Selbstentlüftende Zentrifugalpumpe

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zentrifugalpumpe mit einem Zentrifugalpumpenausgangsraum sowie mit einer zusätzlichen, vorzugsweise als Vakuumpumpe ausgebildeten Entlüftungspumpe mit einem Entlüftungspumpeneingang und einem Entlüftungspumpenausgang.

Derartige Pumpen sind seit langem in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Jede der bekannten Pumpen soll dabei das Problem lösen, dass eine Kreiselpumpe bzw. Zentrifugalpumpe im einleitenden Betriebszustand nicht selbstansaugend ist.

Beispielsweise ist in der DE1960076A1 eine Zentrifugalpumpe offenbart, welche an deren Rückseite eine Entlüftungspumpe aufweist. Bei der vorbekannten Zentrifugalpumpe sind sowohl der Einlass als auch der Auslaß der Zentrifugalpumpe mit dem Einlass der Entlüftungspumpe über ein Ventil verbunden. Zum Entlüften wird das Ventil der bekannten

Zentrifugalpumpe so geschaltet, dass der Einlass der Zentrifugalpumpe direkt mit dem Einlass der Entlüftungspumpe verbunden ist. Im normalen Betrieb wird dagegen das Ventil so geschaltet, dass der Auslass der Zentrifugalpumpe mit der Entlüftungspumpe verbunden ist. Die Entlüftungspumpe ist also sowohl mit dem Einlass als auch mit dem Auslass der Zentrifugalpumpe verbunden.

Das bekannte Prinzip bei dem Entlüftungsvorgang beruht hierbei darauf, dass der Einlass der Entlüftungspumpe mit dem Einlass der zu entlüftenden Zentrifugalpumpe verbunden wird. Nachteilig bei dieser vorbekannten Ausführungsform einer selbstentlüftenden Zentrifugalpumpe ist, dass ein Ventil erforderlich ist, wodurch der Aufbau komplex und potentiell fehleranfällig wird.

Aus der DE8528001 U1 ist eine gattungsgemäße Zentrifugalpumpe vorbekannt, bei der eine Entlüftungspumpe über eine Leitung mit dem Laufrad der Zentrifugalpumpe verbunden ist, so dass eine Entlüftung der Zentrifugalpumpe aus dem Verdichtungsraum der Zentrifugalpumpe heraus erfolgt. Zur Durchführung der Entlüftung ist auch bei dieser vorbekannten Variante ein Ventil erforderlich. Nachteilig an dieser bekannten Pumpe ist abermals das Erfordernis eines Ventils. Zudem ist eine vollständige Neuauslegung der Zentrifugalpumpe erforderlich, um den erforderlichen Kanal auszubilden. Eine übernahme dieser Entlüftungstechnologie in vorhandene Pumpendesigns ist daher nicht ohne weiteres möglich.

Die DE 3842349C2, DE 3513101 A1 , DE 3339679A1 machen andere Ausführungen von selbstentlüftenden Zentrifugalpumpen der gattungsgemäßen Art vorbekannt, bei denen eine Entlüftung am Einlass der Zentrifugalpumpe erfolgt.

Schließlich betrifft die deutsche Offenlegungsschrift 2130195 ein Pumpenaggregat mit einer Schleuderpumpe und einer selbstansaugenden Pumpe. Bei dem bekannten Pumpenaggregat wird zur Entlüftung eine Schneckenpumpe an den Auslass der Schleuderpumpe mithilfe eines Ventils angeschlossen. Bei dieser Schaltung des Ventils ist der gesamte Volumenstrom durch die funktionsmäßig als Entlüftungspumpe dienende Schneckenpumpe geführt. Dies kann mit Nachteil zu Problemen führen, sobald die Schleuderpumpe vollständig entlüftet ist und wieder zu fördern beginnt, da in diesem Falle der gesamte Volumenstrom durch die Schleuderpumpe geführt wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Zentrifugalpumpe der eingangs genannten Art anzugeben, welche

besonders einfach aufgebaut ist und welche sich bei Bedarf ohne aufwändige mechanische Umschaltvorgänge selbsttätig entlüften kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Zentrifugalpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 gelöst, bei welcher sowohl der Entlüftungspumpeneingang als auch der Entlüftungspumpenausgang jeweils über eine Verbindungsleitung mit dem

Zentrifugalpumpenausgangsraum, eine Nebenleitung bildend verbunden sind.

