EP3115609B1

EP3115609B1 - Selbstreinigende pumpe

Info

Publication number: EP3115609B1
Application number: EP16172891.0A
Authority: EP
Inventors: Stefan Johann Freund
Original assignee: AVS Ing JC Roemer GmbH
Current assignee: AVS Ing JC Roemer GmbH
Priority date: 2015-06-12
Filing date: 2016-06-03
Publication date: 2018-08-15
Anticipated expiration: 2036-06-03
Also published as: DE102015109395A1; EP3115609A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine selbstreinigende Pumpe für hygiene-sensitive Anwendungen. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer selbstreinigenden Pumpe.
Eine selbstreinigende Pumpe der eingangs genannten Art wird beispielsweise für hygienesensitive Anwendungen im Lebensmittelbereich, im Pharmabereich, im Halbleiterbereich oder bei Rein(st)raumanwendungen verwendet, um sicher zu stellen, dass in einem Innenraum der Pumpe vorgegebene hygienische Bedingungen, beispielsweise wie sie im Lebensmittelbereich für eine Zertifizierung nach EHEDG benötigt werden, eingehalten werden.
Selbstreinigende Pumpen - beispielsweise sogenannte CIP (Cleaning in Place) - fähige Pumpen - werden beispielsweise bei Kaffeeautomaten eingesetzt.
Am Markt übliche Konstruktionen von selbstreinigenden Pumpen weisen Steigbohrungen auf, die eine Druckseite eines Förderkanals der Pumpe mit dem zu reinigenden und gegenüber der Umgebung abgedichteten Innenraum der Pumpe verbinden. Bei diesen Pumpen wird Fördermedium auf der Druckseite, d.h. nachdem das Fördermedium von einer Saugseite aus kommend durch eine Pumpeinrichtung mit Druck beaufschlagt wurde, durch den zu reinigenden Innenraum der Pumpe geleitet. Für das Spülmedium wurde demzufolge bereits eine große Menge an Pumpenergie investiert, bevor es zur Spülung des Innenraums verwendet wird. Nachdem das Spülmedium durch den Innenraum geleitet wurde, ist es jedoch notwendig, das Medium erneut durch die Pumpe mit Druck zu beaufschlagen, da dieser durch das Spülen des Innenraums abgebaut wurde. Solche Pumpen haben daher den Nachteil, dass sie relativ hohe Wirkungsgradverluste aufweisen.
Ferner erfolgt in der Regel ein Rückstrom des Spülmediums durch einen Lagerspalt eines Rotorlagers. Da sich dieser Lagerspalt über die Lebensdauer der Pumpe verbreitert, muss damit gerechnet werden, dass der Spülstrom über die Lebensdauer kontinuierlich zunimmt und somit der Wirkungsgrad der Pumpe mit der Zeit kontinuierlich abnimmt.
US 3 450 052 A beschreibt eine sich selbst schmierende Pumpe mit einem von einem Fördermedium durchströmten Innenraum, mit einem Förderkanal, durch den das Fördermedium förderbar ist, mit einer Saugseite und einer Druckseite, wobei zwischen der Saugseite und der Druckseite eine Pumpeinrichtung zum Fördern des Fördermediums angeordnet ist, und mit einem Antriebsmotor, dessen Antriebswelle antriebswirksam mit einem Förderelement der Pumpeinrichtung gekoppelt ist, wobei an der Saugseite des Förderkanals eine Entnahmestelle vorgesehen ist, durch die eine Teilmenge des Fördermediums zur Schmierung von Lagern mehrerer Förderelemente entnehmbar ist.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine selbstreinigende Pumpe bereitzustellen, deren Innenraum bei ihrem Betrieb kontinuierlich und automatisch sowie effizient und zuverlässig gespült wird.
Die Aufgabe wird durch eine selbstreinigende Pumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst und insbesondere dadurch, dass an einer Saugseite des Förderkanals eine Entnahmestelle vorgesehen ist, durch die eine Teilmenge des Fördermediums zur Spülung des Innenraums entnehmbar ist.
Zur Entnahme dieser Teilmenge ist vorzugsweise eine zweite Pumpeinrichtung vorgesehen, mittels derer sie zur Spülung des Innenraums aktiv durch den zu reinigenden Innenraum der Pumpe förderbar ist. Dabei kann die zweite Pumpeinrichtung dazu ausgebildet sein, das Fördermedium an der Entnahmestelle aus dem Förderkanal anzusaugen. Der Energieverbrauch einer solchen zweiten Pumpeinrichtung ist deutlich geringer, als die Energiemenge, die aufgebracht werden muss, um das Fördermedium - wie aus dem Stand der Technik bekannt - durch eine Hauptpumpeinrichtung mit Druck zu beaufschlagen und dann einen Teil des druckbeaufschlagten Fördermediums zur Spülung des Innenraums zu verwenden.
