the rod.
  • the control device is as fluid-filled expansion vessel formed.
  • a fluid-filled Expansion vessel is characterized in that it is a fluid, for example a gas, wax or liquid that contains a high Has expansion coefficients, so that at different Temperatures vary widely within the Expansion tank adjust what a movement of a Pressure equalization mechanism causes the movement of which e.g. as a rod trained actuator transmits.
  • This can be a common one mechanical training can be realized as they come from thermostatic valves is known to move the adjusting pin.
  • control device in particular the said Expansion vessel be arranged coaxially within the stator and continue the rotor can be arranged around the stator.
  • a regulation of the flow rate or the shut-off of the delivery fluid e.g. at falling temperatures or temperatures below one Operating temperature in the engine compartment is particularly useful if at standing circulation pump a circulation by a heat consumer by the respective circulation pump is supplied with fluid to be prevented. This can save a considerable amount of energy.
  • An essential application of such e.g. temperature-controlled Circulation pump is, for example, the use as a decentralized heating pump where a circulating pump is assigned to each radiator, the one there Usually arranged thermostatic valve replaced. With this application it is sensible, a possible after switching off the motor of the circulation pump To completely prevent the flow of fluid through this pump by creating a Opening, e.g. the suction opening in the fluid path of the pump is closed.
  • this is advantageously achieved achieved that when the temperature in the engine compartment falls below the operating temperature e.g. automatically due to the cooling of the fluid in the expansion tank Displacement of the actuating element designed as a rod in the direction the valve actuator completes the intake opening of the circulation pump closes.
  • the pumping of fluid through a radiator is intended again an opening, e.g. the suction opening in the fluid path of the pump is opened.
  • the engine the circulation pump is energized and thereby generates waste heat, which leads to a Expansion of the fluid in the expansion tank leads, which automatically Valve actuator is pushed out of the valve seat and the suction opening releases.
  • This pushing out is preferably against one in the valve seat inward force, so with falling temperatures and yourself contracting expansion fluid automatically into the valve actuator Valve seat is pressed.
  • a heat generator within the expansion vessel is arranged with the specific heating of the fluid in the expansion vessel can be done.
  • a heat generator can be supplied with current Coil or as a resistor to artificially initiated heating to reach the fluid, causing the valve actuator to come out of the valve seat is pushed out. In general, this way not only temperature-dependent control / regulation the valve device can be operated.
  • valve actuator can also be provided to be specifically adjusted by the control device, in particular only in two End positions in which the valve device is either open or closed.
  • the Valve device comprises a two-way locking mechanism, in particular that Valve actuator is connected to a two-way locking mechanism.
  • a two-way locking mechanism is understood to mean a mechanism that with an always identical type of actuation movement, alternating two goes through various work paths, and so the associated valve actuator alternating in one or the other end position, i.e. the open or closed position transferred.
  • valve actuator is replaced by the Two-way locking mechanism released from the first locking position and into one transferred second locking position, which corresponds to the closed position. Also in this position requires no further actuation to hold the valve.
  • valve device When activated again, the valve device is opened again Position transferred and so on.
  • the two-way residual mechanics as they do from Ballpoint pen mechanisms are known to control the control device only required to change valve positions, however no energy is required to hold in one of the positions. So in Embodiments of the expansion vessel by heating (e.g. by energizing a coil in the expansion tank) the valve device from one position of the valve actuator can be transferred to another.
  • valve actuator is permanently acted upon by a force in a direction that e.g. is generated by a spring. This reliably ensures that Valve actuator securely in one of the two upon actuation of the actuating element possible end positions is transferred.
  • the two-way locking mechanism can be implemented in a known manner Toggle jumps, stepping gears, cams running on inclined surfaces, in Control grooves running cams, gears etc.
  • FIG. 1 shows a typical circulation pump 1, which in the present case as Canned centrifugal pump is formed.
  • the centrifugal pump has a one-piece or as shown here, a two-part housing 2, within which a Drive motor arranged with a typical arrangement of stator 3 and rotor 4 is.
  • the rotor 4 By energizing the stator 3, the rotor 4 is set in rotation, whereby equally that with the rotor 4 via one in the two bearings 6 Hollow shaft 7 drives the impeller 5.
  • the impeller 5 has a suction mouth 8 which is directly connected to a suction opening 9 in the inner housing area of the circulation pump is opposite. Through the rotation of the impeller 5 is thus from the suction chamber 10 in the direction of the illustrated Arrow 11 sucked fluid and transported into the pressure chamber 12, from where it is here Pressure pipe, not shown, of the circulating pump is supplied.
  • valve device 13 essentially comprises a plate shape trained valve actuator 15, which in shape to one to the Suction opening 9 adjoining valve seat 16 is adapted.
  • valve plate 5 is arranged at one end of an actuating rod 17 which itself from the suction chamber 10 through the suction opening 9, the impeller 10 and the Hollow shaft 7 of the drive motor extends into the control device 14 and can be moved in the axial direction by means of this.
  • the displacement of the valve plate 15 takes place when the temperature rises Engine compartment against a force in the present case by a spring 18 the valve plate 15 is applied in order to direct it into the valve seat 16 press.
