EP3540233A1 - Kreiselpumpenaggregat mit drehbarem ventilelement - Google Patents

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EP3540233A1
EP3540233A1 EP18161524.6A EP18161524A EP3540233A1 EP 3540233 A1 EP3540233 A1 EP 3540233A1 EP 18161524 A EP18161524 A EP 18161524A EP 3540233 A1 EP3540233 A1 EP 3540233A1
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EP
European Patent Office
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valve element
centrifugal pump
pump housing
impeller
annular wall
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP18161524.6A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Blad
Christian BLAD
Peter Mønster
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Grundfos Holdings AS
Original Assignee
Grundfos Holdings AS
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Filing date
Publication date
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Priority to PCT/EP2019/056079 priority patent/WO2019175133A1/de
Priority to EP19710408.6A priority patent/EP3765747A1/de
Priority to US16/980,057 priority patent/US11460031B2/en
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    • F04D15/00Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems
    • F04D15/0005Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems by using valves
    • F04D15/0016Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems by using valves mixing-reversing- or deviation valves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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    • F04D29/42Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/44Fluid-guiding means, e.g. diffusers
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    • F04D29/486Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable for unidirectional fluid flow in reversible pumps especially adapted for liquid pumps
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    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00Materials; Properties thereof
    • F05D2300/50Intrinsic material properties or characteristics
    • F05D2300/501Elasticity

Definitions

  • the invention relates to a centrifugal pump unit with a arranged in a pump housing of the centrifugal pump assembly valve element.
  • Centrifugal pump units usually have at least one impeller, which is driven by an electric drive motor.
  • the impeller rotates in a pump housing so that it can convey fluid from a suction port to at least one pressure port.
  • centrifugal pump units are known, in which a valve element is integrated in the pump housing. About such a valve element, the flow can be selectively directed to one of two pressure ports, depending on the switching position in which the valve element is located.
  • the centrifugal pump unit has an electric drive motor which rotatably drives at least one impeller of the centrifugal pump assembly.
  • the electric drive motor may preferably be a canned motor or a wet-running electric drive motor.
  • the impeller is in one arranged surrounding the impeller pump housing.
  • the pump housing has a suction port which communicates with a suction port of the impeller.
  • the pump housing has at least two pressure connections. The two pressure ports can serve, for example, to direct the flow generated by the impeller either in two different circuits of a heating system, for example in a heating circuit or a heat exchanger for domestic water heating.
  • a rotatable valve element is arranged, which is movable between at least two switching positions in which the flow paths through the at least two pressure ports are opened differently wide. Particularly preferably, in a first switching position, a flow path is opened by a first pressure port, while a flow path is closed by the second pressure port. Accordingly, preferably in a second switching position, the flow path is closed by the first pressure port and the flow path is opened by the second pressure port.
  • the valve element can serve as a changeover valve.
  • the valve element according to the invention comprises an annular wall surrounding the impeller, in which at least one switching opening is formed. This switch opening can be brought into different positions or switching positions by rotation of the valve element in order to open the flow paths differently in the manner described above.
  • the valve element is rotatably mounted in the interior of the pump housing about an axis of rotation concentric with the annular wall.
  • the annular wall in the surrounding area of the impeller has the advantage that it can simultaneously serve the flow guidance. Further, a flow generated by the impeller may act directly on the annular wall to rotate the valve member about the axis of rotation in response to the flow. So can the from the impeller generated flow can be used to move the valve element from one switching position to another switching position.
  • At least one, preferably two outlet openings connected to the pressure connections are located in a wall of the pump housing facing the annular wall, with which the at least one switching opening can be brought into overlap at least partially, depending on the switching position of the valve element.
  • a switching opening can optionally be brought into coincidence with one of two outlet openings in order to realize a switching function between the two outlet openings by rotation of the valve element.
  • a change in flow can also be achieved in that the switching opening is overlapped to different degrees with at least one outlet opening.
  • the valve element in the interior of the annular wall on a transverse to the axis of rotation extending wall, which preferably surrounds a suction port of the impeller.
  • This wall thus forms a bottom surface inside the annular wall.
  • the wall can in particular produce the connection of the annular wall to a mounting of the valve element.
  • the wall can serve as a contact surface for a flow generated by the impeller, so that the flow can rotate the valve element between the switching positions.
  • the wall is further preferably designed as an annular surface which surrounds the suction mouth of the impeller in an annular manner.
  • the suction mouth is preferably located centrally in the wall. Thus, more preferably, this wall separating the suction side and the pressure side in the interior of the pump housing from each other.
  • the annular wall has a circular outer contour and particularly preferably a cylindrical or conical outer contour.
  • This embodiment has the advantage that the annular wall can preferably move at a constant distance parallel to an inner wall of the pump housing upon rotation of the valve element.
  • valve element is rotatably mounted on a stationary component in the interior of the pump housing.
  • This fixed component may be integrally formed with the pump housing or rotatably attached thereto. This creates an independent bearing for the valve element.
  • the at least one switching opening is completely surrounded by at least a portion of the annular wall at its edge. That the switching opening is formed as a hole or as an opening in the annular wall.
  • a sealing or contact surface can be created in the peripheral region of the switching opening.
  • the annular wall may have at its free end a continuous closed edge, which can be brought to seal against a wall of the pump housing to the plant.
  • the free end of the annular wall is preferably that axial end which faces away from that end on which the wall extending transversely to the axis of rotation faces away.
  • the annular wall extends in an extension direction transversely to its circumference at an angle of less than 90 ° and preferably less than 45 ° to the axis of rotation of the valve element. This results in a cylindrical or preferably conical shape of the annular wall.
  • Such a form has the advantage that at least sections the annular wall can be brought to seal well with an inner wall of the pump housing to the plant.
  • the valve element has at least one movable portion which is movable between an adjacent position in which the portion of a contact surface in the pump housing, in particular frictionally engaged, and a released position in which the portion in the Rotation of the valve element is movable relative to the contact surface.
  • the at least one movable section of the valve element and the contact surface can thus act as a coupling which serves to hold the valve element in an achieved switching position.
  • the movement of the at least one movable portion of the valve element is preferably carried out by the fluid pressure generated by the impeller.
  • a pressure-dependent engageable and releasable coupling can be created, which can be brought depending on the operating conditions of the drive motor solely by the pressure build-up in the pump housing engaged and released again.
  • the system between the valve element and the abutment surface can be achieved only frictionally or optionally additionally positively by arranged on the valve element and / or the contact surface engagement elements.
  • In order to rotate the valve element from one switching position to another switching position it is first brought into its released position, which is preferably done by reducing the pressure in the pump housing or in the surrounding the impeller pressure chamber. Such a pressure reduction can be achieved by reducing the speed of the drive motor or switching off the drive motor.
  • the at least one movable portion may be formed as an elastic edge portion of the annular wall. More preferably, the entire ring wall is elastic, so that it can preferably be deflected radially outward by a pressure prevailing in the interior of the annular wall. By an elastic configuration of the wall portion while restoring forces can be generated, which preferably move the movable portion automatically back to its original position when the applied pressure is eliminated.
  • the entire valve element can be movable in a direction transverse to its direction of rotation, preferably parallel to its axis of rotation, between a released and an adjacent position.
  • the direction of movement of the valve element between the dissolved and the adjacent position is thus a different direction of movement than the direction of movement in which the valve element is moved between the switching positions.
  • a movement between the switching positions can be achieved independently of the fixation of the valve element.
  • the valve element is preferably mounted axially displaceably on the axis of rotation.
  • valve element and the pump housing are configured such that in the adjacent position at least a portion of the valve element rests against an inner wall of the pump housing.
  • the inner wall of the pump housing forms a contact surface and, together with the portion of the valve element, the coupling described above.
  • Such a coupling can be realized in this way with very few components. There are essentially no additional components to the valve element and the already existing pump housing required.
  • the valve element is configured and arranged such that a prevailing in the peripheral region of the impeller pressure so acts on the valve element that the at least one movable portion or the entire valve element is moved to the applied position. More preferably, the pressure prevailing in the peripheral region of the impeller so holds the valve element in fixed contact with a contact surface, in particular an inner wall of the pump housing. Thus, the valve element is held by the pressure in the peripheral region of the impeller in its adjacent position and thus fixed in the achieved switching position. The pressure in the peripheral region of the impeller is generated by the rotation of the impeller of this.
  • the described coupling which is formed by the at least one portion of the valve element or a conversion of the valve element with a contact surface, can thus be brought into engagement by the pump unit without further adjusting means.
  • a clutch is provided which can be engaged and disengaged solely by driving the drive motor.
  • a force generating means is preferably provided, particularly preferably in the form of a spring, which acts on the valve element or its at least one movable portion from the adjacent position in the direction of the released position with force. It is thereby achieved that the valve element or its at least one movable section, when the pressure in the pressure chamber on the output side of the impeller falls below a predetermined value, automatically moves back into its initial or rest position corresponding to the released position.