Der Erfindung liegt der allgemeine Gedanke zugrunde, die Teilmenge des Fördermediums zur Spülung des Innenraums nicht - wie bisher bekannt - an der Druckseite, sondern an der Saugseite zu entnehmen, da die Teilmenge des Fördermediums an der Saugseite noch nicht durch hohen Energieaufwand unter Druck gesetzt ist. Zur Spülung des Innenraums der Pumpe wird folglich erheblich weniger Energie benötigt, als dies bei bisher bekannten selbstreinigen Pumpen der Fall ist.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen.
Gemäß einer Ausführungsform ist an der Saugseite des Förderkanals eine Auslassstelle vorgesehen, durch welche die zur Spülung des Innenraums verwendete Teilmenge des Fördermediums dem Förderkanal zuführbar ist. Die Zuführung des zur Spülung verwendeten Fördermediums zur Auslassstelle kann ausschließlich über den Lagerspalt des Rotorlagers oder - zusätzlich oder alternativ - über einen eigens dafür vorgesehenen Kanal erfolgen.
Eine konstruktiv besonders einfache Ausführungsform sieht vor, ein Förderelement der Hauptpumpeinrichtung als Zahnrad auszubilden. Beispielsweise kann die Pumpe als Innenzahnradpumpe oder bevorzugt als Außenzahnradpumpe ausgebildet sein. Die Hauptpumpeinrichtung kann alternativ auch als Flügelzellenpumpe ausgebildet sein.
Der Innenraum kann einen Pumpraum zur Aufnahme der Hauptpumpeinrichtung und einen Motorraum zur Aufnahme eines Rotors des Antriebsmotors umfassen, die in Fluidverbindung miteinander stehen und die gemeinsam gegen die Umgebung abgedichtet sind.
Der Rotor des Antriebsmotors kann vollständig in dem zu reinigenden Innenraum angeordnet sein. Dagegen kann der Stator des Antriebsmotors vollständig außerhalb des zu reinigenden Innenraums angeordnet sein. Durch einen kontaktlosen Antrieb des Rotors durch die Abgrenzung des Innenraums hindurch lässt es sich so vermeiden, dass ein Antriebselement in den zu reinigenden Innenraum hineinragt, was eine abzudichtende Öffnung zur Folge hätte.
Die Pumpe kann ein Basisteil, eine Deckplatte und einen Spalttopf umfassen, wobei das Basisteil und die Deckplatte den Pumpraum zumindest im Wesentlichen bilden oder definieren und die Deckplatte und der Spalttopf den Motorraum zumindest im Wesentlichen bilden oder definieren. Mit anderen Worten kann der Pumpraum zwischen dem Basisteil und der Deckplatte gebildet sein und der Motorraum kann zwischen der Deckplatte und dem Spalttopf gebildet sein.
Um die Pumpe auf einfache Weise warten zu können, ist es vorteilhaft, das Basisteil, die Deckplatte und/oder den Spalttopf lösbar - insbesondere mittels Schrauben - miteinander zu koppeln.
Bevorzugt ist die zweite Pumpeinrichtung in dem Motorraum angeordnet, da hierdurch eine kompakte Bauweise erzielt werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform ist die zweite Pumpeinrichtung antriebswirksam mit dem Antriebsmotor gekoppelt. Mit anderen Worten wird die Leistung zum Betreiben der zweiten Pumpeinrichtung durch den Antriebsmotor der Pumpe zur Verfügung gestellt. Hierzu kann der Antriebsmotor direkt oder indirekt mit der zweiten Pumpeinrichtung gekoppelt sein.
Eine Abgabestelle zur Abgabe der Teilmenge des Fördermediums zur Spülung des Innenraums kann in den Motorraum münden. Insbesondere ist sie an einer der Pumpeinrichtung abgewandten Seite des Rotors angeordnet. Die Abgabestelle ist bevorzugt mittig an dem Rotor ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass auch der Rotor zuverlässig umspült wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die zweite Pumpeinrichtung ein Spülstromerzeugerelement auf, das mit dem Rotor drehfest gekoppelt ist, um die Teilmenge des Fördermediums durch den zu reinigenden Innenraum der Pumpe zu fördern. Dieses Spülstromerzeugerelement ist vorteilhafterweise mit dem Rotor stoffschlüssig verbunden, beispielsweise ultraschallverschweißt. Die zweite Pumpeinrichtung kann zumindest eine Schaufel - bevorzugt mehrere Schaufeln - aufweisen, die dazu ausgebildet sind, einen zur Entnahme der Teilmenge des Fördermediums erforderlichen Unterdruck zu erzeugen und das Medium gleichmäßig in dem Innenraum zu verteilen.
