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Die Erfindung betrifft ein Laufrad für eine Flüssigkeitspumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Es sind bereits Laufräder für Flüssigkeitspumpen bekannt, die aus einer Grundplatte, Pumpenflügeln und einer Deckscheibe bestehen und mittels Schweißverfahren miteinander verbunden sind. Beim Ultraschallschweißen wird eine Sonotrode auf das Laufrad so aufgelegt, das die Schwingungsrichtung senkrecht auf das Laufrad wirkt. Nachteilig dabei ist, dass bei unterschiedlichen Laufradgrößen sog. Form-Sonotroden verwendet werden müssen, die höhere Anschaffungs-, Rüstungs- und Herstellungskosten verursachen. Beim Laserschweißen wird ein Laserstrahl auf das Laufrad so aufgelegt, dass die Deckscheibe mit der Grundplatte miteinander verschmelzen. Nachteilig am Laserschweißen ist jedoch, dass die Laserschweißanlage, je nach Ausführung, in der Anschaffung sehr kostenintensiv sind.
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Die deutsche Patentanmeldung
DE 10 2020 123 517 A1 offenbart ein Laufrad für eine Zentrifugalflüssigkeitspumpe aufweisend eine stoffschlüssige oder einstückige Verbindung zwischen einer ersten Scheibe und einer Nabenvorrichtung bzw. Schaufeln/Flügeln und einer zweiten Scheibe, die mit den Kanten den Schaufeln/Flügeln formschlüssig verbunden ist.
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Die
DE 10 2016 211 605 A1 zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines Kreiselpumpenlaufrad mit einer Grundplatte mit mehreren Pumpenflügeln, die mit einer Deckscheibe mit aufschmelzbaren Rippen stoffschlüssig verbunden wird.
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Aus dem deutschen Patent
DE 10 2014 201 487 B3 ist ein Kreispumpenlaufrad bekannt mit Pumpenflügeln bekannt, bestehend aus Grundkörper und Deckscheibe, die miteinander montiert sind.
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Die
DE 11 2020 004 457 T5 bezieht sich auf eine weitere Flüssigkeitspumpe mit Pumpengehäuse und damit verbundener Pumpenabdeckung.
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Die japanischen Dokumente
JP H01- 160 634 A und
JP S59- 103 998 A offenbaren Ultraschallschweißverbindungen bei Pumpenlaufrädern.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Laufrad für eine Flüssigkeitspumpe anzugeben, bei der eine Sonotrode beim Ultraschallschweißen so verwendet werden kann, dass keine Form-Sonotrode bei unterschiedlichen Laufradgrößen erforderlich ist, die Anschaffungs- , Rüst- und Herstellungskosten gering sind, eine Bauteilaufnahme schnell gewechselt werden kann und das Ultraschallsystem mit einem automatischen Ultraschall-Schweißprogrammaufruf einfach codiert werden kann. Weiterhin ist ein Laufrad anzugeben, das einfach in einem Spritzgusswerkzeug herstellbar und vermessbar ist und beim Transport in einer Automatikanlage gegen Herunterfallen oder Verrutschen gesichert ist.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Laufrad für eine Flüssigkeitspumpe anzugeben, bei der das Laufrad mittels Laserschweißen kostengünstig hergestellt werden kann.
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Diese Aufgaben werden gelöst durch das Laufrad gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Gemäß der Erfindung weist das Laufrad für eine Flüssigkeitspumpe eine Deckscheibe und einen Grundkörper auf, wobei an der Deckscheibe ein Ansaugkanal angeordnet ist, wobei eine Mehrzahl von Pumpenflügel mit der Deckscheibe einstückig ausgebildet ist, wobei der Grundkörper in einem zentralen Bereich eine Aufnahme für eine Laufradlagerbuchse aufnimmt und wobei die Deckscheibe über mindestens einen Pumpenflügel mittels Schweißverfahren mit dem Grundkörper verbunden ist. Die Mehrzahl der Pumpenflügel erstreckt sich in axialer Richtung des Grundkörpers. Im zentralen Bereich des Grundkörpers ist eine Aufnahme für eine Laufradlagerbuchse vorgesehen. Die Laufradlagerbuchse kann vor dem Schweißverfahren oder nach dem Schweißverfahren durch Einpressen, Einspritzen oder andere dem Fachmann bekannte Befestigungsverfahren in der Aufnahme montiert werden. Der Grundkörper und die Deckscheibe mit der Mehrzahl von Pumpenflügeln sind mittels Schweißverfahren miteinander kraft- und/oder stoffschlüssig verbunden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass auf mindestens einem Pumpenflügel auf einer dem Grundkörper gegenüberliegenden Seite abschnittsweise mindestens eine sich axial erstreckende Rippenstruktur ausgebildet ist. Die axial erstreckende Rippenstruktur ist dabei über eine teilweise Länge der Pumpenflügel ausgebildet. Alternativ kann die axial erstreckende Rippenstruktur jedoch auch über die gesamte Länge der Pumpenflügel ausgebildet sein. Auch denkbar sind Ausbildungen mehrerer, nebeneinander angeordneter axial erstreckende Rippenstrukturen auf einem oder mehreren Pumpenflügeln über eine teilweise oder gesamte Länge der Pumpenflügel.