  • a clutch is provided which automatically or jostätig disengaged when the pressure drops. That is, by increasing the pressure in the pressure chamber, the clutch can be moved into its abutting position or in engagement. By reducing the pressure, it can be released again.
  • control of the drive motor and / or the design of the drive motor and the force generating means are coordinated so that at a certain speed of the drive motor or a certain output pressure, the force of the force generating means is overcome to bring the valve element or its at least one movable portion in the applied position.
  • the force generating means is preferably dimensioned so that it reliably moves the valve element or its movable portion back into the released position falls below a certain speed or a certain output pressure.
  • the invention may be located on the inner circumference of the annular wall leading to the at least one switching opening, more preferably spirally formed flow guide element.
  • the outlet leading spiral channel can be created, which preferably rotates together with the valve element when it is moved between its switching positions. This ensures optimum flow guidance to the outlet, regardless of which switching position the valve element is in.
  • the valve element is designed as a molded part made of metal or plastic, in particular as an injection molded part made of plastic. This allows a cost-effective production and at the same time the possibility of being able to form complex geometries, such as a flow guide in the valve element in a simple manner.
  • the valve element has in its center a bearing sleeve which rotatably slides on a fixed bearing pin in the pump housing.
  • the bearing pin may be formed integrally with the pump housing or a separate component fixed in the pump housing be.
  • the bearing sleeve is preferably formed integrally with the remaining portions of the valve element.
  • the bearing sleeve is formed so that between the bearing sleeve and the bearing pin a closed storage space is formed, so that in this a permanent lubrication or prelubrication can be provided, whereby a smooth running of the rotational movement of the valve element is ensured on the bearing pin.
  • a lubrication of the storage may be provided by the pumped fluid, wherein the bearing gap between the bearing sleeve and the bearing pin is preferably protected against penetrating contaminants to ensure a permanent ease.
  • the valve element can be rotatably mounted on an inlet pipe arranged in the pump housing and in engagement with a suction mouth of the rotor wheel.
  • an annular bearing surface is created, which surrounds the suction mouth.
  • a return element may be provided, which acts on the valve element in its direction of rotation.
  • the restoring element is preferably designed so that it moves the valve element in a predetermined starting position at standstill of the impeller, which preferably corresponds to one of the possible switching positions.
  • a return element can be formed for example by a spring or a magnetically acting return element be.
  • the valve element is designed such that it causes a return movement by gravity, that is, the return element is designed as a weight, which is preferably arranged eccentrically in the valve element, so that the weight on the valve element exerts a torque when the valve element from his Starting position is deflected.
  • centrifugal pump units as used for example as Bankungsum cilantrolzpumpenaggregate, usually have a defined mounting position, in which the shaft of the drive motor is horizontal, so a defined starting position can be ensured, in which the weight is in a lower of at least two possible positions.
  • the weight is increased, as long as the flow to the valve element sufficient force is applied. If this force falls away, gravity moves the valve element back to its original position.
  • the centrifugal pump units described below are provided as Bankungsumicalzpumpenaggregate especially for use in a heating system, such as a compact heating system, which serves both the heating of a building and the heating of process water.
  • the centrifugal pump unit according to the first embodiment of the invention has an electric drive motor 2, which is arranged in a motor housing 4.
  • the motor housing 4 is connected to a pump housing 6.
  • An electronics housing 8, which contains the electrical or electronic components for controlling and / or regulating the drive motor 2, is disposed on the axial end of the motor housing 4 facing away from the pump housing 6.
  • the electric drive motor 2 is a wet-running electric drive motor.
  • stator space in which the stator 10 is disposed is separated from a rotor space in which the rotor 12 is disposed by a split pot 14.
  • the rotor 12 thus rotates in the liquid to be conveyed.
  • the rotor 12 drives via a rotor shaft 16 in a known manner an impeller 18 at.
  • the impeller is arranged in the pump housing 6.
  • the pump housing 6 has a suction port 20 and two pressure ports 22 and 24.
  • the suction port 20 opens at the bottom of the pump housing 6.
  • a suction nozzle or inlet nozzle 26 is arranged, which engages in the interior of a suction mouth 28 of the impeller 18.
  • a pot-shaped valve element 30 is arranged in the interior of the pump housing 6.
  • the valve element 30 has a circular outer contour and extends concentrically to the axis of rotation X of the drive motor 2 and the impeller 18.
  • the valve element 30 has on the outer circumference of an annular wall 32 which has a frusto-conical or conical outer contour and an outer contour which substantially with the inner contour of the pump housing 6 in the peripheral region of the axis of rotation X corresponds. At that axial end of the annular wall 32 with a larger diameter, the valve element 30 is fully opened. At the opposite axial diameter in the smaller axial end, the valve element 30 has a wall 34 which forms a bottom of the valve element 30.
  • the wall 34 extends transversely to the annular wall 30 and normal to the axis of rotation X.
  • the wall 34 forms an annular wall, which extends radially inwardly starting from the annular wall 32 and surrounds a central opening 36.
  • the inlet nozzle 26 extends through. That is, the valve element 30 is placed with the opening 36 on the inlet nozzle 26 and fixed there by an annular securing element 38.
  • the fixing element 38 engages from the inside into the opening 36 and is fixed on the inlet nozzle 26, for example by clamping.
  • the inlet nozzle 26 and the securing element 38 are designed such that that the valve element 30 is guided in the radial direction, in the axial direction parallel to the longitudinal axis X, however, allows a certain movement.
  • a spring in the form of a wave-shaped spring ring 42 is also arranged.
  • the spring acts in the axial direction in the direction of the longitudinal axis X and pushes the valve element 30 away from the shoulder 40 in the direction of the drive motor 2.
  • the annular wall 32 and the wall 34 spaced from the inner surface of the pump housing 6, so that the valve element 30 about the inlet nozzle 26, that is, about the longitudinal axis X in the interior of the pump housing can rotate substantially freely.
  • valve element 30 In this state, a rotating flow generated in the interior of the valve element 30 in the peripheral region of the impeller 18 due to the friction between the flow and the wall surfaces of the valve element 30 (inner surface of the annular wall 32 and wall 34), the valve element 30 are rotated.
  • the rotational movement is limited by a stop pin 44, which engages in the bottom of the pump housing 6 in an arcuate groove 46 which extends through an angle of 90 ° about the longitudinal axis X.
  • the switching opening 48 is formed in the circumferential annular wall 32. This is formed as a hole which is completely enclosed on its outer circumference by parts of the annular wall 32.
  • the switching opening 48 can be brought to an outlet opening 50, which is connected to the pressure port 22 to cover, so that a flow connection from the interior of the valve element 30 through the switching opening 48, the outlet opening 50 is made to the pressure port 22.
  • the switching opening 48 is brought into registry with an outlet opening 52 which is connected to the pressure port 24. That is, the pressure port 24 opens at the outlet opening 52 into the interior of the pump housing 6.
  • a switching valve is realized, with which, for example, a switching function, as shown by Fig. 3 is described, can be realized.
  • Fig. 3 schematically shows the circuit diagram of a heating system.
  • This heating system has a primary heat exchanger 54, for example a gas boiler.
  • a circulation pump unit 56 is arranged, which may be a centrifugal pump unit, as described above and below.
  • a valve device 58 is integrated, which may be formed by the described valve element 30. Via the valve device 58, the flow path between a heating circuit 60 for tempering a building and a secondary heat exchanger 62 for heating domestic water can be switched to supply either the heating circuit 60 or the secondary heat exchanger 62 with heated by the primary heat exchanger 54 heat transfer medium.
  • the switching or movement of the valve element 30 is realized by an electronic unit 8 arranged in the control electronics 64, which drives the drive motor 2.
  • the control electronics 64 may for this purpose in particular have a speed controller or frequency converter.
  • the fact is exploited that at rapid start-up of the drive motor 2 and the impeller 18 in the Circumferential area of the impeller builds up a pressure faster than an annular flow, which is adapted to rotate the valve element 30.
  • the valve element for example, in the in Fig. 4 shown first switching position is located, in which the flow path is opened by the pressure port 22 and the valve element 30 is to remain at the start of the drive motor in this switching position, the drive motor 30 is accelerated quickly, so quickly builds up a pressure inside the valve element 30 and this from the in Fig.
  • valve element 30 is secured against rotation.
  • the outside of the valve element 30 thus forms a detachable coupling with the inside of the pump housing 6.
  • valve element 30 returns to its adjacent position in frictional contact with the inner surface of the pump housing 6 in this switching position.
  • the drive motor in the direction of rotation B must be driven at such a speed that a flow for moving the valve element 30 but can build up no such high pressure, which is suitable, the spring force of the spring ring 42 to overcome.
  • Fig. 10 shows the first switching position with the valve element 30 in the adjacent position.
  • the switching opening 48 is opposite to the outlet opening 50.
  • Fig. 11 shows the second switching position, in which a part of the annular wall 32 of the outlet opening 50 opposite, so that it is closed.