Die zweite Pumpeinrichtung kann als Strömungspumpe, insbesondere als Axialpumpe, ausgebildet sein.
Bevorzugt ist das Spülstromerzeugerelement an einer von dem Förderkanal abgewandten Seite des Rotors angeordnet. Hierdurch wird erreicht, dass die zur Spülung des Innenraums verwendete Teilmenge des Fördermediums gleichmäßig den Rotor umspült, bevor es zurück in den Förderkanal geleitet wird.
Das erste Förderelement, der Rotor und das Spülstromerzeugerelement können koaxial zueinander angeordnet sein und insbesondere mit einer gemeinsamen Welle gekoppelt sein, wodurch eine direkte Drehmomentübertragung von dem Rotor auf das erste Förderelement und das Spülstromerzeugerelement bewirkt werden kann.
Das Förderelement, der Rotor und/oder das Spülstromerzeugerelement können drehfest mit einer Hohlwelle gekoppelt sein, die eingangsseitig mit der Entnahmestelle in Fluidverbindung und ausgangsseitig mit dem zu reinigenden Innenraum, insbesondere dem Motorraum, in Fluidverbindung steht. Dies stellt eine besonders einfache und kompakte Möglichkeit dar, das Fördermedium von der Entnahmestelle in den zu reinigenden Innenraum zu leiten. Die Hohlwelle steht insbesondere indirekt in Verbindung mit der Entnahmestelle, beispielsweise über einen Kanal.
Die Welle bzw. Hohlwelle ist zur einfachen Lagerung bevorzugt durch das Förderelement, insbesondere ein Zahnrad, in axialer Richtung gehalten.
Beispielsweise kann die Pumpeinrichtung als Zahnradpumpe ausgebildet sein, die ein erstes und ein zweites Zahnrad umfasst, wobei das erste Zahnrad dem ersten Förderelement entspricht und das zweite Zahnrad auf einer zweiten Hohlwelle angeordnet ist, die eingangsseitig mit der Entnahmestelle in Fluidverbindung und ausgangsseitig mit dem Innenraum, insbesondere dem Pumpraum, in Fluidverbindung steht.
Zusätzlich kann eine dritte Pumpeinrichtung vorgesehen sein, die dem zweiten Zahnrad zugeordnet ist und die antriebswirksam, insbesondere über das erste Zahnrad, mit dem Rotor gekoppelt ist. Hierdurch kann auch ein Teil des Innenraums im Bereich des zweiten Zahnrads gespült werden. Grundsätzlich kann eine eigene saugseitige Entnahmestelle für die Teilmenge des Fördermediums zum Spülen des Teils des Innenraums im Bereich des zweiten Zahnrades vorgesehen sein. Denkbar ist aber auch, dass diese Teilmenge über die der zweiten Pumpeinrichtung zugeordnete Entnahmestelle aus dem Förderkanal entnommen wird.
Die dritte Pumpeinrichtung kann ein zweites Spülstromerzeugerelement aufweisen, das mit der zweiten Hohlwelle drehfest gekoppelt ist. Um den Zusammenbau der Pumpe zu vereinfachen, ist das zweite Spülstromerzeugerelement bevorzugt einstückig mit dem zweiten Zahnrad ausgebildet.
Zum verbesserten Verteilen des Fördermediums in dem zu spülenden Teil des Innenraums im Bereich des zweiten Zahnrades kann ein strömungsleitender Zapfen vorgesehen sein, der in die Hohlwelle hinein ragt und vorteilhafterweise im Wesentlichen koaxial zu der Hohlwelle angeordnet ist. Der Zapfen ist bevorzugt an der Deckplatte ausgebildet.
Zur Messung des Drucks kann an der Druckseite des Förderkanals ein Drucksensor angeordnet sein. Am Markt befindliche selbstreinigende Pumpen lassen dies in der Regel nicht zu, da sich an der dafür prädestinierten Stelle das druckseitige Steigrohr befindet. Die von dem Drucksensor erfassten Daten können beispielsweise verwendet werden, um den Druck, den die Pumpe erzeugt, zu überwachen und/oder zu regeln.
Ferner wird ein Verfahren zum Betreiben einer selbstreinigenden Pumpe zur Förderung eines Fördermediums für hygienesensitive Anwendungen bereitgestellt. Die Pumpe weist zumindest eine erste und eine zweite Pumpeinrichtung auf, wobei diese gleichzeitig betrieben werden, um mit der ersten Pumpeinrichtung - der Hauptpumpeinrichtung - eine ersten Teilmenge eines Fördermediums durch einen Förderkanal zu fördern und um mit der zweiten Pumpeinrichtung - der Pumpeinrichtung zum Spülen eines Innenraums der Pumpe - eine zweite Teilmenge eines Fördermediums durch den Innenraum der Pumpe zu fördern, wobei die Förderung der zweiten Teilmenge des Fördermediums die Schritte umfasst:

Entnahme der zweiten Teilmenge des Fördermediums an einer Saugseite des Förderkanals,
Spülen des Innenraums der Pumpe mit der entnommenen zweiten Teilmenge des Fördermediums, um den Innenraum zu reinigen, und
Zurückführen der zweiten Teilmenge des Fördermediums in den Förderkanal. Hierdurch kann eine kontinuierliche und automatische Spülung des Innenraums bei einem Betrieb der Pumpe erreicht werden.

Vorzugsweise erreicht die zweite Teilmenge des Fördermediums beim Spülen des Innenraums in allen Bereichen des Innenraums eine Mindestströmungsgeschwindigkeit von 1,5 m/s, bevorzugt eine Mindestströmungsgeschwindigkeit von 2 m/s. Bevorzugt herrschen in dem Innenraum in im Wesentlichen allen Bereichen turbulente Strömungsverhältnisse.
Das Zurückführen der zweiten Teilmenge des Fördermediums in den Förderkanal kann an der Saugseite erfolgen.
Vorteilhafterweise wird die Entnahme der zweiten Teilmenge des Fördermediums durch ein Ansaugen mittels eines Spülstromerzeugerelements bewirkt, welches - direkt oder indirekt - durch einen Antriebsmotor der Pumpe angetrieben, insbesondere zu einer Drehbewegung angetrieben, wird.
Dabei kann die zweite Teilmenge des Fördermediums durch eine Hohlwelle hindurch angesaugt werden. Zum Ansaugen wird vorteilhafterweise die Hohlwelle um ihre Achse rotiert, wodurch das Spülstromerzeugerelement rotiert wird und die zweite Teilmenge des Fördermediums mittels des Spülstromerzeugerelements angesaugt wird. Gleichzeitig wird durch die Rotation der Hohlwelle ein zur Förderung der ersten Teilmenge des Fördermediums - des Hauptförderstroms - verwendetes Förderelement angetrieben. Somit können durch das Antreiben der Hohlwelle die erste und die zweite Teilmenge des Fördermediums gleichzeitig gefördert werden.
Die Pumpe kann zudem eine dritte Pumpeinrichtung aufweisen, welche insbesondere gleichzeitig mit der ersten und der zweiten Pumpeinrichtung betrieben wird, um mit der dritten Pumpeinrichtung - der Pumpeinrichtung zum Spülen eines Teilbereichs des Innenraums der Pumpe - eine dritte Teilmenge eines Fördermediums zu fördern, wobei die Förderung der dritten Teilmenge des Fördermediums die Schritte umfasst:

Entnahme der dritten Teilmenge des Fördermediums an einer Saugseite des Förderkanals,
Spülen des Teilbereichs des Innenraums der Pumpe mit der entnommenen dritten Teilmenge des Fördermediums, um den Teilbereich zu reinigen, und
Zurückführen der dritten Teilmenge des Fördermediums in den Förderkanal, insbesondere an der Saugseite des Förderkanals.

Vorteilhafterweise geschieht das Spülen des gesamten Innenraums bei Betrieb der Pumpe kontinuierlich und/oder automatisch.
Um beispielsweise die Leistung der Pumpe zu regeln, kann der Druck an der Druckseite im Förderkanal gemessen werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand rein beispielhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1: eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen selbstreinigenden Pumpe entlang einer Förderrichtung;
Fig. 2: eine Schnittdarstellung der selbstreinigenden Pumpe senkrecht zur Förderrichtung;
Fig. 3A: eine Stirnansicht eines Basisteils;
Fig. 3B: eine Schnittdarstellung des Basisteils der Fig. 3A entlang der Schnittlinie C-C;
Fig. 4: eine perspektivische Darstellung des Basisteils;
Fig. 5A: eine Schnittdarstellung des Basisteils samt Pumpeinrichtung senkrecht zur Förderrichtung;
Fig. 5B: eine Draufsicht des Basisteils samt Pumpeinrichtung;
Fig. 6A: eine perspektivische Ansicht eines mit einem Spülstromerzeuger-element ausgestatteten Rotors;
Fig. 6B: eine Schnittansicht des Rotors der Fig. 6A;
Fig. 7A: eine Ansicht einer Oberseite einer Deckplatte;
Fig. 7B: eine Seitenansicht der Deckplatte der Fig. 7A,
Fig. 7C: eine Ansicht einer Unterseite der Deckplatte der Fig. 7A;
Fig. 8A: eine schematische Darstellung der gespülten Bereiche des Innenraums; und
Fig. 8B: eine halbtransparente Darstellung der Fig. 8A.