Der Vorteil dieser Anordnung gemäß der Erfindung ist, dass eine Entlüftung vom Eingangsraum der Zentrifugalpumpe, also von der

Saugseite der Zentrifugalpumpe durch die Flüssigkeitspumpe aus erfolgt. Dadurch, dass die Entlüftungspumpe als Nebenleitung ständig dem Ausgangsraum der Zentrifugalpumpe parallel geschaltet ist, entfällt die Notwendigkeit eines Ventils. Der Aufbau wird dadurch einerseits besonders einfach, andererseits ist sichergestellt, dass im Betrieb der

Zentrifugalpumpe der Entlüftungsvorgang bei Bedarf selbsttätig, ohne zum Beispiel das Schalten eines Ventils, einsetzen kann. Mit Vorteil kann die Entlüftung mit der erfindungsgemäßen Zentrifugalpumpe besonders schnell erfolgen, da das in der Regel im Pumpenraum verbleibende Restmedium in Richtung des Pumpenauslasses angesaugt wird.

In Ausgestaltung der Erfindung ist der Entlüftungspumpeneingang stromaufwärts von dem Entlüftungspumpenausgang in den Zentrifugalpumpenausgangsraum mündend angeordnet. Der durch die Entlüftungspumpe zusammen mit den Verbindungsleitungen ausgebildete Bypass entsteht auf diese Weise in der Art, dass auch der Nebenstrom in Förderrichtung der Zentrifugalpumpe entsteht. Außerdem ist es zweckmäßig und daher von Vorteil, die Ansaugleitung der

Entlüftungspumpe möglichst nah zur zu entlüftenden Zentrifugalpumpe zu platzieren.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass sowohl der Entlüftungspumpeneingang als auch der Entlüftungspumpenausgang an einer, vorzugsweise rückwärtigen, Gehäusewand der Zentrifugalpumpe angeordnet sind. Hierdurch ergibt sich mit Vorteil ein besonders kompakter Aufbau der erfindungsgemäßen Zentrifugalpumpe. Insbesondere ist es mit Vorteil möglich, die Entlüftungspumpe als eine zusammenhängende, kompakte Einheit auszugestalten.

Die erfindungsgemäße Zentrifugalpumpe wird noch verbessert, wenn die Zentrifugalpumpe und die Entlüftungspumpe antriebsgekoppelt sind. Mit Vorteil kann auf diese Weise einerseits vermieden werden, dass ein zusätzlicher Antrieb für die Entlüftungspumpe erforderlich ist, andererseits ist es möglich, die Entlüftungspumpe - erforderlichenfalls über eine übersetzung - stets mitlaufen zu lassen.

Eine besonders vorteilhafte, da kompakte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zentrifugalpumpe erhält man, wenn die Entlüftungspumpe im Gehäuse der Zentrifugalpumpe angeordnet ist.

Bei der bevorzugten Variante der Erfindung ist die Entlüftungspumpe als Flüssigkeits-Ringpumpe ausgebildet. Bekanntlich haben Flüssigkeits- Ringpumpen die Eigenschaft, selbstentlüftend zu sein. Sie sind daher besonders gut geeignet, ihrerseits als Entlüftungspumpe für eine Zentrifugalpumpe, welche per se nicht selbstentlüftend ist, zu dienen.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verbindungsleitungen horizontal orientiert sind und eine Schwanenhalsform aufweisen. Durch diesen Flüssigkeitsabschluss ist

sichergestellt, dass die gemäß der Erfindung zur Entlüftung dienende Pumpe stets vollständig mit Flüssigkeit gefüllt ist. Entscheidend ist hierbei, daß der Bypass mit dem Ausgang der Zentrifugalpumpe verbunden ist.

