EP1886026B1 - Wasserpumpe - Google Patents

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EP1886026B1
EP1886026B1 EP06829723A EP06829723A EP1886026B1 EP 1886026 B1 EP1886026 B1 EP 1886026B1 EP 06829723 A EP06829723 A EP 06829723A EP 06829723 A EP06829723 A EP 06829723A EP 1886026 B1 EP1886026 B1 EP 1886026B1
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EP
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water
pump
rotor
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water pump
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Andreas Hanke
Dominik Brune
Ingo Gdanitz
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Oase Pumpen Wuebker Soehne GmbH and Co Maschinenfabrik
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Oase Pumpen Wuebker Soehne GmbH and Co Maschinenfabrik
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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
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/18—Rotors
    • F04D29/181—Axial flow rotors
    • F04D29/183—Semi axial flow rotors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/18—Rotors
    • F04D29/22—Rotors specially for centrifugal pumps
    • F04D29/2205—Conventional flow pattern
    • F04D29/2216—Shape, geometry
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/18—Rotors
    • F04D29/22—Rotors specially for centrifugal pumps
    • F04D29/2238—Special flow patterns
    • F04D29/2255—Special flow patterns flow-channels with a special cross-section contour, e.g. ejecting, throttling or diffusing effect

Definitions

  • the invention relates to a water pump, in particular for use in garden ponds and aquariums, according to the preamble of claim 1.
  • pumps are used in this area, which have a motor-driven radial impeller, so that the water to be pumped is deflected by a deflection angle of 90 °.
  • these pumps meet the requirements prevailing in the respective arrangements requirements, which usually must be a deflection by about 90 °.
  • water pumps generate a fairly high discharge pressure, but have a relatively low flow. If a large delivery volume is to be achieved with such pumps, the required power consumption is very high.
  • a water pump having a water inlet and a water outlet having a pump housing in which a driven pump impeller is arranged.
  • the purpose of the invention is to provide a pump for low heads, which has no problems with wear due to suspended matter contained in water.
  • it is proposed to form the inlet opening of the impeller larger than the diameter of the trailing edge of the impeller and to arrange the impeller in the inlet funnel.
  • the GB 154,151 is concerned with the improvement of marine propellers, where due to high rotational speeds of the propeller can be formed such that an inward flow along the shaft axis is formed.
  • the invention has for its object to provide a water pump with improved efficiency in terms of delivery volume. This object is achieved by a water pump with the features of claim 1.
  • the illustrated water pump has a pump housing 1 and a motor housing 2 sealed thereto, which together form the overall housing of the pump.
  • the pump housing 1 has a water inlet 3 and a water outlet 4, which is preferably arranged centrally on the upper side of the pump housing.
  • the pump impeller 5 designed as a diagonal impeller is arranged between the water inlet 3 and the water outlet 4. This is in Fig. 2 shown in perspective.
  • the pump impeller 5 has a substantially conical cover plate 6, through which the flow of water, indicated by the arrows 7 is passed diagonally through the pump housing.
  • the pump approximately in 90 ° deflected direction relative to the inlet direction of the water flow 7.
  • the cover plate 6 of the pump impeller. 5 forms a cone angle ⁇ of preferably 80 ° to 100 °.
  • the illustrated embodiment since the front blade edges 8 of the impeller blades 9 in the diagonal direction, parallel to the water flow direction 7 and the surface of the cover plate 6 extend.
  • the impeller blades 9 can be adapted to the contour of the fixed pump housing 1, so that they form a sealing gap 10 there.
  • a narrow sealing gap 10 between the stationary pump housing 1 and the rotating pump impeller 5 can be achieved even with standard tolerances of the components. This leads to a low internal leakage current and thus to an improved hydraulic efficiency.
  • the pump can be special be constructed compact, when the sealing gap 10 is disposed in the transition region between the water inlet 3 and the water outlet 4.
  • the pump of the illustrated embodiment is optimized in terms of flow behavior and smoothness by the impeller blades 9 have a wing profile and the cover plate 6 of the pump impeller 5 has a sharp-edged rear end 13.