  • the switching opening 48 of the outlet opening 52 opposite, while in the first switching position, as in Fig. 9 shown, a part of the annular wall 32 of the outlet opening 52 opposite and thus closes.
  • valve element 30 is in each case in its adjacent position, so that it rests against the inner wall of the pump housing 6 in the peripheral region of the outlet openings 50, 52 and, if the annular wall 32 covers the outlet opening 50, 52, can close tightly.
  • Fig. 12 to 14 show a second embodiment of a centrifugal pump assembly according to the invention, in which the valve element is different only in the nature of its storage from the valve element 30 described above. Only the differences from the first embodiment will be described below. Incidentally, reference is made to the preceding description.
  • the valve element 30 is rotatably mounted on a bearing pin or bearing pin 66.
  • the bearing bolt 66 extends in the axial direction of the longitudinal axis X from the bottom into the interior of the pump housing 6 in.
  • the valve element 30 has on its wall 34 an integrally formed suction port 68, which instead of the inlet port 46 with the suction port 28 of the impeller 18 engages.
  • a suction opening Inside the suction nozzle 68 is a suction opening in which a bearing sleeve 70 is held by connecting webs, wherein the bearing sleeve 70 is integrally formed with the remaining part of the valve element 30 '.
  • the bearing sleeve 70 is placed on the bearing pin 66, that is, rotates on the bearing pin 66.
  • the bearing pin 66 surrounding a spring 72 is also arranged in the form of a compression spring.
  • the spring 72 takes over the function of the spring ring 42 according to the first embodiment and generates a compressive force between the bottom of the pump housing 6 and the valve element 30 ', so that this in the in Fig. 14 shown dissolved position is pushed away from the inner wall of the pump housing 6 and can rotate freely.
  • the third embodiment according to 15 to 17 essentially corresponds to the second embodiment, so that only the differences will be described below. Incidentally, reference is made to the preceding description.
  • the valve element 30 " has inside a spiral flow guide 46, which forms a spiral channel toward the switching opening 48.
  • the flow guide 46 is formed as a spiral projection, which narrows towards the switching opening 48 in the radial direction, so that the clearance between the Flow guide 76 and the impeller 18 is increased so that a spiral widening Flow channel is created to the outlet opening 48 out.
  • the flow during operation in the direction of rotation A in the runs FIGS. 16 and 17 Since the flow guide 76 rotates between the switching positions together with the valve element 30 ", optimum flow guidance is always provided for each of the pressure ports 22 and 24. It should be understood that such a flow guide 76 is also used in the first two embodiments could be.
  • valve element 30 has a weight 78, which is arranged in a receptacle in the bottom or the wall 34 of the valve element 30".
  • the weight 78 is diametrically opposite the switching opening 48, so that it is in the in Fig. 16 shown first switch position is below.
  • the weight 78 serves as a return element, so that the drive motor 2 only has to be driven in one direction of rotation A.
  • To reset the valve element 30 " it is not necessary to generate an annular flow in the opposite direction inside the valve element 30". The reset is done by gravity as the weight 78 moves down. If the pump set is in the in Fig.
  • the drive motor 2 is driven or accelerated by the control electronics 64 so that immediately builds up such a high pressure that the spring force generated by the spring 72 by a pressure force in the interior of the valve element 30 "overcome That is, the valve element 30 "is pressed by the fluid pressure generated against the spring force of the spring 42 in abutment with the inner wall of the pump housing 6 so that it is frictionally fixed there and remains in the first switching position shown.
  • the drive motor 2 is taken by the control electronics 64 accordingly slower in operation, so that initially an annular flow in the direction of Can build the direction of rotation A, which the valve element 30 "in the in Fig.
  • valve element 30, 30 ', 30 could be moved between a released and adjacent position.
  • the annular wall 32 could be designed to be elastic in order to be deformed by a fluid pressure prevailing in the interior and brought into abutment against an inner wall of the pump housing 6.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kreiselpumpenaggregat mit einem elektrischen Antriebsmotor (2), zumindest einem von diesem angetriebenen Laufrad (18) und einem das Laufrad (18) umgebenden Pumpengehäuse (6), welches zumindest einen Sauganschluss (20) und zumindest zwei Druckanschlüsse (22, 24) aufweist, wobei in dem Pumpengehäuse (6) ein drehbares Ventilelement (30, 30', 30") angeordnet ist, welches zwischen zumindest zwei Schaltstellungen bewegbar ist, in welchen die Strömungswege durch die zumindest zwei Druckanschlüsse (22, 24) unterschiedlich weit geöffnet sind, wobei das Ventilelement (30, 30', 30") eine das Laufrad (18) umgebende Ringwandung (32) aufweist, in welcher zumindest eine Schaltöffnung (48) ausgebildet ist und dass das Ventilelement (30, 30', 30") im Inneren des Pumpengehäuses (6) um eine zu der Ringwandung (32) zentrische Drehachse (X) drehbar gelagert ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Kreiselpumpenaggregat mit einem in einem Pumpengehäuse des Kreiselpumpenaggregates angeordneten Ventilelement.
  • Kreiselpumpenaggregate weisen üblicherweise zumindest ein Laufrad auf, welches durch einen elektrischen Antriebsmotor angetrieben wird. Das Laufrad rotiert in einem Pumpengehäuse, so dass es Flüssigkeit aus einem Sauganschluss zu zumindest einem Druckanschluss fördern kann. Es sind ferner Kreiselpumpenaggregate bekannt, bei welchen in das Pumpengehäuse ein Ventilelement integriert ist. Über ein solches Ventilelement kann die Strömung wahlweise zu einem von zwei Druckanschlüssen gelenkt werden, je nachdem in welcher Schaltstellung sich das Ventilelement befindet.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, die Ventileinrichtung in einem solchen Kreiselpumpenaggregat hinsichtlich Funktion und Aufbau zu verbessern. Diese Aufgabe wird durch ein Kreiselpumpenaggregat mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
  • Das erfindungsgemäße Kreiselpumpenaggregat weist einen elektrischen Antriebsmotor auf, welcher zumindest ein Laufrad des Kreiselpumpenaggregates drehend antreibt. Bei dem elektrischen Antriebsmotor kann es sich bevorzugt um einen Spaltrohrmotor bzw. einen nasslaufenden elektrischen Antriebsmotor handeln. Das Laufrad ist in einem das Laufrad umgebenden Pumpengehäuse angeordnet. Das Pumpengehäuse weist einen Sauganschluss auf, welcher mit einem Saugmund des Laufrades in Verbindung steht. Darüber hinaus weist das Pumpengehäuse zumindest zwei Druckanschlüsse auf. Die beiden Druckanschlüsse können beispielsweise dazu dienen, die von dem Laufrad erzeugte Strömung wahlweise in zwei verschiedene Kreise einer Heizungsanlage zu lenken, beispielsweise in einen Heizungskreislauf oder einen Wärmetauscher zur Brauchwassererwärmung. In dem Pumpengehäuse ist ein drehbares Ventilelement angeordnet, welches zwischen zumindest zwei Schaltstellungen bewegbar ist, in welchen die Strömungswege durch die zumindest zwei Druckanschlüsse unterschiedlich weit geöffnet sind. Besonders bevorzugt ist in einer ersten Schaltstellung ein Strömungsweg durch einen ersten Druckanschluss geöffnet, während ein Strömungsweg durch den zweiten Druckanschluss verschlossen ist. Entsprechend ist vorzugsweise in einer zweiten Schaltstellung der Strömungsweg durch den ersten Druckanschluss verschlossen und der Strömungsweg durch den zweiten Druckanschluss geöffnet. So kann das Ventilelement als Umschaltventil dienen.
