AT508413A1

AT508413A1 - Radialpumpe

Info

Publication number: AT508413A1
Application number: AT0100709A
Authority: AT
Inventors: Christian Dipl Ing Achathaler; Bernhard Fellinger; Gerald Buchegger; Alois Muttenthaler
Original assignee: Tcg Unitech Systemtechnik Gmbh
Priority date: 2009-06-29
Filing date: 2009-06-29
Publication date: 2011-01-15
Also published as: DE102010025013A1

Description

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Die Erfindung betrifft eine Radialpumpe mit einem in einem Gehäuse gelagertem Laufrad, mit einem Spaltringschieber, welcher zwischen dem Laufrad und einem Austrittsbereich axial verfahrbar ausgebildet ist, sowie mit einen Betätigungselement zum Betätigen des Spaltringschiebers.

Es ist bekannt, Radialpumpen mit Spaltringschiebern auszuführen. Diese haben den Zweck, bei abgesperrter Pumpendruckleitung, aber weiterlaufender Pumpe, das Laufrad gegen das Druckgehäuse durch eine glatte Wand abzusperren und auf diese Weise die hydraulischen Verluste möglichst gering zu halten. Das Verstellen des Spaltringschiebers erfolgt zumeist hydraulisch durch Servomotoren oder elektrisch über Elektromagneten.

Die DE 881 306 C beschreibt eine Kreiselpumpe mit hydraulisch verstellbarem Spaltringschieber, wobei der Spaltringschieber eine vollwandige im Pumpengehäuse axial geführte Nabenscheibe aufweist, welche selbst als hydraulischer Druckkolben dient. Die Nabenscheibe grenzt dabei an einen Austrittsbereich, welcher hydraulisch mit der Saugseite der Radialpumpe verbunden ist. Somit wird der Spaltringschieber durch die Druckdifferenz zwischen Saugseite und Druckseite der Radialpumpe entgegen der Kraft einer Schließfeder geöffnet. Über Steuerventile kann die Druckdifferenz geregelt werden.

Aus der DE 22 62 883 C2 ist eine Radialpumpe mit einem Ringschieber bekannt, welcher zwischen Laufrad und Leitkanälen axial einschiebbar angeordnet ist. Die Betätigung des Ringschiebers erfolgt über einen an einen Austrittsbereich im Gehäuse grenzenden Kolben durch Servomittel.

Des weiteren ist aus der CH 133 892 A eine Zentrifugalpumpe mit einem Ringschieber bekannt, welcher axial beweglich in einer Seitenwand des Gehäuses angeordnet ist. Der Ringschieber wird durch ein Druckmittel axial verschoben, wobei das Druckmittel in einen an eine Stirnseite des Ringschiebers grenzenden Austrittsbereich eingespeist wird. In einer Ausführungsvariante ist der Ringschieber als Drehschieber ausgebildet und weist Öffnungen auf, die durch das Verdrehen des Schiebers in bzw. außer Deckung mit den Mündungen von Verbindungskanälen gebracht werden können, die vom Laufrad zum Austrittsbereich führen.

Die DE 199 01 123 Al offenbart eine regelbare Radialpumpe zum Fördern eines Kühlmittels für ein Kraftfahrzeug, welche eine Verstelleinrichtung zur von der Drehzahl des Laufrades unabhängigen Regelung des zu befördernden Medium aufweist. Die Verstelleinrichtung ist mit einer Hülse wirkverbunden, die über die Pumpenschaufeln hinweg in axialer Richtung verschiebbar ist. • · ···· ·· ····· · t 9 · • ·· 9 999 9 9 · · • 9 9 ·· 9 9999 9 · ······ · · 9 _ 2 - 99 99 99 9 9 9999

Weiters ist aus der US 4 802 817 A eine Radialpumpe mit selbstregulierendem Laufradaustritt bekannt, wobei im Bereich des Laufradaustrittes ein axial verschiebbarer Schieber angeordnet ist, der in Abhängigkeit des Druckes in der Austrittsspirale selbsttätig axial verstellt wird.

Die DE 10 2005 062 200 B3 beschreibt eine regelbare Kühlmittelpumpe mit einem Pumpengehäuse, einer im Pumpengehäuse gelagerten angetriebenen Welle und einem Ventilschieber mit einem dem Ausströmbereich des Flügelrades variabel überdeckenden Außenzylinder. Der ringförmig ausgebildete Ventilschieber ist an mehreren Kolbenstangen angeordnet, die im Pumpengehäuse verschiebbar gelagert sind, wobei dem Ventilschieber gegenüberliegend an den Kolbenstangen ein in einer Ringnut im Pumpengehäuse gelagerter Ringkolben angeordnet ist, welcher mittels Über- bzw. Unterdrück in der Ringnut definiert verfahren werden kann.