  • the spring 18 is both on the valve plate 15 and on one mounted on the housing-side region of the inner wall of the suction chamber 10.
  • the control device 14 For simple actuation of the valve actuator 15 by means of the Actuating rod 17 is the control device 14 in the present case Form of an expansion vessel 19 which is completely inside of the pump housing in the engine compartment. Within the Expansion vessel 19 is a fluid 20, such as a gas or a liquid which has a high coefficient of expansion.
  • FIG. 2 shows a particularly small-sized circulation pump according to the invention 1.
  • a basic element of this circulation pump 1 is the expansion vessel 19 realized control unit.
  • the left-hand end face 19a of the Expansion vessel 19 merges into a hollow shaft 7, which is also preferred can be integrally formed with the expansion vessel 19 to seals to avoid.
  • This hollow shaft 7 can be used when mounting the circulation pump 1 Housing element 2 are placed, which in its inner area Contains can 22, the bottom of the pot on the left-hand end face 19a of Expansion vessel 19 abuts and the pot wall of the expansion vessel 19th surrounds at a distance.
  • This distance is selected such that the stator 3 around the expansion vessel 19 of the motor of the circulation pump 1 can be arranged.
  • This stator can with With reference to Figure 2 inserted into the can from the right during assembly become.
  • the expansion tank is accordingly 19th as a special version of the control device coaxially within the Stator 3 arranged.
  • A extends from the expansion vessel 19 through the hollow shaft 7 Actuating rod 17 at the other end of which a valve plate 15 is attached.
  • the Valve plate 15 is connected via a spring 18, which in this embodiment is a tension spring 18 is drawn into the valve seat 16 and when the fluid expands in the expansion vessel 19 via the compressed bellows 21 and the Actuating rod 17 pressed out of the valve seat 16 against the spring force.
  • the fluid path of the pumped fluids are formed by an inner pump region 23 which can be inserted into the housing 2 on the left after the impeller 5 was positioned on the hollow shaft 7.
  • an inner pump region 23 which can be inserted into the housing 2 on the left after the impeller 5 was positioned on the hollow shaft 7.
  • FIG. 3 shows an embodiment of a circulation pump according to the invention a two-way locking mechanism 25.
  • control device 20 which is also used as an expansion vessel can be formed via an actuating element 17 of the valve plate 15 Valve device actuated, i.e. be moved.
  • the actuating element 17 is activated by actuating the control unit moved left or right.
  • the left end of the actuator 17 carries in this case not directly the valve plate 15 but via an intermediate Two-way locking mechanism 25 connected to this.
  • This locking mechanism includes here as an example a cylindrical extension 26, which is implemented on the valve disk is and the end face of a toothing 27 with successive toothing of different depths, which as inclined running surfaces are trained. On these treads run cams 28, the Are arranged actuator and protrude radially from this.
  • actuating element 17 is actuated by the control device 20, e.g. by heating an expansion vessel, a Cam 28 pressed against an inclined tread 27 and this Actuator 17 rotates as it is from a ballpoint pen mechanism is known.
  • the cam rests in the lower tip of a toothing and thus pushes the valve disk out of its seat against the force of the spring 18.
  • the valve actuator 15 is alternately moved back and forth between the open and the closed position.
  • the two-way locking can be carried out in any manner.
  • the exemplary embodiment shown here should not be interpreted as restrictive. It is particularly advantageous in all of the designs shown that no special sealing measures are required, since the entire valve device and also the regulating / control device are arranged entirely within the housing of the circulation pump, the expansion vessel in particular being able to adjoin the can bottom of the motor. It can be provided here that the expansion vessel and containment shell or split tube and / or hollow shaft are formed in one piece in order to avoid additional seals.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Umwälzpumpe, insbesondere für Heizungsanlagen, mit einer, insbesondere temperaturabhängig, betätigbaren Ventileinrichtung zum Verändern des Querschnittes einer Ansaugöffnung, insbesondere um diese zu verschließen, wobei die Ventileinrichtung (13) und eine Steuer-/Regeleinrichtung (14) zum Betätigen der Ventileinrichtung (13) innerhalb des Pumpengehäuses (2) vorgesehen sind. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb einer Umwälzpumpe. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Umwälzpumpe, insbesondere für Heizungsanlagen, mit einer, insbesondere temperaturabhängig, betätigbaren Ventileinrichtung zum Verändern des Querschnittes einer Ansaugöffnung, insbesondere um diese zu verschließen.
Eine derartige Umwälzpumpe ist beispielsweise aus der DE-OS-2134649 bekannt. Die dort offenbarte Umwälzpumpe weist einen außerhalb des Pumpengehäuses angeordneten Stellantrieb auf, um mittels einer kraftschlüssigen Verbindung zwischen dem Stellantrieb und dem Stellglied der Ventileinrichtung eine Durchflussregulierung dadurch vorzunehmen, dass der wirksame Querschnitt, der dem Pumpenlaufrad zugeordneten Ansaugöffnung variierbar ist. Hierbei ist es als besonders nachteilig auffällig, dass die Gesamtanordnung aus Pumpe und Stellantrieb eine sehr große Bauform erreicht und darüber hinaus besondere Dichtungsmaßnahmen zu treffen sind, um über den außen angeordneten Stellantrieb das innere Ventilstellglied vor der Ansaugöffnung zu bewegen.