Eine besonders günstige Variante der erfindungsgemäßen Zentrifugalpumpe erhält man, wenn dem Zentrifugalpumpenansaugraum ein Einlassrohr mit einer Schwanenhalsform vorgeschaltet ist. Hierdurch wird mit Vorteil im regulären Betrieb der Pumpe sichergestellt, dass diese vollständig mit Medium gefüllt ist. Bei dem erfindungsgemäßen Entlüftungsprinzip kann der Entlüftungsvorgang von der Druckseite der Zentrifugalpumpe - also von deren Auslassbereich - aus mit Vorteil soweit durchgeführt werden, bis das Medium an der Seite des Zentrifugalpumpenansaugraums über den Schwanenhals angehoben worden ist. Die Zentrifugalpumpe wird dann den normalen Pumpbetrieb wieder aufnehmen.

Eine mögliche durch die permanent zugeschaltete Nebenleitung hervorgerufene ungünstige Auswirkung auf die Pumpleistung der Zentrifugalpumpe wird in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung vermieden, indem in der Nebenleitung, vorzugsweise in einer der Verbindungsleitungen (16, 17), ein Ventil vorgesehen ist. Das Ventil kann beispielsweise im normalen Betrieb der Zentrifugalpumpe die

Nebenleitung schließend geschaltet werden, um zu verhindern, daß im normalen Betrieb unnötig Medium durch die Nebenleitung strömt und dadurch den Strömungswiderstand auf der Druckseite der Zentrifugalpumpe in unerwünschter Weise erhöht.

Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird gleichermaßen gelöst durch ein Verfahren zum Entlüften einer Zentrifugalpumpe mit einem Zentrifugalpumpenausgangsraum und einem Zentrifugalpumpenansaugraum unter Verwendung einer zusätzlichen,

vorzugsweise als Vakuumpumpe ausgebildeten Entlüftungspumpe mit einem Entlüftungspumpeneingang und einem

Entlüftungspumpenausgang, bei welchem erfindungsgemäß zum Entlüften sowohl der Entlüftungspumpeneingang als auch der Entlüftungspumpenausgang jeweils mit dem

Zentrifugalpumpenausgangsraum, eine Nebenleitung bildend verbunden werden.

Eine bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass der Entlüftungspumpeneingang stromabwärts von dem Entlüftungspumpenausgang in den Zentrifugalpumpenausgangsraum mündend angeordnet wird.

Gemäß einer anderen besonders kostengünstigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Zentrifugalpumpe mit der Entlüftungspumpe antriebsgekoppelt. Hierdurch kann mit Vorteil ein zusätzlicher Antrieb für die Entlüftungspumpe entfallen.

Die Erfindung wird in einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf eine Zeichnung beispielhaft beschrieben, wobei weitere vorteilhafte Einzelheiten den Figuren der Zeichnung zu entnehmen sind.

Funktionsmäßig gleiche Teile sind dabei mit denselben Bezugszeichen versehen.

Die Figuren der Zeichnung zeigen im Einzelnen:

Figur 1 : einen schematischen Axialschnitt einer bevorzugten

Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zentrifugalpumpe und

Figur 2: einen schematischen Radialschnitt einer gemäß der Erfindung bevorzugten Entlüftungspumpe für die erfindungsgemäße Zentrifugalpumpe.

In der Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Zentrifugalpumpe 1 zu erkennen. Die Zentrifugalpumpe 1 besteht aus der Zentrifugalpumpeneinheit 2 sowie der Flüssigkeits-Ringpumpe 3. Die Zentrifugalpumpeneinheit 2 weist einen Einlassbereich 4, ein Laufrad 5 sowie einen Auslassbereich 6 auf. Der Einlassbereich 4, dass Laufrad 5 sowie der Auslassbereich 6 sind über ein Gehäuse 7 miteinander verbunden.

