B E S C H R E I B U N G

Teichpumpe

Die Erfindung betrifft eine Teichpumpe mit in einem Pumpengehäuse um eine Drehachse rotierendem Laufrad, wobei das Pumpengehäuse einen zum Laufrad axial angeordneten Saugeinlass, einen radial bis tangential zum Laufrad angeordneten Druckausgang für das zu fördernde Wasser sowie einen Gehäuseabschnitt zwischen Saugeinlass und Druckausgang aufweist, wobei das Laufrad eine radial angeordnete Kreisscheibe mit einseitig daran angeordneten Flügeln aufweist und wobei der Gehäuseabschnitt der mit den Flügeln ausgestatteten offenen Seite des Laufrades zugeordnet und als flächige Gegenlaufplatte ausgebildet ist und wobei zwischen den Flügeln, der Kreisscheibe und der Gegenlaufplatte Strömungskanäle ausgebildet sind.

Eine derartige Pumpe ist aus der US 5,71 3,71 9 als Kreisel- bzw. Zentrifugalpumpe mit einem offenen Laufrad bekannt. Das Laufrad weist Pumpenradschaufeln auf. Zwischen den Pumpenradschaufeln, einer die Pumpenradschaufeln tragenden Kreisscheibe und einem Gehäuseabschnitt sind Strömungskanäle ausgebildet. Diese Strömungskanäle nehmen in ihrem Querschnitt von der radialen Innenseite zur Außenseite zu.

Ferner ist aus der WO 94/03731 eine Zentrifugalpumpe mit einem Freistromlaufrad bekannt, bei dem Strömungskanäle zwischen vollständigen Pumpenschaufeln, die von der Drehachse des Laufrades bis an die radiale Peripherie reichen, und kurzen Pumpenschaufeln, die im äußeren Ringbereich des Laufrades angeordnet sind, ausgebildet sind. Diese Strömungskanäle nehmen in ihrem Querschnitt ebenfalls von innen nach außen zu.

Aus der US 2004/01 26228 A1 ist eine Kreiselpumpe mit einer besonderen Geometrie des Spiralgehäuses bekannt, bei dem ein geschlossenes Pumpenrad mit erster und zweiter Abdeckscheibe mit dazwischen angeordneten Strömungskanälen versehen ist.

Ferner sind im Stand der Technik allgemein Kreiselpumpen bekannt, die ein rotierendes Laufrad zur Förderung von Wasser aufweisen. Die Pumpen werden meist im zu fördernden Wasser getaucht (Tauchpumpen) eingesetzt. Selbstverständlich kann an der Saugseite auch eine Rohrleitung zum Ansaugen des zu fördernden Wassers angeordnet sein. Bei Trocken- aufstellung muss die Pumpe neben dem Teich unterhalb des Wasserspiegels angeordnet werden. Auf der Druckseite wird das geförderte Wasser über eine Rohrleitung beispielsweise zu einem Teichfilter, einem Springbrunnen, einem angelegten Wasserlauf oder dergleichen gefördert.

Kreiselpumpen arbeiten nach einem hydrodynamischen Förderprinzip, wobei das zu fördernde Wasser nahe der Drehachse des Laufrades zugeführt, vom rotierenden Laufrad mit seinen daran angeordneten Flügeln mitgerissen und auf eine Kreisbahn gezwungen wird. Durch die Fliehkraft des auf der Kreisbahn rotierenden Wassers wird das Wasser radial nach außen gedrückt. Entsprechend entsteht nahe der Drehachse an der Wasserzuführung ein Unterdruck (Saugseite) und an der Peripherie des Laufrades ein überdruck (Druckseite).

Kreiselpumpen sind sehr zuverlässig und können in elektrisch vollständig gekapselter Ausführung auch als Tauchpumpen, beispielsweise auch für Schwimmteiche, eingesetzt werden. Ferner kann bei entsprechender Ausgestaltung von Laufrad und zugehörigem Pumpengehäuse Wasser mit Feststoffen gefördert werden, ohne das Verstopfungen zu befürchten sind. Dabei wird das Laufrad als sogenanntes Freistromlaufrad ausgebildet, so dass die zulässige Feststoffgröße beispielsweise 6 mm (Kugeldurchgang)

betragen kann. Somit beschränken auf der Saugseite lediglich grobe Filterelemente mit entsprechender Maschenweite die Durchflussmenge.

