Die Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe, insbesondere für
Haushaltsmaschinen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In Haushaltsmaschinen, wie Geschirrspülern oder
Waschmaschinen, werden für die Umwälzung der
Reinigungsflüssigkeit üblicherweise Kreiselpumpen verwendet.
Zur Einsparung von separaten Heizungselementen sind darüber
hinaus Kreiselpumpen bekannt geworden, bei denen ein
Heizungselement in die Flüssigkeitspumpe integriert ist (vgl.
DE 199 16 136).
Eine weitere bekannte Kreiselpumpe weist darüber hinaus einen
das Pumpenrad und das Heizelement bzw. dessen Aufnahme im
Gehäusedeckel umgebenden Strömungskanal auf (vgl.
DE 103 24 626 A1).
Bei den oben angeführten Kreiselpumpen wird das Heizelement
stirnseitig an einem Deckel des Pumpengehäuses angeordnet,
wodurch sich entsprechende Einschränkungen in der
Ausgestaltung einer solchen Pumpe ergeben, die sich negativ
auf deren Wirkungsgrad auswirken können.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kreiselpumpe mit
integriertem Heizungselement vorzuschlagen, bei der der
Wirkungsgrad der Pumpe gegenüber dem vorbekannten Stand der
Technik verbessert ist.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Kreiselpumpe der
einleitend genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst.
Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind
vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung
möglich.
Dementsprechend zeichnet sich eine erfindungsgemäße
Kreiselpumpe dadurch aus, dass der das Pumpenrad und das
Heizelement umgebende Strömungskanal entlang dem Umfang zum
Auslass der Pumpe hin zunimmt.
Durch diese Maßnahme lässt sich der maximale Volumenstrom und
damit der Wirkungsgrad der Kreiselpumpe deutlich erhöhen.
Hierdurch kann eine kleiner dimensionierte Kreiselpumpe mit
entsprechenden Einsparungen in Herstellung und Betrieb
verwendet werden.
Dadurch, dass der Strömungskanal nicht nur das Pumpenrad,
sondern auch das Heizelement außen umgibt, ist
sichergestellt, dass das Heizelement bzw. dessen Aufnahme in
dem Pumpengehäuse über eine sehr große Kontaktfläche und mit
großem Volumenstrom von der zu erwärmenden
Reinigungsflüssigkeit angeströmt wird. Hierdurch ergibt sich
ein guter Wirkungsgrad der Heizung, die dadurch
beispielsweise über 75 % ihrer Oberfläche oder bei
entsprechender Querschnittsgestaltung über einen noch
größeren Anteil in Wärmekontakt mit der Reinigungsflüssigkeit
gebracht werden kann.
In einer Weiterbildung der Erfindung wird die Zunahme des
Strömungsquerschnitts des Strömungskanals dadurch bewirkt,
dass die axiale Ausdehnung des Strömungskanals verändert
wird. Dies ermöglicht die Realisierung einer besonders
kompakten Pumpe.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist das
Heizelement in axialer Richtung wenigstens teilweise neben
dem Pumpenrad angeordnet. Auf diese Weise ist ein
Strömungskanal realisierbar, der eine solche axiale
Ausdehnung aufweist, dass er sowohl das Pumpenrad und das
Heizelement umgibt und die oben angeführte vorteilhafte
Anströmung des Heizelements ermöglicht wird.
Weiterhin wird bevorzugt die Zunahme der axialen Ausdehnung
des Strömungskanals auf der dem Heizelement
gegenüberliegenden Seite entlang dem Umfang zum Auslass hin
vorgenommen. Dies ist insbesondere bei der Anordnung des
Heizelementes in axialer Richtung benachbart neben dem
Pumpenrad von Vorteil, da in Richtung zum Heizelement hin die
Möglichkeiten der Gestaltung der Pumpe durch das Heizelement
eingeschränkt sind.
Weiterhin wird in einer besonderen Ausführungsform der
Strömungskanal mit einem geneigten Boden versehen. Durch
geeignete Gestaltung des Bodens, d.h. der vom Heizelement
wegweisenden Stirnseite, des Strömungskanals können die
Strömungsverhältnisse, insbesondere beim Übergang in den
Auslass beeinflusst werden. Eine nach außen hin ansteigende
Neigung dieses Kanalbodens ermöglicht beispielsweise einen
gleitenden Übergang in den Auslass ohne strömungsstörenden
Versatz.
