DE4432224A1 - Vorrichtung zum Verbessern des Ansaugverhaltens von Strömungsförderpumpen - Google Patents
Vorrichtung zum Verbessern des Ansaugverhaltens von StrömungsförderpumpenInfo
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Description
Tauchmotorpumpen, wie sie in großer Zahl zum Bewässern des
Gartens aus Regenauffangbehältern oder zum Leerpumpen von
Gartenteichen und überfluteten Kellern eingesetzt werden,
bestehen in den meisten Fällen aus einem wasserdicht
gekapselten Antriebsmotor mit vertikal nach unten weisender
Antriebswelle, an der ein offenes Pumpenlaufrad befestigt
ist. Das Pumpengehäuse ist als Ringraumgehäuse mit einem
tangentialen Druckstutzen und einer axialen Ansaugöffnung
versehen. Die Seite des Motorgehäuses mit der Antriebswelle
ragt in das Pumpengehäuse hinein, so daß es bei fördernder
Pumpe vom Wasser im Pumpengehäuse umspült wird. Auf diese
Art und Weise wird eine einfache und zuverlässige
Motorkühlung erreicht. Diese Art der Motorkühlung erfordert
allerdings relativ große Freiräume um das in das
Pumpengehäuse eintauchende Motorgehäuse. Damit auch die
Motorwelle im Bereich der Abdichtung zum Motorinnenraum und
die Dichtung der Wellendurchführung gekühlt werden, sowie
aus anderen konstruktiven Gründen ist der axiale Freiraum
zwischen der Laufradrückseite und dem Motorgehäuse relativ
groß ausgeführt. Der axiale Spalt zwischen dem
üblicherweise in offener Bauform ausgeführten Laufrad und
dem Gehäuseelement, das den Druckraum der Pumpe axial nach
unten begrenzt, ist in einigen Fällen sehr groß ausgeführt,
damit die Pumpe nicht durch Schmutzablagerungen oder
gröbere Schmutzteilchen blockiert wird.
Pumpen dieser Bauart werden in der Regel im Stillstand in
das Wasser gesetzt. Durch das durch die unten liegende
Ansaugöffnung in den Druckraum der Pumpe eindringende
Wasser wird der größte Teil der darin befindlichen Luft
durch die leere Druckleitung ins Freie gedrückt. Einige
Pumpen müssen sogar schräg ins Wasser getaucht werden,
damit eine ausreichende Entlüftung stattfindet. Dieses ist
aber bei tiefen Behältern oder Brunnen mit erheblichem
Aufwand verbunden, wenn nicht unmöglich. Erst nach dem
weitgehenden Entlüften wird die Pumpe durch einen
Schwimmerschalter oder durch Anschließen an das elektrische
Netz in Betrieb gesetzt. Geringe Luftreste in der Pumpe
werden mit dem Wasser verwirbelt und zusammen mit diesem
durch den Druckstutzen in die Druckleitung befördert.
Probleme bei diesen Pumpen entstehen immer dann, wenn sich
bei laufender Pumpe größere Luftmengen in der Pumpe
befinden. Dieses ist z. B. der Fall, wenn die laufende leere
Pumpe ins Wasser gesetzt wird, wenn der Wasserstand nicht
ausreicht, die Pumpe weitgehend zu entlüften, und wenn die
Pumpe während des Betriebes Luft in größeren Mengen
ansaugt. Die Förderleistung der Pumpe ist in diesem Zustand
so gering, daß schon ein geringer Gegendruck am
Druckstutzen, wie er z. B. durch die Flüssigkeitssäule in
der Druckleitung oder durch in die Druckleitung eingebaute
Rückschlagventile entsteht, nicht mehr überwunden werden
kann. Besonders Druckleitungen mit einem eingebautem
Rückschlagventil, das ein Leerlaufen der Druckleitung bei
Unterbrechungen des Pumpbetriebes verhindern soll, müssen
deshalb immer dann vollständig entleert werden, wenn Luft
in die Pumpe gelangt ist. Dieses kann z. B. der Fall sein,
wenn eine daran angeschlossene Pumpe zu Reinigungszwecken
aus dem Wasser genommen wird.
