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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft ein Flügelrad, insbesondere ein Zentrifugalflügelrad und eine dieses Flügelrad verwendende Pumpe.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Eine Zentrifugalpumpe hat gewöhnlich einen Motor, der ein Flügelrad antreibt, um in der Pumpe einen Unterdruck zu erzeugen, so dass die Flüssigkeit kontinuierlich angesaugt und ausgetrieben wird. Das Flügelrad ist eine unentbehrliche Komponente der Pumpe und seine Ausgestaltung und Konstruktion beeinflusst direkt die Fluidabgabeleistung der Pumpe.
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Bei einer üblichen Zentrifugalpumpe ist das Flügelrad in einer Hohlkammer eines Spiralgehäuses montiert. Zwischen dem Flügelrad und einer an einen Einlass angrenzenden Endwand der Hohlkammer ist normalerweise ein großer Spalt vorhanden. Nachdem das Fluid über den Einlass in die Hohlkammer eingeströmt ist und durch das Flügelrad rotiert wird, kann ein Teil des Fluids gegebenenfalls über den Spalt in den Einlass zurückströmen. Die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids wird dadurch instabil und die Fluid-Abgabeleistung der Pumpe mangelhaft.
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ÜBERSICHT
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Aus diesem Grund wird ein Flügelrad gewünscht, das leistungsfähiger ist, sowie eine das Flügelrad verwendende Pumpe.
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Ein Flügelrad hat eine rückseitige Abdeckplatte, eine Mehrzahl von Flügeln, die an der rückseitigen Abdeckplatte angeordnet sind, und eine Nabe, die an der rückseitigen Abdeckplatte angeordnet ist. Das Flügelrad hat ferner einen Dichtungsring. Der Dichtungsring ist an einem von der rückseitigen Abdeckplatte entfernten Ende des Flügelrads angeordnet.
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Vorzugsweise definiert die rückseitige Abdeckplatte in einer ihrer Seiten eine Ausnehmung, und in der Ausnehmung der rückseitigen Abdeckplatte ist die Nabe angeordnet.
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Vorzugsweise definiert die rückseitige Abdeckplatte ferner eine Mehrzahl von Ausgleichsöffnungen.
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Vorzugsweise ist die Anzahl der Ausgleichsöffnungen die gleiche wie die Anzahl der Flügel.
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Vorzugsweise sind die mehrzähligen Ausgleichsöffnungen in der rückseitigen Abdecklatte in einem Ring angeordnet, und jeder der Flügel ist zwischen zwei benachbarten Ausgleichsöffnungen angeordnet.
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Vorzugsweise definiert die rückseitige Abdeckplatte ferner eine Mehrzahl von Durchgangsöffnungen, die in einem Ring angeordnet sind, und die mehrzähligen Durchgangsöffnungen sind voneinander beabstandet und zwischen dem durch die zusammenwirkenden Ausgleichsöffnungen definierten Ring und der Nabe gleichmäßig verteilt.
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Vorzugsweise ist jede der Ausgleichsöffnungen bogenförmig, und eine zentrale Achse des durch die zusammenwirkenden Ausgleichsöffnungen definierten Rings koinzidiert mit einer zentralen Achse der rückseitigen Abdeckplatte.
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Vorzugsweise erstrecken sich die Flügel von Anfangspositionen, die einer zentralen Achse der rückseitigen Abdeckplatte benachbart sind, in Richtung auf eine Kante der rückseitigen Abdeckplatte.
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Vorzugsweise umfasst die rückseitige Abdeckplatte eine Verbindungsplatte und eine Stützplatte. Eine von dem Dichtungsring entfernte Seite jedes der Flügel ist mit der Verbindungsplatte und der Stützplatte verbunden, und die Nabe ist auf einer von den Flügeln entfernten Seite der Stützplatte angeordnet.
