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Die
Erfindung betrifft ein Laufrad für
eine Saugmaschine gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
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Das
Arbeitsprinzip einer Seitenkanal-Saugmaschine läßt sich z. B. der
DE 41 28 150 A1 entnehmen.
Die durch die Schaufeln begrenzten Taschen des Laufrades bilden
zusammen mit in Umfangsrichtung verlaufenden Kanälen des Gebläsegehäuses eine
Fördereinrichtung
für gasförmiges Medium, durch
welche das gasförmige
Medium im schraubenförmiger
Wirbelbewegung vom Einlaß zum
Auslaß der
Saugmaschine gefördert
wird. Die Laufräder
dieser Saugmaschine laufen mit hoher Drehzahl um (in der Praxis
3000 U/min). Daher müssen
die Laufräder gut
ausgewuchtet sein. Außerdem
muß das
Laufrad im Gehäuse
unter kleinem Dichtspiel laufen.
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Das
Laufrad bei der in der
DE
41 28 150 A1 beschriebenen Seitenkanalmaschine ist ein
Gußteil, welches
mechanisch auf hohe Präzision
bearbeitet wurde. Derartige Gußteile
sind schwer, und es können
sich in ihnen größere Unwuchten
ergeben, die durch Abnahme von Material ausgeräumt werden müssen. Dieses
Auswuchten verursacht hohe Kosten und benötigt einige Zeit.
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Es
wurden später
auch aus Kunststoff gespritzte Laufräder in Betracht gezogen. Hier
bereitet jedoch die Befestigung auf einer Welle Schwierigkeiten.
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Durch
die vorliegende Erfindung soll daher ein Laufrad für eine Saugmaschine
angegeben werden, welches allenfalls geringfügige Auswuchtungen erforderlich
macht und sicher an einer welle zu montieren ist.
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Diese
Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch
ein Laufrad mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Laufrad
ist ein Nabenteil aus Metall gefertigt. Das metallene Nabeneil kann
hohe Kräfte
sicher und ermüdungsfrei
aufnehmen. Aufgrund der Festigkeit und Zähigkeit des Materiales kann
man das Nabenteil als dünne
Scheibe ausbilden. Eine solche läßt sich
aus einem entsprechend starken Metall-Plattenmaterial herausschneiden
oder herausstanzen. Wegen der guten Gleichförmigkeit der Dicke derartigen
im Handel erhältlichen
Plattenmateriales liegt eine Unsicherheit in der Materialbearbeitung
nur noch in der Maßhaltigkeit
der Randkontur der Scheibe. Diese läßt sich aber mit einfachen
Fertigungsverfahren gewährleisten.
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Das
Nabenteil ist somit bei einem erfindungsgemäßen Laufrad weitestgehend frei
von Unwuchten und hat auch nur geringe Masse, was im Hinblick auf
ein schnelles Anlaufen des Laufrades von Vorteil ist.
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Der
vom Nabenteil getragene Laufring des Laufrades ist dagegen aus Kunststoff
hergestellt. Man erhält
somit die Vorteile einer hoch paßgenauen Geometrie der verschiedenen
Formflächen
ohne mechanische Nachbearbeitung. Der Laufring läßt sich über große Flächen sicher mit dem Nabenteil
verbinden, so daß die
Kraft- und Drehmomenteinleitung vom Nebenteil in den Laufring keine
Probleme aufwirft.
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Die
Herstellungskosten eines erfindungsgemäßen Laufrades sind gegenüber einem
ganz aus Metall gefertigten Laufrad deutlich verringert, aber auch
kleiner als die eines rein aus Kunststoffmaterial hergestellten
Laufrades, da Kunststoffmaterial eingespart wird. Außerdem hat
das erfindungsgemäße Laufrad
bessere mechanische Eigenschaften als ein ganz aus Kunststoffmaterial
hergestelltes Laufrad.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
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Die
Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch
2 gestattet es, das Nabenteil durch einen einfachen Bearbeitungsschritt
mit guter Maßhaltigkeit und
frei von Unwuchten herzustellen.
