CH697421B1 - Laufrad für eine Pumpeneinrichtung. - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Laufrad für eine Pumpeneinrichtung, welches eine zu einer Drehachse des Laufrades symmetrische, einstückig ausgebildete Doppelschaufel (11) mit einer gekrümmten Oberfläche umfasst. Diese Doppelschaufel (11) wird in zwei parallel zueinander und radial zu der Drehachse verlaufenden Ebenen je von einer S-förmig gebogenen Kante (14, 16) begrenzt, wobei diese beiden Kanten in Bezug zueinander in Umfangsrichtung um die Längsachse verdreht sind.In im Wesentlichen radialer Richtung wird die Doppelschaufel (11) von zwei weiteren Kanten (12a) begrenzt, welche gekrümmt sind. Die Oberfläche der Doppelschaufel (11) ist zudem bombiert.

Description

CH 697 421 B1

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Laufrad für eine Pumpeneinrichtung. Die Pumpeneinrichtung kann dabei insbesondere eine Abwasserpumpe sein, bei der Abwasser durch einen Wassereingang in ein Gehäuse strömt. Ein gegenüber von diesem Wassereingang angeordnetes und von einem Motor angetriebenes Laufrad, erzeugt einen Druck und drückt das Wasser durch einen in Bezug auf den Wassereingang um 90° versetzten Wasserausgang wieder aus dem Gehäuse hinaus. Das Laufrad bewirkt also allein durch den erzeugten Druck eine Änderung der Strömungsrichtung des Wassers um etwa 90°, wobei das Wasser jedoch nicht durch das Laufrad strömt. Derartige Pumpenanordungen werden insbesondere für Abwasser verwendet und haben den Vorteil, dass das Laufrad nicht von in dem Abwasser vorhandenen Gegenständen verstopft werden kann.

[0002] Um sicher zu stellen, dass auch Abwasser, welches mit hohem Druck durch den Wassereingang in das Gehäuse strömt, direkt zu dem Wasserausgang umgeleitet wird, muss das Laufrad einen möglichst hohen Druck erzeugen. Die mit herkömmlichen Laufrädern erzielten Ergebnisse sind bisher nicht zufriedenstellend. Prinzipiell lässt sich zwar ein höherer Druck erzeugen, indem die Drehzahl des Motors und damit des Laufrades erhöht wird. Höhere Drehzahlen führen aber auch zu einem höheren Energieverbrauch, grösserer Hitzeentwicklung, grösserem Verschleiss und damit einer höheren Störungsanfälligkeit.

[0003] Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Laufrad zur Druckerzeugung in einer Pumpeneinrichtung der eingangs geschilderten Art zur Verfügung zu stellen, dessen Wirkungsgrad gegenüber bekannten Laufrädern verbessert ist, d.h. mit dem auch bei vergleichsweise geringen Motordrehzahlen und Motorleistungen ein sehr hoher Druck erzeugt werden kann.

[0004] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch ein Laufrad gemäss Anspruch 1 gelöst. Das erfindungsgemässe Laufrad besitzt eine zu einer Drehachse des Laufrades symmetrische, einstückig ausgebildete Doppelschaufel mit einer gekrümmten Oberfläche. Diese Doppelschaufel ist in zwei parallel zueinander und radial zu der Drehachse verlaufenden Ebenen je von einer S-förmig gebogenen Kante begrenzt. Diese beiden Kanten sind in Bezug zueinander um die Längsachse in Umfangsrichtung verdreht, sodass sich eine schleifenartig gekrümmte Oberfläche ergibt. In im Wesentlichen radialer Richtung ist die Doppelschaufel von zwei weiteren Kanten begrenzt, die gekrümmt sind. Die Oberfläche der Doppelschaufel ist dabei nicht nur wie beschrieben gekrümmt, sondern zudem auch bombiert.

[0005] Insgesamt kann mit einer solchen Doppelschaufel ein wesentlich grösserer Wirkungsgrad erzielt werden als mit aus dem Stand der Technik bekannten Laufrädern. Da beide Hälften der Doppelschaufel jeweils die Wirkung einer herkömmlichen Schaufel erzielen oder sogar übertreffen, wird ein doppelt so hoher Druck erzielt wie mit bekannten Laufrädern. Wie von dem Anmelder durchgeführte Versuche gezeigt haben, wird das Strömungsverhalten des Laufrades zudem durch die bombierte Oberfläche der Doppelschaufel ähnlich wie bei den bombierten Schwingen eines Vogels weiter verbessert. Neben dem hohen Wirkungsgrad und damit der Möglichkeit, unter Einsatz vergleichsweise geringer Kräfte hohe Drücke zu erzielen, besitzt das erfindungsgemässe Laufrad zudem den Vorteil einer sehr einfachen Konstruktion, sodass es einfach und kostengünstig in hoher Stückzahl hergestellt werden kann.