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Vorteilhaft ist, dass der Grundkörper auf seiner Stirnseite eine Mehrzahl von Nuten aufweist, die mit den Pumpenflügeln korrespondieren und wobei der Grundkörper auf seiner Rückseite flach ausgebildet ist. Ein Vorteil ist, dass innerhalb mindestens einer Nut mindestens ein Energierichtungsgeber in einer flachen Ebene ausgebildet ist, der mit der Rippenstruktur der Pumpenflügel nach dem Schweißen in stoffschlüssiger Verbindung steht. Der mindestens eine Energierichtungsgeber ist dabei auf einer flachen Ebene im Grundkörper eingebracht und verschmilzt beim Schweißen mit der Rippenstruktur der Pumpenflügel. Durch das Einbringen des mindestens einen Energierichtungsgebers auf einer flachen Ebene im Grundkörper liegt die Schweißnaht überall, also in jeder Nut, auf einer Höhe; das heißt, die Wanddicke bis zur Schweißnaht ist überall gleich. Dadurch legt der eingebrachte Schall zum Beispiel beim Ultraschallschweißen überall den gleichen Weg zurück. Ein weiterer Vorteil ist, dass der Grundkörper dadurch im Spritzgusswerkzeug leichter hergestellt und vermessen werden kann. Dies gilt auch bei mehreren Formnestern.
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In einer Weiterbildung der Erfindung weisen die Pumpenflügel mindestens abschnittsweise eine gleichheitliche Breite auf. Dies bedeutet, dass die Pumpenflügel über ihre gesamte Länge, also von der Wurzel bis zur Spitze, eine gleichheitliche Breite aufweisen. Es ist jedoch auch möglich, die Breite der Pumpenflügel von der Wurzel bis zur Spitze in unterschiedlicher Breite über die Länge der Pumpenflügel auszubilden. Eine weitere Möglichkeit wäre auch, eine Anzahl der Pumpenflügel mit einer gleichheitlichen Breite und die andere Anzahl der Pumpenflügel mit einer unterschiedlichen Breite über die Länge der Pumpenflügel auszubilden.
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Von Vorteil ist, dass sich die Pumpenflügel von der Wurzel bis zur Spitze an der Deckscheibe, also vom Ansaugkanal hin zu einem Randbereich der Deckscheibe, konkav gekrümmt erstrecken. Die konkav gekrümmten Pumpenflügel sorgen für eine harmonische / gleichmäßige Flüssigkeitsverteilung und Reduzierung von Leistungsverlusten im Laufrad, was wiederum zu einer Effizienzsteigerung führt.
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist auf der Spitze mindestens eines Pumpenflügels mindestens eine sich axial in Richtung Grundkörper erstreckende Kronenstruktur ausgebildet. Unter Kronenstruktur ist ein axialer Vorsprung zu verstehen, der eine größere axiale Höhe und radiale Breite als die axial erstreckende Rippenstruktur aufweist. Die Kronenstruktur ist dabei über die gesamte Breite der Pumpenflügel und an der Spitze mindestens eines Pumpenflügels ausgebildet. Dabei kann die Kronenstruktur nur auf einem Pumpenflügel oder auf mehreren Pumpenflügeln ausgebildet sein. Die Kronenstruktur an der Spitze mindestens eines Pumpenflügels dient zur Zentrierung der Deckscheibe im Grundkörper. Alternativ kann die Kronenstruktur auch der axialen Höhe und radialen Breite der axial erstreckenden Rippenstruktur entsprechen und umgekehrt. Damit würden die Kronenstruktur und die Rippenstruktur auf einer Ebene liegen. Beide Alternativen sind leicht umzusetzen, vor allem bei mehreren Formnestern und dadurch auch leicht vermessbar.