  • Das Ventilelement weist erfindungsgemäß eine das Laufrad umgebende Ringwandung auf, in welcher zumindest eine Schaltöffnung ausgebildet ist. Diese Schalteröffnung kann durch Drehung des Ventilelementes in verschiedene Positionen bzw. Schalstellungen gebracht werden, um die Strömungswege in der oben beschriebenen Weise unterschiedlich zu öffnen. Das Ventilelement ist im Inneren des Pumpengehäuses um eine zu der Ringwandung konzentrische Drehachse drehbar gelagert. Die Ringwandung im Umgebungsbereich des Laufrades hat den Vorteil, dass sie gleichzeitig der Strömungsführung dienen kann. Ferner kann eine von dem Laufrad erzeugte Strömung direkt an der Ringwandung angreifen, um das Ventilelement um die Drehachse in Abhängigkeit der Strömung zu drehen. So kann die von dem Laufrad erzeugte Strömung dazu genutzt werden, das Ventilelement von einer Schaltstellung in eine andere Schaltstellung zu bewegen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind in einer der Ringwandung zugewandten Wand des Pumpengehäuses zumindest eine, vorzugsweise zwei mit den Druckanschlüssen verbundene Austrittsöffnungen gelegen, mit welcher/welchen die zumindest eine Schaltöffnung abhängig von der Schaltstellung des Ventilelementes zumindest teilweise in Überdeckung bringbar ist. Besonders bevorzugt kann eine Schaltöffnung wahlweise mit einer von zwei Austrittsöffnungen in Überdeckung gebracht werden, um eine Umschaltfunktion zwischen den beiden Austrittsöffnungen durch Drehung des Ventilelementes zu realisieren. Alternativ oder zusätzlich zu einer Umschaltfunktion kann auch eine Durchflussveränderung dadurch erreicht werden, dass die Schaltöffnung mit zumindest einer Austrittsöffnung unterschiedlich stark zur Überdeckung gebracht wird.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Ventilelement im Inneren der Ringwandung eine sich quer zu der Drehachse erstreckende Wandung auf, welche vorzugsweise einen Saugmund des Laufrades umgibt. Diese Wandung bildet somit im Inneren der Ringwandung eine Bodenfläche. Die Wandung kann insbesondere die Verbindung der Ringwandung zu einer Lagerung des Ventilelementes herstellen. Ferner kann die Wandung als Angriffsfläche für eine von dem Laufrad erzeugte Strömung dienen, so dass die Strömung das Ventilelement zwischen den Schaltstellungen drehen kann. Die Wandung ist weiter bevorzugt als ringförmige Fläche ausgebildet, welche den Saugmund des Laufrades ringförmig umgibt. Dabei liegt der Saugmund vorzugsweise zentral in der Wandung. So kann weiter bevorzugt diese Wandung die Saugseite und die Druckseite im Inneren des Pumpengehäuses voneinander trennen.
  • Weiter bevorzugt weist die Ringwandung eine kreisförmige Außenkontur auf und besonders bevorzugt eine zylindrische oder konische Außenkontur. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Ringwandung sich bei Drehung des Ventilelementes vorzugsweise in konstantem Abstand parallel zu einer Innenwandung des Pumpengehäuses bewegen kann.
  • Weiter bevorzugt ist das Ventilelement an einem feststehenden Bauteil im Inneren des Pumpengehäuses drehbar gelagert. Dieses feststehende Bauteil kann einstückig mit dem Pumpengehäuse ausgebildet oder aber drehfest an diesem befestigt sein. So wird eine unabhängige Lagerung für das Ventilelement geschaffen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die zumindest eine Schaltöffnung an ihrem Rand vollständig von zumindest einem Abschnitt der Ringwandung umgeben. D.h. die Schaltöffnung ist als ein Loch bzw. als eine Öffnung in der Ringwandung ausgebildet. Dadurch, dass die Schaltöffnung von einem vorzugsweise geschlossenen Rand umgeben wird, kann eine Dicht- bzw. Anlagefläche im Umfangsbereich der Schaltöffnung geschaffen werden. Ferner kann die Ringwandung an ihrem freien Ende einen durchgehenden geschlossenen Rand aufweisen, welcher zur Abdichtung an eine Wandung des Pumpengehäuses zur Anlage gebracht werden kann. Das freie Ende der Ringwandung ist dabei vorzugsweise dasjenige Axialende, welches demjenigen Ende, an welchem die sich quer zur Drehachse erstreckende Wandung liegt, abgewandt ist.
  • Weiter bevorzugt erstreckt sich die Ringwandung in einer Erstreckungsrichtung quer zu ihrem Umfang in einem Winkel kleiner 90° und vorzugsweise kleiner 45° zu der Drehachse des Ventilelementes. Hieraus ergibt sich eine zylindrische oder vorzugsweise konische Form der Ringwandung. Eine solche Form hat den Vorteil, dass zumindest Abschnitte der Ringwandung zur Abdichtung gut mit einer Innenwandung des Pumpengehäuses zur Anlage gebracht werden können.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Ventilelement zumindest einen beweglichen Abschnitt auf, welcher zwischen einer anliegenden Position, in welcher der Abschnitt an einer Anlagefläche im Pumpengehäuse, insbesondere reibschlüssig, anliegt, und einer gelösten Position bewegbar ist, in welcher der Abschnitt bei der Drehung des Ventilelementes relativ zu der Anlagefläche bewegbar ist. Der zumindest eine bewegliche Abschnitt des Ventilelementes und die Anlagefläche können so als Kupplung fungieren, welche dazu dient, das Ventilelement in einer erreichten Schaltstellung zu halten. Die Bewegung des zumindest einen beweglichen Abschnittes des Ventilelementes erfolgt dabei bevorzugt durch den von dem Laufrad erzeugten Fluiddruck. So kann eine druckabhängig in Eingriff bringbare und wieder lösbare Kupplung geschaffen werden, welche abhängig von den Betriebszuständen des Antriebsmotors allein durch den Druckaufbau im Pumpengehäuse in Eingriff gebracht und wieder gelöst werden kann. Die Anlage zwischen dem Ventilelement und der Anlagefläche kann dabei allein reibschlüssig oder gegebenenfalls zusätzlich formschlüssig durch am Ventilelement und/oder der Anlagefläche angeordnete Eingriffselemente erreicht werden. Um das Ventilelement von einer Schaltstellung in eine andere Schaltstellung drehen zu können, wird es zunächst in seine gelöste Position gebracht, was vorzugsweise durch eine Reduzierung des Druckes im Pumpengehäuse bzw. in dem das Laufrad umgebenden Druckraum geschieht. Eine solche Druckreduzierung kann durch Drehzahlreduzierung des Antriebsmotors oder Ausschalten des Antriebsmotors erreicht werden.
  • Besonders bevorzugt kann der zumindest eine bewegliche Abschnitt als elastischer Randabschnitt der Ringwandung ausgebildet sein. Weiter bevorzugt ist die gesamte Ringwandung elastisch ausgebildet, so dass sie vorzugsweise durch einen im Inneren der Ringwandung herrschenden Druck radial nach außen ausgelenkt werden kann. Durch eine elastische Ausgestaltung des Wandabschnittes können dabei Rückstellkräfte erzeugt werden, welche den beweglichen Abschnitt bevorzugt selbsttätig wieder in seine Ausgangslage zurückbewegen, wenn der aufgebrachte Druck entfällt.
  • Gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung kann alternativ oder zusätzlich das gesamte Ventilelement in einer Richtung quer zu seiner Drehrichtung, bevorzugt parallel zu seiner Drehachse, zwischen einer gelösten und einer anliegenden Position bewegbar sein. Die Bewegungsrichtung des Ventilelementes zwischen der gelösten und der anliegenden Position ist somit eine andere Bewegungsrichtung als diejenige Bewegungsrichtung, in welcher das Ventilelement zwischen den Schaltstellungen bewegt wird. So kann eine Bewegung zwischen den Schaltstellungen unabhängig von der Fixierung des Ventilelementes erreicht werden. Um eine Bewegbarkeit des Ventilelementes in Richtung seiner Drehachse zu erreichen, ist das Ventilelement vorzugsweise auf der Drehachse axial verschiebbar gelagert.
  • Weiter bevorzugt sind das Ventilelement und das Pumpengehäuse derart ausgestaltet, dass in der anliegenden Position zumindest ein Abschnitt des Ventilelementes an einer Innenwandung des Pumpengehäuses anliegt. So bildet die Innenwandung des Pumpengehäuses eine Anlagefläche und gemeinsam mit dem Abschnitt des Ventilelementes die oben beschriebene Kupplung. Eine solche Kupplung kann auf diese Weise mit sehr wenigen Bauteilen realisiert werden. Es sind im Wesentlichen keine zusätzlichen Bauteile zu dem Ventilelement und dem ohnehin vorhandenen Pumpengehäuse erforderlich.
  • Bevorzugt ist das Ventilelement derart ausgestaltet und angeordnet, dass ein im Umfangsbereich des Laufrades herrschenden Druck so auf das Ventilelement wirkt, dass der zumindest eine bewegliche Abschnitt oder das gesamte Ventilelement in die anliegende Position bewegt wird. Weiter bevorzugt hält der im Umfangsbereich des Laufrades herrschende Druck so das Ventilelement in fester Anlage mit einer Anlagefläche, insbesondere einer Innenwandung des Pumpengehäuses. So wird das Ventilelement durch den Druck im Umfangsbereich des Laufrades in seiner anliegenden Position gehalten und somit in der erreichten Schaltstellung fixiert. Der Druck im Umfangsbereich des Laufrades wird bei der Rotation des Laufrades von diesem erzeugt. Die beschriebene Kupplung, welche von dem zumindest einen Abschnitt des Ventilelementes bzw. einer Wandlung des Ventilelementes mit einer Anlagefläche gebildet wird, kann somit durch das Pumpenaggregat ohne weitere Stellmittel in Eingriff gebracht werden. Es wird somit eine Kupplung geschaffen, welche allein durch Ansteuerung des Antriebsmotors in Eingriff gebracht und wieder gelöst werden kann.