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Die
Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch
3 ist im Hinblick auf eine besonders sichere Verankerung des Laufringes
auf dem Nabenteil von Vorteil, da das Kunststoffmaterial beim Anformen
teilweise durch den Rand des Nabenteiles hindurchwächst.
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Die
Weiterbildungen der Erfindung gemäß den Ansprüchen 4 bis 11 dienen einer
guten und zuverlässigen
Abdichtung der Stirnflächen
des Laufrades zu gegenüberliegenden
gehäusefesten
Dichtflächen
der Maschine. Die verschiedenen Vertiefungen des Laufrades erzeugen
beim Vorbeilaufen an den gehäusefesten
Dichtflächen
kleine Wirbel, die dynamische Sperren für Leckwege bilden.
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Die
so erhaltenen dynamischen Dichtstellen lassen sich beim Formen des
aus Kunststoff gefertigten Laufringes des Laufrades ohne nennenswerte Mehrkosten
mit einarbeiten.
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Die
Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch
12 ist im Hinblick auf guten Wirkungsgrad des Laufrades von Vorteil.
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Gleiches
gilt für
die Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 13.
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Bei
einem Laufrad gemäß Anspruch
14 sind die Schaufeln gut verwindungsfrei abgestützt. Dies ist zum Vermeiden
von Schwingungen, die zu unerwünschten
Geräuschbelästigungen
führen
können, von
Vorteil.
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Die
Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch
15 ist im Hinblick auf günstige
Strömungsverhältnisse
in den zwischen den Schaufeln liegenden Taschen des Laufrades von
Vorteil.
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Dabei
hat sich insbesondere eine Randkontur der Ringflanschabschnitte
bewährt,
wie sie im Anspruch 16 angegeben ist.
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Die
Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch
17 ist im Hinblick auf nochmalige Erhöhung der Steifigkeit des Laufringes
von Vorteil.
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Dabei
ist dann die im Anspruch 18 angegebene spezielle Geometrie der Versteifungsrippen
im Hinblick auf Materialersparnis und günstige Strömungsverhältnisse in den zwischen den
Schaufeln liegenden Taschen des Laufrades von Vorteil.
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Die
Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch
19 ist zum einen im Hinblick auf symmetrische Strömungsverhältnisse
im Arbeitsraum der Saugmaschine von Vorteil.
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Nachstehend
wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme
auf die Zeichnung erläutert.
In dieser zeigen:
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1:
einen axialen Schnitt durch eine Seitenkanal- Saugmaschine;
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2:
eine vergößerte axiale
Aufsicht auf das Laufrad der in 1 gezeigten
Saugmaschine;
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3:
einen axialen Schnitt durch das in 2 gezeigte
Laufrad; und
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4:
einen vergrößerten Schnitt
längs der Schnittlinie
B-B von 2.
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1 zeigt
eine Seitenkanal-Saugmaschine mit einem insgesamt mit 10 bezeichneten
Gehäuse. Das
Gehäuse
umfaßt
ein zweigeteiltes im wesentlichen zylindrisches mittleres Gehäuseteil 12,
welches mit einem unteren Gehäuseteil 14 verschraubt
ist, welches von Füßen 16 getragen
ist.
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Das
obere Ende des mittleren Gehäuseteiles 12 ist
verdickt ausgebildet und gibt eine Rinne 18 vor, die zusammen
mit einer fluchtenden Rinne 20 in einem oberen Gehäuseteil 22 einen
Arbeitsraum 24 begrenzt. Der Arbeitsrauma hat in Umfangsrichtung zunehmenden
Querschnitt und ist symmetrisch zu einer Mittelebene 26.
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In
dem Arbeitsraum 24 läuft
ein insgesamt mit 28 bezeichnetes Laufrad um, welches über eine Schraube 30 fest
mit dem Ende einer Motorwelle 32 verbunden ist, die zu
einem insgesamt mit dem Bezugszeichen 34 versehenden Elektromotor
gehört. Die
Motorwelle 32 ist in Lagern 36, 38 gelagert,
die von einem Motorgehäuse 40 getragen
sind.
