DE19619692A1 - Zentrifugalpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Pumpen, insbesondere auf Zentrifugal- bzw. Kreiselpumpen. Die erfindungsgemäße Pumpe ist in erster Linie als Kühlwasserpumpe für eine Verbren­ nungskraftmaschine vorgesehen, jedoch kann sie auch für andere Verwendungszwecke eingesetzt werden.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nachfolgend eine aus der Japanischen Gebrauchsmusterveröffentlichung 61-147398 bekannte Zentrifugalpumpe kurz erläutert. Diese Pumpe wird als Kühlwasserpumpe für eine Verbrennungskraft­ maschine beschrieben.

Die Zentrifugalpumpe besteht aus einem Pumpengehäuse mit einer darin ausgebildeten Spiralkammer, einem in der Spiral­ kammer drehbar angeordneten Flügelrad und einer an der Bodenfläche der Spiralkammer ausgeformten Führungsrippe zum Ableiten des Wasser zu einer Auslaßöffnung. Die Führungsrip­ pe befindet sich dicht am Umfang des Flügelrades und liegt somit zwischen der Spiralkammer und der Auslaßöffnung, um den dazwischen entstehenden Druckverlust zu mildern.

Diese Pumpe hat sich jedoch aufgrund ihrer Bauweise als nicht leistungsfähig erwiesen, weil die Führungsrippe sich rechtwinklig zur Bodenfläche der Spiralkammer erstreckt. Eine solche Anordnung bildet keinen verminderten Druckver­ lust zwischen der Spiralkammer und der Auslaßöffnung, d. h. keine geringere Kavitation zwischen diesen beiden Teilen. Die Kavitation verursacht eine Erosion der Führungsrippe und des Flügelrades.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Zentrifugalpumpe zu schaffen, die frei von den genannten Nachteilen ist und eine wirkungsvolle Minderung des Druckverlustes sowie der Kavita­ tion gewährleistet.

Zur Lösung der Aufgabe weist die erfindungsgemäße Zentrifu­ galpumpe gemäß Anspruch 1 folgende Bauteile auf: einen hohlen Pumpenkörper, ein in einer Pumpenkammer des Pumpen­ körpers drehbar angeordnetes Flügelrad mit einer dem Haupt­ teil der Pumpenkammer zugewandten Vorderseite und einer der Bodenwand der Pumpenkammer zugewandten Rückseite, eine Ein­ richtung zur Bildung eines Wasserdurchlasses und einer Wasserauslaßöffnung in dem hohlen Pumpenkörper, und eine zwischen der Pumpenkammer und dem Wasserdurchlaß gelegene Wasserführungsrippe zum Leiten des Wasserflusses von der Pumpenkammer zur Wasserauslaßöffnung, wobei die Wasserfüh­ rungsrippe sich stromaufwärts in den Wasserdurchlaß er­ streckt und von der inneren Wand zum Hauptteil der Pumpen­ kammer verläuft sowie einen abgeschrägten stromaufwärtigen Endteil aufweist, und wobei der obere Rand des abgeschrägten stromaufwärtigen Endteils der Wasserführungsrippe weich ab­ gerundet ist.

Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen zum Gegenstand.

Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Teilschnittansicht einer Zentrifugalpumpe in einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt in der Linie III-III in Fig. 2,

Fig. 4, 5, 6, 7, 8, 9 und 10 der Fig. 3 entsprechende Schnitte einer zweiten, dritten, vierten, fünften, sechsten, siebten und achten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 11 einen Schnitt in der Linie XI-XI in Fig. 7, 8, 9 und 10.

In den Fig. 1 bis 3, insbes. Fig. 1, ist eine Zentrifugal­ pumpe 10A in einer ersten Ausführungsform der Erfindung dar­ gestellt.

Die Pumpe 10A besteht aus einem hohlen Pumpenkörper 12 mit einem Teil 12a kleineren Durchmessers, einem Teil 12b größe­ ren Durchmessers und einem ringförmigen Mittelteil 12c, der die Teile 12a und 12b kleineren und größeren Durchmessers einteilig miteinander verbindet.

Innerhalb des Teiles 12a kleineren Durchmessers des Pumpen­ körpers 12 ist eine Antriebswelle 14 mit einem Lager 16 drehbar gelagert. An dem herausragenden Ende der Welle 14 ist eine Nabe 18 befestigt, die eine nicht dargestellte Riemenscheibe zu gemeinsamer Drehung trägt. Wenn die Riemen­ scheibe in einer bestimmten Richtung gedreht wird, dreht sich die Antriebswelle 14 in Richtung des Pfeiles "A" von Fig. 2.