  • a good flow distribution in the flow of the pump impeller 5 is also achieved in that the leading edges 14 of the impeller blades 9 are aligned substantially perpendicular to the inflow direction of the water in the water inlet 3.
  • an opening 15 or a bore is preferably arranged, which serves for cooling and venting purposes.
  • the pump impeller 5 can be made as a plastic injection molded part.
  • a metal ring is injected, which serves as a bearing receptacle.
  • the metal ring 16 is in Fig. 2 shown in exploded view behind the impeller shaft 17, but arranged in the finished component within the impeller shaft 17. Via the metal ring 16, the pump impeller 5 is mounted on an electric motor 18, from which it is driven in rotation.
  • the water pump according to the invention is by their compact design, their high flow rate and their low power consumption outstanding as a circulating pump especially for applications in which a continuous operation is required. Compared to conventional pumps can be achieved as a significant energy savings.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Wasserpumpe insbesondere für den Einsatz im Gartenteich und Aquaristikbereich, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • In der Praxis sind in diesem Bereich Pumpen gebräuchlich, die ein motorisch angetriebenes Radial-Laufrad aufweisen, so dass das zu pumpende Wasser um einen Umlenkwinkel von 90° umgelenkt wird. Damit werden diese Pumpen den in den entsprechenden Anordnungen herrschenden Anforderungen gerecht, wonach in der Regel eine Umlenkung um etwa 90° erfolgen muss. Derartige Wasserpumpen erzeugen zwar einen recht hohen Förderdruck, haben aber ein verhältnismäßig geringes Fördervolumen. Soll mit solchen Pumpen ein großes Fördervolumen erreicht werden, ist die erforderliche Leistungsaufnahme sehr hoch.
  • In dem nächstliegenden Stand der Technik DE 39 39 336 A1 ist eine Wasserpumpe mit einem einen Wassereinlass und einem Wasserauslass aufweisenden Pumpengehäuse gezeigt, in dem ein angetriebenes Pumpenlaufrad angeordnet ist. Zweck der Erfindung ist es, eine Pumpe für niedrige Förderhöhen zu schaffen, die keine Probleme mit Verschleiß aufgrund von in Wasser enthaltenen Schwebstoffen aufweist. Hierzu wird vorgeschlagen, die Eintrittsöffnung des Laufrads größer als den Durchmesser der Austrittskante des Laufrads auszubilden sowie das Laufrad im Eintrittstrichter anzuordnen.
  • In dem Buch "Kreiselpumpen - Berechnung und Konstruktion" von A.T. Troskolanski und S. Lazarkiewicz sind allgemeine Grundlagen zu vorzugweise in Richtung der Wellenachse transportierenden Diagonalpumpen sowie verschiedene Varianten von Tragflügelprofilen für Propellerräder beschrieben.
