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Die
Erfindung betrifft ein Schaufelrad aus Metallblech für den Einsatz
in Kfz-Kühlmittelpumpen.
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Kleine
Schaufelräder
aus Metall werden beispielsweise als Feingussteil im Wachsausschmelzverfahren
oder als Sandformguss hergestellt.
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Diese
Bauformen erfordern zwangsläufig hohe
Fertigungskosten. Auch sind bei den als Feingussteil hergestellten
Rohlingen die technischen Möglichkeiten
zum Putzen und Polieren der Gussflächen im Inneren des Laufrades
stark eingeschränkt, so
dass bei den so hergestellten Bauformen der erzielbaren Schaufeloberflächengüte zwangsläufig Grenzen
gesetzt sind.
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Infolge
einer verbleibenden, von den jeweils zulässigen Fertigungskosten abhängigen Oberflächenrauhigkeit
wird somit der erzielbare Förderwirkungsgrad
negativ beeinflusst.
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Daher
sind dem großtechnische
Einsatz derartiger Schaufelräder,
beispielsweise im Kühlmittelpumpen-,
Motoren- und/oder Automobilbau (insbesondere aufgrund der kostenintensiven
Herstellung) Grenzen gesetzt.
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Im
Stand der Technik werden oftmals auch aus Metallblech geformte,
offene Schaufelräder
eingesetzt, deren Schaufeln aus der Bodenscheibe ausgeklinkt sind.
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Diese
Bauformen sind dann je nach Bauart auch zusätzlich noch mit einer Bodenscheibe und/oder
einer Deckscheibe versehen.
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Der
wesentliche Nachteil dieser Bauformen besteht jedoch darin, dass
bei den aus der Bodenscheibe ausgeklinkten Schaufeln die jeweils
ausgeklinkte maximale Flügelhöhe zwangsläufig von
der Schaufelzahl des Laufrades abhängig ist und durch diese begrenzt
wird.
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Da
die Fördermenge
von der Flügelzahl
und der Flügelhöhe abhängig ist,
ist bei diesen Bauformen zwangsläufig
die Fördermenge
stets begrenzt.
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Daher
wurde mittels der in der
DE
1 628 210 A vorgestellten Bauform beispielsweise versucht
diesen vorgenannten wesentlichen Nachteil der Schaufelräder aus
Metallblech mit den aus der Bodenscheibe ausgeklinkten Schaufeln
zu beseitigen.
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Dieses
in der
DE 1 628 210
A vorbeschriebene, als Turbogebläserad eingesetzte Radialschaufelrad
aus Metallblech mit einer Bodenscheibe und einer Deckscheibe und
zwischen diesen über
den Umkreis gleichmäßig verteilten
angeordneten Schaufeln wird aus gleichartigen U-förmigen blechgeformten Blatteinheiten
zusammengefügt,
wobei die einzelnen Blatteinheiten jeweils aus einer Schaufel mit
an dieser angeordneten Ober- und Unterwandsegmenten bestehen.
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Jedes
dieser Blattelemente überlappt
das benachbarte Blattelement mit einem Teil der Ober- und Unterwand
und ist im Bereich dieser Überlappung
mittels Verbindungsmitteln mit dem benachbarten Blattelement zusammengefügt.
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Ein
wesentliche Nachteil dieser Bauform besteht jedoch darin, dass auch
diese Bauform wiederum sehr fertigungsintensiv ist.
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Zudem
erhöhen
sich mit kleiner werdender Bauform auf Grund der zwingend erforderlichen Überlappungen
die Verlustleitungen und der Förderwirkungsgrad
des wie vg. aufgebauten Schaufelrades sinkt deutlich ab.
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Kommen
jedoch als Verbindungsmittel nicht nur Niet- oder Schraubverbindungen
zum Einsatz, sondern werden beispielsweise auch Schweißverbindungen
(beispielsweise bei kleinen Schaufelrädern) eingesetzt, d.h. es werden
dann diese sehr kleinen Blechformteile untereinander zu einem Schaufelrad verschweißt, erhöht sich
zwangsläufig
der Fertigungsaufwand um ein Vielfaches da beim Verschweißen dieser
vielen einzelnen Blechformteile untereinander zwangsläufig ein „Verzug" eintritt der dann nicht
nur die Rundlaufeigenschaften und das Unwuchtverhalten negativ beeinflusst,
sondern zudem auch strömungstechnisch
negative Auswirkungen hat und u.a. auch den Förderwirkungsgrad deutlich vermindert.