Wie in Fig. 1 gezeigt, nimmt der Teil 12b größeren Durch­ messers des Pumpenkörpers 12 ein Flügelrad 20 auf, das am inneren Ende der Antriebswelle 14 zu gemeinsamer Drehung damit angebracht ist. Das Flügelrad 20 ist an seiner Vorder­ seite mit mehreren spiralförmigen Schaufeln 20a versehen.

Zwischen dem Lager 16 und dem Flügelrad 20 liegt eine mechanische Dichtung 22, die in der dargestellten Weise in dem Teil 12a kleineren Durchmessers gehalten wird.

Die Bezugsziffer 24 bezeichnet einen Motorblock, mit dem der Teil 12b größeren Durchmessers des Pumpenkörpers 12 zur Bildung eines Pumpengehäuses 26 verbunden ist.

Wie die Fig. 1 und 2 erkennen lassen, wird in dem Pumpen­ gehäuse 26 eine Pumpenkammer "R" gebildet, der die Vorder­ seite des Flügelrades 20 wirksam zugewandt ist.

In dem Motorblock 24 ist eine Einlaßöffnung 28 ausgebildet, durch welche das Motorkühlwasser in die Pumpenkammer "R" eingeleitet wird.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist in dem Pumpenkörper 12 ein sanft gekrümmter Wasserdurchlaß 30 und eine Wasserauslaß­ öffnung 32 ausgebildet. Der Wasserdurchlaß 30 läßt das unter Druck befindliche Wasser in der dargestellten Weise von dem Flügelrad 20 zu der Wasserauslaßöffnung 32 hin strömen. Die Breite des Wasserdurchlasses 30 vergrößert sich allmählich in Richtung zu der Wasserauslaßöffnung 32 hin.

Wie aus Fig. 2 und 1 ersichtlich, ist zwischen der Pumpen­ kammer "R" und dem Wasserdurchlaß 30 eine sanft gekrümmte Wasserführungsrippe 34A ausgebildet, die von der Bodenwand 36 der Pumpenkammer "R" in Fig. 1 nach rechts, d. h. zum Motorblock 24 hin vorsteht. Die Bodenwand 36 liegt der Rück­ seite des Flügelrades 20 gegenüber.

Fig. 2 zeigt, daß die Wasserführungsrippe 34A dicht angren­ zend an den Umfang des Flügelrades 20 liegt und sich in Strömungsrichtung aufwärts erstreckt. Die Wasserführungsrip­ pe 34A liegt somit in der Weise am Umfang des Flügelrades 20, daß dazwischen ein gekrümmter dünner dreieckiger Zwi­ schenraum gebildet wird. Die Länge der Wasserführungsrippe 34A ist mit "L" bezeichnet.

Wie im einzelnen aus Fig. 2 hervorgeht, verläuft die Wasser­ führungsrippe 34A von einem Teil "X" an der Bodenwand 36 der Pumpenkammer "R" zu deren anderen Teil "Y". Der Teil "X" ist der Bereich, an dem eine gedachte, von der in Fig. 2 unteren Fläche der Wasserauslaßöffnung 32 gebildete Ebene die zylin­ drische Innenwand 12b-1 des Teiles 12b größeren Durchmessers des Pumpenkörpers 12 schneidet. Der andere Teil "Y" ist der Teil, der in einem Abstand von etwa "L" stromaufwärts von der Wasserauslaßöffnung 32 liegt.

Bei der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform 10A sind die folgenden Bemessungsverhältnisse gegeben.

Wie die Fig. 1, 2 und insbesondere Fig. 3 zeigen, hat die Wasserführungsrippe 34A einen stromaufwärtigen abgeschrägten Endbereich 34A-1. Der stromaufwärtige abgeschrägte Endbe­ reich 34A-1 der Wasserführungsrippe 34A hat somit eine ab­ geschrägte gerade Rippe, die von dem Teil "Y" ausgeht. Der Neigungswinkel des abgeschrägen Endteils 34A-1 ist in der Zeichnung mit "Θ" bezeichnet.

Nachfolgend wird die Arbeitsweise der Zentrifugalpumpe 10A in der ersten Ausführungsform anhand der Zeichnungen er­ läutert.

Bei der Drehung des Flügelrades 20 in Richtung des Pfeiles "A" (Fig. 2) wird Wasser von der Einlaßöffnung 28 in die Pumpenkammer "R" eingeführt und zu einer Strömung durch den Wasserdurchlaß 30 und zu einem Austritt nach außen durch die Wasserauslaßöffnung 32 veranlaßt. Infolge der Anordnung der Wasserführungsrippe 34A wird ein Druckabfall, der unvermeid­ lich zwischen der Pumpenkammer "R" und der Wasserauslaßöff­ nung 32 auftritt, abgeschwächt.