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Ein
Einlaß des
Arbeitraumes 24 ist in 1 vor der
Zeichenebene in den Arbeitsraum einmündend zu denken. Ein Auslaß des Arbeitsraumes
ist in 1 hinter der Zeichenebene in den Arbeitsraum einmündend zu
denken. Die Zeichenebene von 1 ist durch
Dichtstege 35, 37 der Gehäuseteile 12 und 22 gelegt,
die im Dichtspiel mit den Stirnflächen des Laufrades 28 zusammenarbeiten
und eine Verbindung zwischen Einlaß und Auslaß verhindern.
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Nachstehend
wird nun das Laufrad unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 näher beschrieben.
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Das
Laufrad 28 hat ein mittiges Nabenteil 42, welches
eine mittige Durchgangsöffnung 44 zur
Aufnahme der Schraube 30 aufweist.
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Ein
Randbereich 46 des scheibenförmigen Nabenteiles 42 ist
in einen insgesamt mit 48 bezeichneten Laufring 48 eingebettet,
der aus Kunststoffmaterial geformt ist.
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Der
Laufring 48 umfaßt
einen als Stufenring ausgebildeten Tragring 50, der im
Dichtspiel zwischen zwei einander gegenüberliegenden Endflächen 52, 54 des
mittleren Gehäuseteiles 12 bzw.
des oberen Gehäuseteiles 22 läuft, und
einen insgesamt mit 56 bezeichneten Schaufelkranz, der
in den Arbeitsraum 24 ragt.
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Wie
aus den 1 bis 3 ersichtlich,
hat der Tragring 50 einen innersten Ringabschnitt 58 mit einer
axialen Abmessung a1, einen mittleren Ringabschnitt 60 mit
einer axialen Abmessung a2 und einen äußersten Ringabschnitt 62 mit
einer axialen Abmessung a3. Unter axialer Abmessung soll hier der
Abstand der jeweils zwei ebenen Stirnflächen der verschiedenen Ringabschnitte
voneinander verstanden werden.
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Von
den ebenen Stirnflächen
der Ringabschnitte 58, 60, 62 springen
Vertiefungen 64, 66, 68 in axialer Einwärts richtung
zurück,
wie insbesondere den 2 und 3 gut entnehmbar.
Diese Vertiefungen unterscheiden sich für die verschiedenen Abschnitte
in ihrer Umfangserstreckung, ihrer radialen Erstreckung und ihrer
Tiefe.
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Im
einzelnen sind die Verhältnisse
folgendermaßen:
Die
Vertiefungen 64 des innersten Ringabschnittes 58 haben
die kleinste Umfangserstreckung (7,2°), die größte radiale Erstreckung und
verglichen mit a1 geringe Tiefe. Auch die axiale Erstreckung a1
ist die kleinste von allen drei Ringabschnitten.
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Die
Vertiefungen 66 des mittleren Ringabschnittes 60 haben
die größte Umfangserstreckung aller
Vertiefungssetzen (18°).
Sie haben im wesentlichen die gleiche Tiefe wie die Vertiefungen 64 und die
kleinste radiale Erstreckung von allen Vertiefungen. Die axiale
Abmessung a2 des mittleren Ringabschnittes 60 ist dagegen
die größte von
allen Ringabschnitten.
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Die
axiale Abmessung a3 des äußersten Ringabschnittes 62 ist
etwas kleiner als die axiale Abmessung a2 des mittleren Ringabschnittes 60.
Die Vertiefungen 68 des äußersten Ringabschnittes 62 haben
dagegen die größte Tiefe
von allen Vertiefungen, nämlich
etwas mehr als 65% von a3.
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Die
Endflächen 52, 54 der
Gehäuseteile 12 und 22 sind
in den radial über
dem Tragring 50 liegenden Bereichen komplementär zu den
ebenen Stirnflächen
der Ringabschnitte 58, 60, 62 abgestuft, so
daß sich
ein gleichbleibender sehr kleiner Dichtspalt zwischen den Stirnflächen des
Tragringes 50 und den fluchtenden Bereichen der Endflächen 52, 54 ergibt.
Die verschiedenen Vertiefungen bilden zusammen mit den gegenüberliegenden
Abschnitten der Endflächen 52, 54 jeweils
dynamische Dichtungen, die einen Vakuumleckweg blockieren.