Von Nachteil ist ferner, daß Pumpen dieser Bauart bei
geringen Wasserständen, die ein weitgehendes Entlüften des
Pumpenraumes beim Eintauchen der Pumpe ausschließen, in der
Regel selbst dann nicht zu fördern beginnen, wenn das
Laufrad ins Wasser taucht. Sogenannte flachsaugende Pumpen
haben dieses Problem nicht. Allerdings weisen diese Pumpen
nur sehr geringe axiale Freiräume zwischen dem Laufrad und
dem Pumpengehäuse auf, so daß eine Kühlung des
Antriebsmotors nur durch Kühlkanäle möglich ist, durch die
das geförderte Wasser geführt wird. Diese Kühlkanäle
bedingen nicht nur höhere Herstellungskosten sondern es
besteht auch noch die Gefahr, daß sich die Kühlkanäle durch
Schmutzablagerungen oder größere Fremdkörper zusetzen. Ein
weitere Nachteil ist darin zu sehen, daß schon geringe
Schmutzablagerungen oder gröbere Schmutzteilchen das
Laufrad blockieren können. Nicht selten ist eine Zerstörung
des Elektromotors durch Überhitzung die Folge. Dadurch ist
bei diesen Pumpen eine ständige Überwachung oder aber ein
zusätzlich eingebauter Überhitzungsschutz für die
Motorwicklung notwendig. Auf jeden Fall hat eine solche
Pumpe bei Förderung von stark verschmutztem Wasser einen
ständigen Wartungsbedarf (Reinigung). Wenn also öfters
größere Mengen Schmutzwasser abzupumpen sind, ist eine
wirtschaftlicher Betrieb nur gegeben, wenn die Wassermenge
mit einer betriebssicheren Pumpe so weit reduziert wurde,
daß der Einsatz einer flachsaugenden Pumpe sinnvoll ist.
Bekannt sind Entlüftungseinrichtungen, bei denen der
Pumpenraum der Kreiselpumpe durch eine zusätzliche
Entlüftungspumpe entlüftet wird. Eine solche Einrichtung
würde allerdings die billigen Tauchmotorpumpen für den
Heim- und Gartenbereich erheblich verteuern.
Ein weiterer Nachteil der (nicht flachsaugenden) Ringraum-
Pumpen ergibt sich, wenn der axiale Spalt zwischen den
Schaufeln des Laufrades und dem Pumpenboden relativ groß
ausgeführt ist, weil dann das Wasser aus der Druckleitung
auch bei laufender Pumpe wieder in den leerzusaugenden
Behälter zurückfließen kann, wenn an der Ansaugöffnung kein
Wasser zur Verfügung steht.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe
zugrunde, eine einfache und preisgünstige Vorrichtung zu
schaffen, die das Ansaugverhalten von Ringraum-Tauchpumpen
wesentlich verbessert und ein selbsttätiges Ansaugen selbst
bei niedrigsten Wasserständen ermöglicht. Bei Pumpen mit
großem axialen Spalt zwischen den Laufradschaufeln und dem
Pumpengehäuse soll ferner verhindert werden, daß
nennenswerte Mengen Wasser aus der Ansaugöffnung der
laufenden Pumpe austreten, wenn kein Wasser aus dem
leerzusaugenden Behälter nachströmen kann.
Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale der
Ansprüche 1 und 5 gelöst.
Ein wesentlicher technischer wie auch wirtschaftlicher
Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die auch bei
Schmutzwasserförderung betriebssicheren Ringraum-
Tauchpumpen selbst bei geringsten Wasserständen selbsttätig
ansaugen, wenn sie mit der Vorrichtung ausgerüstet sind.
Hierdurch kann dieser wartungsarme Pumpentyp universell
einsetzt werden, und es ist nicht mehr erforderlich, für
Flachsaug-Arbeiten eine weitere Pumpe bereitzuhalten.