[0006] Besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung können der nun folgenden Beschreibung sowie den abhängigen Ansprüchen entnommen werden.

[0007] Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Doppelschaufel ein Gussteil. In einem Giessver-fahren kann die Doppelschaufel für das erfindungsgemässe Laufrad aus den unterschiedlichsten Materialien hergestellt werden, wobei insbesondere geeignete Metalle und Kunststoffe in Frage kommen. Alternativ kann die Doppelschaufel auch aus einem Blech geformt werden. Hierfür wird zunächst ein Blechstück mit entsprechend gebogenen Kanten ausgeschnitten oder ausgestanzt. Anschliessend kann das Blech dann mit Hilfe einer geeigneten Vorrichtung verbogen und mit der Bombierung versehen werden.

[0008] Vorzugsweise weist das Laufrad neben der Doppelschaufel eine senkrecht zur Drehachse des Laufrades angeordnete kreisförmige Scheibe auf, an der die Doppelschaufel befestigt ist. Eine solche Scheibe vereinfacht die Montage des Laufrades in einem Pumpengehäuse, beispielsweise über eine durch die Drehachse verlaufende Welle. Zudem erhöht die Kreisscheibe die Stabilität der Anordnung, ohne die Strömungseigenschaften des Laufrades negativ zu beeinflussen.

[0009] Eine solche kreisförmige Scheibe kann mit der Doppelschaufel verschweisst sein, unabhängig davon, ob es sich bei der Doppelschaufel um ein Metallgussteil handelt, oder ob sie ebenfalls aus einem Blech hergestellt ist. Eine solche Schweissverbindung garantiert eine lange Haltbarkeit des Laufrades und ist zudem mit geringem Aufwand herzustellen.

[0010] Vorzugsweise ist eine der beiden S-förmigen gebogenen Kanten der Doppelschaufel über ihre gesamte Länge mit der Kreisscheibe verbunden. Dadurch wird eine stabile Verbindung erziehlt und das Auftreten von Wasserverwirbelungen wird vermieden. Die zweite S-förmig gebogene Kante verläuft dann in einer parallel zu der Kreisscheibe verlaufenden Ebene. Eine solche Anordung erleichtert im Übrigen den Fertigungsprozess.

[0011] Wie von dem Anmelder durchgeführte Versuche ergeben haben, erhält man besonders gute Ergebnisse, wenn eine Erstreckung der Doppelschaufel in radialer Richtung um ein vielfaches, insbesondere um einen Faktor von etwa 30, grösser ist als die Dicke der Doppelschaufel. Wenn die Doppelschaufel aus einem Blech hergestellt wird, so ist also die Dicke dieses Blechs in etwa 30 mal kleiner als eine radiale Erstreckung senkrecht zu der Drehachse des Laufrades. Wenn,

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wie oben beschrieben, die Doppelschaufel an einer kreisförmigen Scheibe befestigt ist, so ist der Durchmesser dieser Scheibe vorzugsweise etwas grösser als die Erstreckung der Doppelschaufel in radialer Richtung, sodass ein ringförmiger Rand in einem Aussenbereich der kreisförmigen Scheibe frei bleibt. Die Erstreckung des Laufrades in axialer Richtung beträgt vorzugsweise etwa ein Drittel der Erstreckung in radialer Richtung. Gemäss einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Doppelschaufel aus einem in etwa 3 mm dicken Blech hergestellt und erstreckt sich in etwa 3 cm in axialer Richtung, während ihr Durchmesser, d.h. ihre Erstreckung in radialer Richtung, etwa 9 cm beträgt.

[0012] Im Folgenden wird die Erfindung rein beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigen die Zeichnungen im Einzelnen:

Fig. 1A eine Draufsicht auf ein Blech zur Herstellung einer Doppelschaufel,

Fig. 1B eine perspektivische Ansicht des Blechs aus Fig. 1A,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Laufrades gemäss einer ersten Ausführungsform,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Laufrades gemäss einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 4 eine zweite Ansicht des Laufrades aus Fig. 3,

Fig. 5 eine schematische Draufsicht auf das in einer Pumpeneinrichtung eingebaute Laufrad aus den Fig. 3 und 4,

Fig. 6 eine schematische Skizze einer Pumpeneinrichtung mit dem Laufrad aus den Fig. 3 und 4.