Aufgabe der Erfindung ist es eine konstruktiv vereinfachte Umwälzpumpe bereitzustellen, die eine Ventileinrichtung zum Verändern des Querschnittes einer Ansaugöffnung aufweist, insbesondere um die Ansaugöffnung vollständig zu verschließen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Ventileinrichtung und eine Steuer-/Regeleinrichtung zum Betätigen der Ventileinrichtung innerhalb des Pumpengehäuses vorgesehen sind.
Durch die erfindungsgemäße Realisierung sowohl der Ventileinrichtung als auch einer Steuer-/Regeleinrichtung innerhalb ein und desselben Pumpengehäuses werden Probleme hinsichtlich der Dichtigkeit vermieden, da keinerlei Übergänge zwischen Steuer-/Regeleinrichtung und der Ventileinrichtung durch das Gehäuse zu realisieren sind. Insofern werden durch diese Konstruktion zusätzliche Abdichtungsmaßnahmen vermieden.
Weiterhin können separate elektrische Zuleitungen von und zu der Steuer-/Regeleinrichtung vermieden werden, da diese elektrischen Zuleitungen bei dem erfindungsgemäßen Aufbau vollständig innerhalb des Pumpengehäuses bzw. innerhalb des Motorraumes realisiert werden können, was darüber hinaus einen zusätzlichen Sicherheitsaspekt darstellt.
Beispielsweise kann auch wenigstens ein Temperatursensor oder ein temperaturempfindliches Element innerhalb der Pumpe vorgesehen sein, wenn eine Ventileinstellung z.B. in Abhängigkeit der Fluid- und/oder der Motortemperatur erfolgen soll.
Die erfindungsgemäße Konstruktion ist sehr kleinbauend, da die Steuer-/Regeleinrichtung noch im Motorraum des Motors einer Umwälzpumpe realisiert werden kann.
Eine besonders kleinbauende Bauform kann dadurch erreicht werden, dass bevorzugt die Ventileinrichtung und die Steuer-/Regeleinrichtung auf einander gegenüberliegenden Seiten des Antriebsmotors in der Umwälzpumpe angeordnet sind. So kann bevorzugterweise die Ventileinrichtung direkt vor dem Pumpenlaufrad angeordnet werden, wohingegen die Steuer-/Regeleinrichtung auf der dem Pumpenlaufrad gegenüberliegenden Seite des Antriebsmotors angeordnet sein kann. Hierdurch ergibt sich allenfalls eine geringfügige Verlängerung der Gesamtbauform einer mit einer Ventileinrichtung kombinierten Umwälzpumpe, wobei der Durchmesser bzw. die Breite herkömmlicher Umwälzpumpen erhalten bleiben kann.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Ventilstellglied der Ventileinrichtung koaxial zur Motorwelle bewegbar ist. Hierdurch kann bevorzugt erreicht werden, dass das Ventilstellglied, welches beispielsweise als ein Ventilteller ausgebildet ist, in Richtung der Längsachse der Motorwelle auf den Saugmund des Laufrades und/oder eine Ansaugöffnung des Pumpenlaufrades bzw. einem davor/daran angeordneten Ventilsitz zubewegbar oder von diesem wegbewegbar ist, um den wirksamen Querschnitt des Saugmundes / der Ansaugöffnung zu variieren, gegebenenfalls zu verschließen bzw. vollständig zu öffnen. Durch diese Konstruktion kann erreicht werden, dass das Ventilstellglied innerhalb des Ansaugraumes, der dem Laufrad einer Umwälzpumpe vorgelagert ist, angeordnet ist, so dass sich keine Vergrößerung der Bauform aufgrund des ohnehin vorhandenen Ansaugraumes ergibt.
Eine Betätigung des Ventilstellgliedes der Ventileinrichtung kann bei dieser Bauform insbesondere dadurch bevorzugt erreicht werden, dass ein Betätigungselement zur Bewegung des Ventilstellgliedes vorgesehen ist, welches sich von der Steuer-/Regeleinrichtung durch eine hohl ausgebildete Motorwelle erstreckt. So kann auf diese Weise das Betätigungselement mittels der Steuer-/Regeleinrichtung temperaturabhängig betätigt d.h. bewegt werden, wobei sich die Betätigung durch die hohl ausgebildete Motorwelle hindurch in eine Bewegung des Ventilstellgliedes umsetzt.
Auf diese Weise kann z.B. temperaturabhängig oder in Abhängigkeit eines gewünschten Betriebszustandes die wirksame Ansaugöffnung in ihrem Querschnitt verringert oder vergrößert werden bzw. geschlossen oder geöffnet werden.