Besonders bei tiefen Behältern oder Brunnen macht sich die
Möglichkeit vorteilhaft bemerkbar, eine derartige Pumpe im
laufenden Zustand ins Wasser zu senken, ohne daß
Förderprobleme auftreten. Auch bei gefüllten Druckleitungen
entstehen keine Probleme bei der Wiederinbetriebnahme der
Pumpe, wenn diese zum Reinigen aus dem Wasser genommen wird
und dabei das Wasser aus dem Pumpenraum ausläuft. Selbst
wenn eine mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ausgerüstete Pumpe während des Förderns aus dem Wasser
genommen wird oder größere Mengen Luft ansaugt, wird die
Förderung unverzüglich wiederaufgenommen, sobald wieder
Wasser an der Saugöffnung zur Verfügung steht. Bei Pumpen
mit großem axialen Spalt zwischen den Laufradschaufeln und
dem Pumpengehäuse wird ein Leerlaufen des Pumpenraumes bei
Abreißen der saugseitigen Wassersäule wirkungsvoll
verhindert.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die
erfindungsgemäße Vorrichtung nahezu ohne Mehrkosten in die
üblicherweise im Kunststoff-Spritzgußverfahren
hergestellten Pumpengehäuse integriert werden kann. Selbst
bei vorhandenen Pumpen ist ein Nachrüsten mit geringstem
Aufwand zu einem Bruchteil der Pumpen-Anschaffungskosten
möglich.
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung
wird anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 Einen Meridianschnitt durch eine mit der
erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgerüstete Ringraum-
Tauchmotorpumpe; Entlüftungsvorrichtung als
eigenständiges Bauteil; Zusatzlaufrad,
Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie A-A gemäß Fig. 1,
Fig. 3 mögliche Ausführung einer mit der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ausgerüsteten Ringraum-Tauchmotorpumpe;
Verlängerung der Schaufeln des Haupt-Pumpenlaufrades
im Bereich der Ansaugbohrung; in das Pumpengehäuse
integrierte Entlüftungsvorrichtung,
Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie B-B gemäß Fig. 3.
Die in Fig. 1 dargestellte Ausführung einer Ringraum-
Tauchmotorpumpe besteht im wesentlichen aus einem an der
Welle (13) eines Antriebsmotors (21) befestigten radialen
Laufrad (10) in offener Bauform, einem Pumpengehäuse
(4, 6, 18), das im Meridianschnitt symmetrische Querschnitte
aufweist, sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum
Verbessern des Ansaugverhaltens (1, 14).
Der Druckraum (5) der Pumpe wird radial durch einen
Zylindermantel (4) mit einem tangential abgehenden
Druckstutzen (20), axial oben durch eine zylindrische
Scheibe (6) mit dem in den Pumpenraum ragenden Motorgehäuse
(7) sowie axial unten durch eine Pumpenboden (18) mit der
Ansaugöffnung (16) begrenzt.
