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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flüssigkeitspumpe zum Fördern einer Flüssigkeit, die gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ein Laufrad aufweist, das in einem Gehäuse angeordnet ist.
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Eine Flüssigkeitspumpe dient dem Fördern einer Flüssigkeit, insbesondere von Wasser. Hierzu weist die Flüssigkeitspumpe in der Regel ein Laufrad auf, welches die zu fördernde Flüssigkeit durch Rotation fördert. Zu beachten hinsichtlich der Lebensdauer und Beschädigungen solcher Flüssigkeitspumpen ist die Vermeidung von Kavitation. Insbesondere wenn der Druck innerhalb der Flüssigkeit unterhalb des Siededrucks fällt, erhöht sich die Wahrscheinlichkeit einer Kavitationsbildung erheblich. Zum Vermeiden der Entstehung von Kavitation ist es dabei bekannt, den Druck der Flüssigkeit in der Flüssigkeitspumpe derart zu wählen, dass der Siededruck nicht unterschritten wird. Dennoch können insbesondere lokale Unterschreitungen des Siededrucks entstehen, die zur Bildung von Kavitation und dadurch bedingten Beschädigungen der Flüssigkeitspumpe führen.
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Aus der
CN 204553234 U ist es bekannt, das Laufrad der Flüssigkeitspumpe in einem spiralförmigen Gehäuse anzuordnen und mit einem Ringkragen zu versehen, wobei der Ringkragen in einer ringförmigen Stufe des Gehäuses aufgenommen ist. Hierdurch wird zwar die Gefahr der Entstehung von Kavitationen reduziert, dennoch können insbesondere strömungsbedingte Druckvariationen in der Flüssigkeit zur Entstehung von Kavitationen führen.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit der Aufgabe, für eine Flüssigkeitspumpe der zuvor erwähnten Art eine verbesserte oder zumindest alternative Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch ein reduziertes Kavitationsrisiko und/oder eine erhöhte Lebensdauer auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine Flüssigkeitspumpe, die ein in einem spiralförmigen Gehäuse angeordnetes Laufrad aufweist, das mit einem Ringkragen versehen ist, der in einer Stufe des Gehäuses aufgenommen ist, im Bereich der Stufe mit einem für die Flüssigkeit durchströmbaren Stufenkanal zu versehen. Hierdurch kann die Flüssigkeit im Bereich der Stufe zwischen dem Gehäuse und dem Laufrad strömen. In der Folge wird eine durch das Laufrad bedingte Rückströmung der Flüssigkeit über den Stufenkanal radial abgeführt oder zumindest reduziert. Somit wird insbesondere die Druckabnahme in der Flüssigkeit in diesem Bereich, insbesondere die durch die Rückströmung bedingte Druckabnahme in der Flüssigkeit, reduziert, wodurch das Kavitationsrisiko verringert wird. Dies ist insbesondere dadurch bedingt, dass somit ein Unterschreiten des Siededrucks der Flüssigkeit verhindert oder zumindest reduziert wird. Durch die Minderung des Kavitationsrisikos kommt es auch zu einer Reduzierung der dadurch bedingten Beschädigungen der Flüssigkeitspumpe, insbesondere des Laufrads, so dass die Lebensdauer der Flüssigkeitspumpe erhöht wird. Dem Erfindungsgedanken, entsprechend weist die Flüssigkeitspumpe das Laufrad sowie das spiralförmige Gehäuse auf, wobei das Laufrad im spiralförmigen Gehäuse angeordnet ist. Das Gehäuse weist einen axial dem Laufrad benachbarten Zuführabschnitt zum Zuführen der Flüssigkeit zum Laufrad und einen radial dem Laufrad benachbarten Abführabschnitt zum Abführen der vom Laufrad geförderten Flüssigkeit auf. Das Gehäuse weist also im Bereich des Zuführabschnitts einen Zuführkanal auf, der vom Zuführabschnitt begrenzt wird, und im Bereich des Abführabschnitts einen Abführkanal, der vom Abführabschnitt begrenzt wird, auf. Der Ringkragen des Laufrads steht axial in Richtung des Zuführabschnitts ab und ist in der Stufe im Gehäuse aufgenommen, wobei die Stufe wie der Ringkragen ringförmig verläuft. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die Stufe einen für die Flüssigkeit durchströmbaren Stufenkanal bildet.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen weist das Laufrad einen dem Zuführabschnitt zugewandten oberen Laufradabschnitt und einen vom Zuführabschnitt abgewandten unteren Laufradabschnitt auf, wobei diese Laufradabschnitte einen für die Flüssigkeit durchströmbaren Laufradkanal bilden. Die durch das Laufrad geförderte Flüssigkeit kann also durch den Laufradkanal strömen und gelangt im Betrieb der Pumpe axial in das Laufrad und strömt radial aus dem Laufrad.