Die Figuren zeigen eine selbstreinigende Pumpe 10, die nach Art einer Außenzahnradpumpe ausgebildet ist. Die Pumpe 10 eignet sich in besonderem Maße für Anwendungen, bei denen der gesamte Innenraum 12 der Pumpe 10 hohen Hygienestandards, beispielsweise zur Zertifizierung nach EHEDG, genügen muss.
Dabei arbeitet die Pumpe 10 nach dem Prinzip, dass eine Teilmenge des Fördermediums an einer Saugseite 14 eines Förderkanals 16 entnommen wird und durch den gesamten Innenraum 12 der Pumpe 10 gefördert wird, um den Innenraum 12 kontinuierlich zu spülen. So wird unter anderem vermieden, dass Fördermedium - beispielsweise Milch oder Trinkwasser - längere Zeit in der Pumpe 10 steht und sich dadurch Keime bilden können.
Fig. 1 zeigt die Pumpe 10 in einer Schnittdarstellung entlang einer Förderrichtung 18. Die Pumpe 10 umfasst drei Gehäuseteile, die gemeinsam den zu spülenden Innenraum 12 definieren: ein Basisteil 20, eine Deckplatte 22 und einen Spalttopf 24. Die drei Teile 20, 22, 24 sind lösbar miteinander verbunden und jeweils zueinander mittels Dichtungen 21 abgedichtet, sodass der durch die drei Teile 20, 22, 24 definierte Innenraum 12 gegen eine Umgebung 26 der Pumpe 10 abgedichtet ist.
Zum Betreiben der Pumpe 10 ist ein als bürstenloser Elektromotor ausgebildeter Antriebsmotor 28 mit einem vollständig außerhalb des Spalttopfs 24 angeordneten Stator 30 und einem vollständig innerhalb des Spalttopfs 24 angeordneten Rotor 32 vorgesehen.
Eine Innenkontur des Basisteils 20 definiert den Förderkanal 16 und einen - im vorliegenden Beispiel im Wesentlichen mittig in dem Förderkanal 16 angeordneten Pumpraum 36. Der Pumpraum 36 nimmt - wie z.B. in Fig. 2 gut zu sehen ist - ein erstes Zahnrad 38 und ein zweites Zahnrad 40 auf, die kämmend ineinandergreifen und die im Betrieb von dem Antriebsmotor 28 - direkt bzw. indirekt - angetrieben werden. Das Basisteil 20 definiert ferner einen Pumpeneingang 42 und einen Pumpenausgang 44, an denen jeweils eine Klemmvorrichtung 46, 48 angeordnet ist. Mit Hilfe der Klemmvorrichtungen 46, 48 ist am Pumpeneingang 42 ein Schlauch 50 zum Zuführen des Fördermediums befestigt und am Pumpenausgang 44 ist ein Schlauch 52 zum Abführen des Fördermediums befestigt.
Anstelle der gezeigten Steckverbindung kann auch eine andere Art von Verbindung zwischen den Schläuchen 50, 52 und der Pumpe 10 vorgesehen sein (z.B. eine Schraubverbindung).
Durch eine gegenläufige Rotation des ersten Zahnrads 38 und des zweiten Zahnrads 40, welche gemeinsam eine erste Pumpeinrichtung 54 bilden, wird auf an sich bekannte Weise das Fördermedium durch den Förderkanal 16 gefördert. Dabei ist der Bereich, in dem das Fördermedium noch nicht mit Druck beaufschlagt ist, als die Saugseite 14 bezeichnet und der Bereich, in dem das Fördermedium durch die Pumpeinrichtung 54 mit Druck beaufschlagt wurde, als Druckseite 56 bezeichnet.
Im Folgenden soll nun genauer auf die Selbstreinigungsfunktion der Pumpe 10 eingegangen werden. Der zu spülende Innenraum 12 der gezeigten Pumpe 10 umfasst unter anderem zwei Teilräume: einen Motorraum 12a (vgl. Fig. 2), der sich zwischen dem Rotor 32 und dem Spalttopf 24 erstreckt und einen Raum 12b im Bereich oberhalb des zweiten Zahnrades 40. Zu beiden Teilräumen 12a, 12b wird jeweils eine Teilmenge des Fördermediums gefördert, um diese Teilräume 12a, 12b zu spülen.
Hierzu ist in dem Förderkanal 16 in einem Bodenbereich des Pumpraums 36 (siehe Fig. 3B, 4 und 5B) in der Innenkontur des Basisteils 20 eine Entnahmestelle 58 (gestrichelt dargestellt) ausgebildet. An der Entnahmestelle 58, die in Förderrichtung 18 gesehen vor den Drehachsen der Zahnräder 38, 40 (vgl. Fig. 5B) und somit auf der Saugseite 14 angeordnet ist, beginnen zwei voneinander beabstandete und V-förmig zueinander angeordnete Entnahmekanäle 60, 62, welche eine zur Spülung des Innenraums 12 benötigte Teilmenge des Fördermediums zu einem unteren Ende einer ersten Hohlwelle 64 und einer zweiten Hohlwelle 66 leiten (vgl. Fig. 2). Die unteren Bereiche der Hohlwellen 64, 66 sind durch in Vertiefungen 65 angeordnete Lager 83 gelagert.
Die zur Spülung des Innenraums 12a notwendige Teilmenge des Fördermediums wird von einer zweiten Pumpeinrichtung 68 (vgl. Fig. 1 und 2) über die Entnahmestelle 58 und durch einen Entnahmekanal 60 und die Hohlwelle 64 angesaugt. Die zweite Pumpeinrichtung 68 umfasst ein erstes Spülstromerzeugerelement 70, welches mittels Ultraschallschweißen auf der dem Förderkanal 16 abgewandten Stirnseite des Rotors 32 mit dem Rotor 32 des Antriebsmotors 28 stoffschlüssig verbunden ist. Die Schweißverbindung ist dabei so ausgelegt, dass kein Fördermedium in in dem Rotor 32 ausgebildete Aussparungen 72 eindringen kann, in denen Permanentmagneten 74 angeordnet sind. Das Spülstromerzeugerelement 70 wirkt dementsprechend als eine Art hermetischer Deckel für die Aussparungen 72.