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Auf
Grund des „Verzuges" werden zudem auch
zusätzliche
Nacharbeiten zur Gewährleistung des
Dichtspaltes gegenüber
dem Gehäuse
zwingend erforderlich, so dass die Fertigung derartiger kleiner Laufräder stets
mit sehr hohen Kosten verbunden ist.
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Daher
kommen derartige Bauformen auch keinesfalls als Laufräder in Kfz-Kühlmittelpumpen zum Einsatz.
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Da
bei dieser vorgenannte Bauform im Bedarfsfall auch vorgesehen ist,
dass diese mit in axialer Richtung gekrümmten Blättern ausgeführt werden kann,
erhöhen
sich deren Herstellungskosten (bei derartigen Sonderbauformen von
Schaufelrädern
mit dreidimensional gekrümmten,
mit Oberwand und Unterwand versehenen Blätter) wesentlich, wobei zudem
all die vg. Nachteile noch verstärkt
auftreten.
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Weiterhin
ist aus der
DE 25 35
196 A1 ein in horizontal kreisförmiger Richtung aus Radsegmenten
zusammengesetztes, an den Stoßstellen
mit Nuten und Leisten versehenes und im Bereich dieser Stoßstellen
mit Klammern zusammengehaltenes Radiallüfterrad bekannt.
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Der
wesentliche Nachteil bei dieser Bauform besteht darin, dass auch
diese Bauform wiederum sehr fertigungsintensiv ist, wobei auf Grund
der zwingend erforderlichen Klammern sich auch hier mit kleiner
werdender Bauform zwangsläufig
die Verlustleitungen erhöhen
und damit der Wirkungsgrad deutlich absinkt.
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Daher
kann auch diese Bauform keinesfalls als Laufrad in Kühlmittelpumpen
eingesetzt werden.
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Aus
der
DE 26 02 136 A1 ist
darüber
hinaus eine Schweißkonstruktion
aus vorgeformten Blechsegmenten zur Herstellung von Radialpumpenrädern bekannt.
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Hierbei
werden flächige
im Querschnitt etwa Z-förmig
ausgebildete Blechformteile an eine von einem Rohr abgeschnittene
Nabe angeschweißt
und zudem entlang ihrer oberen und unteren Ränder miteinander verbunden.
Auch diese Ausführungsform
ist zur Herstellung von kleinen, beispielsweise in Kühlmittelpumpen
einsetzbaren Pumpenräder,
welche zwangsläufig
aus sehr kleinen untereinander verschweißten Blechformteilen hergestellt
werden müssten,
ungeeignet, da beim Verschweißen
dieser kleiner Blechformteile (zwischen den Schaufeln untereinander/aber
auch gegenüber
der Nabe) stets ein Verzug eintritt der, wie bereits erläutert, negative
strömungstechnische
Auswirkungen zur Folge hätte
und zwangsläufig
kostenaufwändige
Nacharbeiten zur Gewährleistung
eines noch vertretbaren Wirkungsgrades erfordert.
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Gleichzeitig
führen
die zur Verbindung der Baugruppen erforderlichen Schweißarbeiten
zudem zu Unwuchten am geschweißten
Rad und erfordern weitere Nacharbeiten, so dass mittels der in der
DE 26 02 136 A1 vorgestellten
Bauform eines Schaufelrades aus Metall nur mit einem sehr hohen
Fertigungs- und
Montageaufwand kleine Schaufelräder für Kühlmittelpumpen
hergestellt werden können.
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Aus
der
DE 33 43 752 C2 ist
weiterhin ein offenes Laufrad für
Strömungsmaschinen
bekannt, welches auch als Schweißkonstruktion aufgebaut ist und
ebenso wie die vorgenannte Schweißkonstruktion eines Schaufelrades
aus Laufradsegmenten besteht.
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Auch
bei dieser Bauform sind die jeweils eine Schaufel tragenden Laufradsegmente
an einer gemeinsamen Nabe angeschweißt.