An der Motorwelle (13), die mittels eines abgedichteten
Wellendurchtrittes (19) aus dem Motorgehäuse (7)
herausgeführt wird, ist ein Laufrad (10) befestigt, das im
wesentlichen aus einer zylindrischen Scheibe mit Schaufeln
(8) besteht. Der Freiraum zwischen der Laufradrückseite (9)
und dem Motorgehäuse (7) ist in axialer Richtung so groß
ausgeführt, daß eine einwandfrei Kühlung der Motorwelle
(13) und der Wellendurchführung (19) gewährleistet ist und
selbst bei größeren Schmutzablagerungen in diesem Bereich
keine Gefahr besteht, daß das Laufrad blockiert wird. Der
Spalt zwischen den Schaufeln (8) und dem Pumpenboden (18)
ist in dem Ausführungsbeispiel gemäß (Fig. 1, 3) relativ groß
ausgeführt, so daß auch hier keine Gefahr einer Blockierung
des Laufrades besteht. In einem solchen Fall ist
zweckmäßigerweise auf der Motorwelle (13) im Bereich axial
vor dem Haupt-Pumpenlaufrad (10) ein zusätzliches Laufrad
(14) mit radialen Schaufeln (15) angebracht, dessen
Außendurchmesser zweckmäßigerweise in etwa dem Durchmesser
der Ansaugöffnung (16) entspricht und dessen axiale
Erstreckung so bemessen ist, daß die axialen Schaufelenden
ungefähr bündig mit der inneren Axialfläche des
Pumpenbodens (17) abschließen. In der in den Fig. 1 und 2
dargestellten Ausführung übernimmt das Zusatzlaufrad (14)
gleichzeitig die Funktion der axialen Festlegung des Haupt-
Pumpenlaufrades (10). Dazu weist das Zusatzlaufrad ein zum
Außengewinde der Motorwelle (13) passendes Innengewinde
(27) auf. Neben dem Vorteil einer einfachen Nachrüstbarkeit
bei bestehenden Pumpen ergibt sich so auch noch der
Vorteil, daß bei Beschädigung des Zusatzlaufrades nicht das
ganze Haupt-Pumpenlaufrades ausgetauscht werden muß. Es ist
selbstverständlich auch denkbar, an Stelle des zusätzlichen
Laufrades die Schaufeln (8) des Haupt-Pumpenlaufrades
(10, 25) im Bereich der Ansaugöffnung (16) axial so weit zu
verlängern (26), daß die axialen Schaufelenden ungefähr
bündig mit der inneren Axialfläche (17) des Pumpenbodens
(18) abschließen (Fig. 3, 4).
Der Pumpenboden (18) ist sehr flach ausgeführt, damit die
Schaufeln (15) des Zusatzlaufrades (14) bzw. die im Bereich
der Ansaugöffnung (16) axial verlängerten Schaufeln (26)
des Haupt-Pumpenlaufrades (25) schon bei niedrigem
Wasserstand (23) ins Wasser tauchen. Außen weist der
Pumpenboden Distanzstücke (22) auf, so daß auch dann Wasser
zur Ansaugöffnung (16) strömen kann, wenn die Pumpe auf
eine ebene Fläche gestellt wird. Zur Vergrößerung des
Zuströmquerschnittes bei Pumparbeiten in ausreichend großen
Wassertiefen ist zweckmäßigerweise ein in den Zeichnungen
nicht dargestellter Distanzring vorzusehen, der bei Bedarf
am Pumpenboden befestigt wird. Es ist ferner sinnvoll,
diesen Distanzring in Form eines Ansaugsiebes zu gestalten,
da aufgrund der größeren Zuströmquerschnitte zur
Ansaugöffnung auch Fremdkörper angesaugt werden können, die
so groß sind, daß eine Beschädigung der Pumpe nicht
auszuschließen ist.
In der dargestellten Ausführung weist der Zylindermantel
(4) des Pumpengehäuses eine Öffnung auf, durch die ein
Entlüftungskanal (3) geführt ist. Dieser Entlüftungskanal
mit einer druckraumseitigen Öffnung (12) und einer
außerhalb des Druckraumes liegenden Öffnung (2) erstreckt
sich zwischen der oberen axialen Begrenzung (6, 7) des
Druckraumes und der den Schaufeln (8) abgewandten Seite (9)
des Laufrades (10) vorzugsweise radial bis nahe an die
Rotationsachse (11) der Pumpe. Denkbar ist aber auch jede
andere Form bzw. Anordnung eines Entlüftungskanals, die
geeignet ist, Gase (z. B. Luft) aus der Mitte
(Rotationsachse des Laufrades) des Druckraumes selbsttätig
abzuführen. Der Entlüftungskanal kann, wie in Fig. 3, 4
gezeigt, in das Pumpengehäuse integriert sein oder auch
entsprechend Fig. 1, 2 als eigenständiges, und damit
nachrüstbares Bauteil ausgebildet sein.