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Bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen zwischen dem oberen Laufradabschnitt und dem Gehäuse ein für die Flüssigkeit durchströmbarer Nebenkanal ausgebildet ist, der zwischen dem Zuführabschnitt und dem Abführabschnitt verläuft und den Stufenkanal enthält. Die durch den Stufenkanal strömende Flüssigkeit strömt also über den Nebenkanal ebenfalls in Richtung des Zuführabschnitts, wodurch die Druckabnahme in der Flüssigkeit, insbesondere die aufgrund der Rückströmung des Laufrads bedingte Druckabnahme in der Flüssigkeit, verringert und dementsprechend das Kavitationsrisiko reduziert wird. Dabei kann die Flüssigkeit, ähnlich wie die Strömung durch das Laufrad, im Nebenkanal radial strömen.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen begrenzt der Zuführabschnitt den Zuführkanal, der einen radial verlaufenden ersten Kanalabschnitt sowie einen axial verlaufenden und am ersten Kanalabschnitt anschließenden zweiten Kanalabschnitt aufweist. Bevorzugt ist es hierbei, wenn eine radial innere Innenkontur des Zuführabschnitts an einem Übergang zwischen dem ersten Kanalabschnitt und dem zweiten Kanalabschnitt radial nach außen gewölbt ausgebildet ist. Das heißt insbesondere, dass die Innenkontur am Übergang zwischen dem ersten Kanalabschnitt und dem zweiten Kanalabschnitt abgerundet ausgebildet ist. Durch diese Maßnahme wird die Druckabnahme in der Flüssigkeit weiter reduziert und das Kavitationsrisiko zusätzlich verringert.
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Bei vorteilhaften Varianten ist die Wölbung an der Innenkontur des Zuführabschnitts derart vorgesehen, dass die Wölbung an die Stufe anschließt, in der der Ringkragen aufgenommen ist. In der Folge entstehen in der Flüssigkeit, insbesondere im Bereich der Stufe und/oder des Übergangs, geringere Druckminderungen, insbesondere weniger Wirbel, so dass das Kavitationsrisiko weiter reduziert wird.
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Als vorteilhaft erweisen sich Ausführungsformen, bei denen eine radial innere Innenoberfläche des Ringkragens mit einer axial benachbarten radial inneren Innenkontur des Zuführabschnitts fluchtet. Auch hierdurch wird die Druckminderung in der Flüssigkeit verringert und das Kavitationsrisiko weiter reduziert. Die Innenkontur des Zuführabschnitts kann hierbei insbesondere diejenige Innenkontur des Zuführabschnitts mit der Wölbung sein.
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Gemäß bevorzugter Ausführungsformen weist die Stufe einen radial inneren und radial verlaufenden Radialabschnitt sowie einen am Radialabschnitt anschließend axial verlaufenden Axialabschnitt auf, der insbesondere auf der radial äußeren Seite des Radialabschnitts an diesem anschließt. Der Ringkragen ist dabei bevorzugt dem Axialabschnitt radial gegenüberliegend angeordnet.
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Prinzipiell können die Stufe und der Ringkragen verschiedene Formen aufweisen, sofern die Stufe den Ringkragen aufnimmt. Bei bevorzugten Ausführungsformen sind die Stufe und der Ringkragen komplementär ausgebildet. Hierdurch wird insbesondere der Druckverlust in der Flüssigkeit reduziert und somit das Kavitationsrisiko verringert.
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Die Flüssigkeitspumpe kann in einer beliebigen Anwendung zum Fördern einer Flüssigkeit eingesetzt werden. Zu denken ist insbesondere an den Einsatz in einem Kraftfahrzeug zum Fördern einer Flüssigkeit im Kraftfahrzeug, insbesondere zum Fördern von Wasser.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine isometrische, geschnittene Ansicht einer Flüssigkeitspumpe,
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2 einen Schnitt durch die Flüssigkeitspumpe,
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3 die Ansicht aus 1 bei einem anderen Ausführungsbeispiel,
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4 einen Schnitt durch die Flüssigkeitspumpe aus 3.