[0013] Fig. 1A und 1B zeigen ein Blech 10, aus dem eine Doppelschaufel hergestellt werden kann. Das Blech 10 ist achsensymmetrisch in Bezug auf eine in den Fig. 1A und 1B senkrecht eingezeichnete Achse x. Quer zu dieser Symmetrieachse x ist das Blech 10 von zwei Kanten 14, 16 begrenzt. Die in den Fig. 1A und 1B oben dargestellte Kante 14 verläuft bogenförmig, wobei eine Höhe h des Blechs, d.h. eine Erstreckung zwischen den beiden Kanten 14, 16, die quer zu der Achse x verlaufen, im Bereich dieser Achse x minimal ist. In der Mitte ist das Blech 10 somit schmaler als an seinen Aussenseiten, die von ebenfalls gebogenen Kanten 12a, 12b begrenzt sind. Die Kanten 12a, 12b sind zueinander spiegelsymmetrisch und leicht nach aussen gekrümmt. Die Breite b des Blechs, d.h. die Erstreckung quer zu der Symmetrieachse x zwischen den beiden seitlichen Kanten 12a, 12b ist in etwa dreimal so gross wie die Höhe h. Eine in Fig. 1B eingezeichnete Dicke d des Blechs entspricht in etwa einem Zehntel der Höhe h. Beispielsweise kann das in den Fig. 1A und 1B dargestellte Blech etwa 3 cm hoch und 9 cm breit sein, während seine Dicke d etwa 3 mm beträgt.

[0014] Fig. 2 zeigt eine Doppelschaufel 11, die aus dem in den Fig. 1A und 1B dargestellten Blech 10 geformt ist. Die beiden quer zu der Symmetrieachse x verlaufenden Kanten 14,16 sind beide S-förmig gekrümmt und gleichzeitig zueinander versetzt. Die seitlichen Kanten 12a, 12b sind in einander entgegengesetzte Richtungen konvex-gekrümmt. Die Oberfläche der Doppelschaufel 11 ist zudem bombiert. Diese Bombierung ist in den Fig. 2 und 3 durch die Linien 13 angedeutet, und man erkennt, dass die Bombierung die durch die Krümmung der Kanten 14, 16, 12a, 12b erzeugte Wölbung verstärkt. Während in der Mitte der Doppelschaufel 11, d.h. auf Höhe der Symmetrieachse x, die Doppelschaufel 11 nicht bombiert ist, wird die Bombierung nach aussen zunächst grösser und nimmt dann zu den äusseren Kanten 12a, 12b hin wieder ab. Die beschriebene Form hat sich in Versuchen als besonders günstig erwiesen: mit geringem Krafteinsatz können hohe Drücke erzielt werden, was insbesondere durch die günstigen Strömungsverhältnisse ermöglicht wird.

[0015] In Fig. 3 ist die in Fig. 2 allein dargestellte Doppelschaufel 11 auf einer kreisförmigen Scheibe 20 befestigt. Die Symmetrieachse x der Doppelschaufel 11 verläuft dabei durch den Mittelpunkt der kreisförmigen Scheibe 20. Eine der beiden S-förmig gebogenen Kanten 14, 16 - in Fig. 3 die Kante 16 - liegt plan auf der kreisförmigen Scheibe 20 auf. Der Radius r der Scheibe 20 ist etwas grösser als nötig wäre, um die Doppelschaufel 11 auf der Scheibe 20 unterzubringen, sodass radial ausserhalb der Doppelschaufel 11 eine ringförmige Fläche frei bleibt. Die Scheibe 20 ist, wie man in den Fig. 3 und auch 4 erkennt, an ihrem Aussenumfang leicht angeschrägt, d.h. sie verjüngt sich in axialer Richtung.

[0016] Fig. 4 zeigt eine seitliche Draufsicht auf die Doppelschaufel 11 mit der kreisförmigen Scheibe 20 und einer Montagemutter 22, welche zum Aufschrauben des von der Scheibe 20 und der Doppelschaufel 11 gebildeten Laufrades auf eine Welle dient. Wie man in Fig. 4 gut erkennt, verlaufen die beiden S-förmig gekrümmten Kanten 14, 16 jeweils in einer Ebene, wobei die eine Kante 16 in der Ebene der kreisförmigen Scheibe 20, und die andere Kante 14 in einer hierzu parallelen Ebene verläuft.

[0017] Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf das erfindungsgemässe Laufrad aus den Fig. 3 und 4, wobei die Kante 14 dem Betrachter zugewandt ist. Die Scheibe 20 ist mit Hilfe der in Fig. 4 gezeigten Mutter 22 auf einer in den Figuren nicht gezeigten Welle befestigt, welche sich in die durch die Pfeile F angedeutete Richtung dreht. In Fig. 5 ist das Laufrad in einer ersten Position gezeigt, und eine zweite Position nach einer Drehung um etwa 90° in Richtung der Pfeile F ist gestrichelt angedeutet.