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Vorzugsweise ist die Verbindungsplatte ringförmig. Ein Querschnitt der Stützplatte ist ringförmig, und ein Innendurchmesser der Verbindungsplatte ist größer als ein Außendurchmesser des Querschnitts der Stützplatte.
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Vorzugsweise hat jeder der Flügel einen Hauptbereich. Ein Ende des Hauptbereichs ist mit dem Dichtungsring und das andere Ende mit der Verbindungsplatte und der Stützplatte verbunden.
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Vorzugsweise hat jeder Flügel einen Verbindungsbereich, der von einem Ende des Hauptbereichs vorspringt, und der Verbindungsbereich ist zwischen die Verbindungsplatte und Stützplatte geschaltet, um einen Zwischenraum zwischen der Verbindungsplatte und der Stützplatte in eine Mehrzahl von Ausgleichsöffnungen zu unterteilen.
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Vorzugsweise definiert die Stützplatte eine Mehrzahl von Durchgangsöffnungen, die in einem Ring angeordnet sind, und der durch die Mehrzahl von Durchgangsöffnungen definierte Ring ist konzentrisch zur Nabe.
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Eine Pumpe hat ein Spiralgehäuse und eine Antriebsvorrichtung. Das Spiralgehäuse hat einen Gehäusekörper, ein Einlassrohr und ein Auslassrohr. Der Gehäusekörper hat einen Diffusorraum, und das Einlassrohr und das Auslassrohr stehen mit dem Diffusorraum in Verbindung. Die Antriebsvorrichtung ist mit dem Gehäusekörper verbunden. Die Pumpe hat ferner ein Flügelrad wie vorstehend beschrieben. Das Flügelrad ist in dem Gehäusekörper drehbar aufgenommen und mit der Antriebsvorrichtung verbunden, und die Antriebsvorrichtung ist für den drehenden Antrieb des Flügelrads konfiguriert.
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Vorzugsweise hat die Pumpe ferner einen Ablenkbereich, der an einer dem Einlassrohr benachbarten Endwand in dem Diffusorraum vorgesehen ist.
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Vorzugsweise definiert ein Ende des Ablenkbereichs entlang einer Umfangsrichtung des Endes eine ringförmige Eingriffsnut in demselben, in welcher ein Dichtungsring drehbar aufgenommen ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Pumpe ist das Pumpenrad mit einem Dichtungsring und das Spiralgehäuse mit einer den Dichtungsring aufnehmenden Eingriffsnut versehen. Dies ändert den Weg des in dem Diffusorraum des Spiralgehäuses strömenden Fluids und erhöht den Widerstand gegen eine Rückströmung des Fluids in das Einlassrohr. Die Konstruktion des Spiralgehäuses wird dadurch weiter optimiert und führt zu einer besseren Fluidabgabeleistung. Außerdem ist die rückseitige Abdeckplatte des Flügelrads mit einer Mehrzahl von streifenförmigen Ausgleichsöffnungen versehen, wodurch die auf das Flügelrad wirkende axiale Kraft verringert und infolgedessen die Drehung des Flügelrads besser stabilisiert wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine geschnittene Teilansicht einer Pumpe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 ist eine perspektivische Ansicht eines Flügelrads gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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3 ist eine perspektivische Ansicht des Flügelrads von 2 bei Betrachtung von einer anderen Seite;
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4 ist eine Schnittansicht des Flügelrads von 2 entlang der Linie IV-IV von 2;
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5 ist eine perspektivische Ansicht eines Spiralgehäuses von 1;
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6 ist eine perspektivische Ansicht eines Flügelrads gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Angabe der Bezugszeichen der wesentlichen Komponenten.
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Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail erläutert, wobei auf die anliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird.
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DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die technischen Lösungen der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen umfassend und vollständig beschrieben. Dabei sind die beschriebenen Ausführungsformen lediglich ein Teil der möglichen Ausführungsformen. Sofern der Fachmann auf der Basis der beschriebenen Ausführungsformen ohne erfinderisches Zutun zu weiteren Ausführungsformen gelangt, fallen diese Ausführungsformen sämtlich in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung.