Bei bekannten Radialpumpen wird das Betätigungselement so in das Pumpengehäuse integriert, dass eine direkte Krafteinwirkung auf den Spaltringschieber erfolgt. Dadurch ergeben sich allerdings bauliche und konstruktive Zwänge, welche den Konstruktions- und Herstellungsaufwand der Radialpumpe erhöhen.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und bei einer Radialpumpe eine flexible Anordnung des Betätigungselementes für den Spaltringschieber zu ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass zwischen dem Betätigungselement und dem Spaltringschieber ein mechanisches Kraftumlenkelement angeordnet ist, wobei vorzugsweise eine Kolbenstange des Betätigungselementes transversal auf das Kraftumlenkelement einwirkt.

Das Kraftumlenkelement kann als ein- oder zweiarmiger Hebel ausgebildet sein. Alternativ dazu ist es auch möglich, dass das Kraftumlenkelement durch eine in der Schieberichtung des Spaltringschiebers verschiebbar gelagerte und mit dem Spaltringschieber verbundene Rampe gebildet ist.

Weiters ist es möglich, dass das Kraftumlenkelement durch zumindest eine Betätigungsgabel gebildet ist, welche zumindest eine Längsführung für zumindest einen Betätigungszapfen aufweist, wobei die Betätigungsgabel im wesentlichen quer zur Verschieberichtung des Spaltringschiebers angeordnet ist, und wobei vorzugsweise die Betätigungsgabel fest mit der Kolbenstange und dem Betätigungszapfen mit dem Spaltschieber verbunden ist. 3 • · · • · · • · • · · • · · ·· ·· • ··· • · • · • ♦

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Die Kolbenstange kann dabei parallel oder quer zur Laufachse angeordnet sein. Weiters kann vorgesehen sein, dass die Kolbenstange unter einem Winkel < 90° und > 0° angeordnet ist.

Insbesondere dann, wenn das Kraftumlenkelement durch einen zweiarmigen Hebel gebildet ist, kann zumindest ein Arm des Hebels einen Exzenter aufweisen, welcher zusammen mit dem Hebel um die Drehachse des Hebels verdreht werden kann.

Das Kraftumlenkelement gestattet verschiedene Möglichkeiten der Krafteinleitung in den Spaltringschieber. So kann die Kolbenstange des Betätigungselementes parallel zur Drehachse des Laufrades, aber von dieser beabstandet, außerhalb des Pumpengehäuses angeordnet sein.

In einer besonders platzsparenden Ausführungsvariante kann dabei vorgesehen sein, dass die Betätigungselemente innerhalb eines topfförmigen Antriebsrades der Laufradwelle angeordnet sind.

Das Betätigungselement kann durch eine Überdruck- oder Unterdruckdose gebildet sein. Alternativ dazu sind auch hydraulische, pneumatische, elektrische oder thermische Betätigungselemente möglich.

Besonderes vorteilhaft ist es, wenn zumindest zwei Betätigungselemente in entgegengesetzten Richtungen auf das Kraftumlenkelement einwirken, wobei vorzugsweise die Betätigungselemente an unterschiedlichen Enden der Kolbenstange angeordnet sind.

Der Spaltringschieber kann beispielsweise durch einen Blechumformteil, insbesondere mit zumindest einem aufvulkanisierten Dichtelement, gebildet sein. Alternativ dazu kann im Rahmen der Erfindung auch vorgesehen sein, dass der Spaltringschieber aus Kunststoff, vorzugsweise aus kohlefaserverstärktem Kunststoff besteht, wobei es besonders vorteilhaft ist, wenn zumindest ein Dichtelement einteilig mit dem Spaltringschieber ausgeführt ist. Bevorzugt wird faserverstärkter, kühlmittelbeständiger und temperaturbeständiger Kunststoff mit Gleitmodifikation wie etwa Polytetrafluorethylen und Abwandlungen, Graphit, Aramid oder Molybdänsulfid, insbesondere mit Möglichkeit der chemischen Haftung von Silikon oder Kautschuk, eingesetzt. Kohlefaserverstärkter Kunststoff hat festigkeits- und tribologische Vorteile. Dabei können Polyetherketone (PEEK) mit Kohlefasern, Polyphenylensulfid (PPS) mit Kohlefasern und Gleitmodifikation, Polyphthalamid (PPA) mit Kohlefasern und Gleitmodifikation oder Phenol-Formaldehyd Harz (PF) mit Kohlefasern und Gleitmodifikation eingesetzt werden. 4