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Doch
auch diese Bauform ist für
den Einsatz als Schaufelrad in Kfz-Kühlmittelpumpen
ungeeignet, da die zur Verbindung der Baugruppen erforderlichen Schweißarbeiten
(ebenso wie bei der vorgenannte Bauform) einerseits zu einem Verzug
des Schaufelrades und gleichzeitig zu Unwuchten am geschweißten Rad
führen.
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Infolge
der dadurch wiederum zwingend erforderlichen Nacharbeiten werden
auch bei dieser Bauform die Fertigungskosten merklich erhöht.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Schaufelrad aus
Metallblech für
den Einsatz in KfZ-Kühlmittelpumpen
zu entwickeln welches die vorgenannten Nachteile des Standes der
Technik nicht aufweist, insbesondere neben einer Vielzahl von Schaufeln
auch über
eine hohe Schaufelflügelhöhe verfügt und dadurch
eine hohe Fördermenge gewährleistet,
gleichzeitig ohne Nachbearbeitung sehr gute Rundlaufeigenschaften
aufweist und darüber
hinaus ebenfalls ohne Nachbearbeitung zudem einen optimalen Dichtspalt
gegenüber
dem Gehäuse gewährleistet,
dabei einfach und kostengünstig
sowohl in einer offenen Bauform (ohne Deckscheibe) wie auch in einer
geschlossenen Bauform (mit Deckscheibe) herstellbar ist und sich
gleichzeitig noch durch einen hohen Förderwirkungsgrad auszeichnet.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch ein Schaufelrad aus Metallblech für den Einsatz in KfZ-Kühlmittelpumpen
nach den Merkmalen des Hauptanspruches der Erfindung gelöst.
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Vorteilhafte
Ausführungen
und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie
der nachfolgenden Beschreibung des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels in Verbindung
mit den Zeichnungen zur erfindungsgemäßen Lösung.
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Nachfolgend
soll nun die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung
mit zehn Figuren näher
erläutert
werden.
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Es
zeigen dabei:
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1:
eine räumliche
Darstellung des erfindungsgemäßen Schaufelrades 1 in
der Bauform mit einer Deckscheibe 12, einer gewölbten Bodenscheibe 2 und
dreidimensional gekrümmten
Schaufeln 3 im komplett zusammengefügten Zustand;
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2:
die Draufsicht auf die in der 1 dargestellten
Bauform des erfindungsgemäßen Schaufelrades 1;
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3:
das erfindungsgemäße Schaufelrad im
Schnitt bei A-A gemäß 2;
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4:
das erfindungsgemäße Schaufelrad 1 gemäß 1 in
der Ansicht von unten;
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5:
die erfindungsgemäße Nabenscheibe 5 gemäß der Darstellung
nach 1 in der Draufsicht;
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6:
die erfindungsgemäße Nabenscheibe 5 im
Schnitt bei B-B gemäß 5;
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7:
die erfindungsgemäße Bohrungsscheibe 7 gemäß der Darstellung
nach 1 in der Draufsicht;
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8:
die erfindungsgemäße Bohrungsscheibe 7 im
Schnitt bei C-C gemäß 7;
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9:
die erfindungsgemäße Deckscheibe 12 gemäß der Darstellung
nach 1 in der Draufsicht;
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10:
die erfindungsgemäße Deckscheibe 12 im
Schnitt bei D-D gemäß 9.
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Die 1 zeigt
eine räumliche
Darstellung des erfindungsgemäßen Schaufelrades 1 in
der Bauform mit einer Deckscheibe 12, einer gewölbten Bodenscheibe 2 und
dreidimensional gekrümmten Schaufeln 3 im
komplett zusammengefügten
Zustand.
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Dieses
aus Metallblech hergestellte Schaufelrad 1 ist für den Einsatz
in Kfz-Kühlmittelpumpen vorgesehen
und besteht in der hier vorgestellten Bauform aus zwei mit ausgeklinkten
und angestellten Schaufeln 3 versehenen, fest miteinander
verbundenen Schaufelradelementen, die mit ihren jeweiligen Bodenscheibensegmenten 4 zueinander
auf „Lücke" versetzt angeordnet
sind, so dass beide Schaufelradelemente gemeinsam eine Bodenscheibe 2 ausbilden.