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Wenn angegeben ist, dass ein Element an einem anderen oder weiteren Element zu "befestigen" ist, kann diese Befestigung direkt oder über ein Zwischenelement erfolgen. Wenn angegeben ist, dass ein Element mit einem anderen oder weiteren Element zu "verbinden" ist, kann diese Verbindung direkt oder über ein Zwischenelement erfolgen. Wenn angegeben ist, dass ein Element an einem anderen oder weiteren Element "anzuordnen" ist, kann diese Anordnung direkt oder über ein Zwischenelement erfolgen. Richtungsangaben wie "senkrecht" oder ähnliche Angaben dienen lediglich zur Veranschaulichung.
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Sofern nicht anders angegeben, haben sämtliche technischen und wissenschaftlichen Begriffe die dem Fachmann bekannte Bedeutung. Begriffe, die in der vorliegenden Beschreibung verwendet werden, dienen der Erläuterung und stellen keine Einschränkung dar.
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Es wird auf 1 Bezug genommen. Eine Pumpe 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird verwendet, um ein Fluid wie Luft, Wasser oder Öl anzusaugen und das Fluid aus einem Behälter in einen anderen Behälter oder zu einer Außenumgebung abzugeben, wie zum Beispiel beim Leeren eines Pools. In dieser Ausführungsform ist die Pumpe 100 eine Zentrifugalpumpe, die in einer Waschmaschine oder ein Geschirrspülmaschine verwendet werden kann. Es versteht sich, dass eine Verwendung der Pumpe 100 zum Ansaugen oder Ableiten eines strömungsfähigen Fluids wie beispielsweise Gas ebenso möglich ist.
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Wie die 1 und 4 zeigen, hat die Pumpe 100 ein Spiralgehäuse 20, eine Antriebsvorrichtung 30 (teilweise in 1 dargestellt) und ein Flügelrad 50. Das Spiralgehäuse 20 ist mit der Antriebsvorrichtung 30 verbunden und das Flügelrad 50 in dem Spiralgehäuse 20 drehbar aufgenommen. Das Flügelrad 50 dreht sich unter dem Antrieb durch die Antriebsvorrichtung 30, um das Fluid anzusaugen und abzuleiten.
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Das Spiralgehäuse 20 hat einen Gehäusekörper 23, eine Einlasspumpe 24 und eine Auslasspumpe 26 (siehe 5) und einen Ablenkbereich 25. In dieser Ausführungsform ist das Einlassrohr 24 auf einer Seite des Gehäusekörpers 23 und das Auslassrohr 26 auf der anderen Seite des Gehäusekörpers 23 angeordnet. Der Ablenkbereich 25 ist auf einer dem Einlassrohr 24 benachbarten Seite des Gehäusekörpers 23 vorgesehen. In dieser Ausführungsform sind der Gehäusekörper 23 und der Ablenkbereich 25 einstückig ausgebildet. In einer weiteren Ausführungsform können der Gehäusekörper 23 und der Ablenkbereich 25 auch separate Komponenten sein, die zusammengesetzt werden.
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Der Gehäusekörper 23 hat einen Diffusorraum 232 mit einem offenen Ende. Das offene Ende des Diffusorraums 232 ist mit der Antriebsvorrichtung 30 verbunden. Der Diffusorraum 232 ermöglicht die drehbare Aufnahme des Flügelrads 50 in demselben.
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In dieser Ausführungsform ist das Einlassrohr 24 im Wesentlichen hohlrohrförmig und ist auf einer von dem offenen Ende des Diffusorraums 232 entfernten Seite des Gehäusekörpers 23 angeordnet, wobei eine zentrale Achse des Einlassrohres 24 im Wesentlichen parallel zu einer zentralen Achse des Diffusorraums 232 liegt oder mit dieser koinzidiert. Das Einlassrohr 24 definiert entlang seiner zentralen Achse einen Strömungskanal 241. Der Strömungskanal 241 steht mit dem Diffusorraum 232 in Verbindung.