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Der Grundkörper weist, vorteilhafterweise, im zentralen Bereich eine höhere Wanddicke als in einem Randbereich auf. Bei der Herstellung des Grundkörpers mittels eines Spritzgussverfahrens wird der zentrale Bereich des Grundkörpers mit mehr Material aufgebaut, das sich technisch ergibt. Die ermöglicht eine Aufnahme für eine Laufradlagerbuchse im zentralen Bereich des Grundkörpers.
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Erfindungsgemäß sind die Nuten im zentralen Bereich tiefer als im Randbereich ausgebildet. Dies ergibt sich aus der Tatsache, dass die Nuten parallel zur Rückseite des Grundkörpers ausgebildet sind. Auch aufgrund der höheren Wanddicke des Grundkörpers im zentralen Bereich, sind die Nuten im zentralen Bereich tiefer als im Randbereich ausgebildet. Da die Pumpenflügel alle auf einer Ebene / Höhe liegen und mit den Nuten des Grundkörpers korrespondieren, sind die Nuten im zentralen Bereich des Grundkörpers tiefer ausgebildet als im Randbereich des Grundkörpers. Die Mehrzahl der Pumpenflügel greift dabei im zentralen Bereich in tiefer ausgebildete Nuten ein und sichert dadurch den Grundkörper und die Deckscheibe gegen Herunterfallen oder Verrutschen für den Transport in einer Automatikanlage.
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Es ist von Vorteil, dass die Nuten bis in den Randbereich des Grundkörpers verlaufen und hier Aussparungen im Randbereich des Grundkörpers definieren. Dabei definiert jede Nut eine Aussparung im Randbereich des Grundkörpers. In einer Alternative können die Nuten nicht bis in den Randbereich des Grundkörpers verlaufen. In diesem Fall hätte der Grundkörper im Randbereich eine geschlossene Fläche ohne Aussparungen. Bei der Herstellung des Laufrads greift die Kronenstruktur an der Spitze mindestens eines Pumpenflügels in die Aussparungen im Randbereich des Grundkörpers ein und bildet einen geschlossenen Randbereich aus.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Aussparungen im Randbereich des Grundkörpers eine Zahnstruktur ausbilden. Die Form der Zahnstruktur entspricht mehreren Sägezähnen im Randbereich des Grundkörpers. Durch die Korrespondenz der Pumpenflügel mit den Nuten im Grundkörper, sind die Nuten ebenfalls konkav verlaufend ausgebildet. In die Zahnstruktur greift als Gegenkontur die Kronenstruktur ein.
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In einer Weiterbildung weist der Grundkörper auf seiner Rückseite im zentralen Bereich mindestens eine Vertiefung auf. Der Grundkörper weist durch seine Herstellung mittels Spritzgussverfahren eine höhere Wanddicke als im Randbereich auf. Durch die mindestens eine Vertiefung wird Material von der Rückseite des Grundkörpers im zentralen Bereich entfernt. Beim Schweißverfahren wird der Grundkörper erhitzt und kühlt danach vom Randbereich zum zentralen Bereich ab. Die mindestens eine Vertiefung im zentralen Bereich ermöglicht eine konstante Abkühlung im Randbereich und zentralen Bereich nach dem Schweißverfahren, da im zentralen Bereich durch die mindestens eine Vertiefung weniger Material vorhanden ist. Dies hat auch den Vorteil, dass sich der Grundkörper beim Abkühlen nicht verziehen kann.
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Alternativ kann der Grundkörper auf seiner Rückseite im zentralen Bereich keine Vertiefungen aufweisen. Dies kann der Fall sein, wenn die Pumpenflügel recht flach in ihrer Breite und Höhe ausgeformt sind. Der zentrale Bereich kann in diesem Fall dann auch mit weniger Material ausgeformt sein.
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In einer Weiterbildung wird die Deckscheibe mit dem Grundkörper mittels Laserschweißen oder Ultraschallschweißen verbunden. Beim Laserschweißen ist der Grundkörper aus einem lasertransparenten Material und die Deckscheibe mit den Pumpenflügeln aus einem laserabsorbierenden Material hergestellt. Beim Ultraschallschweißen sind der Grundkörper und die Deckscheibe mit der Mehrzahl von Pumpenflügeln aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt. Durch die Ausbildung der Deckscheibe und des Grundkörpers aus thermoplastischem Kunststoff ist es möglich die Deckscheibe mit dem Grundkörper mittels eines Schweißverfahrens kraft- und/oder stoffschlüssig zu verbinden.