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In
einem der Schaufelradelemente, der Nabenscheibe 5, ist
zentrisch eine Nabenhülse 6 und
in dem anderen der beiden Schaufelradelemente, der Bohrungsscheibe 7,
ist ebenfalls zentrisch eine auf den Außenmantel der Nabenhülse 6 aufsteckbare Nabenhülsenaufnahmebohrung 8 angeordnet.
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Die
erfindungsgemäße Bauform
ermöglicht so,
dass neben vielen Schaufeln am Schaufelrad 1 auch gleichzeitig
eine große
Schaufelflügelhöhe realisiert
werden kann, so dass mittels der erfindungsgemäßen Lösung eine hohe Fördermenge
gewährleistet
werden kann.
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Aufgrund
der erfindungsgemäßen, ineinander
zentrierten Anordnung von zwei jeweils für sich allein bereits „rund laufenden" Schaufelradelementen sind
ohne Nachbearbeitung optimale Rundlaufeigenschaften gewährleistet.
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Gleichzeitig
wird durch die vg. erfindungsgemäße Anordnung
ohne Nachbearbeitung ein optimaler Dichtspalt gegenüber dem
Gehäuse
gewährleistet.
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Das
erfindungsgemäße aus den
Schaufelradelementen, der Nabenscheibe 5 und der Bohrungsscheibe 7 gebildete
Schaufelrad ist zudem stets einfach und kostengünstig herstellbar.
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In
Verbindung mit der Verwendung von tiefgezogenen Stahlblechen wird
zudem stets eine hohe Schaufeloberflächengüte gewährleistet, so dass sich das
erfindungsgemäß aufgebaute
(mit vielen hohen Schaufeln versehene, in der Verbindung seiner
Elemente nicht zum Verzug neigende) Schaufelrad 1 durch
einen hohen Förderwirkungsgrad
auszeichnet.
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Wesentlich
ist auch, dass am Nabenrand der Nabenscheibe 5, zwischen
den Bodenscheibensegmenten 4, jeweils Anschlusslaschen 9 angeordnet sind.
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Zur
Vereinfachung der Fertigung sind an den Bodenscheibensegmenten 4 der
Nabenscheibe 5 wie auch an den Bodenscheibensegmenten 4 der Bohrungsscheibe 7 Positionierungselemente 10,
hier in Form von Bohrungen angeordnet.
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Diese
dienen einer exakten Positionierung der beiden Baugruppen beispielsweise
in einer Punktschweißvorrichtung.
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Mittels
dieser können
beispielsweise die beiden erfindungsgemäßen Schaufelradelemente im Bereich
der einander überdeckenden
Bodenscheibensegmente 4 sowie im Bereich der Überdeckungen
der Bodenscheibensegmente 4 mit den Anschlusslaschen 9 miteinander
verschweißt
werden.
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Infolge
der erfindungsgemäßen scheibenförmigen Bauform
der beiden im Innenbereich miteinander punktverschweißten Schaufelradelemente
wird zudem gleichzeitig ein Verzug des so gebildeten Schaufelrades 1 vermieden.
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In
der 2 ist die Draufsicht auf die in der 1 vorgestellten
Bauform des erfindungsgemäß aus einer
Nabenscheibe 5 und einer Bohrungsscheibe 7 gebildeten
Schaufelrades mit einer Deckscheibe 12 dargestellt.
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Die 3 zeigt
das erfindungsgemäße Schaufelrad
im Schnitt bei A-A gemäß 2 mit
der an den Oberkanten 11 der Schaufeln 3 des Schaufelrades 1 punktförmig verschweißten Deckscheibe 12.
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Die 3 zeigt,
dass die Anschlusslaschen 9 etwa in der Ebene der an der
Nabenscheibe 5 angeordneten Bodenscheibensegmente 4 liegen
und dadurch neben einem strömungsgünstigen Übergang
gleichzeitig eine optimale Anlage für die Bodenscheibensegmente 4 der
Bohrungsscheibe 7 bilden und gleichzeitig eine optimale
Punktschweißverbindung
beider Schaufelradelemente ermöglichen.