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In dieser Ausführungsform ist der Ablenkbereich 25 allgemein ein ringförmiger Vorsprung, der von einer dem Einlassrohr 24 benachbarten Endwand (nicht näher bezeichnet) in dem Diffusorraum 232 vorspringt. Vorzugsweise koinzidiert eine zentrale Achse des Ablenkbereichs 25 mit der zentralen Achse des Einlassrohres 24. Eine ringförmige Eingriffsnut 251 ist in und entlang einer Umfangsrichtung eines von dem Einlassrohr 24 entfernten Endes des Ablenkbereichs 25 gebildet. Die Eingriffsnut 251 dient zur Aufnahme des Flügelrads 50.
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Das Auslassrohr 26 ist an dem Gehäusekörper 23 angeordnet. Das Auslassrohr 26 steht in Fluidverbindung mit dem Diffusorraum 232, so dass das Einlassrohr 24, der Diffusorraum 232 und das Auslassrohr 26 zusammen einen Strömungskanal für ein Fluid wie Wasser, Öl oder Gas bilden. Wenn die Antriebsvorrichtung 30 das Flügelrad 50 zur Drehung antreibt, kann das Fluid über das Einlassrohr 24 in den Diffusorraum 232 einströmen und über das Auslassrohr 26 aus dem Diffusorraum 232 ausströmen.
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In dieser Ausführungsform ist die Pumpe 100 vorzugsweise eine Einrichtungs-Rotationspumpe, wobei die Antriebsvorrichtung 30 bevorzugt durch einen Einrichtungs-Drehmotor angetrieben wird. Die Antriebsvorrichtung 30 hat ein Stützelement 31 zum Montieren des Drehmotors und für die Verbindung mit dem Spiralgehäuse 20 und eine Antriebswelle 32. Die Antriebsvorrichtung 30 treibt das Flügelrad 50 über die Antriebswelle 32 an. Insbesondere erstreckt sich ein Ende der Antriebswelle 32 in den Diffusorraum 232 des Spiralgehäuses 23 hinein und ist mit dem Flügelrad 50 verbunden, so dass eine Synchrondrehung des Flügelrads 50 mit der Antriebswelle 32 ermöglicht wird.
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Wie die 1 bis 3 zeigen, ist das Flügelrad 50 an der Antriebswelle 32 montiert und in dem Diffusorraum 232 aufgenommen. Das Flügelrad 50 hat eine rückseitige Abdeckplatte 52, eine Mehrzahl von Flügeln 53, einen Dichtungsring 55 und eine Nabe 56. In dieser Ausführungsform sind die mehrzähligen Flügel 53 auf einer Seite der rückseitigen Abdeckplatte 52 angeordnet. Der Dichtungsring 55 ist auf einer von der rückseitigen Abdeckplatte 52 entfernten Seite der mehrzähligen Flügel 53 angeordnet. Die Nabe 56 ist in einem zentralen Bereich der rückseitigen Abdeckplatte 52 angeordnet.