Jedoch weisen Freistromlaufräder aufgrund von Strömungskurzschlüssen und damit einhergehendem interen Druckausgleich einen etwas schlechteren Wirkungsgrad als Pumpen mit einem geschlossenen Laufrad auf. Pumpen mit einem geschlossenen Laufrad sind jedoch anfälliger gegen Verstopfungen, so dass ein entspechend feinerer Filter auf der Saugseite vorzusehen ist, das entsprechend den freien Zufluss erschwert.

Da Teichpumpen sehr lange Einsatzzeiten haben, teils auch kontinuierlich tags und nachts arbeiten, ist eine Verbesserung des Wirkungsgrades bei gleichzeitiger Zulassung einer großen Korngröße, beispielsweise bis zu 6 mm, für einen wirtschaftlichen Betrieb wünschenswert. Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine gattungsgemäße Kreiselpumpe entsprechend zu optimieren.

Gelöst wird diese Aufgabe mit einer Kreiselpumpe gemäß Anspruch 1 . überraschenderweise hat sich bei Versuchen herausgestellt, dass eine Kreiselpumpe mit offenem Laufrad einen verbesserten Wirkungsgrad hat, wenn zwischen den Flügeln ausgebildete Strömungskanäle einen Querschnitt aufweisen, der sich in Strömungsrichtung von der radialen Innenseite zur Außenseite verringert. Offensichtlich bewirkt die Querschnittsverengung in den Strömungskanälen in radialer Richtung von der Drehachse zur Außenseite hin eine Erhöhung der Fliehkräfte und damit des hydrodynamischen Förderdrucks. Bevorzugt beträgt die Verringerung des Strömungskanalquerschnitts 1 5% bis 40%, bevorzugt 20% bis 35% beträgt.

In der Ausgestaltung der eingangs genannten Teichpumpe mit offenem

Laufrad lässt sich eine Strömungskanalquerschnittsverringerung bevorzugt dadurch realisieren, dass die Gegenlaufplatte in Form eines weit geöffneten

Kegelmantelabschnittes mit einem Winkel (α) zwischen 5° und 20° zur zur Drehachse ausgerichteten Radialebene in Richtung des Laufrades ausgebildet ist.

Alternativ oder ergänzend wird die Strömungskanalquerschnittsverringerung dadurch erreicht, dass die Kreisscheibe des Laufrades in Form eines weit geöffneten Kegelmantels mit einem Winkel (ß) zwischen 5 ° und 20° zur zur Drehachse ausgerichteten Radialebene in Richtung der Gegenlaufplatte ausgebildet ist.

Ferner wird der Wirkungsgrad der Teichpumpe gesteigert, wenn die zur Drehachse axial gemessene Höhe der Flügel des Laufrades von der radialen Innenseite zur Außenseite abnimmt, so dass die offene Seite des Laufrades mit einem im Wesentlichen gleichmäßigen Spaltmaß von der Gegenlaufplatte beabstandet angeordnet ist. Wenn das Spaltmaß kleiner gleich 1 mm, bevorzugt kleiner 0,5 mm ist, werden Druckverluste durch Kurzschluss- Strömungen zwischen Laufrad und Gegenlaufplatte sicher vermieden.

Um Verstopfungen durch Feststoffanteile in den Strömungskanälen des Laufrades zu vermeiden, ist die Höhe der Flügel an der radialen Außenseite größer gleich der Breite der Strömungskanäle.

Wenn die zwischen den Flügeln ausgebildeten Strömungskanäle von der radialen Innenseite bis zur Außenseite des Laufrades im Wesentlichen gleiche

Breite aufweisen, wird der Wirkungsgrad der Pumpe weiter verbessert.

Vermutlich dürfte diese Wirkungsgradverbesserung von einer weiteren

Reduzierung von Verwirbelungen und damit Strömungsverlusten herrühren.

Zudem werden durch diese Gestaltung Verstopfungen vermieden. Insbesondere sollte die Breite der Strömungskanäle größer gleich der max. zulässigen Korngröße, beispielsweise größer gleich 6 mm, ausgebildet sein.

Wenn die Flügel in zur Drehachse radialer Ebene sichelförmigen Querschnitt haben, wird eine hydrodynamisch besonders wirkungsvolle Strömungskanalgeometrie zwischen den sichelförmigen Flügeln ausgebildet. Durch den sichelförmigen Querschnitt weisen die Flügel eine hohe Eigenstabilität auf, so dass das Laufrad lange Standzeit hat.