[0018] Wie man auch in Fig. 6 erkennt, sitzt das Laufrad mit der Doppelschaufel 11 und der kreisförmigen Scheibe 20 in einem Pumpengehäuse 30, wobei die kreisförmige Scheibe 20 über die Mutter 22 und eine Welle mit einem Motor

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36 verbunden ist, der das Laufrad antreibt. Gegenüber von dem Laufrad strömt Flüssigkeit in das Pumpengehäuse 30 ein, wie durch den Pfeil ein angedeutet ist. Diese Flüssigkeit wird von dem durch das Laufrad erzeugten Druck in einen seitlichen Ausgang 34 gedrückt. Mit Hilfe des erfindungsgemässen Laufrades und insbesondere der Doppelschaufel 11 wird dabei ein derart hoher Druck erzeugt, dass in der Flüssigkeit mitgeführte Gegenstände sich nicht im Laufrad und der Doppelschaufel 11 verfangen können, sondern noch vor dem Erreichen der Doppelschaufel 11 in Richtung des Ausgangs 34 gedrückt werden. Das Pumpengehäuse 30 ist im Übrigen in bekannter Weise mit Hilfe eines Flansches 32 an dem Motor 36 befestigt.

[0019] Das erfindungsgemässe Laufrad mit seiner Doppelschaufel 11 kann mit oder ohne Kreisscheibe 20 in einer Pumpeneinrichtung gemäss Anspruch 9 oder 10 verwendet werden.

Bezugszeichenliste

[0020]

10

Blech

11

Doppelschaufel

12a,

Kanten der Doppelschaufel

12b

13

Krümmungslinien

14, 16

S-förmig gebogene Kanten der Doppelschaufel

20

kreisförmige Scheibe

22

Montagemutter

30

Pumpengehäuse

32

Flansch

34

Ausgang r

Radius h

Höhe d

Dicke

X

Symmetrieachse

Claims (10)

Patentansprüche

1. Laufrad für eine Pumpeneinrichtung, welches eine zu einer Drehachse des Laufrades symmetrische, einstückig ausgebildete Doppelschaufel (11) mit einer gekrümmten Oberfläche umfasst, wobei diese Doppelschaufel (11) in zwei parallel zueinander und radial zu der Drehachse verlaufenden Ebenen je von einer S-förmig gebogenen Kante (14, 16) begrenzt wird, wobei diese beiden Kanten (14, 16) in Bezug zueinander in Umfangsrichtung um die Längsachse verdreht sind, und wobei diese Doppelschaufel (11) in im Wesentlichen radialer Richtung von zwei weiteren Kanten (12a, 12b) begrenzt wird, welche konvex gekrümmt sind, und ihre Oberfläche zudem bombiert ist.

2. Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Doppelschaufel (11) ein Gussteil ist.

3. Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Doppelschaufel (11) aus einem Blech (10) geformt ist.

4. Laufrad nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine kreisförmige Scheibe aufweist, deren eine Stirnfläche senkrecht zur Drehachse des Laufrades angeordnet ist und an welcher die Doppelschaufel (11) befestigt ist.

5. Laufrad nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine der beiden S-förmig gebogenen Kanten (16) der Doppelschaufel (11) über ihre gesamte Länge mit der Kreisscheibe verbunden ist, und die zweite gebogene Kante (14) in einer parallel zu der Kreisscheibe (20) verlaufenden Ebene verläuft.

6. Laufrad nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die kreisförmige Scheibe (20) aus einem Blech hergestellt und mit der Doppelschaufel (11) verschweisst ist.

7. Laufrad nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Erstreckung der Doppelschaufel (11) in radialer Richtung um ein Vielfaches, insbesondere um einen Faktor von etwa 30, grösser ist als eine Dicke (d) der Doppelschaufel (11).

8. Laufrad nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erstreckung (h) des Laufrades in axialer Richtung in etwa ein Drittel der Erstreckung in radialer Richtung beträgt.

9. Pumpeneinrichtung mit einem Laufrad nach einem der vorstehenden Ansprüche.

10. Pumpeneinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Gehäuse (30) mit einem Wassereingang, dem gegenüber von diesem Wassereingang angeordneten, von einem Motor (36) angetriebenen Laufrad und einem Wasserausgang (34) aufweist, wobei das Laufrad im Betrieb eine Änderung der Strömungsrichtung der zu pumpenden Flüssigkeit zwischen dem Wassereingang und dem Wassereingang um etwa 90° bewirkt.

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