Hierfür kann es z.B. in einer ersten Alternative zur Steuerung/Regelung der Ventileinrichtung vorgesehen sein, dass Temperaturen an beliebigen Stellen der Pumpe oder im umlaufenden Fluid detektiert werden und der Steuer-/Regeleinrichtung diese Temperaturen als Messgröße zugeführt werden. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Temperatur innerhalb des Gehäuses, insbesondere innerhalb des Motorraumes detektiert wird, da dann zusätzliche Maßnahmen zur Übermittlung der Messgrößen in die Steuer-/Regeleinrichtung entfallen können, insbesondere wenn diese Messgrößen direkt innerhalb der Steuer-/Regeleinrichtung erfasst werden. Insofern ist auf einfache Art und Weise eine Regelung des Fluiddurchsatzes bzw. eine Öffnung bzw. Absperrung des Fluids in Abhängigkeit von der Fluidtemperatur und besonders einfach in Abhängigkeit von der Motortemperatur möglich.
Eine bevorzugte Konstruktion ist gegeben, wenn das Betätigungselement als eine Stange ausgebildet ist, die z.B. an ihrem einen Ende das Ventilstellglied trägt oder deren Ende zur Betätigung der Ventileinrichtung, insbesondere des Ventilstellgliedes vorgesehen ist. So kann durch eine axiale Verschiebung dieser Stange in Richtung der Motorwelle das Ventilstellglied, insbesondere ein Ventilteller, relativ gegenüber dem Saugmund des Laufrades oder einer davor angeordneten Ansaugöffnung positioniert werden. Die lineare Verschiebung des als Stange ausgebildeten Betätigungselementes in Richtung der Motorwelle kann hierbei durch jedwede Mechanik innerhalb der Steuer-/Regeleinrichtung erreicht werden. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass innerhalb der Steuer-/Regeleinrichtung ein mechanischer und/oder elektrischer Stellantrieb vorgesehen ist, um die Stange zu betätigen.
In besonders einfacher Konstruktion ist die Steuer-/Regeleinrichtung als fluidgefülltes Ausdehnungsgefäß ausgebildet. Ein derartiges fluidgefülltes Ausdehnungsgefäß zeichnet sich dadurch aus, dass es ein Fluid, beispielsweise ein Gas, ein Wachs oder eine Flüssigkeit enthält, das einen hohen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, so dass sich bei unterschiedlichen Temperaturen stark unterschiedliche Volumina innerhalb des Ausdehnungsgefäßes einstellen, was eine Bewegung einer Druckausgleichsmechanik bewirkt, deren Bewegung sich auf das z.B. als Stange ausgebildete Betätigungselement überträgt. Hierbei kann eine übliche mechanische Ausbildung realisiert werden, wie sie von Thermostatventilen her bekannt ist, um den Stellzapfen zu bewegen.
Besondere Vorteile ergeben sich bei der Ausbildung als fluidgefülltes Ausdehnungsgefäß dadurch, dass beispielsweise ein separater Temperatursensor entfallen kann, sofern eine Temperaturregelung anhand der internen Motortemperatur stattfinden soll.
Eine weiterhin besonders kleinbauende insbesondere kurze Ausführung einer erfindungsgemäßen Umwälzpumpe ergibt sich, wenn die Steuer-/Regeleinrichtung, Stator und Rotor des Antriebsmotors koaxial ineinander angeordnet sind, wobei die Reihenfolge der Ineinander-Anordnung unerheblich ist.
Beispielsweise kann die Steuer-/Regeleinrichtung, insbesondere das genannte Ausdehnungsgefäß koaxial innerhalb des Stators angeordnet sein und weiterhin kann der Rotor um den Stator herum angeordnet sein.
Eine Regelung der Durchflussmenge bzw. die Absperrung des Förderfluides z.B. bei fallenden Temperaturen bzw. Temperaturen unterhalb einer Betriebstemperatur im Motorraum ist insbesondere dann sinnvoll, wenn bei stehender Umwälzpumpe eine Zirkulation durch einen Wärmeverbraucher, der von der jeweiligen Umwälzpumpe mit Fluid versorgt wird, unterbunden werden soll. Hierdurch kann im erheblichen Maße Energie eingespart werden.
Eine wesentliche Anwendung einer derartigen z.B. temperaturgesteuerten Umwälzpumpe ist beispielsweise der Einsatz als dezentrale Heizungspumpe, wo jedem Heizkörper jeweils eine Umwälzpumpe zugeordnet ist, die ein dort üblicherweise angeordnetes Thermostatventil ersetzt. Bei dieser Anwendung ist es sinnvoll, nach einer Abschaltung des Motors der Umwälzpumpe einen möglichen Fluidfluss durch diese Pumpe vollständig zu unterbinden, dadurch dass eine Öffnung, z.B. die Ansaugöffnung im Fluidweg der Pumpe geschlossen wird.
Gemäß der vorgenannten Erfindung wird dies in vorteilhafter Weise dadurch erreicht, dass bei unter die Betriebstemperatur fallender Temperatur im Motorraum z.B. aufgrund der Abkühlung des Fluids im Ausdehnungsgefäß automatisch eine Verschiebung des als Stange ausgebildeten Betätigungselementes in der Richtung erfolgt, dass das Ventilstellglied die Ansaugöffnung der Umwälzpumpe vollständig verschließt.