Fertigungstechnisch vorteilhaft ist es, wenn die Gegenlaufplatte integraler Bestandteil des Pumpengehäuses ist. Bevorzugt sind das Pumpengehäuse und/oder das Laufrad aus Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), modifiziertem Polyphenylenoxid (PPO; sogenanntes „Noryl") und/oder PoIy- oxymethylen/Polyacetal (POM) hergestellt. Dabei sind insbesondere das Pumpengehäuse mit einstückig eingeformter Gegenlaufplatte aus dem formstabilen und kostengünstigen ABS-Kunststoff hergestellt. Das Laufrad kann sowohl aus ABS-Kunststoff in ausreichender Formstabilität und Festigkeit als kostengünstiges Bauteil oder für besonders starke Beanspruchungen aus PPO- oder POM-Kunststoff hergestellt werden.

Für einen guten elektrischen Wirkungsgrad bei geringem Energieverbrauch ist für die Teichpumpe zum Antrieb des Laufrades ein Asynchronmotor mit Edelstahl-Spaltrohr in einem Gehäuse vorgesehen, in dem ein in Edelstahl gekapselter Rotor gelagert ist, der mit dem Laufrad eine aus dem Gehäuse entnehmbare Laufeinheit bildet. Für eine hohe Belastbarkeit und lange

Standzeit der Pumpe ist die Laufeinheit in einem Keramiklager im Gehäuse drehbar gelagert.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen detalliert beschrieben.

Darin zeigt:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Pumpe in einer Schnittdarstellung durch eine Axialebene und

Fig. 2 das in Figur 1 dargestellte Laufrad in Draufsicht.

In Fig. 1 ist in einer Schnittdarstellung durch eine Axialebene eine Teichpumpe mit einem Pumpengehäuse 1 und einem um eine Drehachse X rotierenden Laufrad 2 dargestellt. Eine Antriebseinheit bestehend aus einem in einem Gehäuse angeordneten Elektromotor, bevorzugt Asynchronmotor ist an der mit Pfeil Y dargestellten Seite ansetzbar. über diesen in Figur 1 nicht dargestellten elektromotorischen Drehantrieb wird das Laufrad 2 um die Drehachse X rotierend angetrieben.

Das Pumpengehäuse 1 weist einen Saugeinlass 1 1 auf, der der Antriebsseite Y gegenüberliegend koaxial zur Drehache X angeordnet ist. Am Saugeinlass 1 1 ist ein Stutzen ausgebildet, auf den eine Saugleitung zur Zuführung von zu fördernden Wasser aufsetzbar ist. Beim Einsatz der Pumpe als Tauchpumpe kann das Wasser auch unmittelbar in den Saugeinlass 1 1 geführt werden. Der Wasserfluss auf der Saugseite ist mit Pfeil Ws bezeichnet.

Das Pumpengehäuse 1 bildet zusammen mit der nicht dargestellten Antriebseinheit Y eine Umhausung des drehantreibbaren Laufrades 2, um bei Rotation des Laufrades 2 eine hydrodynamische Förderung des Wassers zu bewirken. Dabei weist die Umhausung des Pumpengehäuses 1 um die Peripherie des Laufrades 2 einen ringförmigen Sammelraum 1 3 auf, von dem ein im Wesentlichen tangential zum Laufrad 2 angeordneter Druckausgang 14 in Richtung des durch das rotierende Laufrad 2 auf einer Kreisbahn beschleunigten Wassers aus dem Pumpengehäuse in Richtung Wasserabfluss Wo herausgeführt ist.

Zwischen dem axial zur Drehachse X angeordneten Saugeinlass 1 1 und dem peripher um Laufrad 2 torusförmig ausgebildeten Sammelraum 13 ist eine Gegenlaufplatte 1 2 ausgebildet. Die Gegenlaufplatte 1 2 bildet eine kreisringförmige Fläche, die in dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel als weit geöffneter Kegelmantelabschnitt mit einem Winkel α von ca. 10° zur Radialebene in Radialrichtung und zur Antriebsseite Y gerichtet geneigt ausgebildet ist.

Das Laufrad 2 weist eine in einer Radialebene zur Drehachse X ausgerichtete Kreisscheibe 22 auf, auf der axial in Richtung der Saugseite vorstehende Flügel 21 angeformt sind.

In Figur 2 ist das Laufrad 2 in einer Draufsicht aus Richtung der Saugseite Ws (siehe Fig. 1 ) dargestellt. Das in Figur 2 dargestellte Laufrad 2 weist acht in ihrem Querschnitt in zur Drehachse X radialer Ebene sichelförmig ausgebildete Flügel 21 auf. Zwischen den Flügeln 21 sind acht Strömungskanäle 23 ausgebildet, die zwischen benachbarten Flügeln 21 , 21 eine im Wesentlichen konstante Breite b von beispielsweise 6 mm aufweisen. Zur Befestigung des Laufrades 2 auf einem mit einer Welle versehenen Rotor der nicht dargestellten Antriebseinheit Y ist eine zentrische Bohrung 24 mit angeformten Schaft 25 am Laufrad 2 vorgesehen.