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In dieser Ausführungsform ist die rückseitige Abdeckplatte im Wesentlichen kreisscheibenförmig. Ihre Mitte ist zu einer Seite hin vertieft, um in dem zentralen Bereich der rückseitigen Abdeckplatte 52 eine Vertiefung 521 zu bilden. Die Vertiefung 521 dient zur Aufnahme der Nabe 56, so dass die axiale Größe des Flügelrads 50 verringert und dadurch die Miniaturisierung des Flügelrads 50 erleichtert wird. Die rückseitige Abdeckplatte 52 definiert ferner Ausgleichsöffnungen. In dieser Ausführungsform sind die Ausgleichsöffnungen 525 Durchgangsöffnungen, die durch die rückseitige Abdeckplatte 52 hindurchgeführt sind, wobei die Anzahl der Ausgleichsöffnungen 525 die gleiche ist wie die Anzahl der Flügel 53. In dieser Ausführungsform ist jede der Ausgleichsöffnungen 525 streifenförmig, und die Bögen aller Ausgleichsöffnungen 525 zusammen bilden einen Kreis, der konzentrisch zu der Nabe 56 ist. Die Ausgleichsöffnungen 525 der rückseitigen Abdeckplatte 52 können den Strömungsdruck auf den entgegengesetzten Seiten der rückseitigen Abdeckplatte 52 ausgleichen, die auf das Flügelrad 50 wirkende axiale Kraft verringern, die Drehstabilität des Flügelrads 50 aufrechterhalten und dadurch die Betriebsgeräusche der Pumpe 100 verringern und einen effizienten Betrieb der Pumpe 100 sicherstellen.
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In dieser Ausführungsform beträgt die Anzahl der Ausgleichsöffnungen 525 fünf, und die Anzahl der Flügel 535 beträgt ebenfalls fünf. Die Ausgleichsöffnungen 525 sind in der rückseitigen Abdeckplatte 52 in einem Ring angeordnet. Darüber hinaus ist jede Ausgleichsöffnung 525 im Wesentlichen bogenförmig, und ein Ende jedes Flügels 53 ist zwischen zwei benachbarten Ausgleichsöffnungen 525 angeordnet. Eine zentrale Achse des Rings, der durch die zusammenwirkenden Ausgleichsöffnungen 525 definiert wird, koinzidiert mit der zentralen Achse der rückseitigen Abdeckplatte 52.
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Die Flügel 53 sind auf einer Seite der rückseitigen Abdeckplatte 52 gleichmäßig verteilt und erstrecken sich von Anfangspositionen, die der zentralen Achse der rückseitigen Abdeckplatte 52 benachbart sind. In dieser Ausführungsform sind die Flügel 53 gekrümmte Flügel, die sich von den der zentralen Achse der rückseitigen Abdeckplatte 52 benachbarten Anfangspositionen in Richtung auf eine Kante der rückseitigen Abdeckplatte 52 strahlenförmig und gekrümmt erstrecken und an der Kante der rückseitigen Abdeckplatte 52 enden. Jeder Flügel 53 ist senkrecht zu der rückseitigen Abdeckplatte 52.
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In dieser Ausführungsform ist der Dichtungsring 55 ringförmig ausgebildet. Eine Seite des Dichtungsrings 55 ist mit einer von der rückseitigen Abdeckplatte 52 entfernten Seite der Flügel 53 verbunden, und die andere Seite ist drehbar in der Eingriffsnut 251 aufgenommen. Die Nabe 56 ist auf einer von dem Flügelrad 53 abliegenden Seite der rückseitigen Abdeckplatte 52 angeordnet. Die Nabe 56 ist rund um ein Ende der Antriebswelle 32 festgelegt oder mit einem Ende der Antriebswelle 32 kerbverbunden, so dass sich das Flügelrad 50 synchron mit der Antriebswelle 32 drehen kann.
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Es wird auf 4 Bezug genommen. Die rückseitige Abdeckplatte 52 hat eine Verbindungsplatte 522 und eine Stützplatte 524. In dieser Ausführungsform ist die Verbindungsplatte 522 rund, die Stützplatte 524 ist ringförmig, und ein Innendurchmesser der Verbindungsplatte 522 ist größer als ein Außendurchmesser der Stützplatte 524. Die Verbindungsplatte 522 ist mit einem Abstand von der Stützplatte 524 rund um dieselbe befestigt. Die Nabe 56 ist auf einer von den Flügeln 53 entfernten Seite der Stützplatte 524 angeordnet.