  • Ferner ist vorzugsweise ein Krafterzeugungsmittel vorgesehen, besonderes bevorzugt in Form einer Feder, welches das Ventilelement oder dessen zumindest einen beweglichen Abschnitt aus der anliegenden Position in Richtung der gelösten Position mit Kraft beaufschlagt. Dadurch wird erreicht, dass das Ventilelement oder dessen zumindest einer beweglicher Abschnitt dann, wenn der Druck im Druckraum ausgangsseitig des Laufrades unter einen vorbestimmten Wert fällt, selbsttätig in seine Ausgangs- bzw. Ruhelage, welche der gelösten Position entspricht, zurückbewegt wird. So wird eine Kupplung geschaffen, welche bei Abfallen des Druckes automatisch bzw. selbststätig außer Eingriff tritt. Das heißt, durch Erhöhung des Druckes im Druckraum kann die Kupplung in ihre anliegende Position bzw. in Eingriff bewegt werden. Durch Druckreduzierung kann sie wieder gelöst werden. Hierzu ist es bevorzugt, dass die Ansteuerung des Antriebsmotors und/oder die Auslegung des Antriebsmotors und das Krafterzeugungsmittel so aufeinander abgestimmt werden, dass bei einer bestimmten Drehzahl des Antriebsmotors bzw. einem bestimmten Ausgangsdruck die Kraft des Krafterzeugungsmittels überwunden wird, um das Ventilelement oder dessen zumindest einen beweglichen Abschnitt in die anliegende Position zu bringen. Umgekehrt ist das Krafterzeugungsmittel vorzugsweise so dimensioniert, dass es bei Unterschreiten einer bestimmten Drehzahl bzw. eines bestimmten Ausgangsdruckes das Ventilelement bzw. dessen beweglichen Abschnitt zuverlässig wieder in die gelöste Position bewegt.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann am Innenumfang der Ringwandung ein zu der zumindest einen Schaltöffnung hinführendes, weiter bevorzugt spiralförmig ausgebildetes Strömungsführungselement gelegen sein. So kann im Umfangsbereich des Laufrades ein zu der Schaltöffnung und damit zum Austritt hinführender Spiralkanal geschaffen werden, welcher sich vorzugsweise gemeinsam mit dem Ventilelement verdreht, wenn dieses zwischen seinen Schaltstellungen bewegt wird. So wird stets eine optimale Strömungsführung zum Ausgang hin gewährleistet, egal in welcher Schaltstellung sich das Ventilelement befindet.
  • Besonderes bevorzugt ist das Ventilelement als Formteil aus Metall oder Kunststoff, insbesondere als Spritzgussteil aus Kunststoff ausgebildet. Dies ermöglicht eine kostengünstige Fertigung und gleichzeitig die Möglichkeit, komplexe Geometrien, wie beispielsweise eine Strömungsführung in dem Ventilelement auf einfache Weise ausbilden zu können.
  • Gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung weist das Ventilelement in seinem Zentrum eine Lagerhülse auf, welche auf einem feststehenden Lagerbolzen im Pumpengehäuse drehbar gleitet. Der Lagerbolzen kann einstückig mit dem Pumpengehäuse ausgebildet sein oder ein separates im Pumpengehäuse fixiertes Bauteil sein. Die Lagerhülse ist vorzugsweise einstückig mit den übrigen Abschnitten des Ventilelementes ausgebildet. Vorzugsweise ist die Lagerhülse so ausgebildet, dass zwischen der Lagerhülse und dem Lagerbolzen ein geschlossener Lagerraum gebildet wird, so dass in diesem eine dauerhafte Schmierung oder eine Vorschmierung vorgesehen sein kann, wodurch eine Leichtgängigkeit der Drehbewegung des Ventilelementes auf dem Lagerbolzen sichergestellt wird. Alternativ oder zusätzlich kann eine Schmierung der Lagerung durch das geförderte Fluid vorgesehen sein, wobei der Lagerspalt zwischen der Lagerhülse und dem Lagerbolzen vorzugweise gegen eindringende Verunreinigungen geschützt ist, um eine dauerhafte Leichtgängigkeit zu gewährleisten.
  • Gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung kann das Ventilelement auf einem in dem Pumpengehäuse angeordneten, mit einem Saugmund des Laufrades in Eingriff befindlichen Einlassstutzen drehbar gelagert sein. Bei dieser Anordnung wird eine ringförmige Lagerfläche geschaffen, welche den Saugmund umgibt. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass das Innere des Saugmundes und des Saugstutzens frei von Lagerelementen bleiben kann, so dass geringe Strömungswiderstände im Saugbereich des Laufrades gewährleistet werden können. Gleichzeitig kann eine Abdichtung zwischen dem Ventilelement und dem Saugstutzen geschaffen werden, so dass das Ventilelement einen saugseitigen Raum von einem druckseitigen Raum im Inneren des Pumpengehäuses trennen kann.
  • Weiter bevorzugt kann ein Rückstelleelement vorgesehen sein, welches auf das Ventilelement in seiner Drehrichtung wirkt. Dabei ist das Rückstellelement vorzugsweise so ausgebildet, dass es bei Stillstand des Laufrades das Ventilelement in eine vorbestimmte Ausgangslage bewegt, welche vorzugsweise einer der möglichen Schaltstellungen entspricht. Ein solches Rückstelleelement kann beispielsweise durch eine Feder gebildet werden oder ein magnetisch wirkendes Rückstellelement sein. Besonders bevorzugt ist das Ventilelement so ausgebildet, dass es eine Rückstellbewegung durch Schwerkraft verursacht, das heißt das Rückstelleelement ist als Gewicht ausgebildet, welches vorzugsweise in dem Ventilelement exzentrisch angeordnet ist, so dass das Gewicht auf das Ventilelement ein Drehmoment ausübt, wenn das Ventilelement aus seiner Ausgangslage ausgelenkt wird. Da Kreiselpumpenaggregate, wie sie beispielsweise als Heizungsumwälzpumpenaggregate eingesetzt werden, üblicherweise eine definierte Einbaulage haben, bei welcher die Welle des Antriebsmotors horizontal verläuft, kann so auch eine definierte Ausgangslage sichergestellt werden, in welcher sich das Gewicht in einer unteren von zumindest zwei möglichen Positionen befindet. Bei Drehung des Ventilelementes in eine andere Schaltstellung wird das Gewicht angehoben, so lange von der Strömung auf das Ventilelement eine ausreichende Kraft ausgeübt wird. Fällt diese Kraft weg, bewegt die Schwerkraft das Ventilelement wieder in seine Ausgangslage zurück.
  • Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten Figuren beschrieben. In diesen zeigt:
  • Fig. 1
    eine erste perspektivische Explosionsansicht eines Kreiselpumpenaggregates gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
    Fig. 2
    eine perspektivische Explosionsansicht des Kreiselpumpenaggregates gemäß Fig. 1 aus einer anderen Perspektive,
    Fig. 3
    das Schaltbild einer Heizungsanlage mit einem Kreiselpumpenaggregat gemäß Fig. 1 und 2,
    Fig. 4
    eine Draufsicht auf das geöffnete Pumpengehäuse eines Kreiselpumpenaggregates gemäß Fig. 1 und 2 mit einem Ventilelement in einer ersten Schaltstellung,
    Fig. 5
    eine Ansicht gemäß Fig. 4 mit dem Ventilelement in einer zweiten Schaltstellung,
    Fig. 6
    eine stirnseitige Draufsicht auf ein Kreiselpumpenaggregat gemäß Fig. 1 und 2,
    Fig. 7
    eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in Fig. 6 mit einem Ventilelement in einer gelösten Position,
    Fig. 8
    eine Schnittansicht entlang der Linie B-B in Fig. 6 mit dem Ventilelement in einer zweiten Schaltstellung,
    Fig. 9
    eine Schnittansicht gemäß Fig. 8 mit dem Ventilelement in einer ersten Schaltstellung,
    Fig. 10
    eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in Fig. 6 mit dem Ventilelement in einer ersten Schaltstellung,
    Fig. 11
    eine Schnittansicht gemäß Fig. 10 mit dem Ventilelement in einer zweiten Schaltstellung,
    Fig. 12
    eine perspektivische Explosionsansicht eines Kreiselpumpenaggregates gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
    Fig. 13
    einen Blick in das geöffnete Pumpengehäuse eines Kreiselpumpenaggregates gemäß Fig. 12,
    Fig. 14
    eine Schnittansicht des Kreiselpumpenaggregates gemäß Fig. 12,
    Fig. 15
    eine perspektivische Explosionsansicht eines Kreiselpumpenaggregates gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung,
    Fig. 16
    einen Blick in das geöffnete Pumpengehäuse des Kreiselpumpenaggregates gemäß Fig. 15 mit einem Ventilelement in einer ersten Schaltstellung, und
    Fig. 17
    eine Ansicht gemäß Fig. 16 mit dem Ventilelement in einer zweiten Schaltstellung.
