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Anwendungsgebiet und Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Pumpe zum Fördern von Fluid, insbesondere als Impellerpumpe bzw. Radialpumpe, wie sie beispielsweise in einem wasserführenden Gerät bzw. Haushaltsgerät wie einer Geschirrspülmaschine oder einer Waschmaschine verwendet werden kann.
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Aus der
EP 2150165 B ist grundsätzlich eine entsprechende Pumpe bekannt. Sie weist ein Pumpengehäuse mit einer Pumpenkammer sowie Einlass und Auslass auf, die an einem Deckel des Pumpengehäuses angeordnet sind. Knapp über einem Boden der Pumpenkammer ist ein Impeller angeordnet, der auf einer Rotorwelle des Antriebsmotors sitzt, der unter dem Boden angeordnet ist. Eine Außenwand der Pumpenkammer ist beheizt und das daran entlang strömende Fluid wird erwärmt.
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Aufgabe und Lösung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Pumpe zu schaffen, mit der Probleme des Standes der Technik gelöst werden können und es insbesondere möglich ist, eine Pumpe einfach und gebrauchstauglich aufzubauen sowie platzsparend in einem Gerät bzw. Haushaltsgerät anzuordnen.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Pumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im Folgenden näher erläutert. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
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Es ist vorgesehen, dass die Pumpe ein Pumpengehäuse, eine Pumpenkammer in dem Pumpengehäuse sowie einen Einlass und einen Auslass an der Pumpenkammer aufweist. Des Weiteren ist ein Laufrad bzw. ein Impeller in der Pumpenkammer vorgesehen, der grundsätzlich auf bekannte Art und Weise ausgebildet sein kann. Der Impeller ist auf einer Antriebswelle bzw. Rotorwelle angeordnet und so mit einem Antriebsmotor der Pumpe verbunden, insbesondere mit dessen Rotor. Die Pumpenkammer weist einen Pumpenkammerdeckel und einen Pumpenkammerboden auf, wobei diese beiden Begriffe weit zu verstehen sind und im Wesentlichen einen Abschluss oder eine Abgrenzung der Pumpenkammer in axialer Richtung bewirken bzw. darstellen. Sie müssen aber nicht den ganzen jeweiligen Abschluss bilden. Im Pumpenkammerdeckel ist der Einlass angeordnet, vorzugsweise mittig bzw. axial und zentrisch zu einer Längsmittelachse der Pumpe. Vorteilhaft kann unter dem Pumpenkammerboden bzw. zumindest unter einem zentralen Bereich eines Pumpenkammerbodens der Antriebsmotor angeordnet sein, also in axialer Richtung zum Pumpenkammerboden benachbart und weg von dem Pumpenkammerdeckel bzw. weg von dem Einlass.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Auslass aus der Pumpenkammer in axialer Richtung der Pumpe unterhalb des Laufrads bzw. Impellers angeordnet ist, vorzugsweise also am in axialer Richtung vom Einlass entfernten Endbereich der Pumpenkammer nahe dem Auslass.
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Beim eingangs genannten Stand der Technik in Form der
EP 2150165 B1 sind Einlass und Auslass gemeinsam im Pumpenkammerdeckel angeordnet. Der Impeller verläuft dabei über dem Pumpenkammerboden. Somit befinden sich beim Stand der Technik Einlass und Auslass in etwa auf gleicher axialer Höhe befinden, und zwar weg vom Impeller, oder aber der Auslass kann in axialer Richtung noch über den Einlass hinaus vom Impeller entfernt sein.
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Mit der Erfindung wird nun sozusagen der Auslass in axialer Richtung verschoben, vorteilhaft die Pumpenkammer sozusagen mit ihm. Dabei wird der Auslass in axialer Richtung weg vom Pumpenkammerdeckel bzw. weg vom Einlass verschoben, besonders vorteilhaft auch weg vom Impeller, allerdings eben in die entgegengesetzte axiale Richtung vom Einlass. Somit kann sich bevorzugt auch die Pumpenkammer in axialer Richtung der Pumpe vom Impeller ausgehend ringförmig erstrecken, und zwar in einer Richtung weg vom Einlass und dabei vorteilhaft in einer Richtung, in der das zu fördernde Fluid in dem Einlass in die Pumpenkammer einströmt.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist eine Heizeinrichtung für das von der Pumpe geförderte Fluid vorgesehen. Diese Heizeinrichtung kann in die Pumpenkammer integriert sein, sodass sie direkt von dem geförderten bzw. in der Pumpenkammer befindlichen Fluid angeströmt wird. Eine Heizeinrichtung kann vorteilhaft kreisringförmig umlaufend ausgebildet sein. Dabei kann sie eine Pumpenkammer-Außenwand bilden, da hier bei einer genannten Radialpumpe durch die Umlaufbewegung des geförderten Fluids ein besonders gutes Anströmen mit besonders gutem Wärmeübergang gewährleistet ist.