Wenn die Pumpe in flaches Wasser gestellt wird, daß sowohl
die Zuströmöffnungen unter Wasser liegen, als auch die
Schaufeln des Zusatzlaufrades bzw. die im Bereich der
Ansaugöffnung verlängerten Schaufeln des Haupt-
Pumpenlaufrades zumindest die Wasseroberfläche berühren,
dann sorgen diese Schaufeln für eine Wasserförderung ins
Innere der Pumpe und füllen so den Pumpenraum. Je nach
Ausgestaltung des Haupt-Pumpenlaufrades entsteht eine, wenn
auch geringe Förderwirkung auch durch dessen
Gebläsewirkung. Wenn sich soviel Wasser in der Pumpe
befindet, daß auch die Schaufeln des Haupt-Pumpenlaufrades
bzw. diejenigen Schaufelabschnitte mit der geringeren Höhe
(bei verlängerten Schaufeln) mit dem Wasser in Kontakt
kommen, wird das Wasser radial in Richtung des
Zylindermantel des Pumpengehäuses geschleudert, während
gleichzeitig Luft aus dem Pumpenraum in den Schaufelbereich
des Laufrades eindringt. Bei großem axialen Spalt zwischen
den Schaufeln des Laufrades und dem Pumpenboden fließt ein
Teil des Wassers wieder in diesen Bereich zurück und wird
erneut von den Schaufeln erfaßt. Bei weiterer Wasserzufuhr
durch das Zusatzlaufrad/die verlängerten Schaufeln stellt
sich der in Fig. 1 dargestellte Zustand ein. Die Wassermenge
(24) im Pumpengehäuse beginnt zu rotieren, wobei sich die
im Pumpengehäuse vorhandene Luft in der Mitte
(Rotationsachse) der Pumpe zwischen der Laufradrückseite
(9) und der oberen axialen Begrenzung (6, 7) des
Pumpengehäuses sammelt. Diese Trennung zwischen Wasser
(höhere Dichte als Luft) und Luft erfolgt durch die Wirkung
der Zentrifugalkraft. Ein nennenswerter Druckaufbau ist in
diesem Zustand noch nicht zu beobachten, so daß der Teil
des Wassers, der in den an den Druckstutzen (20)
angeschlossenen Druckschlauch gedrückt wurde, schon bei
geringer Steighöhe einen Gegendruck erzeugt, der ein
weiteres Ansaugen von Wasser ohne Vorhandensein der
Entlüftungsvorrichtung (1) unmöglich macht. Bei
Vorhandensein der Entlüftungsvorrichtung (1) kann die sich
in der Pumpenmitte sammelnde Luft durch den
Entlüftungskanal (3) und die Öffnung (2) aus dem
Pumpengehäuse entweichen. Wenn der größte Teil der Luft aus
dem Pumpengehäuse entwichen ist, beginnt die Pumpe zu
fördern. Während des Pumpens tritt ständig etwas Wasser aus
der Entlüftungsvorrichtung aus. Die Menge kann aber bedingt
durch den kleinen Querschnitt des Entlüftungskanals
vernachlässigt werden. Auch während des Pumpens angesaugte
Luft, die sich in der Pumpenmitte sammelt, entweicht sofort
wieder durch die Entlüftungsvorrichtung. Wenn an der
Ansaugöffnung der Pumpe überhaupt kein Wasser mehr
vorhanden ist, stellt die Pumpe das Fördern ein. Das Wasser
in der Pumpe kann aber trotz des großen Spaltes zwischen
den Schaufeln (8) des Laufrades (10) und dem Pumpenboden
(18) nicht in nennenswerten Mengen aus der Ansaugöffnung
(16) austreten, weil es durch Schaufeln des Zusatzlaufrades
bzw. die verlängerten Schaufeln des Haupt-Pumpenlaufrades
am Austreten gehindert wird. Sobald wieder Wasser an der
Ansaugöffnung zur Verfügung steht, nimmt die Pumpe die
Förderung wieder auf, nachdem die eingedrungene Luft durch
die Entlüftungsvorrichtung entwichen ist.