Vorteilhafterweise wird das Heizelement auf der dem axialen
Einlass des Pumpengehäuses zugewandten Seite des Pumpenrades
angeordnet. Auf diese Weise kann von der anderen Seite her
der Antrieb des Pumpenrades bewerkstelligt werden, ohne dass
sich Antrieb und Heizelement bzw. die Anschlüsse des
Heizelementes störend auswirken.
Weiterhin wird das Heizelement vorzugsweise wenigstens
teilweise ringförmig ausgebildet. Ein solcher Ring oder
Teilring kann konzentrisch an einer Stirnseite des
Pumpengehäuses angebracht werden, so dass die rotatorische
Strömung innerhalb des Pumpengehäuses für eine gute
Anströmung des Heizelementes bzw. dessen Aufnahme im
Pumpengehäuse nutzbar ist. Insbesondere kann durch die
rotatorische Pumpenströmung das Heizelement auch außen
umspült werden. In der oben angeführten Ausführungsform, bei
der das Heizelement auf der dem axialen Einlass des
Pumpengehäuses zugewandten Seite des Pumpenrades angeordnet
wird, umschließt dementsprechend das Heizelement wenigstens
teilweise den axialen Einlass des Pumpengehäuses.
In einer Weiterbildung der Erfindung wird das Pumpengehäuse
so ausgebildet, dass der Querschnitt des Pumpengehäuses
senkrecht zur Rotationsachse des Pumpenrades im Wesentlichen
stets kreisförmig ist. Eine solche Ausbildung des
Pumpengehäuses ist dadurch möglich, dass die Zunahme des
Strömungsquerschnitts des Strömungskanals nur durch
Vergrößerung der axialen Ausdehnung des Strömungskanals
vorgenommen wird. Eine solche rotationssymmetrische
Ausgestaltung des Pumpengehäuses erlaubt eine günstigere
Fertigung gegenüber einer Ausbildung mit zunehmenden Radius.
Dabei kann jedoch der Radius des Pumpengehäuses entlang der
Rotationsachse durchaus variabel sein, d.h. das Pumpengehäuse
kann nach außen gewölbt oder gegebenenfalls mit einem
torusförmigen Ansatz versehen sein.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung
sieht jedoch vor, dass das Pumpengehäuse außen im
Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet ist. Eine solche
Zylinderform oder Rohrform lässt sich einfach fertigen,
beispielsweise durch einen Spritzgussvorgang. Darüber hinaus
ist eine solche Pumpe mit einer kompakten äußeren Form
herzustellen, die dementsprechend auch in beengten,
räumlichen Verhältnissen einsetzbar ist.
Vorteilhafterweise wird der Strömungskanal innenseitig mit
einem umlaufenden Eintrittsspalt versehen, der im
Wesentlichen eine konstante Höhe aufweist. Durch diese
Maßnahme lassen sich die Strömungsverhältnisse und somit der
Wirkungsgrad der Pumpe verbessern. Insbesondere kann dadurch
das sogenannte Totvolumen begrenzt werden.
Diese Vorteile werden insbesondere in Verbindung mit einem
Pumpenrad erzielt, das einen Ringspalt aufweist, der auf Höhe
des Eintrittsspaltes des Strömungskanals liegt. Die durch das
drehende Pumpenrad über die Fliehkraft nach außen gedrückte
Flüssigkeit wird hierdurch unmittelbar in den Strömungskanal
eingedrückt, wobei durch entsprechende Pumpenradschaufeln die
Flüssigkeit nicht nur eine radiale Bewegung, sondern auch
eine umlaufende Strömung aufweist. Durch die Zunahme des
Rotationsradius der Reinigungsflüssigkeit aufgrund der
Fliehkraft bei gleicher Winkelgeschwindigkeit aufgrund der
Einwirkung der Schaufeln des Pumpenrades wird zudem die
Geschwindigkeit und somit der Volumendurchsatz erhöht.
Zur weiteren Verbesserung des Wirkungsgrads der Pumpe wird
auch das Pumpenrad vorzugsweise mit einer Volumenvergrößerung
in axialer Richtung versehen. Das Pumpenrad, das durch eine
obere und untere Abdeckung mit dazwischenliegenden
Schaufelelementen ein bestimmtes Innenvolumen aufweist, wird
umso wirkungsvoller, je mehr Flüssigkeitsvolumen in dem
Pumpenrad aufgenommen werden kann. Das Volumen im Laufrad
sowie die Form des Laufrades (insbesondere die Schaufelform)
bestimmt die Energieumsetzung im Laufrad.