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Der Impeller kann vorteilhaft knapp unterhalb des Pumpenkammerdeckels angeordnet sein. Somit kann er auch knapp unterhalb vom Einlass angeordnet sein.
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Vorteilhaft überragt kein Bereich der Pumpenkammer den Impeller in axialer Richtung hin zum Einlass. Somit überdeckt der Pumpenkammerdeckel tatsächlich im Wesentlichen die Stirnseite der Pumpenkammer und auch die gesamte Stirnseite der Pumpenkammer in axialer Richtung hin zum Einlass. Dies ist beim eingangs genannten Stand der Technik ja für den Pumpenkammerboden der Fall.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann sich die Pumpenkammer von dem Pumpenkammerdeckel aus in axialer Richtung aus weg von dem Einlass erstrecken, vorteilhaft im Wesentlichen kreisringförmig umlaufend. In der axialen Richtung gesehen kann eine Pumpenkammerlänge das 0,5-fache bis 1,5-fache oder sogar 2,5-fache des größten Durchmessers der Pumpenkammer betragen. Bevorzugt ist die maximale axiale Erstreckung der Pumpenkammerlänge in etwa so groß wie der größte Durchmesser. Gemäß einer weiteren Möglichkeit kann die Pumpenkammerlänge entlang der axialen Richtung das 2-fache bis 5-fache der axialen Länge des Impellers betragen. Auch dies bedeutet, dass die Pumpenkammer eine gewisse axiale Länge aufweist. Diese wird auch benötigt, damit die vorgenannte Heizeinrichtung eine gewisse axiale Länge aufweisen kann und das geförderte Fluid einen gewissen Weg daran entlang zurücklegen kann zum Erwärmen.
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In Ausgestaltung der Erfindung kann der Impeller über einer Stirn-Endfläche eines in die Pumpenkammer ragenden Vorsprungs oder Zylinderabsatzes bzw. Absatzes angeordnet sein. Dieser Absatz ragt von einem vom Pumpenkammerdeckel entfernt liegenden Ende der Pumpe in axialer Richtung in die Pumpenkammer hinein und bildet eine Innenwandung der Pumpenkammer, insbesondere in einem Abschnitt in axialer Richtung auf den Impeller folgend. Dieser Absatz kann einteilig mit zumindest einem Teil der Pumpenkammeraußenwandung verbunden sein, insbesondere kann er eine Pumpenkammerinnenwandung bilden und dann in einem Umkehrbereich sozusagen wenden und umlaufend, insbesondere nahe am Auslass, einen Teil der Pumpenkammeraußenwandung bilden. Der Absatz kann einen Durchmesser ähnlich dem Durchmesser des Impellers aufweisen, vorteilhaft zwischen dem 0,5-fachen bis 1,5-fachen des Durchmessers des Impellers oder seiner unteren Deckscheibe.
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Die vorgenannte Rotorwelle, auf der der Impeller sitzt und die mit dem Antriebsmotor der Pumpe verbunden ist oder einen Teil davon bildet, kann durch den vorgenannten Absatz geführt sein. Der Absatz kann zumindest einen Teil des Antriebsmotors der Pumpe enthalten. So kann beispielsweise ein auf der Rotorwelle sitzender Rotor des Antriebsmotors darin verlaufen. Unter Umständen kann auch ein größerer funktionaler Teil des Antriebsmotors in dem Absatz verlaufen, bevorzugt auch radial innerhalb des Auslasses bzw. radial innerhalb eines Auslassstutzens. Alternativ und bevorzugt kann der Antriebsmotor mit seinen funktionalen Teilen in axialer Richtung hinter dem Auslass bzw. Auslassstutzen der Pumpenkammer angeordnet sein.