Außerdem erfolgt infolge des abgeschrägten Endteils 34A-1 der Wasserführungsrippe 34A die Minderung des Druckabfalls weich, da in dem Bereich des abgeschrägten Endteils 34A-1 die Druckdifferenz zwischen der Pumpenkammer "R" und der Wasserauslaßöffnung 32 allmählich bzw. weich in der Richtung verändert wird, in welcher das Flügelrad 20 rotiert. Auf diese Weise wird der unerwünschte Druckabfall zwischen diesen Teilen verringert oder minimiert und damit auch die unerwünschte Kavitation unterdrückt oder zumindest mini­ miert.

Wenn die Wasserführungsrippe abweichend von der erfindungs­ gemäßen Wasserführungsrippe 34A einen rechtwinkligen Endteil hat, wie in Fig. 3 gestrichelt dargestellt, wird der Druck­ unterschied zwischen der Pumpenkammer "R" und der Wasserauslaßöffnung 32 abrupt verändert, wodurch eine nicht unerheb­ liche Kavitation an der Wasserführungsrippe verursacht wird.

Versuche haben gezweigt, daß der Effekt der Kavitationsun­ terdrückung zunimmt, wenn der Winkel "e" kleiner wird.

In Fig. 4 ist eine leicht gekrümmte Wasserführungsrippe 34B gezeigt, wie sie in einer zweiten Ausführungsform der Erfin­ dung eingesetzt wird. Wie ersichtlich hat die Wasserfüh­ rungsrippe 34B in dieser Ausführungsform einen abgeschrägten Endteil, der aus zwei schrägen Endteilen 34B-1 und 34B-2 besteht.

In Fig. 5 ist eine leicht gekrümmte Wasserführungsrippe 34C gezeigt, wie sie in einer dritten Ausführungsform der Erfin­ dung eingesetzt wird. Wie ersichtlich hat die Wasserfüh­ rungsrippe 34c in dieser Ausführungsform einen konvex ge­ formten Endteil 34C-1.

In Fig. 6 ist eine leicht gekrümmte Wasserführungsrippe 34D gezeigt, wie sie in einer vierten Ausführungsform der Erfin­ dung eingesetzt wird. Wie ersichtlich hat die Wasserfüh­ rungsrippe 34D in dieser Ausführungsform einen konkav ge­ formten Endteil 34C-1.

In Fig. 7 ist eine leicht gekrümmte Wasserführungsrippe 34E gezeigt, wie sie in einer fünften Ausführungsform der Erfin­ dung eingesetzt wird. Die Wasserführungsrippe 34E entspricht bei dieser Ausführungsform der ersten Ausführungsform 34A mit Ausnahme des oberen Randes des abgeschrägten Endteils 34E-1. Wie aus Fig. 11 ersichtlich, ist der obere Endteil 34E-1 in der Weise weich abgerundet, daß er einen halbkreis­ förmigen Querschnitt aufweist.

Infolge des abgerundeten oberen Randes wird die Wirkung der Kavitationsunterdrückung an der Wasserführungsrippe 34E ver­ bessert.

In Fig. 8 ist eine leicht gekrümmte Wasserführungsrippe 34F gezeigt, wie sie in einer sechsten Ausführungsform der Er­ findung eingesetzt wird. Die Wasserführungsrippe 34F ent­ spricht bei dieser Ausführungsform der zweiten Ausführungs­ form 34B. Dabei sind gemäß Fig. 11 die oberen Ränder der beiden abgeschrägten Teile 34F-1 und 34F-2 des schrägen Endteils weich abgerundet.

In Fig. 9 ist eine leicht gekrümmte Wasserführungsrippe 34G gezeigt, wie sie in einer siebten Ausführungsform der Erfin­ dung eingesetzt wird. Die Wasserführungsrippe 34G entspricht bei dieser Ausführungsform der dritten Ausführungsform 34B. Dabei ist gemäß Fig. 11 der obere Rand des konvex geformten Endteils 43G-1 der Wasserführungsrippe 34G weich abgerundet.

In Fig. 10 ist eine leicht gekrümmte Wasserführungsrippe 34H gezeigt, wie sie in einer achten Ausführungsform der Erfin­ dung eingesetzt wird. Die Wasserführungsrippe 34H entspricht bei dieser Ausführungsform der vierten Ausführungsform 34D. Dabei ist gemäß Fig. 11 der obere Rand des konkav geformten Endteils 43H-1 weich abgerundet.