Soll im umgekehrten Fall die Förderung von Fluid durch einen Heizkörper wieder aufgenommen werden, so wird durch den Betrieb des Motors eine Öffnung, z.B. die Ansaugöffnung im Fluidweg der Pumpe geöffnet. Beipielsweise wird der Motor der Umwälzpumpe bestromt und erzeugt hierdurch eine Abwärme, die zu einer Ausdehnung des Fluids im Ausdehnungsgefäß führt, wodurch automatisch das Ventilstellglied aus dem Ventilsitz herausgedrückt wird und die Ansaugöffnung freigibt.
Dieses Herausdrücken erfolgt bevorzugt gegen eine in den Ventilsitz hineingerichtete Kraft, damit bei fallenden Temperaturen und sich zusammenziehendem Ausdehnungsfluid das Ventilstellglied automatisch in den Ventilsitz gedrückt wird.
Sollte eine Erwärmung des Fluids im Ausdehnungsgefäß aufgrund der Abwärme im Motorraum nicht in genügend kurzer Zeit erfolgen bzw. die Menge der Abwärme nicht ausreichend sein, so kann es in einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass innerhalb des Ausdehnungsgefäßes ein Wärmeerzeuger angeordnet ist, mit dem gezielt eine Erwärmung des Fluids im Ausdehnungsgefäß erfolgen kann. Beispielsweise kann ein derartiger Wärmeerzeuger als bestrombare Spule oder als Widerstand ausgebildet sein, um eine künstlich initiierte Erwärmung des Fluids zu erreichen, wodurch das Ventilstellglied aus dem Ventilsitz herausgedrückt wird. Allgemein kann auf diese Weise nicht nur zur temperaturabhängigen Steuerung/Regelung die Ventileinrichtung betätigt werden.
Soll bei einer temperaturabhängigen oder auch bei einer anderen von beliebigen Betriebsparametern abhängigen Steuerung/Regelung eine Verstellung des Ventilstellgliedes der Ventileinrichtung erfolgen, so kann es in einer zweiten Alternative zur Steuerung/ Regelung auch vorgesehen sein, das Ventilstellglied durch die Steuer-/Regeleinrichtung gezielt zu verstellen, insbesondere nur in zwei Endstellungen, in denen die Ventileinrichtung entweder offen oder geschlossen ist.
Wird für diese Art der Steuerung/Regelung ein Ausdehnungsgefäß eingesetzt, wie es oben beschrieben wurde, so bedarf es einer dauerhaften Ansteuerung eines darin befindlichen Wärmeerzeugers, um die Ventileinrichtung geöffnet zu halten, bzw. bei Umkehrung der Kinematik um das Ventil geschlossen zu halten. In jedem Fall würde die Ansteuerung einer der beiden möglichen Endstellungen eine dauernde Ansteuerung der Steuer-/Regeleinrichtung erfordern.
Um dies zu umgehen ist es bevorzugt gemäß der Erfindung vorgesehen, dass die Ventileinrichtung eine Zwei-Wege-Rastmechanik umfasst, insbesondere das Ventilstellglied mit einer Zwei-Wege-Rastmechanik verbunden ist.
Hierbei wird unter einer Zwei-Wege-Rastmechanik eine Mechanik verstanden die bei einer immer identischen Art der Betätigungsbewegung alternierend zwei verschiedene Arbeitswege durchläuft, und so das damit verbundene Ventilstellglied alternierend in die eine oder andere Endstellung, also die offene oder geschlossene Stellung überführt.
So kann es vorgesehen sein, dass bei einer Betätigung des oben beschriebenen Betätigungselementes das Ventilstellglied in die offene Stellung überführt wird und dort verbleibt, insbesondere durch Verrastung. Es bedarf keiner weiteren Betätigung des Betätigungselementes, um das Ventilstellglied in dieser Stellung zu halten, da die Verrastung hierfür Sorge trägt.
Bei einer nächsten identischen Art der Betätigung des Betätigungselementes (z.B. durch Erwärmung des Ausdehnungsgefäßes) wird das Ventilstellglied durch die Zwei-Wege-Rastmechanik aus der ersten Rastposition gelöst und und in eine zweite Rastposition überführt, die der geschlossenen Stellung entspricht. Auch in dieser Stellung bedarf es keiner weiteren Betätigung, um das Ventil zu halten.
Bei einer erneuten Beträtigung wird die Ventileinrichtung wieder in die offene Stellung überführt und so fort.
Vorteilhaft ist es hier, dass durch die Zwei-Wege-Restmechanik, wie sie auch von Kugelschreibermechaniken bekannt ist, eine Ansteuerung der Steuer-/Regeleinrichtung nur zum Wechseln der Ventilpositionen erforderlich ist, jedoch keine Energie zu Halten in einer der Positionen benötigt wird. So kann im Ausführungsbeispield des Ausdehnungsgefäßes durch eine Erwärmung (z.B. durch Bestromung einer Spule im Ausdehnungsgefäß) die Ventileinrichtung von einer Position des Ventilstellgliedes in eine andere überführt werden.
Auch bei der genannten Zwei-Wege-Rastmechanik kann es vorgesehen sein, dass das Venilstellglied durch eine Kraft dauerhaft in einer Richtung beaufschlagt ist, die z.B. durch eine Feder erzeugt wird. Hierdurch wird zuverlässig erreicht, dass das Ventilstellglied bei Betätigung des Betätigungselementes sicher in eine der beiden möglichen Endpositionen überführt wird.