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Das Pumpengehäuse kann in Ausgestaltung der Erfindung dreiteilig ausgebildet sein. Dazu kann es durch den Pumpenkammerdeckel, eine radial äußere Pumpenkammerwandung, die vorteilhaft von einer vorgenannten Heizeinrichtung gebildet wird, und den vorgenannten Zylinderabsatz gebildet sein. Der Zylinderabsatz kann dabei bevorzugt unterhalb des Auslasses und radial nach außen hochgezogen sein und umgebogen in Richtung auf den Einlass zu bis an die radial äußere Pumpenkammerwandung reichen. Diese recht komplizierte Form ist mit einem Kunststoff-Spritzgussteil gut zu realisieren.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann eine Förderrichtung des in der Pumpe geförderten Fluids innerhalb des Pumpengehäuses bzw. innerhalb der Pumpe so verlaufen, dass sie monoton in eine Richtung geht bzw. zumindest eine monoton in eine Richtung gehende Axialkomponente aufweist. Somit verläuft das Fluid niemals entgegengesetzt zur Einströmrichtung durch den Einlass in die Pumpenkammer. Diese Förderrichtung in der Pumpe kann sogar stets eine axiale Komponente entlang der axialen Richtung bzw. parallel zur Einströmrichtung aufweisen, also streng monoton verlaufen. Dies sollte dann gelten bis das geförderte Fluid am Auslass die Pumpenkammer verlässt. Dabei kann das geförderte Fluid im Impeller auch eine axiale Bewegungskomponente haben, die stets größer ist als Null. Der Impeller ist dann ein sogenannter Halbaxialimpeller bzw. die Pumpe ist eine Halbaxialpumpe.
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Alternativ und vorteilhaft kann der Impeller als reiner Radialimpeller und somit die Pumpe als reine Radialpumpe ausgebildet sein. Ein reiner Radialimpeller ist effizienter. Die axiale Strömung bzw. axiale Komponente kann bei rein radialer Ausführung durch die Form des Pumpenkammerdeckels und die Verdrängung des Wassers beim kontinuierlichen Förderprozess erreicht werden. Damit lässt sich dann eine möglichst gute Förderwirkung für das Fluid in der Pumpe erreichen.
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Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombination bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte sowie Zwischen-Überschriften beschränken die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
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1 Eine Schrägansicht einer erfindungsgemäßen Pumpe,
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2 eine schräge Schnittdarstellung der Pumpe aus 1,
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3 die geschnittene Ansicht aus 2 in Draufsicht und
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4 eine Abwandlung der Pumpe in einer Darstellung ähnlich 3 mit in Richtung des Einlasses gezogenem Antriebsmotor.
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Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In der 1 ist in Schrägansicht eine erfindungsgemäße Pumpe 11 dargestellt mit einem Pumpengehäuse 12, welches eine aus den Schnittdarstellungen der 2 und 3 besser zu ersehende Pumpenkammer 13 aufweist. Die Pumpe 11 weist in einem Pumpenkammerdeckel 15 einen Einlassstutzen 16 und darunter einen Impeller 25 auf. Des Weiteren ist in der allgemeinen Förderrichtung F des geförderten Fluids ein Auslass 22 aus der Pumpenkammer 13 mit einem Auslassstutzen 23 vorgesehen. Dieser Auslass 22 bzw. Auslassstutzen 23 ist in axialer Richtung deutlich weit weg von dem Pumpenkammerdeckel 15 und dem Einlassstutzen 16 angeordnet. Insbesondere ist er, wenn man die axiale Erstreckung entlang der in 3 strichpunktiert dargestellten Längsmittelachse der Pumpe 11 betrachtet, am anderen axialen Ende der Pumpenkammer 13 vorgesehen als der Einlassstutzen 16 sowie der Impeller 25.
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Aus der
1 ist auch noch die Außenseite einer Heizeinrichtung
18 mit streifenförmigen Heizleiterbahnen
18‘ dargestellt, wie es aus der eingangs genannten
EP 2150165 B1 bekannt ist. Sie kann sozusagen nach außen frei liegen, alternativ kann sie auch thermisch gedämmt sein als Sicherheitsmaßnahme sowie zur Reduzierung von Abwärme der Pumpe
11 nach außen und zur Erhöhung der Wärmeeffizienz der Pumpe. Oben am Pumpengehäuse
12 ist in der Nähe des Auslassstutzens
23 ein Anschlussstecker
19 für die Pumpe
11 vorgesehen.
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Nach innen wird die Pumpenkammer
13 von einer umlaufenden Innenwandung
20 begrenzt. Diese Innenwandung
20 ist nicht-konzentrisch ausgebildet und bewirkt eine in Umlaufrichtung der Pumpenkammer
13 variierende Breite bzw. variierende Querschnittsfläche. Dies ist beispielsweise aus der deutschen Patentanmeldung
DE 10 2012 210 554.9 mit Anmeldetag vom 22. Juli 2012 derselben Anmelderin bekannt.