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Erfindungsgemäß wird eine Sonotrode beim Ultraschallschweißen auf die Rückseite des Grundkörpers aufgelegt. Durch die flache Rückseite des Grundkörpers kann die Sonotrode eben aufgelegt werden und eine längere Schweißnaht hierdurch ausbilden. Die Sonotrode kann durch die ebene Auflage auf der Rückseite des Grundkörpers für unterschiedliche Laufradgrößen verwendet werden. Dadurch ist keine Form-Sonotrode bei unterschiedlichen Laufradgrößen erforderlich und es entstehen geringere Anschaffungs- und Rüstungskosten. Auch erfolgt hierdurch kein Eingreifen in das Ultraschallsystem, da lediglich die Bauteilaufnahme bei einer anderen Laufradgröße getauscht werden muss. Dies führt zu geringeren Herstellungskosten für das Laufrad, die Bauteilaufnahme kann schnell gewechselt werden und das Ultraschallsystem kann mit einem automatischen Ultraschall-Schweißprogrammaufruf einfach codiert werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass es eine gleiche / einheitliche Materialstärke auf der gesamten Schweißnahtlänge ausgebildet wird.
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Vorteilhaft ist, dass eine Niederhaltemaske beim Laserschweißen auf die Rückseite des Grundkörpers aufgelegt wird. Durch die flache Rückseite des Grundkörpers kann die Niederhaltemaske eben aufgelegt werden und eine längere Schweißnaht hierdurch ausbilden. Die Niederhaltemaske kann durch die ebene Auflage auf der Rückseite des Grundkörpers für unterschiedliche Laufradgrößen verwendet werden. Dadurch ist keine Änderung an der Niederhaltemaske bei unterschiedlichen Laufradgrößen erforderlich und es entstehen geringere Anschaffungs- und Rüstungskosten. Ein weiterer Vorteil ist, dass es eine gleiche / einheitliche Materialstärke auf der gesamten Schweißnahtlänge ausgebildet wird.
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In einer Weiterbildung weist der Grundkörper und die Deckscheibe jeweils mindestens eine miteinander korrespondierende Ausnehmung auf, die zur Befestigung in einem Werkzeug vorgesehen ist. Durch die Ausnehmung in der Deckscheibe und dem Grundkörper können diese lagerichtig in das Schweißwerkzeug eingelegt werden. Alternativ kann die Ausnehmung in der Deckscheibe und dem Grundkörper auch weggelassen werden.
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Die Erfindung ist nicht auf die genannten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr sind alle Ausführungsvarianten, die im Rahmen der fachmännischen Tätigkeit und geringfügiger fachmännischer Änderungen umgesetzt werden, enthalten.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Draufsicht des erfindungsgemäßen Laufrads
- 2 eine räumliche Darstellung der Deckscheibe
- 3 eine Draufsicht des Grundkörpers
- 4 eine Schnittansicht des Grundkörpers gemäß 3
- 5 eine Rückansicht des Grundkörpers gemäß 3
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1 zeigt eine Draufsicht des erfindungsgemäßen Laufrads (1) für eine Flüssigkeitspumpe, aufweisend eine Deckscheibe (2) und einen Grundkörper (3), wobei an der Deckscheibe (2) ein Ansaugkanal (4) angeordnet ist, wobei eine Mehrzahl von Pumpenflügel (5) (hier nicht sichtbar) mit der Deckscheibe (2) einstückig ausgebildet ist, wobei der Grundkörper (3) in einem zentralen Bereich (6) eine Aufnahme (7) für eine Laufradlagerbuchse (hier nicht gezeigt) aufweist und wobei die Deckscheibe (2) über mindestens einen Pumpenflügel (5) mittels Schweißverfahren mit dem Grundkörper (3) verbunden ist. Die Deckscheibe (2) mit der Mehrzahl von Pumpenflügel (5) und der Grundkörper (3) sind aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt.
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2 zeigt eine räumliche Darstellung der Deckscheibe (2). Im Zentrum der Deckscheibe (2) ist ein Ansaugkanal (4) angeordnet. Mit der Deckscheibe (2) ist eine Mehrzahl von Pumpenflügeln (5) einstückig ausgebildet. Die Pumpenflügel (5) weisen mindestens abschnittsweise eine gleichheitliche Breite auf und erstrecken sich von einer Wurzel (8) bis zu einer Spitze (9) konkav gekrümmt an der Deckscheibe (2). Auf mindestens einem Pumpenflügel (5) auf einer dem Grundkörper (3) (hier nicht gezeigt) gegenüberliegenden Seite sind abschnittweise mindestens eine sich axial erstreckende Rippenstruktur (10) ausgebildet. Auf der Spitze (9) mindestens eines Pumpenflügels (5) ist mindestens eine sich axial in Richtung Grundkörper (3) erstreckende Kronenstruktur (11) ausgebildet. An der Deckscheibe (2) ist in einem Randbereich mindestens eine Ausnehmung (21) vorgesehen, die mit einer Ausnehmung (21) an dem Grundkörper (3) (hier nicht gezeigt) korrespondiert. Die mindestens eine Ausnehmung (21) dient zur Befestigung der Deckscheibe (2) und dem Grundkörper (3) in einem Werkzeug.