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Die Integration des Dichtelementes verringert die Herstellungskosten. Kunststoff ermöglicht eine strömungsgünstige und leichte Ausführung. Ein weitere Vorteil ist, dass insbesondere kohlefaserverstärkter Kunststoff hohe Resistenz gegen Kavitation aufweist.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Spaltringschieber, vorzugsweise direkt, auf der Welle des Laufrades gelagert ist. Dadurch können - insbesondere wenn der Gleitringschieber aus Kunststoff besteht - Bauraum und Teile eingespart werden. Unter Nützung der Gleiteigenschaften des Kunststoff kann der Spaltringschieber - ohne Verwendung von zusätzlichen Lagerbüchsen - direkt auf der Welle gelagert sein.

Ein ungewolltes Verdrehen des Spaltringschiebers kann durch eine Verdrehsicherung verhindert werden. Diese kann durch einen in einer Führungsbohrung geführten separaten Führungszapfen oder durch das Kraftumlenkelement selbst gebildet sein.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. näher erläutert.

Es zeigen Fig. 1 eine erfindungsgemäße Radialpumpe, in einem Längsschnitt in einer ersten Ausführungsvariante, Fig. 2 eine erfindungsgemäße Radialpumpe in einer Seitenansicht in einer anderen Ausführungsvariante, Fig. 3 die Radialpumpe aus Fig. 2 in einer Ansicht und einem Teilschnitt gemäß der Linie III-III in Fig. 2, Fig. 4 die Radialpumpe aus Fig. 2 in einem Schnitt gemäß der Linie IV-IV in Fig. 2, Fig. 5 dass Detail V aus Fig. 4 in einer ersten Ausführungsvariante, Fig. 6 dass Detail V aus Fig. 4 in einer zweiten Ausführungsvariante, Fig. 7 das Detail V aus Fig. 4 in einer dritten Ausführungsvariante, Fig. 8 eine erfindungsgemäße Radialpumpe in einer weiteren Ausführungsvariante in einer axialen Seitenansicht ohne Laufrad, Fig. 9 die Radialpumpe in einem Schnitt gemäß der Linie IXIX in Fig.8 bei geschlossenem Spaltringschieber und Fig. 10 die Radialpumpe in einem Schnitt gemäß der Linie X-X in Fig.8 bei geöffnetem Spaltringschieber.

Funktionsgleiche Teile sind in den Ausführungsvarianten mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt eine Radialpumpe 1 mit einem Laufrad 2, dessen um eine Drehachse 2a drehbare Welle 2b in einem Gehäuse 3 über ein Lager 4 drehbar gelagert ist. Mit Bezugszeichen 5 ist der Eintrittsbereich, mit Bezugszeichen 6 der Austrittsbereich der Radialpumpe 1 bezeichnet.

Die Radialpumpe 1 weist einen im Gehäuse 3 verschiebbar gelagerten Spaltringschieber 7 auf, welcher in den Austrittsbereich 6 über das Laufrad 2 verschoben werden kann. Um insbesondere im geschlossenen Zustand des Spaltringschie-

bers 7 Leckagen zu vermeiden, sind am Spaltringschieber 7 Dichtelemente 8 und 9 angeordnet.

Der Antrieb der Laufradswelle 2 erfolgt im Ausführungsbeispiel über ein durch ein Zugmittel betätigtes Antriebsrad 10. Zum Verschieben des Spaltringschiebers 7 ist außerhalb des Gehäuses 3 ein durch eine Druckdose gebildetes Betätigungselement 11 angeordnet, welches über eine Kolbenstange 12 und ein Kraftum-lenkelement 13 am Spaltringschieber 7 angreift. Die Auslenkung über das Betätigungselement 11 erfolgt entgegen der Rückstellkraft einer Rückstellfeder 14.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Kolbenstange 12 parallel zur Drehachse 2a des Laufrades 2 angeordnet. Das Kraftumlenkelement 13 ist durch einen um eine Drehachse 14 drehbaren zweiarmigen Hebel 15 gebildet, an dessen erstem Hebelsarm 15a die Kolbenstange 12 des Betätigungselements 11 angreift und dessen zweiter Hebelarm 15b, der gegabelt ausgeführt sein kann, auf eine Verschiebemuffe 7a des Spaltringschiebers 7 einwirkt. Im dargestellten Beispiel erfolgt die Auslenkung in Richtung der Schließstellung durch das Betätigungselement 11 mittels Unterdrück und die Rückstellung in die dargestellte Ruheposition durch die Rückstellfeder 14.