  • Die GB 154,151 beschäftigt sich mit der Verbesserung von marinen Schraubenpropellem, bei denen aufgrund von hohen Rotationsgeschwindigkeiten der Propeller dergestalt ausgebildet werden kann, dass eine nach innen gerichtete Strömung entlang der Wellenachse entsteht.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wasserpumpe mit verbesserter Effizienz hinsichtlich des Fördervolumens zu schaffen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Wasserpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Durch den Einsatz eines Pumpenlaufrades, das als Diagonal-Laufrad mit einer im wesentlichen kegeligen Deckscheibe aufgebildet ist, wird die Strömung diagonal durch das Laufrad geführt und im Vergleich zu einem Radial-Laufrad um einen geringeren Winkel umgelenkt. Bei der Förderung großer Wassermengen bleiben dadurch die Umlenkverluste kleiner und der Wirkungsgrad wird günstiger. So ausge staltete Pumpen haben den Vorteil, daß bei geringerem Druck mehr Wasservolumen gefördert wird. Vorzugsweise werden derartige Pumpen daher in Filteranlagen eingesetzt, wo wenig Druck, jedoch ein hoher Volumenstrom nötig ist. Durch den verbesserten Wirkungsgrad nimmt die erfindungsgemäße Pumpe weitaus weniger Leistung auf als vorbekannte Pumpen mit einem Radial-Laufrad. Auch läßt sich die erfindungsgemäße Pumpe mit ihrer großen Volumeneffizienz wesentlich kompakter bauen als Pumpen mit herkömmlichen Laufrädern. Um den gleichen Volumenstrom zu erzielen, müßte der Durchmesser eines herkömmlichen Laufrades um den Faktor 1,5 größer sein. Die kompakte Bauform der erfindungsgemäßen Pumpe ermöglicht auch eine besonders kostengünstige Herstellung, da nur verhältnismäßig kleine Werkzeuge, insbesondere Kunststoffspritz-Werkzeuge, benötigt werden.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus den Unteransprüchen und einer in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsform, die im folgenden erläutert wird; es zeigen:
    • Fig. 1
    eine erfindungsgemäße Wasserpumpe im Längsschnitt und
    Fig. 2
    das offene Pumpenlaufrad der Pumpe aus Fig. 1 in perspektivischer Sprengdarstel- lung.
  • Die abgebildete Wasserpumpe hat ein Pumpengehäuse 1 und ein mit diesem abgedichtet verbundenes Motorgehäuse 2, die miteinander das Gesamtgehäuse der Pumpe ausbilden. Das Pumpengehäuse 1 verfügt über einen Wassereinlaß 3 und einen Wasserauslaß 4, der vorzugsweise zentral an der Oberseite des Pumpengehäuses angeordnet ist. Im Inneren des Pumpengehäuses 1 ist zwischen Wassereinlaß 3 und Wasserauslaß 4 das als Diagonal-Laufrad ausgebildete Pumpenlaufrad 5 angeordnet. Dieses ist in Fig. 2 perspektivisch dargestellt.
  • Das Pumpenlaufrad 5 hat erfindungsgemäß eine im wesentlichen kegelige Deckscheibe 6, durch die der Wasserstrom, angedeutet durch die Pfeile 7 diagonal durch das Pumpengehäuse geleitet wird. In Zusammenwirkung mit der Anordnung und Form des Wassereinlasses 3 und des Wasserauslasses 4, die bevorzugt im wesentlichen senkrecht zueinander stehen, verläßt der Wasserstrom 7 die Pumpe in etwa in um 90° umgelenkter Richtung gegenüber der Eintrittsrichtung des Wasserstroms 7. Die Deckscheibe 6 des Pumpenlaufrads 5 bildet einen Kegelwinkel α von vorzugsweise 80° bis 100° aus. Dadurch wird eine optimale Strömungsumlenkung erreicht, und die Strömungsverluste werden minimiert.
  • Besonders vorteilhaft ist die dargestellte Ausführungsform, da die vorderen Schaufelkanten 8 der Laufradschaufeln 9 in diagonaler Richtung, parallel zur Wasserstromrichtung 7 und zur Oberfläche der Deckscheibe 6 verlaufen. Dadurch können die Laufradschaufeln 9 an die Kontur des feststehenden Pumpengehäuses 1 angepaßt werden, so daß sie dort einen Dichtungsspalt 10 ausbilden. Bei dieser besonderen Bauform läßt sich auch mit Standard-Toleranzen der Bauteile ein enger Dichtspalt 10 zwischen dem feststehenden Pumpengehäuse 1 und dem rotierenden Pumpenlaufrad 5 erreichen. Dies führt zu einem geringen inneren Leckstrom und damit zu einem verbesserten hydraulischen Wirkungsgrad. Die Pumpe kann besonders kompakt konstruiert werden, wenn der Dichtungsspalt 10 im Übergangsbereich zwischen dem Wassereinlaß 3 und dem Wasserauslaß 4 angeordnet ist.