  • Die nachfolgend beschriebenen Kreiselpumpenaggregate sind als Heizungsumwälzpumpenaggregate insbesondere zur Verwendung in einer Heizungsanlage, wie einer Kompaktheizungsanlage, welche sowohl der Erwärmung eines Gebäudes als auch der Erwärmung von Brauchwasser dient, vorgesehen. Das Kreiselpumpenaggregat gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung weist einen elektrischen Antriebsmotor 2 auf, welcher in einem Motorgehäuse 4 angeordnet ist. Das Motorgehäuse 4 ist mit einem Pumpengehäuse 6 verbunden. An dem dem Pumpengehäuse 6 abgewandten Axialende des Motorgehäuses 4 ist ein Elektronikgehäuse 8 angeordnet, welches die elektrischen bzw. elektronischen Bauteile zur Steuerung und/oder Regelung des Antriebsmotors 2 beinhaltet. Bei dem elektrischen Antriebsmotor 2 handelt es sich um einen nasslaufenden elektrischen Antriebsmotor. Das heißt der Statorraum, in welchem der Stator 10 angeordnet ist, ist von einem Rotorraum, in welchem der Rotor 12 angeordnet ist, durch einen Spalttopf bzw. ein Spaltrohr 14 getrennt. Der Rotor 12 rotiert somit in der zu fördernden Flüssigkeit. Der Rotor 12 treibt über eine Rotorwelle 16 in bekannter Weise ein Laufrad 18 an. Das Laufrad ist in dem Pumpengehäuse 6 angeordnet.
  • Das Pumpengehäuse 6 weist einen Sauganschluss 20 sowie zwei Druckanschlüsse 22 und 24 auf. Der Sauganschluss 20 mündet am Boden des Pumpengehäuses 6. Dort ist ein Saugstutzen bzw. Einlassstutzen 26 angeordnet, welcher in das Innere eines Saugmundes 28 des Laufrades 18 eingreift.
  • Das Laufrad 18 umgebend ist im Inneren des Pumpengehäuses 6 ein topfförmiges Ventilelement 30 angeordnet. Das Ventilelement 30 weist eine kreisförmige Außenkontur auf und erstreckt sich konzentrisch zur Drehachse X des Antriebsmotors 2 und des Laufrades 18. Das Ventilelement 30 weist am Außenumfang eine Ringwandung 32 auf, welche einen kegelstumpfförmige bzw. konische Außenkontur aufweist und eine Außenkontur aufweist, welche im Wesentlichen mit der Innenkontur des Pumpengehäuses 6 im Umfangsbereich der Drehachse X entspricht. An demjenigen Axialende der Ringwandung 32 mit größerem Durchmesser ist das Ventilelement 30 vollständig geöffnet. An dem entgegengesetzten im Durchmesser kleineren Axialende weist das Ventilelement 30 eine Wandung 34 auf, welche einen Boden des Ventilelementes 30 bildet. Die Wandung 34 erstreckt sich quer zu der Ringwandung 30 und normal zur Drehachse X. Die Wandung 34 bildet dabei eine ringförmige Wandung, welche sich ausgehend von der Ringwandung 32 radial nach innen erstreckt und eine zentrale Öffnung 36 umgibt. Durch die Öffnung 36 erstreckt sich der Einlassstutzen 26 hindurch. Das heißt das Ventilelement 30 ist mit der Öffnung 36 auf den Einlassstutzen 26 aufgesetzt und dort durch ein ringförmiges Sicherungselement 38 fixiert. Das Fixierungselement 38 greift von Innen in die Öffnung 36 ein und ist auf dem Einlassstutzen 26, beispielsweise klemmend fixiert. Der Einlassstutzen 26 und das Sicherungselement 38 sind so ausgebildet, dass das Ventilelement 30 in radialer Richtung geführt ist, in axialer Richtung parallel zur Längsachse X jedoch eine gewisse Bewegung zulässt.
  • Zwischen einer radial auskragenden Schulter 40 des Einlassstutzens 26 und der Wandung 34 des Ventilelementes 30 ist darüber hinaus eine Feder in Form eines wellenförmigen Federringes 42 angeordnet. Die Feder wirkt in axialer Richtung in Richtung der Längsachse X und drückt das Ventilelement 30 von der Schulter 40 weg in die Richtung des Antriebsmotors 2. In dieser Lage ist, wie in Fig. 7 gezeigt, die Ringwandung 32 sowie die Wandung 34 von der Innenfläche des Pumpengehäuses 6 beabstandet, so dass sich das Ventilelement 30 um den Einlassstutzen 26, das heißt um die Längsachse X im Inneren des Pumpengehäuses im Wesentlichen frei drehen kann. In diesem Zustand kann eine im Inneren des Ventilelementes 30 im Umfangsbereich des Laufrades 18 von diesem erzeugte rotierende Strömung aufgrund der Reibung zwischen der Strömung und den Wandflächen des Ventilelementes 30 (Innenfläche der Ringwandung 32 sowie Wandung 34) das Ventilelement 30 mitgedreht werden. Die Drehbewegung wird begrenzt durch einen Anschlagstift 44, welcher im Boden des Pumpengehäuses 6 in eine bogenförmige Nut 46, welche sich über einen Winkel von 90° um die Längsachse X erstreckt, eingreift. Durch die Nut 46 und den Anschlagstift 44 wird erreicht, dass sich das Ventilelement 30 in einem Winkel um 90° um die Längsachse X zwischen zwei Schaltstellungen drehen kann.
  • In der umfänglichen Ringwandung 32 ist die Schaltöffnung 48 ausgebildet. Diese ist als Loch ausgebildet, welches an seinem Außenumfang vollständig von Teilen der Ringwandung 32 umschlossen ist. In einer ersten Schaltstellung kann die Schaltöffnung 48 mit einer Austrittsöffnung 50, welche mit dem Druckanschluss 22 verbunden ist, zur Überdeckung gebracht werden, so dass eine Strömungsverbindung vom Innenraum des Ventilelementes 30 durch die Schaltöffnung 48, die Austrittsöffnung 50 zu dem Druckanschluss 22 hergestellt wird. In der zweiten um 90° gedrehten Schaltstellung des Ventilelementes 30 wird die Schaltöffnung 48 mit einer Austrittsöffnung 52 in Überdeckung gebracht, welche mit dem Druckanschluss 24 verbunden ist. Das heißt, der Druckanschluss 24 mündet an der Austrittsöffnung 52 in das Innere des Pumpengehäuses 6. In dieser Schaltstellung ist somit eine Strömungsverbindung vom Inneren des Ventilelementes 30 durch die Schaltöffnung 48, die Austrittsöffnung 52 zu dem Druckanschluss 24 hin gegeben. So wird ein Umschaltventil realisiert, mit welchem beispielsweise eine Umschaltfunktion, wie sie anhand von Fig. 3 beschrieben wird, realisiert werden kann.
  • Fig. 3 zeigt schematisch den Schaltplan einer Heizungsanlage. Diese Heizungsanlage weist einen Primärwärmetauscher 54, beispielsweise eine Gastherme, auf. Ausgangsseitig, das heißt stromabwärts des Primärwärmetauschers 54, ist ein Umwälzpumpenaggregat 56 angeordnet, welches ein Kreiselpumpenaggregat sein kann, wie es vorangehend und nachfolgend beschrieben wird. Ausgangsseitig, das heißt an der Druckseite des Umwälzpumpenaggregates 56, ist eine Ventileinrichtung 58 integriert, welche von dem beschriebenen Ventilelement 30 gebildet sein kann. Über die Ventileinrichtung 58 kann der Strömungsweg zwischen einem Heizkreislauf 60 zum Temperieren eines Gebäudes und einem Sekundärwärmetauscher 62 zum Erwärmen von Brauchwasser umgeschaltet werden, um entweder den Heizkreislauf 60 oder den Sekundärwärmetauscher 62 mit von dem Primärwärmetauscher 54 erwärmten Wärmeträger zu versorgen.
  • Das Umschalten bzw. Bewegen des Ventilelementes 30 wird durch eine in dem Elektronikgehäuse 8 angeordnete Steuerelektronik 64, welche den Antriebsmotor 2 ansteuert, realisiert. Die Steuerelektronik 64 kann dazu insbesondere einen Drehzahlsteller bzw. Frequenzumrichter aufweisen. Für das Umschalten wird die Tatsache ausgenutzt, dass bei schnellem Anlauf des Antriebsmotors 2 und des Laufrades 18 sich im Umfangsbereich des Laufrades ein Druck schneller aufbaut als eine ringförmige Strömung, welche geeignet ist, das Ventilelement 30 zu drehen. Wenn sich das Ventilelement beispielsweise in der in Fig. 4 gezeigten ersten Schaltstellung befindet, in welcher der Strömungsweg durch den Druckanschluss 22 geöffnet ist und das Ventilelement 30 beim Anlaufen des Antriebsmotors in dieser Schaltstellung verbleiben soll, wird der Antriebsmotor 30 schnell beschleunigt, so dass sich schnell ein Druck im Inneren des Ventilelementes 30 aufbaut und dieses aus der in Fig. 7 gezeigten gelösten Stellung in eine anliegende Stellung gedrückt wird, an welcher die Außenseite der Ringwandung 32 und der Wandung 34 an den Innenflächen des Pumpengehäuses 6 reibschlüssig zur Anlage kommen, so dass das Ventilelement 30 gegen Verdrehen gesichert ist. Die Außenseite des Ventilelementes 30 bildet somit mit der Innenseite des Pumpengehäuses 6 eine lösbare Kupplung.