Bei den in den Fig. 2 bis 4 dargestellten Ausführungen sind die Betätigungselemente 11 außerhalb des Gehäuses 3 angeordnet und werden von einem topfförmigen Antriebsrad 10 überdeckt.

Die Fig. 4 und 5 zeigen dabei eine Ausführung, bei der das Kraftumlenkelement 13 durch einen einarmigen Hebel 16 gebildet ist, der um die Drehachse 16a drehbar gelagert ist. Dabei sind zwei Betätigungselemente 11 vorgesehen, welche an entgegengesetzten Enden der Kolbenstange 12 angeordnet sind. Dadurch kann eine Zwangssteuerung der Kolbenstange 12 in Schließrichtung und in Öffnungsrichtung durch Über- oder Unterdrück erfolgen. Die Kolbenstange 12 ist in diesem Ausführungsbeispiel in einer Normalebene auf die Drehachse 2a angeordnet. Die Kolbenstange 12 ist in ihren mittigen Bereich gegabelt ausgeführt und wirkt über einen Betätigungszapfen 17 auf den einarmigen Hebel 16 ein, welcher wiederum seinerseits auf eine Schieberstange 18 des Spaltringschiebers 7 einwirkt. Mit Bezugszeichen 19 ist eine sogenannte Fail-Save-Feder bezeichnet, welche im Störungsfall den Spaltringschieber 7 in seine Ruheposition bringt.

Bei den in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Kraftumlenkelement 13 durch eine Rampe 20 gebildet, welcher einstückig mit dem Betätigungszapfen 18 des Spaltringschiebers 7 ausgeführt sein kann. Dabei wirkt die Kolbenstange 12 des Betätigungselementes 11 über einen Betätigungszapfen 17 auf die Rampe ····· · · · · • · · ······ · · • ·· ·· ······ · _······ · · · - Q — · · ·· ·· · · · · · · 20 - quer zum Betätigungskolben 18 des Spaltringschiebers 7 ein, wodurch der Gleitringschieber in die Schließposition verschoben wird.

Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsvariante, bei der das Kraftumlenkelement 13 durch einen zweiarmigen Hebel 15 gebildet ist, wobei am ersten Hebelsarm 15a der Betätigungskolben 12 des Betätigungselementes 11 einwirkt. Der zweiarmige Hebel 15 ist um eine Achse 14 drehbar im Gehäuse 3 gelagert. Der zweite Hebelarm 15b des Hebels 15 ist durch einen Exzenter 21 gebildet, welcher samt dem Hebelsarm 15 um die Achse 14 drehbar gelagert ist. Der Exzenter 21 wirkt auf die Schieberstange 18 ein und bringt den Spaltringschieber 7 durch verschieben der Schieberstange 18 entgegen der Kraft der Fail-Save-Feder 19 in die Schließposition. Alternativ dazu kann der Betätigungskolben 12 auch direkt am Exzenter 21 angreifen.

Die Fig. 8 bis 10 zeigen ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Kraftumlenkelement 13 durch eine Betätigungsgabel 22 gebildet ist, welche mit einem Betätigungszapfen 23 zusammenwirkt. Die Betätigungsgabel 22 ist dabei fest mit der Kolbenstange 12 und der Betätigungszapfen 23 fest mit der Verschiebemuffe 7a verbunden. Durch Verschieben der Kolbenstange 12 gemäß dem Pfeil Pi wird die Verschiebemuffe 7a in axialer Richtung entsprechend dem Pfeil P2 verschoben, wobei der Betätigungszapfen 23 in der Längsführung 24 der Betätigungsgabel 22 gleitet. Die Kolbenstange 12 ist dabei unter einem Winkel α geneigt zur Laufradachse 2a angeordnet, wobei gilt: 0 < α < 90°.

Um ein ungewolltes Verdrehen des Spaltringschiebers 7 zu vermeiden, weist dieser eine durch eine Bohrung gebildete Führung 25 für einen nicht weiter dargestellten Führungsbolzen auf. Alternativ dazu kann die Verdrehsicherung auch durch das Kraftumlenkelement 13 gebildet sein.