Eine Achse der Pumpenwelle der Zentrifugalpumpeneinheit 2 ist in der Figur 1 mit dem Bezugszeichen 19 versehen.

Zwischen dem Laufrad 5 und dem Auslassbereich 6 befindet sich der Ringkanal 8 der Zentrifugalpumpeneinheit 2. Die Zentrifugalpumpeneinheit 2 hat ein Pumpengehäuse 7 bestehend aus dem Vorderteil 7a sowie eine Rückwand 7b. Das Vorderteil 7a und die Rückwand 7b sind nicht dasselbe Bauteil. Die Zentrifugalpumpe 1 ist mit einem an der Rückwand 7b befestigten Halter 10 an einem Antriebsmotor (nicht dargestellt) direkt befestigt.

Die Flüssigkeits-Ringpumpe 3 ist mit ihrem Gehäuse 11 zwischen dem Vorderteil 7a und der Rückwand 7b des Gehäuses 7 der

Zentrifugalpumpeneinheit 2 formschlüssig befestigt. Das Gehäuse 11 der Flüssigkeits-Ringpumpe 3 schließt dabei den Ringkanal 8 der Zentrifugalpumpeneinheit 2 innenseitig vom Vorderteil 7a des Gehäuses 7 der Zentrifugalpumpeneinheit 2 dichtend ab. Zur Abdichtung dient ein Dichtungselement 12.

Zwischen Rückwand 7b und Gehäuse 11 ist das Laufrad 13 der Flüssigkeits-Ringpumpe 3 gelagert. An der Rückseite 13a des Gehäuses

11 der Flüssigkeits-Ringpumpe 3 befinden sich der Entlüftungspumpeneingang 14 sowie der Entlüftungspumpenausgang 15, (Figur 2). Der Entlüftungspumpeneingang 14 ist über eine Verbindungsleitung 16 mit dem Auslassbereich 6 der Zentrifugalpumpeneinheit 2 verbunden. Ebenso ist der

Entlüftungspumpenausgang 15 über eine Verbindungsleitung 17 mit dem Auslassbereich 6 der Zentrifugalpumpeneinheit 2 verbunden.

Die Figur 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung der Flüssigkeits- Ringpumpe 3 aus Figur 1. Der Schnitt ist so gewählt, dass die Schnittebene der Figur 2 senkrecht zu der Schnittebene der Figur 1 steht. Die Figur 2 zeigt insbesondere die Anordnung des Laufrad 13 der Flüssigkeits-Ringpumpe 3 relativ zum dem Entlüftungspumpeneingang 14 sowie dem Entlüftungspumpenausgang 15. Das Laufrad 13 teilweise umgebend ist ein Flüssigkeits-Ringkanal 18. Wie in der Figur 2 zu erkennen, entsteht zwischen dem Laufrad 13 am Innenrand und dem

Flüssigkeits-Ringkanal 18 am Außenrand ein Volumeneinschluss, welcher sich in Umlaufrichtung des Laufrad 13 vom Entlüftungspumpeneingang 14 zum Entlüftungspumpenausgang 15 hin stetig verjüngt. Durch diesen Verdichtungsvorgang entsteht in an sich bekannter Weise ein Druckunterschied zwischen Entlüftungspumpeneingang 14 und Entlüftungspumpenausgang 15, welches die Pumpwirkung der Flüssigkeits- Ringpumpe 3 erzeugt.

Im normalen Betriebszustand der Zentrifugalpumpe 1 sind der Einlassbereich 4, der Ringkanal 8 sowie der Auslassbereich 6 vollständig mit Medium gefüllt. Es befindet sich in der Zentrifugalpumpeneinheit 2 in den genannten Bereichen im wesentlichen keine Luft.