  • Um das Ventilelement 30 aus der in Fig. 4 gezeigten ersten Schaltstellung in die in Fig. 5 gezeigte zweite Schaltstellung zu drehen, wird das Laufrad 18 von dem Antriebsmotor 2 in der Drehrichtung A mit einer derart geringen Drehzahl angetrieben, dass sich im Inneren des Ventilelementes 30 kein Druck aufbauen kann, welcher die von dem Federring 42 erzeugte Federkraft überwinden kann. Das Ventilelement 30 verbleibt somit in der in Fig. 7 gezeigten gelösten Stellung. Nach einer gewissen Zeit baut sich jedoch auch eine Ringströmung in der Drehrichtung A im Inneren des Ventilelementes 30 auf, welche über Reibungskräfte das Ventilelement 30 mitdreht und so in die in Fig. 5 gezeigte zweite Schaltstellung bewegt. Wenn anschließend die Drehzahl des Antriebsmotors 2 weiter erhöht wird, gelangt das Ventilelement 30 in dieser Schaltstellung wieder in seine anliegende Position in reibschlüssigen Kontakt mit der Innenfläche des Pumpengehäuses 6. Es ist jedoch auch möglich den Antriebsmotor in dieser Schaltstellung wieder abzuschalten und dann in entgegengesetzter Drehrichtung B direkt mit einer derart hohen Drehzahl in Betrieb zu nehmen, dass unmittelbar wieder ein derart hoher Druck erzeugt wird, dass das Ventilelement 30 in axialer Richtung X in die in Fig. 8 gezeigt anliegende Position bewegt wird und so nicht in der Drehrichtung B von der Strömung mitgedreht werden kann. Um das Ventilelement 30 wieder in die erste Schaltstellung zurückzudrehen, muss der Antriebsmotor in der Drehrichtung B mit einer solchen Drehzahl angetrieben werden, dass sich eine Strömung zum Mitbewegen des Ventilelementes 30 aber kein derart hoher Druck aufbauen kann, welcher geeignet ist, die Federkraft des Federringes 42 zu überwinden.
  • Fig. 10 zeigt die erste Schaltstellung mit dem Ventilelement 30 in der anliegenden Position. Die Schaltöffnung 48 liegt der Austrittsöffnung 50 gegenüber. Fig. 11 zeigt die zweite Schaltstellung, in welcher ein Teil der Ringwandung 32 der Austrittsöffnung 50 gegenüberliegt, so dass diese geschlossen ist. Umgekehrt liegt in der zweiten Schaltstellung, wie sie in Fig. 8 gezeigt ist, die Schaltöffnung 48 der Austrittsöffnung 52 gegenüber, während in der ersten Schaltstellung, wie in Fig. 9 gezeigt, ein Teil der Ringwandung 32 der Austrittsöffnung 52 gegenüberliegt und diese somit verschließt. In Fig. 8 bis 11 liegt das Ventilelement 30 jeweils in seiner anliegenden Position, so dass es an der Innenwandung des Pumpengehäuses 6 im Umfangsbereich der Austrittsöffnungen 50, 52 anliegt und diese, sofern die Ringwandung 32 die Austrittsöffnung 50, 52 überdeckt, dicht verschließen kann.
  • Die Fig. 12 bis 14 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kreiselpumpenaggregates, bei welchem sich das Ventilelement lediglich in der Art seiner Lagerung von dem vorangehend beschriebenen Ventilelement 30 unterscheidet. Nachfolgend werden nur die Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben. Im Übrigen wird auf die vorangehende Beschreibung verwiesen. Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel ist das Ventilelement 30' auf einem Lagerstift bzw. Lagerbolzen 66 drehbar gelagert. Der Lagerbolzen 66 erstreckt sich in axialer Richtung der Längsachse X vom Boden her in das Innere des Pumpengehäuses 6 hinein. Das Ventilelement 30 weist an seiner Wandung 34 einen angeformten Saugstutzen 68 auf, welcher anstelle des Einlassstutzens 46 mit dem Saugmund 28 des Laufrades 18 in Eingriff tritt. Im Inneren des Saugstutzens 68 befindet sich eine Saugöffnung, in der über Verbindungsstege eine Lagerhülse 70 gehalten ist, wobei die Lagerhülse 70 mit dem übrigen Teil des Ventilelementes 30' einstückig ausgebildet ist. Die Lagerhülse 70 ist auf den Lagerbolzen 66 aufgesetzt, das heißt dreht sich auf dem Lagerbolzen 66. Den Lagerbolzen 66 umgebend ist ferner eine Feder 72 in Form einer Druckfeder angeordnet. Die Feder 72 übernimmt die Funktion des Federringes 42 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und erzeugt eine Druckkraft zwischen dem Boden des Pumpengehäuses 6 und dem Ventilelement 30', so dass dieses in der in Fig. 14 gezeigten gelösten Position von der Innenwandung des Pumpengehäuses 6 weggedrückt wird und sich frei drehen kann. In dieser Position stützt sich die Lagerhülse 70 mit ihrem den Pumpengehäuse 6 abgewandten geschlossenen Axialende 74 am Axialende der Rotorwelle 16 ab. Die Funktionsweise des Ventilelementes 30' entspricht der vorangehenden Beschreibung. Bis auf die unterschiedliche Lagerung ergeben sich keine Unterschiede.
  • Das dritte Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 15 bis 17 entspricht im Wesentlichen dem zweiten Ausführungsbeispiel, so dass nachfolgend ebenfalls lediglich die Unterschiede beschrieben werden. Im Übrigen wird auf die vorangehende Beschreibung verwiesen.
  • Das Ventilelement 30" weist im Inneren eine spiralförmige Strömungsführung 46 auf, welche einen Spiralkanal zu der Schaltöffnung 48 hin bildet. Die Strömungsführung 46 ist als spiralförmiger Vorsprung ausgebildet, welcher zu der Schaltöffnung 48 hin in radialer Richtung schmaler wird, so dass der Freiraum zwischen der Strömungsführung 76 und dem Laufrad 18 sich vergrößert, so dass ein sich spiralförmig erweiternder Strömungskanal zu der Austrittsöffnung 48 hin geschaffen wird. Dabei verläuft die Strömung im Betrieb in der Drehrichtung A in den Fig. 16 und 17. Da sich die Strömungsführung 76 gemeinsam mit dem Ventilelement 30" zwischen den Schaltstellungen dreht, ist zu jedem der Druckanschlüsse 22 und 24 hin im Betrieb stets eine optimale Strömungsführung gegeben. Es ist zu verstehen, dass eine derartige Strömungsführung 76 auch bei den ersten zwei Ausführungsbeispielen verwendet werden könnte.
  • Darüber hinaus weist das Ventilelement 30" ein Gewicht 78 auf, welches in einer Aufnahme im Boden bzw. der Wandung 34 des Ventilelementes 30" angeordnet ist. Das Gewicht 78 liegt der Schaltöffnung 48 diametral gegenüber, so dass es in der in Fig. 16 gezeigten ersten Schaltstellung unten liegt. Das Gewicht 78 dient als Rückstellelement, so dass der Antriebsmotor 2 lediglich in einer Drehrichtung A angetrieben werden muss. Zum Zurückstellen des Ventilelementes 30" ist es nicht erforderlich, im Inneren des Ventilelementes 30" eine ringförmige Strömung in entgegengesetzter Richtung zu erzeugen. Das Zurückstellen erfolgt vielmehr durch Schwerkraft, wenn sich das Gewicht 78 nach unten bewegt. Wenn das Pumpenaggregat in der in Fig. 16 gezeigten ersten Schaltstellung in Betrieb genommen werden soll, wird der Antriebsmotor 2 von der Steuerelektronik 64 so angetrieben bzw. beschleunigt, dass sich unmittelbar ein derart hoher Druck aufbaut, dass die von der Feder 72 erzeugte Federkraft durch eine Druckkraft im Inneren des Ventilelementes 30" überwunden werden kann. Das heißt das Ventilelement 30" wird durch den erzeugten Fluiddruck gegen die Federkraft der Feder 42 in Anlage mit der Innenwandung des Pumpengehäuses 6 gedrückt, so dass es dort reibschlüssig fixiert wird und in der gezeigten ersten Schaltstellung verbleibt. Um das Ventilelement 30" in die in Fig. 17 gezeigte zweite Schaltstellung zu bewegen, wird der Antriebsmotor 2 von der Steuerelektronik 64 entsprechend langsamer in Betrieb genommen, so dass sich zunächst eine ringförmige Strömung in Richtung der Drehrichtung A aufbauen kann, welche das Ventilelement 30" in der in Fig. 14 gezeigten gelösten Position mitdreht und so in die in Fig. 17 gezeigte zweite Schaltstellung dreht. In dieser kann dann der Antriebsmotor weiter beschleunigt werden, so dass sich im Inneren des Ventilelementes 30" wiederum ein derartiger Fluiddruck aufbaut, dass das Ventilelement 30' in die anliegende Position gedrückt wird. Beim Abschalten des Antriebsmotors fallen sowohl die ringförmige Strömung als auch der aufgebaute Druck weg, das Ventilelement 30" gelangt wieder in die gelöste Position durch Wirkung der Feder 72. In dieser kann es sich wieder frei drehen und das Gewicht 78 erzeugt ein Drehmoment, so dass sich das Ventilelement 30" entgegen der Drehrichtung A selbsttätig wieder in die in Fig. 16 gezeigte erste Schaltstellung zurückdreht.