An der freiliegenden, dem Rotor 32 abgewandten Seite des ersten Spülstromerzeugerelements 70 sind, wie in Fig. 6A zu sehen ist, acht sternförmig angeordnete Schaufeln 76 ausgebildet. Die Schaufeln 76 sind jeweils gekrümmt und weisen eine abgerundete Oberseite auf. Im Bereich der Rotationsachse des Rotors 32 ist eine Aufnahme 78 für die erste Hohlwelle 64 ausgebildet, wobei die Aufnahme 78 mit einer in dem ersten Spülstromerzeugerelement 70 ausgebildeten Abgabestelle 80 fluchtet.
Durch eine Rotation der Rotors 32 - und damit auch eine des Spülstromerzeugerelements 70 - wird das Fördermedium von dem Spülstromerzeugerelement 70 angesaugt und anschließend von der Abgabestelle 80 aus in den Motorraum 12a abgegeben, der durch den Spalttopf 24 begrenzt ist.
Nachdem die zur Spülung des Motorraums 12a verwendete Teilmenge des Fördermediums am Umfang zwischen dem Rotor 32 und dem Spalttopf 24 heruntergeströmt ist, wobei es durch die Drehung des Rotors 32 verwirbelt wird, fließt das Fördermedium in eine Vertiefung 82 (siehe Fig. 7A und 2), die an der Oberseite der Deckplatte 22 ausgebildet ist. Die Vertiefung 82 umläuft die Hohlwelle 64 in etwa zur Hälfte und deren Tiefe nimmt in deren Verlauf in Fig. 7A von links nach rechts zu. Sie steht mit einer Öffnung 81 in Verbindung, die die Hohlwelle 64 und ein die Welle 64 in der Deckplatte 22 lagerndes Lager 83 (vgl. Fig. 2) aufnimmt. Parallel verläuft ein zu der Öffnung 81 hin offener Kanal 85, der den Rückfluss des den Motorraum 12a spülenden Mediums erleichtert. Grundsätzlich kann der Kanal 85 auch separat von der Öffnung 81 durch die Deckplatte 22 führen.
Aus dem Kanal 85 fließt das Fördermedium in einen an der Unterseite der Deckplatte 22 (siehe Fig. 7C) ausgebildeten Auslasskanal 84 und anschließend zu der sich - wie die Entnahmestelle 58 - auf der Saugseite 14 befindlichen Auslassstelle 86.
Analog zu der Spülung des Innenraums 12a ist auch die Spülung des Teilraums 12b (Fig. 2) realisiert. Auf der dem Förderkanal 16 abgewandten Stirnseite des zweiten Zahnrades 40 ist ein zweites Spülstromerzeugerelement 88 ausgebildet, welches eine Teilmenge des Fördermediums zur Spülung des Innenraums 12b an der Entnahmestelle 58 entnimmt und durch den zweiten Entnahmekanal 62 und die zweite Hohlwelle 66 hindurch ansaugt und in dem Teilraum 12b verteilt. Das zweite Spülstromerzeugerelement 88 (siehe Fig. 5A und 5B) weist Schaufeln 90 auf, die sich geradlinig in radialer Richtung erstrecken. Zur verbesserten Verteilung des Fördermediums in dem Teilraum 12b ist, wie in Fig. 2 zu sehen ist, an der Deckplatte 22 ein Zapfen 92 ausgebildet, welcher von oben in die zweite Hohlwelle 66 eingreift. Nach dem Spülen des Innenraums 12b wird das Fördermedium in einen an der Unterseite der Deckplatte 22 ausgeformten Auslasskanal 94 eingeleitet, der das Fördermedium zur Auslassstelle 86 leitet.
Nachdem das zur Spülung des Innenraums 12 genutzte Fördermedium an der Auslassstelle 86 in den Förderkanal 16 geleitet wurde, passiert es das erste Mal die erste Pumpeinrichtung 54 - die Hauptpumpeinrichtung - und gelangt auf die Druckseite 56. An der Druckseite 56 des Förderkanals 16 ist ein Drucksensor 96 vorgesehen, der dazu ausgebildet ist, den Druck des Fördermediums an der Druckseite 56 zu messen.
Fig. 8A und 8B verdeutlichen noch einmal den Strömungsverlauf des zur Spülung verwendeten Fördermediums, d.h. des Spülstroms, durch den Innenraum 12 der Pumpe 10. An der Entnahmestelle 58 teilt sich der Spülstrom in zwei Teilströme. In der hier dargestellten Ausführungsform sind - abweichend von den restlichen Figuren - die Entnahmekanäle 60, 62 nicht voneinander beabstandet, sondern zusammenlaufend, in dem Basisteil 20 ausgebildet. Ein erster Teilstrom fließt durch den ersten Entnahmekanal 60 von unten in die erste Hohlwelle 64 und durch diese nach oben bis zur Abgabestelle 80. An der Abgabestelle 80 verteilt das erste Spülstromerzeugerelement 70, das den das Fördermedium ansaugenden Unterdruck erzeugt, den ersten Teilstrom gleichmäßig im oberen Abschnitt des Motorraums 12a. Von dort strömt der erste Teilstrom - durch die Drehung des Rotors 32 mitgerissen - spiralförmig nach unten. Am tiefsten Punkt des Motorraums 12a fließt der erste Teilstrom über die Vertiefung 82 und den Kanal 85 in den ersten Auslasskanal 84, der den ersten Teilstrom zur Auslassstelle 86 leitet.
Gleichzeitig fließt ein zweiter Teilstrom durch den zweiten Entnahmekanal 62 von unten in die zweite Hohlwelle 66 und durch diese nach oben bis zu einer zweiten Abgabestelle 80. Dort verteilt das zweite Spülstromerzeugerelement 88 den zweiten Teilstrom in dem Innenraum 12b. Nachdem der zweite Teilstrom den Innenraum 12b durchspült hat, fließt er über den zweiten Auslasskanal 94 ebenfalls zurück zur Auslassstelle 86.
Das vorstehende Spülungskonzept gewährleistet eine zuverlässige und - bei Betrieb der Pumpe - kontinuierliche Spülung des Innenraums bei gleichzeitig hoher Effizienz der Pumpe. Die konstruktive Umsetzung des Konzepts ist sehr kompakt, insbesondere da die zur Spülung genutzten Medienströme durch die die Pumpenkomponenten tragenden Hohlwellen geführt werden und da die Pumpeneinrichtungen, die zur Erzeugung des Unterdrucks dienen, der zur Förderung der genannten Medienströme erforderlich ist, in dem Motorraum bzw. an dem Hohlwellenende vorgesehen sind.