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In den 1 und 2 ist eine Flüssigkeitspumpe 1, insbesondere eine Wasserpumpe 1', gezeigt, wobei in 1 eine isometrische, geschnittene Ansicht der Flüssigkeitspumpe 1 zu sehen ist, während in 2 ein Schnitt durch die Flüssigkeitspumpe 1 dargestellt ist. Die Flüssigkeitspumpe 1 weist ein spiralförmiges Gehäuse 2 auf, in dem ein Laufrad 3 angeordnet ist. Das Laufrad 3 ist um eine Drehachse 4 drehbar gelagert und fördert somit die zu fördernde Flüssigkeit. Das Gehäuse 1 weist einen axial dem Laufrad 3 benachbarten Zuführabschnitt 5 auf, der dem Zuführen der Flüssigkeit zum Laufrad 3 dient. Das Gehäuse 2 weist zudem einen radial dem Laufrad 3 benachbarten Abführabschnitt 6 auf, der dem Abführen der vom Laufrad 3 geförderten Flüssigkeit dient. Der Zuführabschnitt 5 begrenzt hierbei einen Zuführkanal 7 der Flüssigkeit, der einen radial verlaufenden ersten Kanalabschnitt 8 und einen axial verlaufenden, am ersten Kanalabschnitt 8 anschließenden zweiten Kanalabschnitt 9 aufweist, der am Laufrad 3 anschließt. Das Laufrad 3 weist einen dem Zuführabschnitt 5 zugewandten oberen Laufradabschnitt 10 und einen vom Zuführabschnitt 5 abgewandten unteren Laufradabschnitt 11 auf, wobei die Laufradabschnitte 10, 11 einen für die Flüssigkeit durchströmbaren Laufradkanal 12 bilden. Vom oberen Laufradabschnitt 10 steht axial in Richtung des Zuführabschnitts 5 ein Ringkragen 13 ab, der in einer ringförmigen Stufe 14 des Gehäuses 2 aufgenommen ist. Die Stufe 14 ist dabei in der axial dem oberen Laufradabschnitt 10 zugewandten Kontur des Zuführabschnitts 5 ausgebildet. Die Stufe 14 weist einen radial inneren und radial verlaufenden Radialabschnitt 15 sowie einen auf der radial äußeren Seite des Radialabschnitts 15 anschließenden und axial verlaufenden Axialabschnitt 16 auf. Die Stufe 14 bildet hierbei erfindungsgemäß einen für die Flüssigkeit durchströmbaren Stufenkanal 17.
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Dabei ist zwischen dem oberen Laufradabschnitt 10 und dem Gehäuse 2 ein für die Flüssigkeit durchströmbarer Nebenkanal 18 ausgebildet, der zwischen dem Zuführabschnitt 5 und dem Abführabschnitt 6, insbesondere vom Zuführabschnitt 5 bis zum Abführabschnitt 6, verläuft und den Stufenkanal 17 enthält. Dementsprechend kann Flüssigkeit in den Stufenkanal 17 bzw. den Nebenkanal 18 im Bereich des Zuführabschnitts 5 eindringen und im Bereich des Abführabschnitts 6 ausströmen. Hierdurch wird der Druckverlust in der Flüssigkeit, insbesondere eine durch das Laufrad 3 bedingte Rückströmung der Flüssigkeit, verringert und dadurch das Kavitationsrisiko reduziert.
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Insbesondere aus 2 geht dabei hervor, dass eine radial innere Innenoberfläche 19 des Ringkragens 13 mit einer axial benachbarten, radial inneren Innenkontur 20 des Zuführabschnitts 5 fluchtet. Auch hierdurch wird der Druckverlust in der Flüssigkeit verringert und somit das Kavitationsrisiko verringert. Aus den 1 und 2 geht ferner hervor, dass die Stufe 14 und der Ringkragen 13 komplementär ausgebildet sind.
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In den 3 und 4 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Flüssigkeitspumpe 1 dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel insbesondere dadurch, dass die innere Innenkontur 20 des Zuführabschnitts 5 an einem Übergang 21 zwischen dem ersten Kanalabschnitt 8 und dem zweiten Kanalabschnitt 9 eine radial nach außen gerichtete Wölbung 22 aufweist bzw. radial nach außen gewölbt ausgebildet ist. Wie insbesondere aus 4 hervorgeht, verläuft diese Wölbung 22 dabei ringförmig. Aus den 3 und 4 geht ferner hervor, dass die Wölbung 22 an die Stufe 14 axial anschließt, wobei die Wölbung 22 auf der vom Ringkragen 13 abgewandten Seite der Stufe 14 an diese anschließt. Hierdurch können der Druckverlust in der Flüssigkeit weiter verringert und das Kavitationsrisiko weiter reduziert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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