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Der Impeller 25 ist über einem Deckel 27 angeordnet, der bezüglich der Pumpenkammer 13 eine Art Pumpenkammerboden oder zumindest deren mittleren Bereich bildet. Gleichzeitig verschließt er die rechts davon innerhalb der Pumpenkammer 13 ausgebildete Zusatzkammer 29 als vorgenannter Zylinderabsatz, welche ein zusätzliches Fluidvolumen 30 enthält. Nach rechts zu ist die Zusatzkammer 29 geschlossen und somit dicht ausgebildet, wobei sie eine Lagerung 32b für eine Rotorwelle 35 bildet. Dazu ist die Lagerung 32b bzw. der rechts angeordnete Boden der Zusatzkammer 29 als eine Art Lagerschild mit Vertiefung und rechter Lagerbuchse 33b darin ausgebildet.
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Links ist in dem Deckel 27 eine linke Lagerung 32a ausgebildet, bei der eine Lagerbuchse 33a in dem Deckel 27 bzw. als Lagerung 32a gehalten ist. Die Lagerbuchse 33a bildet ein Radiallager für die Rotorwelle 35. Gleichzeitig ist an der Rotorwelle 35 noch ein Axiallagerring 37 angeordnet bzw. aufgepresst. Er liegt mit seiner linken Stirnseite an der Lagerbuchse 33a an und bildet auch ein Axiallager der Rotorwelle 35 nach links bzw. in Richtung zum Einlassstutzen 16.
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Auf der Rotorwelle 35 ist ein Haltekörper 39 befestigt, der nach rechts in einen Rotor 40 eines Antriebsmotors 43 für die Pumpe 11 übergeht. Außerhalb der Zusatzkammer 29 ist um den Rotor 40 herum ein Stator 42 des Antriebsmotors 43 vorgesehen. Auf dem Haltekörper 39 und somit auf der Rotorwelle 35 ist ein Flügelrad 46 mit Flügeln angeordnet, wie es für Schrauben oder Propeller an sich bekannt ist.
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In der Zusatzkammer 29 bzw. als zusätzliches Fluidvolumen 30 ist dasselbe Fluid vorgesehen, das von der Pumpe 11 gefördert wird. Dazu weist der Deckel 27 mehrere Durchlässe 28 auf. Diese bewirken, dass die Zusatzkammer 29 mit dem Fluid gefüllt wird. Das Flügelrad 46 sollte insgesamt so ausgebildet sein, dass es, wie eingangs beschrieben, bei Nennbetrieb der Pumpe 11 innerhalb des Fluidvolumens 30 eine derartige Kraft entlang der strichpunktiert dargestellten Längsmittelachse der Pumpe 11 bzw. entlang der Rotorwelle 35 nach rechts erzeugt, die die entsprechende Kraft des Impellers 25 ausgleicht, die genau entgegengesetzt nach links gerichtet ist. Die verbleibende Axialkraft nach links kann durch das Axiallager mit Lagerbuchse 33a und Axiallagerring 37 aufgefangen werden.
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Aus der 3 ist auch noch gut zu ersehen, wie das Fluid entlang eines Fluidwegs F zuerst durch den Einlassstutzen 16 in die Pumpe 11 hinein gelangt, und zwar zuerst in den Impeller 25 hinein. Von diesem wird sie dann mit einer überwiegenden radialen Komponente ausgebracht, wobei aufgrund der Formgebung des Impellers 25 zu ersehen ist, dass eine, wenngleich geringe, aber nicht zu vernachlässigende axiale Komponente weiterhin gegeben ist und zwar eben in der bisherigen axialen Richtung. Es ist also ein sogenannter Halbaxialimpeller bzw. die Pumpe 11 ist eine Halbaxialpumpe. Das Beibehalten der axialen Bewegungskomponente des geförderten Fluids nach dem Ausbringen aus dem Impeller 25 kann durch die Form des Pumpenkammerdeckels 15 auf der Innenseite zusätzlich zur Formgebung des Impellers 25 unterstützt werden. Alternativ und vorteilhaft kann der Impeller als reiner Radialimpeller und somit die Pumpe als reine Radialpumpe ausgebildet sein. Ein reiner Radialimpeller ist voraussichtlich effizienter. Die axiale Strömung bzw. axiale Komponente kann bei rein radialer Ausführung durch die Form des Pumpenkammerdeckels und die Verdrängung des Wassers beim kontinuierlichen Förderprozess erreicht werden.