Allen Varianten ist gemeinsam, dass die Betätigungselemente 11 relativ frei positioniert werden können, was hohe konstruktive Gestaltungsfreiheit ermöglicht.

Claims

PATENTANSPRÜCHE 1. Radialpumpe (1) mit einem in einem Gehäuse (3) über eine Welle (2b) gelagerte Laufrad (4), mit einem Spaltringschieber (7), welcher zwischen dem Laufrad (4) und einem Austrittsbereich (6) axial verfahrbar ausgebildet ist, sowie mit einen Betätigungselement (11) zum Betätigen des Spaltringschiebers (7), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Betätigungselement (11) und dem Spaltringschieber (7) ein mechanisches Kraftum-lenkelement (13) angeordnet ist, wobei vorzugsweise eine Kolbenstange (12) des Betätigungselementes (11) transversal auf das Kraftumlenkele-ment (13) einwirkt.
2. Radialpumpe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spaltringschieber (7) vorzugsweise direkt auf der Welle (2b) des Laufrades (4) gelagert ist.
3. Radialpumpe (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftumlenkelement (13) durch einen zweiarmigen Hebel (15) gebildet ist.
4. Radialpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftumlenkelement (13) durch einen einarmigen Hebel (16) gebildet ist.
5. Radialpumpe (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (15, 16), vorzugsweise ein Arm (15b)des Hebels (15), einen um eine Drehachse (14) des Hebels (15) verdrehbaren Exzenter (21) aufweist.
6. Radialpumpe (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftumlenkelement (13) durch eine zusammen mit dem Spaltringschieber (7) verschiebbare und vorzugsweise mit dem Spaltringschieber (7) verbundene Rampe (20) gebildet ist.
7. Radialpumpe (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftumlenkelement (13) durch zumindest eine Betätigungsgabel (22) gebildet ist, welche zumindest eine Längsführung (24) für zumindest einen Betätigungszapfen (23) aufweist, wobei die Betätigungsgabel (22) im wesentlichen quer zur Verschieberichtung des Spaltringschiebers (7) angeordnet ist.
8. Radialpumpe (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsgabel (22) fest mit der Kolbenstange (12) und dem Betätigungszapfen (23) mit dem Spaltringschieber (7) verbunden ist. *· ·♦ ·· · ···· ·· ····· · · · · • · · ······ · · • · · ·· ······ · ······ · · · _ ο _.·· ·» ·· · · ····
9. Radialpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (12) des Betätigungselementes (11) parallel zur Laufradachse (2a) angeordnet ist.
10. Radialpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (12) unter einem Winkel (a) < 90° und > 0° angeordnet ist.
11. Radialpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (12) des Betätigungselements (11) quer, vorzugsweise normal zur Laufradachse (2a) angeordnet ist.
12. Radialpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (11) durch eine Druckdose, vorzugsweise eine Unterdruckdose, gebildet ist.
13. Radialpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Betätigungselemente (11) in entgegengesetzten Richtungen auf das Kraftumlenkelement (13) einwirken, wobei vorzugsweise die Betätigungselemente (11) an unterschiedlichen Enden der Kolbenstange (12) angeordnet sind.
14. Radialpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Betätigungselement (11) innerhalb eines topfförmigen Antriebsrades (10) der Welle (2b) des Laufrades (4) angeordnet ist.
15. Radialpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Spaltringschieber (7) durch einen Blechumformteil gebildet ist.
16. Radialpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Spaltringschieber (7) aus Kunststoff, vorzugsweise aus kohlefaserverstärkten Kunststoff, besteht.
17. Radialpumpe (1) nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Spaltringschieber (7) integrierte Dichtelemente (8, 9) aufweist.
18. Radialpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Spaltringschieber (7) gegen Verdrehen gesichert ist, wobei vorzugsweise die Verdrehsicherung durch das Kraftumlenkelement (13) gebildet ist. ·· ·* ♦ ···· ·· • · · · ··· · · · · • ·· ·· ······ · ······ · · · _ Q _·· ·« ·« · · ··»·
19. Radialpumpe (1) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehsicherung durch einen in einer Führung (25) geführten Verdrehsicherungsbolzen gebildet ist, wobei vorzugsweise der Verdrehsicherungsbolzen gehäusefest angeordnet und die Führung (25) im Spaltringschieber (7) angeordnet ist. 2009 06 29 Fu/Dh

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