Die Zweiwege-Rastmechanik kann in bekannter Weise realisiert werden, durch Kippsprungwerke, Schrittschaltwerke, auf Schrägflächen laufende Nocken, in Steuernuten laufende Nocken, Verzahnungen etc.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den nachfolgenden Abbildungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1:
eine erfindungsgemäße Umwälzpumpe konventioneller Bauart;
Figur 2:
eine Umwälzpumpe mit koaxial ineinander angeordnetem Ausdehnungsgefäß, Stator und Rotor.
Figur 3:
eine Umwälzpumpe mit Zwei-Wege-Rastmechanik
Die Figur 1 zeigt eine typische Umwälzpumpe 1, die im vorliegenden Fall als Spaltrohr-Kreiselpumpe ausgebildet ist. Die Kreiselpumpe weist ein einstückiges oder wie hier dargestellt ein zweiteiliges Gehäuse 2 auf, innerhalb dem ein Antriebsmotor mit einer typischen Anordnung aus Stator 3 und Rotor 4 angeordnet ist.
Durch Bestromung des Stators 3 wird der Rotor 4 in Rotation versetzt, wodurch gleichermaßen die mit dem Rotor 4 über eine in den beiden Lagern 6 gelagerte Hohlwelle 7 das Laufrad 5 antreibt.
Das Laufrad 5 weist einen Saugmund 8 auf, der direkt einer Ansaugöffnung 9 im inneren Gehäusebereich der Umwälzpumpe gegenüberliegt. Durch die Rotation des Laufrades 5 wird somit aus dem Ansaugraum 10 in Richtung des dargestellten Pfeils 11 Fluid angesaugt und in den Druckraum 12 befördert, von wo es dem hier nicht dargestellten Druckstutzen der Umwälzpumpe zugeführt wird.
Um gerade in der Anwendung als dezentrale Heizungspumpe ein Absperren des Fluidflusses durch die Pumpe bei ausgeschaltetem Motor zu erreichen, weist die dargestellte Umwälzpumpe innerhalb des Gehäuses 2 sowohl eine Ventileinrichtung 13 als auch eine Steuer-/Regeleinrichtung 14 auf.
Hierbei umfasst die Ventileinrichtung 13 im Wesentlichen ein tellerförmig ausgebildetes Ventilstellglied 15, welches in seiner Form an einen an die Ansaugöffnung 9 angrenzenden Ventilsitz 16 angepasst ist.
Der Ventilteller 5 ist an einem Ende einer Betätigungsstange 17 angeordnet, die sich vom Ansaugraum 10 durch die Ansaugöffnung 9, das Laufrad 10 und die Hohlwelle 7 des Antriebsmotors bis in die Steuer-/Regeleinrichtung 14 erstreckt und mittels dieser in axialer Richtung verschoben werden kann.
Hierbei erfolgt die Verschiebung des Ventiltellers 15 bei steigender Temperatur im Motorraum entgegen einer Kraft, die im vorliegenden Fall durch eine Feder 18 auf den Ventilteller 15 aufgebracht wird, um diesen gerichtet in den Ventilsitz 16 zu pressen. Hierfür ist die Feder 18 sowohl am Ventilteller 15 als auch an einem gehäuseseitigen Bereich der Innenwandung des Ansaugraumes 10 gelagert.
Für eine einfache Betätigung des Ventilstellgliedes 15 mittels der Betätigungsstange 17 ist im vorliegenden Fall die Steuer-/Regeleinrichtung 14 in Form eines Ausdehnungsgefäßes 19 ausgebildet, welches vollständig im Innern des Pumpengehäuses im Motorraum realisiert ist. Innerhalb des Ausdehnungsgefäßes 19 befindet sich ein Fluid 20, beispielsweise ein Gas oder eine Flüssigkeit, welches einen hohen Ausdehnungskoeffizienten aufweist.
Aufgrund dieses hohen Ausdehnungskoeffizienten wird bewirkt, dass bei einer ansteigenden Temperatur im Motorraum innerhalb des Gehäuses 2 der Umwälzpumpe sich das Fluid 20 im Ausdehnungsgefäß 19 erheblich ausdehnt und so an Volumen zunimmt, so dass z.B. ein im wesentlichen zylinderförmiger Faltenbalgbereich 21 innerhalb des Ausdehnungsgefäßes 19 zum Drcukausgleich zusammengepresst wird und hierdurch die Betätigungsstange 17 in axialer Richtung verschiebt, wodurch bei einer ansteigenden Temperatur der Ventilteller 15 aus dem Ventilsitz 16 entgegen der Kraft durch die Feder 18 angehoben wird.
Allgemein wird mit der erfindungsgemäßen Konstruktion erreicht, dass bei einem Anfahren der Umwälzpumpe ein Fluidfluss durch die Pumpe freigegeben wird. Dies geschieht bei dieser Ausführung durch die sich ergebende Temperaturerhöhung im Motorraum wodurch die Ansaugöffnung 9 durch ein Anheben des Ventiltellers 15 geöffnet wird.