Wie in Figur 1 aus der Schnittdarstellung ersichtlich, befindet sich die offene Seite des Laufrades 2 unmittelbar gegenüberliegend zur Gegenlaufplatte 1 2 des Pumpengehäuses 1 . Entsprechend sind die frei vorstehenden Enden der Flügel 21 der um den Winkel α angewinkelten Gegenlaufplatte 1 2 angepasst, so dass sich zwischen der freien Oberkante der Flügel 21 und der Gegenlaufplatte 1 2 ein im Wesentlichen gleichmäßiges Spaltmaß s von beispielsweise 0,5 mm ergibt.

Bei Betrieb der Teichpumpe rotiert das Laufrad 2 um die Drehachse X. Das Laufrad 2 wird dabei von einer nicht dargestellten Antriebseinheit Y angetrieben. Aufgrund der Rotationsbewegung des Laufrades 2 mit den daran ausgebildeten Flügeln 21 wird auf der Saugseite Ws anstehendes Wasser aufgrund eines im Zentrum des Laufrades 2 entstehenden

Unterdrucks angesogen und über die Strömungskanäle 23 auf eine Kreisbahn gebracht. Die Kreisbeschleunigung des Wassers in den Strömungskanälen 23 führt fliehkraftbedingt zu einer Drucksteigerung und somit zur hydrodynamischen Förderung des Wassers zum Druckausgang 14 auf der Druckseite WD der Pumpe.

Das geringe Spaltmaß s von ca. 0,5 mm verhindert dabei zuverlässig einen Strömungskurzschluss, so dass die Pumpe besonders effektiv arbeitet. Gleichfalls erlaubt die Ausbildung der Strömungskanäle 23 mit einer im Wesentlichen konstanten Breite b gleich 6 mm eine verstopfungsfreie Förderung von mit Feststoffteilen bis zu einer Korngröße von 6 mm befrachtetem Wasser durch die Pumpe. Da die Höhe h der Flügel 21 am peripheren Ausgang der Strömungskanäle 23 wenigstens der Breite b entsprechen, also b kleiner gleich h ist, wird auch hinsichtlich der Höhendimensonierung ein Zusetzen der Strömungskanäle vermieden.

Durch die weit geöffnete Kegelmantelform der Gegenlaufplatte 1 2 und die daran angepasste Ausbildung der Höhenausdehnung der Flügel 21 wird der Querschnitt der Strömungkanäle in Strömungsrichtung vom Zentrum des Laufrades 2 radial nach außen zum peripheren Ausgang der Strömungskanäle beim hier dargestellten Ausführungsbeispiel um 24% verringert. Diese Querschnittsverringerung führt überraschernderweise zu einer Leistungssteigerung der Pumpe.

Verglichen mit der bisherigen aktuellen Generation von Teichpumpen des Anmelders mit Freistromlaufrädern ergeben sich nachfolgend in Tabelle 1

dargestellte Verbesserungen bei anmeldungsgemäßen Produkten. Unter der Spalte „Pumpentypen" sind mit der Bezeichnung „Meßner M bzw. MPF..." bisher von der Anmelderin vertriebene Pumpentypen und unter „NEU..." das jeweilige projektierte Nachfolgemodell aufgelistet. Wie sich aus der Tabelle ergibt, können mit der anmeldungsgemäßen Ausgestaltung von Laufrad und zugeordnetem Pumpengehäuse mit Gegenlaufplatte erhebliche Verbesserungen des Wirkungsgrades erzielt werden. Aufgrund einer erheblich niedrigeren elektrischen Leistungsaufnahme bei vergleichbarer Pumpenleistung, nämlich Förderhöhe und Förderleistung, ergibt sich ein über die Lebensdauer der Pumpe eklatanter wirtschaftlicher Vorteil.

Tabelle 1 Vergleich Wirkungsgrad

Bezugszeichenliste

1 Pumpengehäuse

1 1 Saugeinlass

1 2 Gegenlaufplatte

1 3 Sammelraum

14 Druckausgang

2 Laufrad

21 Flügel

22 Kreisscheibe

23 Strömungskanal

24 Bohrung

25 Schaft

α Winkel b Breite h Flügelhöhe

S Spaltmaß

WD Wasserabfluss (Druckseite)

Ws Wasserzufluss (Saugseite)

X Drehachse

Y Antriebsseite / Antriebseinheit