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Ebenso
zeigt diese 3, dass die von den Schaufelradelementen
gebildete gemeinsame Bodenscheibe gewölbt, und die Schaufeln 3 jeweils dreidimensional
gekrümmt
ausgebildet sind.
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In
der 4 ist das erfindungsgemäße Schaufelrad gemäß 1 in
der Ansicht von unten, mit der an der Nabenscheibe 5 angeordneten
Nabenhülse 6 und
der in der Bohrungsscheibe 7 angeordneten Nabenaufnahmebohrung 8 dargestellt.
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Die 5 zeigt
als Einzelteil die erfindungsgemäße Nabenscheibe 5 gemäß der Darstellung nach 1 in
der Draufsicht mit den an dieser angeordneten Bodenscheibensegmenten 4,
den aus der Bodenscheibe ausgeklinkten Schaufeln 3 und
den zwischen den Bodenscheibensegmenten 4 (d.h. jedem Bodenscheibensegment 4 und
der Schaufel 3 des jeweils benachbarten Bodenscheibensegments) angeordneten
Anschlusslaschen 9.
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In
der 6 ist nun diese erfindungsgemäße Nabenscheibe 5 im
Schnitt bei B-B, gemäß 5, mit
der an der Nabenscheibe 5 angeordneten Nabenhülse 6 dargestellt.
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Diese
Darstellung zeigt auch, dass die Anschlusslaschen 9 etwa
in der Ebene der an der Nabenscheibe 5 angeordneten Bodenscheibensegmente 4 liegen.
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Die 7 zeigt
nun das zugehörige
zweite Schaufelradelement, die erfindungsgemäße Bohrungsscheibe 7 in
der Draufsicht mit den an den Bodenscheibensegmenten 4 nahe
der Nabenhülsenaufnahmebohrung 8 (zur
Punktverschweißung
mit der Nabenscheibe) angeordneten Schweißbuckeln 13. In der 8 ist
die erfindungsgemäße Bohrungsscheibe,
im Schnitt bei C-C gemäß 7,
mit dem gewölbten
Bodenscheibensegment 4 und der dreidimensional gekrümmten Schaufel 3 dargestellt.
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Die 9 zeigt
die erfindungsgemäße Deckscheibe 12 in
der Draufsicht.
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In
der 10 ist die erfindungsgemäße Deckscheibe 12 im
Schnitt bei D-D gemäß 9 dargestellt.
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Mittels
der erfindungsgemäßen Lösung ist
es gelungen, ein Schaufelrad aus Metallblech für den Einsatz in KfZ-Kühlmittelpumpen
zu entwickeln, welches neben vielen Schaufeln zugleich auch über eine hohe
Schaufelflügelhöhe verfügt, dadurch
eine gewünschte
hohe Fördermenge
gewährleistet,
zudem infolge der erfindungsgemäßen Gestaltung
auch ohne Nachbearbeitung sehr gute Rundlaufeigenschaften aufweist,
und zudem ebenfalls ohne Nachbearbeitung einen optimalen Dichtspalt
gegenüber dem
Gehäuse
gewährleistet.
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Gleichzeitig
ist das erfindungsgemäße Schaufelrad
auch einfach und kostengünstig
sowohl in einer offenen Bauform (ohne Deckscheibe) wie auch in einer
geschlossenen Bauform (mit Deckscheibe) in Großserien herstellbar.
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Da
das erfindungsgemäße Schaufelrad
auf Grund des verwendeten Materiales zudem über eine hohe Schaufeloberflächengüte verfügt, wird
in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Bauform des Schaufelrades
gleichzeitig stets ein hoher Förderwirkungsgrad
gewährleistet.
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- 1
- Schaufelrad
- 2
- Bodenscheibe
- 3
- Schaufel
- 4
- Bodenscheibensegment
- 5
- Nabenscheibe
- 6
- Nabenhülse
- 7
- Bohrungsscheibe
- 8
- Nabenhülsenaufnahmebohrung
- 9
- Anschlusslasche
- 10
- Positionierungselement
- 11
- Oberkante
- 12
- Deckscheibe
- 13
- Schweißbuckel