Bei einem Abschalten der Umwälzpumpe hingegen kommt es allgemein zu einer Absperrung des Fluidflusses. Bei dieser Ausführung aufgrund einer Auskühlung des Motorraumes, wodurch sich gleichermaßen das Fluid 20 im Ausdehnungsgefäß 19 zusammenzieht und hierdurch die Betätigungsstange 17 durch die Federkraft mittels der Feder 18 zusammen mit dem Ventilteller 15 zurückgedrückt wird, bis dass der Ventilteller 15 im Ventilsitz 16 zur Anlage kommt und die Ansaugöffnung 9 vollständig verschließt. Bei ausgeschaltetem Pumpenmotor kann so ein nicht beabsichtigtes Durchströmen der Umwälzpumpe durch Fluid verhindert werden, was zu einer effektiven Energieeinsparung beiträgt.
Die Figur 2 zeigt eine besonders kleinbauende erfindungsgemäße Umwälzpumpe 1. Ein Basiselement dieser Umwälzpumpe 1 bildet die als Ausdehnungsgefäß 19 realisierte Steuer-/Regeleinheit. Die linksseitige Stirnseite 19a des Ausdehnungsgefäßes 19 geht über in eine Hohlwelle 7, die bevorzugt auch einstückig mit dem Ausdehnungsgefäß 19 ausgebildet sein kann, um Dichtungen zu vermeiden.
Auf diese Hohlwelle 7 kann bei der Montage der Umwälzpumpe 1 ein Gehäuseelement 2 aufgesetzt werden, welches in seinem inneren Bereich einen Spalttopf 22 aufweist, dessen Topfboden an der linksseitigen Stirnseite 19a des Ausdehnungsgefäßes 19 anliegt und dessen Topfwand das Ausdehnungsgefäß 19 in einem Abstand umgibt.
Dieser Abstand ist derart gewählt, dass um das Ausdehnungsgefäß 19 der Stator 3 des Motors der Umwälzpumpe 1 angeordnet werden kann. Dieser Stator kann mit Bezug auf die Figur 2 bei der Montage von rechts in den Spalttopf eingeschoben werden. Bei dieser Konstruktion ist dementsprechend das Ausdehnungsgefäß 19 als besondere Ausführung der Steuer-/Regeleinrichtung koaxial innerhalb des Stators 3 angeordnet.
Getrennt durch die Wandung des Spalttopfes 22 ist aussen um den Stator 3 herum der Rotor 4 des Motors angeordnet, wobei der Rotor hier einstückig in das Laufrad 5 übergeht. Es ergibt sich also eine koaxiale Ineinander-Anordnung von Rotor 4, Stator 3 und Steuer-/Regeleinrichtung 19, die besonders kleinbauend ist. Die Reihenfolge dieser Elemente kann abweichend von der in der Figur 2 gezeigten Reihenfolge sein unter Beibehaltung der vorteilhaften kleinbauenden Wirkung der Ineinanderanordnung.
Durch die Hohlwelle 7 erstreckt sich ausgehend vom Ausdehnungsgefäß 19 eine Betätigungsstange 17 an deren anderem Ende ein Ventilteller 15 befestigt ist. Der Ventilteller 15 wird über eine Feder 18, die in dieser Ausführung als Zugfeder 18 ausgebildet ist in den Ventilsitz 16 gezogen und bei einer Ausdehnung des Fluids im Ausdehnungsgefäß 19 über den denn gestauchten Faltenbalg 21 und die Betätigungsstange 17 aus dem Ventilsitz 16 gegen die Federkraft herausgedrückt.
Bei der hier darstellten Ausführung der Pumpe 1 kann der Fluidweg des gepumpten Fluids durch einen inneren Pumpenbereich 23 gebildet werden, der linkseitig in das Gehäuse 2 eingeschoben werden kann, nachdem das Laufrad 5 auf der Hohlwelle 7 positioniert wurde. Durch die Formgebung dieses inneren Bereiches 23 werden die Saug- und Druckräume und der Ventilsitz 16 ausgebildet.
Die Figur 3 zeigt eine Ausführung einer erfindungsgemäßen Umwälzpumpe mit einer Zwei-Wege-Rastmechanik 25.
In ähnlicher Weise wie bei den zuvor beschriebenen Abbildungen kann mittels einer Steuer-/Regeleinrichtung 20, die auch hier als Ausdehnungsgefäß ausgebildet sein kann über ein Betätigungselement 17 der Ventilteller 15 einer Ventileinrichtung betätigt, d.h. verschoben werden.
Das Betätigungselement 17 wird durch eine Ansteuerung der Steuer-/Regeleinheit nach links oder rechts bewegt. Das linke Ende des Betätigungselementes 17 trägt hierbei nicht direkt den Ventilteller 15 sondern ist über eine zwischengeschaltete Zwei-Wege-Rastmechanik 25 mit diesem verbunden. Diese Rastmechanik umfasst hierbei als Beispiel einen zylinderförmigen Ansatz 26, der am Ventilteller realisiert ist und dessen Stirnseite eine Verzahnung 27 mit aufeinanderfolgend unterschiedlich tiefen Verzahnungen aufweist, die als schräge Laufflächen ausgebildet sind. Auf diesen Laufflächen laufen Nocken 28, die am Betätigungselement angeordnet sind und von diesem radial abstehen.