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Wie
insbesondere aus 3 ersichtlich, hat das Nabenteil 42 in
seinem in den Tragring 50 eingebetteten Randbereich kreisförmige Durchbrechungen 70,
durch welche das Kunststoffmaterial des Tragringes 50 beim
Anformen an das Nabenteil 42 hindurchbewegt wurde. Man
erhält
so bei den Durchbrechungen 70 belastungsfähige Formschlußverbindungen
für in
Umfangsrichtung und in radialer Richtung wirkende Kräfte. Da
die Anzahl der Durchbrechungen 70 groß ist (beim dargestellten Ausführungsbeispiel
XX) und da zusätzlich
eine gute Haftung des Kunststoffmateriales an den Stirnflächen des
Nabenteiles 42 gegeben ist, hat man eine sichere Kraft-
und Drehmomentübertragung
zwischen Nabenteil 42 und Tragring 50, so daß auch rasche
Beschleunigungen und Abbremsvorgänge
sicher durchgeführt
werden können.
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Der
Schaufelkranz 56 umfaßt
eine Vielzahl in Umfangsrichtung verlaufender Schaufeln 72.
Diese haben, wie aus der Zeichnung ersichtlich, jeweils einen exakt
radial verlaufenden Basisabschnitt 74 und einen hiergegen
um etwa 10° verkippten äußeren Flügelabschnitt 76.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel
ist die radiale Erstreckung des äußeren Flügelabschnittes 50 etwa
das doppelte der radialen Erstreckung des Basisabschnittes 74.
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Die
Basisabschnitte 74 sind durch einen angeformten senkrecht
auf der Drehachse stehenden Ringflansch 78 verbunden. Dessen
Randkontur ist mit der Teilung der Schaufeln 72 entsprechender
Periode sägezahnförmig ausgebildet,
wobei Randkanten 80 der einzelnen zwischen auf einander
folgenden Schaufeln 72 liegenden Ringflanschabschnitte die
Form von Kreisstücken
haben. Dies ist im Hinblick auf günstige Strömungsverhältnisse in den zwischen den
Schaufeln 72 liegenden Taschen des Laufrades 28 von
Vorteil.
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Die
zwischen aufeinander folgenden Schaufeln 72 liegenden Ringflanschabschnitte
sind jeweils über
zwei beabstandete dreieckige Versteifungsrippen 82 mit
der Umfangsfläche
des Ringabschnittes 62 verbunden. Auf diese Weise hat der
Laufring 48 insgesamt hohe mechanische Stabilität und neigt
wenig zu Schwingungen.
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Wie
aus der Zeichnung ersichtlich, ist das Laufrad 28 insgesamt
zu einer Mittelebene 84 symmetrisch, die bei eingebautem
Laufrad mit der Mittelebene 26 des Arbeitsraumes 24 zusammenfällt.
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Zwei
weitere außermittige
kreisförmige Durchbrechungen 86 des
Nabenteiles 42 sind vorgesehen, um dort zur Montage und
Demontage des Laufrades ein Drehmoment aufnehmendes Stützwerkzeug
ansetzen zu können.
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Wie
in der Ausschnittsvergrößerung von 4 dargestellt,
ist der Rand der einzelnen Schaufeln 72 unter 45° angephast,
wie bei 88 angedeutet.
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Bei
einem praktischen Ausführungsbeispiel eines
Laufrades 28, wie es in einer dentalen Saugmaschine Verwendung
findet, beträgt
der Außendurchmesser
des Laufrades 213 mm und der Außendurchmesser
des Nabenteiles 122 mm.
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Die
axiale Abmessung des Schaufelkranzes 56 beträgt 32 mm,
die Dicke des scheibenförmigen Nabenteiles
etwa 3,5 mm.
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Das
Nabenteil 42 ist aus einem entsprechend dicken Blech (Stahl
oder Al-Legierung) ausgeschnitten. Der angespritzte Kunststoff-Laufring
besteht aus einem glasfaserverstärkten
Kunststoffmaterial, insbesondere dem unter dem Namen Grivory TPA
bekannten Kunststoffmaterial.