Insbesondere in Verbindung mit den oben angeführten
weiterbildenden Merkmalen der Erfindung ist ein in axialer
Richtung aufgeweitetes Pumpenrad von Vorteil, da in dieser
Richtung das Pumpengehäuse aufgrund der Zunahme der axialen
Ausdehnung des Strömungskanals ein entsprechendes Volumen zur
Aufnahme eines dergestalt vergrößerten Pumpenrades aufweist.
Durch diese Maßnahme lässt sich dementsprechend der
Wirkungsgrad verbessern. Eine solche Volumenvergrößerung des
Pumpenrades kann beispielsweise durch eine entsprechende
Aufwölbung verwirklicht werden.
In einer Weiterbildung der Erfindung wird die zum Heizelement
hinweisende Seite des Pumpenrades an das Profil des
Heizungselementes bzw. dessen Aufnahme im Pumpengehäuse
angepasst. Hierdurch wird zum einen das Totvolumen vermindert
und somit der Wirkungsgrad der Pumpe verbessert. Zum andern
wird die Gesamtgröße der Pumpe hierdurch kleingehalten.
Weiterhin wird in einer vorteilhaften Ausführungsform der
Pumpeneinlass mit einem Einlassstutzen versehen, der in eine
Einlassöffnung des Pumpenrades hineinragt. Hierdurch wird der
Zulauf der zu fördernden Flüssigkeit in das Pumpenrad
strömungsgünstig verbessert. Seitliche Strömungen am
Pumpenrad vorbei werden hierdurch verhindert. Das sogenannte
Totvolumen der Pumpe wird dementsprechend kleingehalten.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend näher
erläutert.
Im Einzelnen zeigen
- Figur 1
- einen Längsschnitt durch eine
erfindungsgemäße Pumpe,
- Figur 2
- eine perspektivische, geschnittene
Darstellung einer Pumpe gemäß Figur 1 und
- Figur 3
- eine perspektivische, geschnittene
Darstellung einer weiteren Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Pumpe.
Die Pumpe 1 gemäß Figur 1 umfasst ein zylinderförmiges
Pumpengehäuse 2, auf dessen Oberseite ein Deckel 3 angebracht
ist. Der Deckel 3 kann das in Figur 1 nicht dargestellte
Heizelement aufnehmen und hierzu aus wärmeleitendem Material,
beispielsweise aus Metall, gefertigt sein.
Im Innern des Pumpengehäuses 2 befindet sich ein Pumpenrad 4,
das im Wesentlichen aus einer oberen und einer unteren
Abdeckung 5, 6 mit dazwischen angeordneten Schaufeln 7
besteht. Die Schaufeln 7 sind so gebogen und geformt, dass
bei Drehung des Pumpenrades 4 eine entsprechende Ringströmung
der im Pumpenrad 4 befindlichen Flüssigkeit erzeugt wird.
Das Pumpenrad 4 ist auf der Unterseite mit einem axialen
Vorsprung 8 versehen, der eine zentrale Bohrung 9 zur
Aufnahme einer nicht näher dargestellten Antriebswelle
versehen ist. Der Antrieb des Pumpenrades 4 wird somit von
der dem Heizelement bzw. dem Deckel 3 gegenüberliegenden
Seite her bewerkstelligt.
Die obere Abdeckung 5 weist eine zentrale Öffnung 10 auf, in
die ein Einlassstutzen 11 hineinragt. Ein Auslassstutzen 12
ist in der Darstellung gemäß Figur 3 hinter dem Pumpengehäuse
2 in tangentialer Richtung angebracht.
Das Pumpenrad 4 weist einen randseitigen Öffnungsspalt 13
auf, der einem in etwa auf gleicher Höhe liegenden
Eintrittsspalt 14 eines erfindungsgemäßen Strömungskanals 15
gegenüberliegt. Der Strömungskanal 15 erstreckt sich in
axialer Höhe bis hin zu einer Nut 16 zur Aufnahme des
Heizelements, so dass nicht nur das Pumpenrad 4, sondern auch
die Heizüngsnut 16 außenseitig von der im Strömungskanal 15
befindlichen Flüssigkeit umströmt wird. Wie anhand von Figur
1 erkennbar ist, steht dementsprechend die Heizungsnut 16 an
drei Seiten und somit aufgrund der größeren Höhe im Vergleich
zur Breite der Heizungsnut 16 mit deutlich mehr als 75 % der
zur Verfügung stehenden Kontaktfläche in Kontakt mit der im
Innern des Pumpengehäuses 2 befindlichen Flüssigkeit.