Claims (8)
1. Vorrichtung zum Verbessern des Ansaugverhaltens von
Strömungsförderpumpen für flüssige Medien, die
teilweise mit Schmutz und/oder Gasen angereichert sein
können, insbesondere Kreisel-Tauchmotorpumpen mit einen
Ringraum-Pumpengehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß in
der Pumpenmitte (Rotationsachse) zwischen
Laufradrückseite und Pumpengehäuse eingeschlossene Luft
(bzw. Gase) durch eine Entlüftungsvorrichtung (1)
selbsttätig aus dem Pumpengehäuse herausgeführt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Vorrichtung aus mindestens einem
Entlüftungskanal (3) besteht, der von außen in den
Druckraum der Pumpe bis nahe an die Rotationsachse (11)
des Laufrades (10) geführt wird und der sowohl
außerhalb des Druckraumes als auch innerhalb des
Druckraumes nahe der Rotationsachse je mindestens eine
Öffnung aufweist (2, 12).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Entlüftungskanal zwischen der
oberen axialen Begrenzung (6) des Druckraumes bzw. dem
Motorgehäuse (7) und der den Schaufeln abgewandten
Seite (9) des Laufrades (10) vorzugsweise radial bis
nahe an die Rotationsachse (11) der Pumpe geführt wird.
4. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 . . . 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der Entlüftungskanal
einteilig mit dem Pumpengehäuse ausgebildet ist.
5. Vorrichtung zum Verbessern des Ansaugverhaltens von
Strömungsförderpumpen für flüssige Medien, die
teilweise mit Schmutz und/oder Gasen angereichert sein
können, insbesondere Kreisel-Tauchmotorpumpen mit einen
Ringraum-Pumpengehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß auf
der Motorwelle (13) im Bereich vor dem Haupt-
Pumpenlaufrades (10) ein Zusatzlaufrad (14) mit
Schaufeln (15) befestigt ist, das in seinem
Außendurchmesser ungefähr dem Durchmesser der
Ansaugöffnung (16) entspricht und dessen axiale
Erstreckung so bemessen ist, daß die axialen
Schaufelenden ungefähr bündig mit der inneren
Axialfläche (17) des Pumpenbodens (18) abschließen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß das Zusatzlaufrad (14) vorzugsweise mit einem
Innengewinde (27) versehen ist, so daß es gleichzeitig
die Funktion der axialen Festlegung des Haupt-
Pumpenlaufrades (10) auf der mit einem entsprechenden
Außengewinde versehenen Motorwelle (13) übernimmt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß das Zusatzlaufrad einteilig mit dem Haupt-
Pumpenlaufrad ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 5 . . . 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln des Haupt-
Pumpenlaufrades in einem radialen Bereich bis zu einem
maximalen Durchmesser, der ungefähr dem Durchmesser der
Ansaugöffnung (16) entspricht, axial so weit verlängert
sind, daß die axialen Schaufelenden ungefähr bündig mit
der inneren Axialfläche (17) des Pumpenbodens (18)
abschließen.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19944432224 DE4432224A1 (de) | 1994-09-10 | 1994-09-10 | Vorrichtung zum Verbessern des Ansaugverhaltens von Strömungsförderpumpen |
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DE19944432224 DE4432224A1 (de) | 1994-09-10 | 1994-09-10 | Vorrichtung zum Verbessern des Ansaugverhaltens von Strömungsförderpumpen |
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ID=6527868
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DE29514402U Expired - Lifetime DE29514402U1 (de) | 1994-09-10 | 1995-09-08 | Vorrichtung zum Verbessern des Ansaugverhaltens von Strömungsförderpumpen |
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DE29514402U Expired - Lifetime DE29514402U1 (de) | 1994-09-10 | 1995-09-08 | Vorrichtung zum Verbessern des Ansaugverhaltens von Strömungsförderpumpen |
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