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Jeder Flügel 53 hat einen Hauptbereich 531 und einen Verbindungsbereich 532. Ein Ende des Hauptbereichs 531 ist mit dem Dichtungsring 55 verbunden, und das andere Ende ist mit der Verbindungsplatte 522 und der Stützplatte 524 der rückseitigen Abdeckplatte 52 verbunden. In dieser Ausführungsform springt ein von dem Dichtungsring 55 abliegender allgemein zentraler Bereich eines Endes des Hauptbereichs 531 vor, um den Verbindungsbereich 532 zu bilden. Der Verbindungsbereich 532 ist zwischen die Verbindungsplatte 522 und die Stützplatte 524 der rückseitigen Abdeckplatte 52 geschaltet, um einen Zwischenraum (nicht näher bezeichnet) zwischen der Verbindungsplatte 522 und der Stützplatte 524 in die mehrzähligen Ausgleichsöffnungen 525 zu unterteilen.
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Es wird auf 6 Bezug genommen. Es versteht sich, dass in einer weiteren oder anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Stützplatte 524 eine Mehrzahl von Durchgangsöffnungen 526 bildet, die gleichmäßig beabstandet und in einem Ring angeordnet sind, um die auf das Flügelrad 50 wirkende axiale Kraft weiter zu verringern. Die Durchgangsöffnungen 526 definieren zusammenwirkend einen zur Nabe 56 konzentrischen Kreis.
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Es wird erneut auf 1 Bezug genommen. Bei der Montage der Pumpe 100 dieser Ausführungsform wird das Flügelrad 50 zunächst an der Antriebswelle 32 der Antriebsvorrichtung 30 montiert. Dann wird das Ende des Gehäusekörpers 23, der den Diffusorraum 232 definiert, mit dem Stützelement 31 der Antriebsvorrichtung 30 verbunden, wobei das Flügelrad 50 in dem Diffusorraum 232 und der Dichtungsring 55 in der Eingriffsnut 251 aufgenommen wird.
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Es versteht sich, dass die Flügel 53 in einem Winkel zur rückseitigen Abdeckplatte 52 geneigt sein können, wie in 6 dargestellt. Die Neigungsrichtung und der Neigungswinkel jedes Flügels 53 relativ zu der rückseitigen Abdeckplatte 52 können gleich sein.
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Es versteht sich, dass die Flügel 50 gemäß vorliegender Erfindung einteilig ausgebildet sein können oder dass alternativ die rückseitige Abdeckplatte 52, die Flügel 53, der Dichtungsring 55 und die Nabe 56 ganz oder teilweise getrennt ausgebildet und anschließend miteinander verschweißt, verklebt oder durch eine Zapfenverbindung zusammengefügt werden können.
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Bei der Pumpe 100 gemäß vorliegender Erfindung ist das Flügelrad 50 mit dem Dichtungsring 55 und das Spiralgehäuse 20 mit der den Dichtungsring 55 aufnehmenden Eingriffsnut 251 versehen. Dadurch ändert sich der Strömungsweg des Fluids in dem Diffusorraum 232 des Spiralgehäuses 20 und vergrößert sich der Widerstand gegen eine Rückströmung des Fluids in das Einlassrohr 24, wodurch die Konstruktion des Spiralgehäuses 20 weiter optimiert und infolgedessen die Fluidabgabeleistung verbessert wird. Außerdem ist die rückseitige Abdeckplatte 52 des Flügelrads 50 mit einer Mehrzahl von streifenförmigen Ausgleichsöffnungen 525 versehen, wodurch die auf das Flügelrad 50 wirkende axiale Kraft verringert und die Drehung des Flügelrads 50 besser stabilisiert wird.
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Die Erfindung wurde vorstehend mit Bezug auf eine oder mehrere Ausführungsformen beschrieben. Diese Beschreibung soll dem Fachmann lediglich die praktische Ausführung der Erfindung ermöglichen. Der Fachmann wird erkennen, dass verschiedene Modifikationen möglich sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Die Erfindung wird durch die dargestellten Ausführungsformen nicht eingeschränkt. Der Schutzumfang der Erfindung wird durch die anliegenden Ansprüche definiert.