Bezugszeichenliste

10: Pumpe
12: Innenraum
12a: Motorraum
12b: Teilraum
14: Saugseite
16: Förderkanal
18: Förderrichtung
20: Basisteil
21: Dichtung
22: Deckplatte
24: Spalttopf
26: Umgebung
28: Antriebsmotor
30: Stator
32: Rotor
36: Pumpraum
38: erstes Zahnrad
40: zweites Zahnrad
42: Pumpeneingang
44: Pumpenausgang
46, 48: Klemmvorrichtung
50, 52: Schlauch
54: erste Pumpeinrichtung
56: Druckseite
58: Entnahmestelle
60, 62: Entnahmekanäle
64: erste Hohlwelle
65: Vertiefung
66: zweite Hohlwelle
68: zweite Pumpeinrichtung
70: erstes Spülstromerzeugerelement
72: Aussparungen
74: Permanentmagneten
76: Schaufeln
78: Aufnahme
80: Abgabestelle
81: Öffnung
82: Vertiefung
83: Lager
84: Auslasskanal
85: Kanal
86: Auslassstelle
88: zweites Spülstromerzeugerelement
90: Schaufeln
92: Zapfen
94: Auslasskanal
96: Drucksensor

Claims

Selbstreinigende Pumpe (10) mit einem von einem Fördermedium durchströmten und gegenüber einer Umgebung abgedichteten Innenraum (12) für hygienesensitive Anwendungen, umfassend:
einen Förderkanal (16), durch den das Fördermedium förderbar ist, mit einer Saugseite (14) und einer Druckseite (56), wobei zwischen der Saugseite (14) und der Druckseite (56) eine Pumpeinrichtung (54) zum Fördern des Fördermediums angeordnet ist,

einen Antriebsmotor (28) mit einem Rotor (32) und einem Stator (30), wobei der Rotor (32) antriebswirksam mit zumindest einem Förderelement (38) der Pumpeinrichtung (54) gekoppelt und in dem Innenraum (12) angeordnet ist,