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3 zeigt eine Draufsicht des Grundkörpers (3) mit einem zentralen Bereich (6), der eine höhere Wanddicke als in einem Randbereich (12) aufweist. Auf der Stirnseite (13) des Grundkörpers (3) sind eine Mehrzahl von Nuten (14) ausgebildet, die mit der Mehrzahl der Pumpenflügeln (5) korrespondieren. Innerhalb mindestens einer Nut (14) ist mindestens ein Energierichtungsgeber (19) in einer flachen Ebene ausgebildet, die mit der Rippenstruktur (10) der Pumpenflügel (4) (hier nicht gezeigt) nach dem Schweißverfahren in stoffschlüssiger Verbindung steht. Die Nuten (14) sind im zentralen Bereich (6) tiefer als im Randbereich (12) ausgebildet. Im Randbereich (12) sind Aussparungen (16) definiert. Die Nuten (14) verlaufen bis in den Randbereich (12) und gehen hier in die Aussparungen (16) über. Die Aussparungen (16) bilden im Randbereich (12) des Grundkörpers (3) eine Zahnstruktur (17), in Form mehrerer Sägezähne, aus. Die Zahnstruktur (17) bildet die Gegenkontur zur Kronenstruktur (11). An dem Grundkörper (3) ist im Randbereich (12) mindestens eine Ausnehmung (21) vorgesehen, die mit einer Ausnehmung (21) an der Deckscheibe (2) (hier nicht gezeigt) korrespondiert. Die mindestens eine Ausnehmung (21) dient zur Befestigung der Deckscheibe (2) und dem Grundkörper (3) in einem Werkzeug.
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4 zeigt eine Schnittansicht des Grundkörpers (3) gemäß 3. Der Grundkörper (3) weist im zentralen Bereich (6) eine höhere Wanddicke auf als in im Randbereich (12). Im zentralen Bereich (6) ist eine Aufnahme (7) für eine Laufradlagerbuche ausgebildet, in die eine Laufradlagerbuchse vor oder nach dem Schweißverfahren durch Einpressen, Einspritzen oder andere dem Fachmann bekannte Befestigungsverfahren aufgenommen wird. Auf der Stirnseite (13) des Grundkörpers sind eine Mehrzahl von Nuten (14) ausgebildet, in denen mindestens ein Energierichtungsgeber (19) in einer flachen Ebene ausgebildet ist. Auf der Rückseite (15) ist der Grundkörper (3) flach ausgebildet und weist im zentralen Bereich (6) mindestens eine Vertiefung (18) auf.
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5 zeigt eine Rückansicht des Grundkörpers (3) gemäß 3. Auf der Rückseite (15) des Grundkörpers (3) sind im zentralen Bereich (6) eine Aufnahme (7) für eine Laufradlagerbuchse und mindestens eine Vertiefung (18) ausgebildet. Die Nuten (14) verlaufen bis in den Randbereich (12) und definieren hier Aussparungen (16), die eine Zahnstruktur (17), in Form mehrerer Sägezähne, ausbilden. Eine Ausnehmung (21) ist im Randbereich (12) ausgebildet, die zur Befestigung des Grundkörpers (3) in einem Werkzeug ausgebildet ist. Eine Sonotrode (20) oder eine Niederhaltemaske (hier nicht gezeigt) wird beim Ultraschallschweißen oder Laserschweißen auf die Rückseite (15) des Grundkörpers (3) aufgelegt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Laufrad
- 2
- Deckscheibe
- 3
- Grundkörper
- 4
- Ansaugkanal
- 5
- Pumpenflügel
- 6
- Zentraler Bereich
- 7
- Aufnahme
- 8
- Wurzel
- 9
- Spitze
- 10
- Rippenstruktur
- 11
- Kronenstruktur
- 12
- Randbereich Grundkörper
- 13
- Stirnseite
- 14
- Nuten
- 15
- Rückseite
- 16
- Aussparung
- 17
- Zahnstruktur
- 18
- Vertiefung
- 19
- Energierichtungsgeber
- 20
- Sonotrode
- 21
- Ausnehmung