Die Erfindung kann wie folgt zusammengefaßt werden. Eine Zentrifugalpumpe 10A besitzt einen hohlen Pumpenkörper 12. Ein Flügelrad 20 ist drehbar in einer von dem Pumpenkörper gebildeten Pumpenkammer R angeordnet. Das Flügelrad 20 hat eine dem Hauptteil 24 der Pumpenkammer zugewandte Vorder­ seite und eine der Bodenwand 36 der Pumpenkammer zugewandte Rückseite. In dem hohlen Pumpenkörper 12 ist ein Wasser­ durchlaß 30 und eine Wasserauslaßöffnung 32 ausgebildet. Zwischen der Pumpenkammer R und dem Wasserdurchlaß 30 ist eine Wasserführungsrippe 34A-H ausgebildet, um einen be­ ruhigten Wasserstrom von der Pumpenkammer zu der Wasseraus­ laßöffnung zu bewirken. Die Wasserführungsrippe verläuft von dem Wasserdurchlaß stromaufwärts und ragt von der Innenwand zum Hauptteil der Pumpenkammer vor. Ihr stromaufwärtiges Ende ist abgeschrägt. Außerdem ist der obere Rand an dem abgeschrägten stromaufwärtigen Endteil der Wasserführungs­ rippe weich abgerundet. Der abgeschrägte und gerundete End­ teil bewirkt eine Unterdrückung oder zumindest Minimierung unerwünschter Kavitation in der Pumpe.

Im Rahmen der Erfindung sind zahlreiche Abwandlugen möglich.

Claims (8)

1. Zentrifugalpumpe, gekennzeichnet durch:
einen hohlen Pumpenkörper (12),
ein in einer Pumpenkammer (R) des Pumpenkörpers (12) drehbar angeordnetes Flügelrad (20) mit einer dem Haupt­ teil (24) der Pumpenkammer zugewandten Vorderseite und einer der Bodenwand (36) der Pumpenkammer zugewandten Rückseite,
eine Einrichtung zur Bildung eines Wasserdurchlasses (30) und einer Wasserauslaßöffnung (32) in dem hohlen Pumpen­ körper (12),
eine zwischen der Pumpenkammer (R) und dem Wasserdurchlaß (32) gelegene Wasserführungsrippe (34A bis 34H), die den Wasserstrom von der Pumpenkammer (R) zur Wasserauslaßöff­ nung (32) weich ableitet und sich stromaufwärts in den Wasserdurchlaß (30) erstreckt und von der inneren Wand (12b-1) zum Hauptteil der Pumpenkammer verläuft,
wobei die Wasserführungsrippe (34A bis 34H) einen abge­ schrägten stromaufwärtigen Endteil aufweist, und
wobei der obere Rand des abgeschrägten stromaufwärtigen Endteils der Wasserführungsrippe weich abgerundet ist.

2. Zentrifugalpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserführungsrippe (34A bis 34H) in der Richtung der Wasserströmung weich abgerundet ist.

3. Zentrifugalpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wasserführungsrippe (34A bis 34H) in dem Wasserdurchlaß (30) entlang dem Umfang des Flügelrades (12) in der Weise stromaufwärts verläuft, daß diesem gegenüber ein gekrümmter dünner dreieckiger Zwischenraum gebildet wird.

4. Zentrifugalpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der abgeschrägte stromaufwär­ tige Endteil (34A-1) der Wasserführungsrippe (34A) gerade verläuft.

5. Zentrifugalpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der abgeschrägte stromaufwär­ tige Endteil der Wasserführungsrippe (34B) aus zwei ab­ geschrägten, jeweils gerade verlaufenden Teilen (34B-1, 34B-2) besteht.

6. Zentrifugalpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der abgeschrägte stromaufwär­ tige Endteil (34C-1) der Wasserführungsrippe (34C) konvex geformt ist.

7. Zentrifugalpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der abgeschrägte stromaufwär­ tige Endteil (34C-1, 34B-2) der Wasserführungsrippe (34C) konkav geformt ist.

8. Zentrifugalpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die Wasserführungsrippe (34A bis 34H) von einem bestimmten ersten Teil (X) der Boden­ wand (36) zu einem bestimmten zweiten Teil (Y) davon ver­ läuft, von denen der erste bestimmte Teil (X) dort liegt, wo eine von der unteren Fläche der Wasserauslaßöffnung (32) gebildete gedachte Ebene die zylindrische Wand (12b-1) eines Teiles größeren Durchmessers (12b) des Pum­ penkörpers (12) schneidet, in dem das Flügelrad (20) arbeitet, und von denen der bestimmte zweite Teil (Y) stromaufwärts der Wasserauslaßöffnung (32) in einem Abstand von ungefähr der Länge der Wasserführungsrippe (34A) liegt.