wobei an der Saugseite (14) des Förderkanals (16) eine Entnahmestelle (58) vorgesehen ist, durch die eine Teilmenge des Fördermediums zur Spülung des Innenraums (12) entnehmbar ist.
Selbstreinigende Pumpe (10) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
an der Saugseite (14) des Förderkanals (16) eine Auslassstelle (86) vorgesehen ist, durch welche die zur Spülung des Innenraums (12) verwendete Teilmenge des Fördermediums dem Förderkanal (16) zuführbar ist.
Selbstreinigende Pumpe (10) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Innenraum (12) einen Pumpraum (36) zur Aufnahme der Pumpeinrichtung (54) und einen Motorraum (12a) zur Aufnahme des Rotors (32) umfasst, die in Fluidverbindung miteinander stehen und die gemeinsam gegen die Umgebung (26) abgedichtet sind, insbesondere wobei die Pumpe (10) ein Basisteil (20), eine Deckplatte (22) und einen Spalttopf (24) umfasst, wobei das Basisteil (20) und die Deckplatte (22) den Pumpraum (36) bilden und die Deckplatte (22) und der Spalttopf (24) den Motorraum (12a) bilden.
Selbstreinigende Pumpe (10) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine zweite Pumpeinrichtung (68) vorgesehen ist, mittels derer das Fördermedium aktiv durch den zu reinigenden Innenraum (12) der Pumpe (10) förderbar ist und
die zweite Pumpeinrichtung (68) in dem Motorraum (12a) angeordnet ist.
Selbstreinigende Pumpe (10) nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Abgabestelle (80) zur Abgabe der Teilmenge des Fördermediums zur Spülung des Innenraums (12) an oder in dem Motorraum (12a) angeordnet ist bzw. in diesen mündet, insbesondere wobei die Abgabestelle (80) auf einer der ersten Pumpeinrichtung (54) abgewandten Seite des Rotors (32) angeordnet ist.
Selbstreinigende Pumpe (10) nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zweite Pumpeinrichtung (68) antriebswirksam mit dem Antriebsmotor (28) gekoppelt ist.
Selbstreinigende Pumpe (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Spülstromerzeugerelement (70) der zweiten Pumpeinrichtung (68) mit dem Rotor (32) drehfest gekoppelt ist, insbesondere verschweißt ist, insbesondere wobei das Spülstromerzeugerelement (70) an einer von dem Förderkanal (16) abgewandten Seite des Rotors (32) angeordnet ist.
Selbstreinigende Pumpe (10) nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Förderelement (38), der Rotor (32) und das Spülstromerzeugerelement (70) koaxial zueinander angeordnet sind, insbesondere mit einer gemeinsamen Welle (64) gekoppelt sind.
Selbstreinigende Pumpe (10) nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Förderelement (38), der Rotor (32) und/oder das Spülstromerzeugerelement (70) drehfest mit einer Hohlwelle (64) gekoppelt sind, die eingangsseitig mit der Entnahmestelle (58) in Fluidverbindung und ausgangsseitig mit dem zu reinigenden Innenraum (12a) in Fluidverbindung steht.
Selbstreinigende Pumpe (10) nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet , dass
die Pumpeinrichtung (54) eine Zahnradpumpe mit einem ersten und einem zweiten Zahnrad (38, 40) ist, wobei das erste Zahnrad (38) dem ersten Förderelement entspricht und das zweite Zahnrad (40) auf einer zweiten Hohlwelle (66) angeordnet ist, die eingangsseitig mit der Entnahmestelle (58) in Fluidverbindung und ausgangsseitig mit dem Innenraum (12b) in Fluidverbindung steht,
insbesondere wobei eine dritte Pumpeinrichtung (88) vorgesehen ist, die dem zweiten Zahnrad (40) zugeordnet ist und die antriebswirksam, insbesondere über das erste Zahnrad (38), mit dem Rotor (32) gekoppelt ist,
insbesondere wobei die dritte Pumpeinrichtung ein zweites Spülstromerzeugerelement (88) aufweist, das mit der zweiten Hohlwelle (66) drehfest gekoppelt ist, insbesondere das einstückig mit dem zweiten Zahnrad (40) ausgebildet oder mit diesem fest verbunden ist,
insbesondere wobei ein in die zweite Hohlwelle (66) ragender Zapfen (92) vorgesehen ist, um das Fördermedium abzulenken.
Verfahren zum Betreiben einer selbstreinigenden Pumpe (10) zur Förderung eines Fördermediums für hygienesensitive Anwendungen, wobei die Pumpe (10) zumindest eine erste und eine zweite Pumpeinrichtung (54, 68) umfasst,
gekennzeichnet durch:
ein gleichzeitiges Betreiben der ersten Pumpeinrichtung (54) zur Förderung einer ersten Teilmenge eines Fördermediums durch einen Förderkanal (16) und der zweiten Pumpeinrichtung (68) zur Förderung einer zweiten Teilmenge eines Fördermediums durch einen Innenraum (12) der Pumpe (10),

wobei die Förderung der zweiten Teilmenge des Fördermediums umfasst:
Entnahme der zweiten Teilmenge des Fördermediums an einer Saugseite (14) des Förderkanals (16),

Spülen des Innenraums (12) der Pumpe (10) mit der entnommenen zweiten Teilmenge des Fördermediums, um den Innenraum (12) zu reinigen, und

Zurückführen der zweiten Teilmenge des Fördermediums in den Förderkanal (16).
Verfahren zum Betreiben einer selbstreinigenden Pumpe (10) nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet , dass
das Zurückführen der zweiten Teilmenge des Fördermediums in den Förderkanal (16) an der Saugseite (14) erfolgt.
Verfahren zum Betreiben einer selbstreinigenden Pumpe (10) nach Anspruch 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Entnahme der zweiten Teilmenge des Fördermediums durch ein Ansaugen mittels eines Spülstromerzeugerelements (70, 88) bewirkt wird, welches - direkt oder indirekt - durch einen Antriebsmotor (28) der Pumpe (10) angetrieben , insbesondere zu einer Drehbewegung angetrieben, wird.
Verfahren zum Betreiben einer selbstreinigenden Pumpe (10) nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zweite Teilmenge des Fördermediums durch eine Hohlwelle (64, 66) hindurch angesaugt wird, wobei die Hohlwelle (64, 66) gleichzeitig um ihre Achse rotiert wird, um das Spülstromerzeugerelement (70, 88) und ein zur Förderung der zweiten Teilmenge verwendetes Förderelement (38, 40) anzutreiben.
Verfahren zum Betreiben einer selbstreinigenden Pumpe (10) nach zumindest einem der Ansprüche 11 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Innenraum (12) bei Betrieb der Pumpe (10) kontinuierlich und/oder automatisch gespült wird.