Bei jeder Betätigung des Betätigungselementes 17 durch die Steuer-/Regeleinrichtung 20, z.B. durch Erwärmung eines Ausdehnungsgefäßes, wird ein Nocken 28 gegen eine schräge Lauffläche 27 gedrückt und hierbei das Betätigungselement 17 verdreht, wie es von einer Kugelschreibermechanik bekannt ist. Der Nocken verweilt in der unteren Spitze einer Verzahnung und drückt so den Ventilteller aus seinem Sitz gegen die Kraft der Feder 18 heraus.
Wird die Ansteuerung des Betätigungselementes 17 aufgehoben so wird das Betätigungselement 17 über die Feder 18 und den Ventilteller 15 zurückgedrückt. Der Abstand zwischen Ventilteller und Ventilsitz ist in dieser Position durch den Abstand zwischen Ventilteller und dem linken die Nocken tragenden Ende des Betätigungselementes gegeben, der sich bei jedem Betätigen alternierend ändert aufgrund der unterschiedlich tiefen Verzahnung und der relativen Drehung zwischen Nocken 28 bzw. Betätigungselement 17 und Verzahnung 27.
Das Ventilstellglied 15 wird so alternierend zwischen der offenen und der geschlossenen Stellung hin- und herbewegt.
Zur Realisierung der erfindungsgemäßen Wirkung kann die Zwei-Wege-Rastung auf jede beliebige Art und Weise durchgeführt werden. Hier ist das dargestellte Ausführungsbeispiel nicht einschränkend aufzufassen.
Besonders vorteilhaft ist bei allen dargestellten Konstruktionen, dass es keiner besonderen Abdichtungsmaßnahmen bedarf, da die gesamte Ventileinrichtung und auch die Regel-/Steuereinrichtung vollständig innerhalb des Gehäuses der Umwälzpumpe angeordnet sind, wobei hier insbesondere das Ausdehnungsgefäß an den Spalttopfboden des Motors angrenzen kann. Hier kann es vorgesehen sein, dass Ausdehnungsgefäß und Spalttopf bzw. Spaltrohr und/oder Hohlwelle einstückig ausgebildet sind, um zusätzliche Dichtungen zu vermeiden.

Claims (14)

  1. Umwälzpumpe, insbesondere für Heizungsanlagen, mit einer, insbesondere temperaturabhängig, betätigbaren Ventileinrichtung zum Verändern des Querschnittes einer Ansaugöffnung, insbesondere um diese zu verschließen, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (13) und eine Steuer-/Regeleinrichtung (14) zum Betätigen der Ventileinrichtung (13) innerhalb des Pumpengehäuses (2) vorgesehen sind.
  2. Umwälzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (13) und die Steuer-/Regeleinrichtung (14) auf einander gegenüberliegenden Seiten des Antriebsmotors (3,4) angeordnet sind.
  3. Umwälzpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventilstellglied (15) der Ventileinrichtung (13) koaxial zur Motorwelle (7) bewegbar ist.
  4. Umwälzpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Betätigungselement (17) zur Bewegung des Ventilstellglieds (15) von der Steuer-/Regeleinrichtung (14) durch eine hohl ausgebildete Motorwelle (7) erstreckt
  5. Umwälzpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (17) als Stange ausgebildet ist, die an ihrem einen Ende das Ventilstellglied (15) trägt.
  6. Umwälzpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer-/Regeleinrichtung (14) als fluidgefülltes Ausdehnungsgefäß (19) ausgebildet ist.
  7. Umwälzpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Ausdehnungsgefäß (19) ein Wärmeerzeuger, insbesondere eine bestrombare Spule und/oder ein Widerstand, angeordnet ist.
  8. Umwälzpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei fallender Temperatur im Motorraum, insbesondere bei ausgeschaltetem Antriebsmotor (3,4) , automatisch mittels der Ventileinrichtung (13) die Ansaugöffnung (9) verschließbar ist.
  9. Umwälzpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer-/Regeleinrichtung (14) koaxial innerhalb des Stators (3) des Antriebsmotors angeordnet ist.
  10. Umwälzpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (3) koaxial innerhalb des Rotors (4) angeordnet ist.
  11. Umwälzpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Zwei-Wege-Rastmechanik (25) umfasst, mittels der die Ventileinrichtung, insbesondere das Ventilstellglied (15), alternierend bei/nach Betätigen des Betätigungselementes (17) in der offenen oder geschlossenen Stellung haltbar ist.
  12. Verfahren zum Betrieb einer Umwälzpumpe, insbesondere nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit des Betriebes des Motors der Pumpe eine Öffnung im Fluidweg der Pumpe geschlossen oder geöffnet wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Öffnung im Fluidweg der Pumpe bei eingeschalteten Motor geöffnet und bei ausgeschaltetem Motor geschlossen wird.
  14. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Öffnen und Schließen der Öffnung in Abhängigkeit der Motortemperatur erfolgt, insbesondere dass bei steigender Temperatur die Öffnung geöffnet und bei fallender Temperatur die Öffnung geschlossen wird.
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