In Figur 1 gut erkennbar ist die unterschiedliche axiale
Länge h, H des Strömungskanals 15 auf beiden Seiten der
Schnittdarstellung. Diese unterschiedliche axiale Länge h, H
ergibt sich durch eine umfangsseitig verlaufende Zunahme der
Höhe h bis hin zur Höhe H. Diese Zunahme erfolgt
kontinuierlich in dem in der Darstellung gemäß Figur 1 nicht
dargestellten, abgeschnittenen vorderen Teil der Pumpe und
endet im rückwärtigen Bereich beim Übergang in den
Auslassstutzen 12.
Der Boden 17 des Strömungskanals 15 ist schräg geneigt nach
außen hin ansteigend ausgebildet. Er weist weiterhin eine
leichte Wölbung auf. Diese Formgebung erleichtert den
Übergang in den Auslassstutzen 12, wie weiter oben
ausgeführt.
Die untere Abdeckung 6 des Laufrades 4 ist so weit gewölbt,
dass sie sich deutlich in den Raum 18 unterhalb des
Eintrittsspaltes 14 erstreckt und somit dieses Volumen des
Pumpengehäuses 2 zur Vergrößerung des Innenvolumens des
Pumpenrades 4 nutzt. Die runde Wölbung der unteren Abdeckung
6 dient hierbei wiederum der Verbesserung der Strömung im
Inneren des Pumpenrades 4, d.h. zur Führung des Wassers hin
zum Eintrittsspalt 14 des Strömungskanals 15.
Die obere Abdeckung 5 ist in ihrer Kontur an den Deckel 3
bzw. die Heizungsnut 16 angepasst. Durch die Formgebung der
oberen Abdeckung 5 ist weiterhin ein ausreichender
Zwischenraum 18, 19 zwischen der oberen Abdeckung 5 und der
Heizungsnut 16 gewährleistet. In diesem Zwischenraum 18, 19
kann dementsprechend ebenfalls ein Wärmeübertrag zu der dort
befindlichen Flüssigkeit stattfinden.
Die Darstellung gemäß Figur 2 entspricht im Wesentlichen dem
anhand von Figur 1 geschilderten Ausführungsbeispiel. In
dieser Darstellung ist der Übergang 20 in den Auslassstutzen
12 gut erkennbar, der eine Aufnahme 21 für einen Drucksensor
aufweist. Weiterhin ist in Abweichung von Figur 1 in dieser
Darstellung ein aus einem ringsegmentförmig gebogenen
Heizstab gebildetes in die Heizungsnut 16 eingefügtes
Heizelement 22 erkennbar. Ein Anschluss 23 des Heizelementes
22 ergibt sich durch eine endseitige Aufwärtsbiegung des
Heizelementes 22.
Das Heizelement 22 ist formschlüssig an die Heizungsnut 16
angepasst und gegebenenfalls dort zusätzlich wärmeleitend,
z.B. durch einen Lötkontakt, verbunden.
Die Ausführungsform gemäß Figur 3 entspricht im Wesentlichen
der anhand von Figur 2 beschriebenen Pumpe, wobei abweichend
hiervon der Boden 24 des außen umlaufenden Strömungskanals 25
nicht mehr schräg geneigt, sondern rund gewölbt ausgebildet
ist. Die Zunahme der axialen Ausdehnung h, H des
Strömungskanals 25 ist jedoch auch hier ebenso gut erkennbar,
wie die Nutzung des unterhalb des Eintrittsspaltes 26 zur
Verfügung stehenden Innenraumes 27 für eine
Volumenvergrößerung des Pumpenrades 28.
Bezugszeichenliste:
- 1
- Pumpe
- 2
- Pumpengehäuse
- 3
- Deckel
- 4
- Pumpenrad
- 5
- Abdeckung
- 6
- Abdeckung
- 7
- Schaufel
- 8
- Vorsprung
- 9
- Bohrung
- 10
- Öffnung
- 11
- Einlassstutzen
- 12
- Auslassstutzen
- 13
- Öffnungsspalt
- 14
- Eintrittsspalt
- 15
- Strömungskanal
- 16
- Heizungsnut
- 17
- Boden
- 18
- Zwischenraum
- 19
- Zwischenraum
- 20
- Übergang
- 21
- Aufnahme
- 22
- Heizelement
- 23
- Anschluss
- 24
- Boden
- 25
- Strömungskanal
- 26
- Eintrittsspalt
- 27
- Innenraum
- 28
- Pumpenrad