In diesem Betriebszustand, welcher in der Regel nach erfolgreich erfolgtem Anlaufen der Zentrifugalpumpe 2 beim normalen Pumpbetrieb

vorherrscht, wird über das Laufrad 5 das zu fördernde Medium aus dem Einlassbereich 4 durch den Ringkanal 8 befördert. Auf diese Weise wird das Medium von dem Einlassbereich 4 zu dem Auslaßbereich 6 gefördert und im Diffusor 6 dessen Druck wird erhöht.

Die ebenfalls in Betrieb befindliche Flüssigkeits-Ringpumpe 3 zirkuliert währenddessen kontinuierlich das im Auslassbereich 6 vorhandene Medium über die Verbindungsleitung 16 zu dem Entlüftungspumpeneingang 14. Dort wird das Medium durch das Laufrad 13 der Flüssigkeits-Ringpumpe 3 in den Zwischenraum zwischen dem Flüssigkeits-Ringkanal 18 und dem Laufrad 13 in Richtung des Entlüftungspumpenausgangs 15 befördert. Vom Entlüftungspumpenausgang 15 zirkuliert das Medium über die Verbindungsleitung 17 zurück in den Auslassbereich 6 der Zentrifugalpumpeneinheit 2.

Auf diese Weise bildet die Verbindungsleitung 16 mit dem

Entlüftungspumpeneingang 14, dem Laufrad 13 der Flüssigkeits- Ringpumpe 3 sowie dem Entlüftungspumpenausgang 15 mit der Verbindungsleitung 17 eine Nebenleitung bzw. einen Bypass, deren bzw. dessen Ein- und Ausgang sich im Auslassbereich 6 der Zentrifugalpumpeneinheit 2 befinden.

In einem Betriebszustand, in welchem sich Luft in irgendeinem der Bestandteile des aus Einlassbereich 4, Bereich des Laufrads 5, Ringkanal 8 und Auslassbereich 6 gebildeten Systems befindet, ist die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Zentrifugalpumpe 1 wie nachfolgend beschrieben. Ein derartiger Betriebszustand tritt beispielsweise auf, wenn die

Zentrifugalpumpe 1 aus einem Ruhezustand heraus angefahren wird. Andererseits kann der beschriebene Betriebszustand beispielsweise auch im laufenden Betrieb der Zentrifugalpumpe 1 entstehen.

In diesem Betriebszustand ist die Zentrifugalpumpeneinheit 2 nicht mehr in der Lage, den Druck vom Einlassbereich 4 zum Auslassbereich 6 hin zu erhöhen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass aufgrund der in der Saugleitung der Zentrifugalpumpeneinheit 2 vorhandenen Luft kein Medium mehr durch die Zentrifugalpumpeneinheit 2 strömt.

Sofern noch eine Restmenge Medium in dem Ringkanal 8 der Zentrifugalpumpeneinheit 2 oder in anderen niederdruckseitigen Bereichen der Zentrifugalpumpeneinheit 2 verblieben ist, wird diese angetrieben durch des Laufrad 5 der Zentrifugalpumpeneinheit 2 weiterbefördert über den Ringkanal 8 und schließlich in den Auslassbereich 6 der Zentrifugalpumpeneinheit 2 befördert.

Aufgrund des durch den beschriebenen Effekt im Auslassbereich 6 der Zentrifugalpumpeneinheit 2 vorhandenen Mediums ist die Flüssigkeits- Ringpumpe 3 in der Lage, Medium, welches aus dem Auslassbereich 6 der Zentrifugalpumpeneinheit 2 stammt, durch den