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In der ringförmigen Pumpenkammer 13 läuft das geförderte Fluid mehrfach um, beispielsweise drei Mal bis acht Mal, bewegt sich dabei aber stetig entlang der axialen Richtung nach rechts, weist also weiterhin eine axiale Bewegungskomponente auf. Schließlich tritt das umlaufende und in axialer Richtung geförderte Fluid entlang des Fluidwegs F in den Auslass 22 ein und wird aus dem Auslassstutzen 23 aus der Pumpenkammer 13 bzw. der Pumpe 11 herausgebracht. In diesem Bereich weist das geförderte Fluid im dargestellten Ausführungsbeispiel keine axiale Bewegungskomponente mehr auf. Dies muss jedoch nicht so sein, da aufgrund der zu erkennenden schrägen Steigung am Auslass 22 eine solche bis kurz vor den Auslassstutzen 23 noch gegeben ist. Somit könnte der Auslassstutzen 23 auch diese schräge Richtung beibehalten.
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Aus der 3 ist auch zu ersehen, dass gemäß einer weiteren allgemein gültigen Definition der Erfindung der Auslass 22 bzw. der Auslassstutzen 23 zwischen dem Impeller 25 und zumindest einem Stator 42 des Antriebsmotors 43 der Pumpe 11 angeordnet ist. Da der funktionale Teil des Rotors 40 des Antriebsmotors 43 ungefähr die axiale Erstreckung des Stators 42 aufweist ist der Auslass 22 bzw. der Auslassstutzen 23 in axialer Richtung zwischen Impeller 25 einerseits und dem funktionalen Teil des Antriebsmotors 43 andererseits angeordnet.
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Ein alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der 4 dargestellt. Hier weist eine Pumpe 111 mit einem Pumpengehäuse 112 einen bezüglich der reinen Pumpenfunktion ähnlichen Aufbau auf mit einer Pumpenkammer 113, die nach links von einem Pumpenkammerdeckel 115 verschlossen wird. In dem Pumpenkammerdeckel 115 ist ein Einlassstutzen 116 angeordnet bzw. angeformt. In Umfangsrichtung wird die Pumpenkammer 113 von einer ringförmigen Heizeinrichtung 118 entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel begrenzt bzw. gebildet. Eine Innenwandung 120 begrenzt die Pumpenkammer 113 radial nach innen.
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Der Einlassstutzen 116 führt genau auf einen Impeller 125 zu, der auf einer Rotorwelle 135 eines Antriebsmotors 143 gelagert ist. Die Rotorwelle 135 sowie der Antriebsmotor 143 sind auf der gestrichelt dargestellten Längsmittelachse der Pumpe 111 angeordnet. Hier ist der Antriebsmotor 143 rein schematisch dargestellt und ragt weiter in die Pumpe hinein bzw. erstreckt sich bis kurz vor eine Unterseite des Impellers 125.
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Des Weiteren ist zu erkennen, wie die Pumpenkammer 113 in axialer Richtung nach rechts in einen Auslass 122 mit einem Auslassstutzen 123 übergeht. Dies entspricht dem ersten Ausführungsbeispiel. Somit ist hier auch zu sehen, dass durch die Anordnung des Antriebsmotors 143 bis kurz unterhalb den Impeller 125 der Auslass 122 bzw. der Auslassstutzen 123 nicht mehr zwischen Impeller und Antriebsmotor angeordnet ist sondern sich hier vielmehr auf axialer Höhe des Antriebsmotors 143 befindet, und zwar in etwa mittig zu diesem. Auch so wird eine gute Bauweise sowie vor allem eine kompakte Bauform erreicht.
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Des Weiteren könnte der Antriebsmotor 143 sogar noch erheblich kürzer sein in axialer Richtung, sodass er beispielsweise kaum aus der Pumpenkammer 113 bzw. aus dem Pumpengehäuse 112 heraussteht. Dann wäre es gemäß einem weiteren allgemein gültigen Gedanken der vorliegenden Erfindung möglich, dass sich ein Antriebsmotor der Pumpe in axialer Richtung gesehen näher am Impeller befindet, insbesondere mit einem wesentlichen Teil seiner axialen Längserstreckung, als ein Auslass bzw. Auslassstutzen des Pumpengehäuses.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2150165 B [0002]
- EP 2150165 B1 [0007, 0025]
- DE 102012210554 [0026]