  • Es ist zu verstehen, dass ein solches Rückstellelement auch bei den ersten zwei Ausführungsbeispielen Verwendung finden könnte. Anstelle eines durch Schwerkraft wirkenden Rückstellelementes könnte beispielsweise auch eine Feder oder ein magnetisch wirkendes Rückstellelement zum Einsatz kommen.
  • Anstelle oder zusätzlich zu einer axialen Bewegung des gesamten Ventilelementes 30, 30', 30" zwischen der gelösten und der anliegenden Position könnte auch lediglich ein beweglicher Abschnitt des Ventilelementes 30, 30', 30" zwischen einer gelösten und anliegenden Position bewegt werden. So könnte beispielsweise die Ringwandung 32 elastisch ausgebildet sein, um durch einen im Inneren herrschenden Fluiddruck verformt und gegen eine Innenwandung des Pumpengehäuses 6 zur Anlage gebracht zu werden.
  • Bezugszeichenliste
  • 2
    Antriebsmotor
    4
    Motorgehäuse
    6
    Pumpengehäuse
    8
    Elektronikgehäuse
    10
    Stator
    12
    Rotor
    14
    Spaltrohr
    16
    Rotorwelle
    18
    Laufrad
    20
    Sauganschluss
    22, 24
    Druckanschlüsse
    26
    Saugstutzen, Einlassstutzen
    28
    Saugmund
    30, 30', 30"
    Ventilelement
    32
    Ringwandung
    34
    Wandung
    36
    Öffnung
    38
    Sicherungselement
    40
    Schulter
    42
    Federring
    44
    Anschlagstift
    46
    Nut
    48
    Schaltöffnung
    50, 52
    Austrittsöffnung
    54
    Primärwärmetauscher
    56
    Umwälzpumpenaggregat
    58
    Ventileinrichtung
    60
    Heizkreislauf
    62
    Sekundärwärmetauscher
    64
    Steuerelektronik
    66
    Lagerbolzen
    68
    Saugstutzen
    70
    Lagerhülse
    72
    Feder
    74
    Axialende
    76
    Strömungsführung
    78
    Gewicht
    X
    Längsachse
    A, B
    Drehrichtungen

Claims (17)

  1. Kreiselpumpenaggregat mit einem elektrischen Antriebsmotor (2), zumindest einem von diesem angetriebenen Laufrad (18) und einem das Laufrad (18) umgebenden Pumpengehäuse (6), welches zumindest einen Sauganschluss (20) und zumindest zwei Druckanschlüsse (22, 24) aufweist, wobei in dem Pumpengehäuse (6) ein drehbares Ventilelement (30, 30', 30") angeordnet ist, welches zwischen zumindest zwei Schaltstellungen bewegbar ist, in welchen die Strömungswege durch die zumindest zwei Druckanschlüsse (22, 24) unterschiedlich weit geöffnet sind,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Ventilelement (30, 30', 30") eine das Laufrad (18) umgebende Ringwandung (32) aufweist, in welcher zumindest eine Schaltöffnung (48) ausgebildet ist und dass das Ventilelement (30, 30', 30") im Inneren des Pumpengehäuses (6) um eine zu der Ringwandung (32) zentrische Drehachse (X) drehbar gelagert ist.
  2. Kreiselpumpenaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einer der Ringwandung (32) zugewandten Wand des Pumpengehäuses (6) zumindest eine, vorzugsweise zwei mit den Druckanschlüssen (22, 24) verbundene Austrittsöffnungen (50, 52) gelegen sind, mit welcher/welchen die zumindest eine Schaltöffnung (48) abhängig von der Schaltstellung des Ventilelementes (30, 30', 30") zumindest teilweise in Überdeckung bringbar ist.
  3. Kreiselpumpenaggregat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Ventilelement (30, 30', 30") im Inneren der Ringwandung (32) eine sich quer zu der Drehachse erstreckende Wandung (34) aufweist, welche vorzugsweise einen Saugmund (28) des Laufrades (18) umgibt.
  4. Kreiselpumpenaggregat nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringwandung (32) eine kreisförmige Außenkontur und bevorzugt eine zylindrische oder konische Außenkontur aufweist.
  5. Kreiselpumpenaggregat nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (30, 30', 30") an einem feststehenden Bauteil (66; 26) im Inneren des Pumpengehäuses (6) drehbar gelagert ist.
  6. Kreiselpumpenaggregat nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Schaltöffnung (48) an ihrem Rand vollständig von zumindest einem Abschnitt der Ringwandung (32) umgeben ist.
  7. Kreiselpumpenaggregat nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringwandung (32) quer zu ihrem Umfang eine Erstreckungsrichtung in einem Winkel kleiner 90° und vorzugsweise kleiner 45° zu der Drehachse (X) aufweist.
  8. Kreiselpumpenaggregat nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (30, 30', 30") zumindest einen beweglichen Abschnitt aufweist, welcher zwischen einer anliegenden Position, an welcher der Abschnitt an einer Anlagefläche im Pumpengehäuse (6) reibschlüssig anliegt, und einer gelösten Position bewegbar ist, in welcher der Abschnitt bei der Drehung des Ventilelementes (30, 30', 30") relativ zu der Anlagefläche bewegbar ist.
  9. Kreiselpumpenaggregat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine bewegliche Abschnitt als elastischer Wandabschnitt der Ringwandung (32) ausgebildet ist.
  10. Kreiselpumpenaggregat nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das gesamte Ventilelement (30, 30', 30") in einer Richtung quer zu seiner Drehrichtung (A, B), bevorzugt parallel zu seiner Drehachse (X) zwischen einer gelösten und einer anliegenden Position bewegbar ist.
  11. Kreiselpumpenaggregat nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (30, 30', 30") und das Pumpengehäuse (6) derart ausgestaltet sind, dass in der anliegenden Position zumindest ein Abschnitt des Ventilelementes (30, 30', 30") an einer Innenwandung des Pumpengehäuses (6) anliegt.
  12. Kreiselpumpenaggregat nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (30, 30', 30") derart ausgestaltet ist, dass ein im Umfangsbereich des Laufrades (18) herrschender Druck so auf das Ventilelement (30, 30', 30") wirkt, dass der zumindest eine bewegliche Abschnitt oder das gesamte Ventilelement (30, 30', 30") in die anliegende Position bewegt wird.
  13. Kreiselpumpenaggregat nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch zumindest ein Krafterzeugungsmittel, vorzugsweise eine Feder (42; 72), welches das Ventilelement (30, 30', 30") oder dessen zumindest einen beweglichen Abschnitt aus der anliegenden Position in Richtung der gelösten Position mit Kraft beaufschlagt.
  14. Kreiselpumpenaggregat nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Innenumfang der Ringwandung (32) ein zu der zumindest einen Schaltöffnung (48) hinführendes, bevorzugt spiralförmig ausgebildetes Strömungsführungselement (76) gelegen ist.
  15. Kreiselpumpenaggregat nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (30', 30") in seinem Zentrum eine Lagerhülse (70) aufweist, welche auf einem feststehenden Lagerbolzen (66) im Pumpengehäuse (6) drehbar gleitet.
  16. Kreiselpumpenaggregat nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (30) auf einem in dem Pumpengehäuse (6) angeordneten, mit einem Saugmund (28) des Laufrades (18) im Eingriff befindlichen Einlassstutzen (26) drehbar gelagert ist.
  17. Kreiselpumpenaggregat nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein auf das Ventilelement (30") in seiner Drehrichtung (B) wirkendes Rückstellelement (78), welches derart ausgebildet ist, dass es bei Stillstand des Laufrades das Ventilelement (30") in eine vorbestimmte Ausgangslage bewegt, wobei das Rückstellelement vorzugsweise ein an dem Ventilelement (30") angeordnetes Gewicht (78) ist.
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