Entlüftungspumpeneingang 14 über die Verbindungsleitung 16 und durch den Entlüftungspumpenausgang 15 über die Verbindungsleitung 17 zurück in den Auslassbereich 6 der Zentrifugalpumpeneinheit 2 zu zirkulieren. Diese kontinuierliche Zirkulation des im Auslassbereich 6 der Zentrifugalpumpeneinheit 2 vorhandenen Restmediums erzeugt eine Sogwirkung im Bereich der Flüssigkeitspumpe, wie dies für sich genommen bei Flüssigkeits-Ringpumpen bekannt ist. Das erzeugte Vakuum in der Flüssigkeitsringpumpe befördert jegliche in dem Einlassbereich 4 der Zentrifugalpumpeneinheit 2 vorhandene Luft aus dem Bereich des Laufrads 5 und dem Ringkanal 8 der

Zentrifugalpumpeneinheit 2 durch die Flüssigkeits-Ringpumpe 3 in den Auslassbereich 6 der Zentrifugalpumpeneinheit 2. Die Luft tritt dabei durch die Spüllöcher 9 im Laufrad und die vorhandene Spalte 20 zwischen der Zwischenwand 11 und des Laufrades 5 bzw. seiner Welle in die

Ringpumpe über. Dieser Vorgang erfolgt solange, bis der Einlassbereich 4 der Zentrifugalpumpeneinheit 2 vollständig von Luft befreit ist.

Sobald keine Luft mehr in dem aus dem Einlassbereich 4, dem Bereich des Laufrads 5, dem Ringkanal 8 und dem Auslassbereich 6 der Zentrifugalpumpeneinheit 2 gebildeten System vorhanden ist, beginnt die Zentrifugalpumpeneinheit 2 der Zentrifugalpumpe 1 wieder gemäß dem oben beschriebenen normalen Betriebszustand Medium zu fördern.

Besonders effektiv wird der beschriebene erfindungsgemäße Entlüftungsvorgang gestaltet, wenn dem Einlassbereich 4 der Zentrifugalpumpeneinheit 2 ein in der Figur 1 nicht dargestellter sogenannter "Schwanenhals", also ein gekrümmter Rohrbereich, der zusätzlich im gefüllten Zustand einen Abriss der Flüssigkeitssäule verhindert, angeordnet ist. In diesem Falle beginnt die Zentrifugalpumpeneinheit 2 den normalen Pumpbetrieb wiederaufzunehmen, sobald das Medium über den "Schwanenhals" angehoben worden ist.

Die vorgeschlagene Zentrifugalpumpe 1 hat einerseits die gleichen vorteilhaften Eigenschaften einer herkömmlichen Zentrifugalpumpe. Diese Vorteile werden bei der erfindungsgemäßen Zentrifugalpumpe 1 vorteilhaft mit den günstigen Eigenschaften in Bezug auf die Fähigkeit, selbsttätig anzufahren, kombiniert. Auf der anderen Seite werden die bekannten Nachteile einer Flüssigkeits-Ringpumpe, nämlich dass diese einen hohen Geräuschpegel bei geringer Effizienz aufweisen, vermieden, da die eigentliche Pumpleistung von der Zentrifugalpumpeneinheit 2 aufgebracht wird. Bei der erfindungsgemäßen Zentrifugalpumpe 1 erhält man somit die Kombination der vorteilhaften Eigenschaften einer Zentrifugalpumpe 2 mit denen einer Flüssigkeits-Ringpumpe 3.

BEZUGSZEICHENLISTE

1 Zentrifugalpumpe

2 Zentrifugalpumpeneinheit

3 Flüssigkeits-Ringpumpe 4 Einlassbereich

5 Laufrad

6 Auslassbereich, Diffusor

7 Gehäuse 7a Vorderteil 7b Rückwand

8 Ringkanal

9 Spüllöcher

10 Halter

11 Gehäuse (Flüssigkeits-Ringpumpe), Zwischenwand 12 Dichtungselement

13 Laufrad (Flüssigkeits-Ringpumpe) 13a Rückseite des Laufrads 13

14 Entlüftungspumpeneingang

15 Entlüftungspumpenausgang 16 Verbindungsleitung

17 Verbindungsleitung

18 Flüssigkeits-Ringkanal

19 Mittellinie der Pumpenwelle

20 Spalt