  • Die Pumpe der dargestellten Ausführungsform ist hinsichtlich ihres Strömungsverhaltens und ihrer Laufruhe optimiert, indem die Laufradschaufeln 9 ein Tragflächenprofil aufweisen und die Deckscheibe 6 des Pumpenlaufrad 5 einen scharfkantigen hinteren Abschluß 13 hat. Eine gute Strömungsaufteilung bei Anströmung des Pumpenlaufrads 5 wird außerdem dadurch erreicht, daß die Anströmkanten 14 der Laufradschaufeln 9 im wesentlichen senkrecht zur Einströmrichtung des Wassers im Wassereinlaß 3 ausgerichtet sind.
  • Mittig in der Kegelspitze der Deckscheibe 6 des Pumpenlaufrads 5 ist vorzugsweise ein Durchbruch 15 bzw. eine Bohrung angeordnet, die zu Kühlungs- und Entlüftungszwecken dient.
  • Besonders kostengünstig kann das Pumpenlaufrad 5 als Kunststoffspritzteil hergestellt werden. Um den Verschleiß und die Gleiteigenschaften zu optimieren, ist dabei vorzugsweise ein Metallring mit eingespritzt, der als Lageraufnahme dient. Der Metallring 16 ist in Fig. 2 in Explosionsdarstellung hinter dem Laufradschaft 17 gezeigt, in dem fertigen Bauteil jedoch innerhalb des Laufradschaftes 17 angeordnet. Über den Metallring 16 lagert das Pumpenlaufrad 5 an einem Elektromotor 18, von dem es rotierend angetrieben wird.
  • Die erfindungsgemäße Wasserpumpe eignet sich durch ihre kompakte Bauweise, ihre hohe Förderleistung und ihre dabei geringe Leistungsaufnahme hervorragend als Umwälzpumpe vor allem für Anwendungsbereiche, in denen ein Dauerbetrieb erforderlich ist. Gegenüber herkömmlichen Pumpen kann so eine erhebliche Energieeinsparung erreicht werden.

Claims (10)

  1. Wasserpumpe mit einem einen Wassereinlass (3) und einen Wasserauslass (4) aufweisenden Pumpengehäuse (1) in dem ein angetriebenes Pumpenlaufrad (5) angeordnet ist, wobei das Pumpenlaufrad (5) als Diagonal-Laufrad mit einer im wesentlichen kegeligen Deckscheibe (6) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass Wassereinlass (3) und Wasserauslass (4) so angeordnet sind, dass die Wassereinströmrichtung und die Wasserausströmrichtung im Wesentlichen senkrecht zueinander sind und die Laufradschaufeln (9) ein Tragflächenprofil aufweisen.
  2. Wasserpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorderen Schaufelkanten (8) der Laufradschaufeln (9) in diagonaler Richtung verlaufen.
  3. Wasserpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorderen Schaufelkanten (8) der Laufradschaufein (9) parallel zur Wasserströmung verlaufen.
  4. Wasserpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorderen Schaufelkanten (8) der Laufradschaufeln (9) mit der Innenkontur des Pumpengehäuses (1) einen Dichtungsspalt (10) ausbilden.
  5. Wasserpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsspalt (10) im Übergangsbereich zwischen Wassereinlass (3) und Wasserauslass (4) angeordnet ist.
  6. Wasserpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckscheibe (6) des Pumpenlaufrads (5) einen scharfkantigen hinteren Abschluss (13) aufweist.
  7. Wasserpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckscheibe (6) des Pumpenlaufrads (5) in der Kegelspitze einen Durchbruch (15) ausweist.
  8. Wasserpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckscheibe (6) des Pumpenlaufrads (5) einen Kegelwinkel (α) von 80° bis 100° aufweist.
  9. Wasserpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpenlaufrad (5) ein Kunststoffspritzteil ist und zumindest einen eingespritzten Ring (16) aus einem anderen Werkstoff, insbesondere Metall, aufweist.
  10. Wasserpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserauslass (4) im Wesentlichen zentral an der Oberseite des Pumpengehäuses (1) angeordnet ist.
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