DE19638185A1 - Wasserpumpe - Google Patents
WasserpumpeInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/18—Rotors
- F04D29/22—Rotors specially for centrifugal pumps
- F04D29/24—Vanes
- F04D29/242—Geometry, shape
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- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft Wasserpumpen, um einen
Kühlwasser-Zwangsumlauf, etwa in Zylindermänteln von Ver
brennungsmaschinen für Kraftfahrzeuge, sicherzustellen.
Eine bekannte Wasserpumpe ist etwa in JP-U 3-77096 beschrie
ben. Bei Wasserpumpen wird aufgrund des Pumpenwirkungsgrades
die Form des Flügels bzw. der Radschaufel derart festgelegt,
daß ein Kollisionsverlust vermieden wird, wenn Kühlwasser in
das Innere der Wasserpumpe strömt. Die Form der Flügel wird
bekanntermaßen derart ausgestaltet, daß nur ein kreisförmi
ger Bogen bis zu einem Punkt A des Basisendes verlängert
wird. Der kreisförmige Bogen verbindet einen Punkt B des
Innenendes und einen Punkt C des Außenendes. Detaillierter
ausgedrückt, wird der Neigungswinkel B des kreisförmigen
Bogens, das heißt der Einlaßwinkel des Flügels durch die
folgende Gleichung ermittelt:
wobei rB den Radius, welcher von der Mitte eines Rotorhaupt
elementes zum Innenende des Flügels verläuft, vΘ eine Durch
schnitts-Strömungsgeschwindigkeit des Kühlwassers nahe dem
Innenende des Flügels und n die Umdrehungszahl des Flügels
bezeichnet. Der Neigungswinkel des den Punkt B und den Punkt
A verbindenden kreisförmigen Bogens wird derart festgelegt,
daß er dem Neigungswinkel b entspricht, welcher durch obige
Gleichung erhalten wird.
Somit entspricht der Neigungswinkel eines Endbereiches, wel
cher das Innenende und das Basisende verbindet, nicht immer
dem Einströmwinkel des Kühlwassers, wodurch ein Pumpenver
lust erzeugt werden kann.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wasserpumpe
zu schaffen, welche eine Verringerung des Pumpenverlustes
erzielt.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 oder 3
gelöst; die Unteransprüche haben bevorzugte Ausgestaltungs
formen der Erfindung zum Inhalt.
Entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird
eine Wasserpumpe geschaffen, mit:
einem Gehäuse mit einem Ende, welches mit einer Einlaßöff nung für Kühlwasser ausgebildet ist;
einer Antriebswelle, welche durch das Gehäuse hindurchläuft; und
einem Flügelrad, welches auf der Antriebswelle an deren ei nem Ende angeordnet ist, wobei das Flügelrad ein Rotorhaupt element und Flügel aufweist, welche von einer Endfläche des Rotorhauptelementes vorstehend und radial angeordnet sind, wobei jeder Flügel einen Einlaßbereich, welcher der Einlaß öffnung des Gehäuses zugewandt ist, und ein inneres Ende aufweist, welches im wesentlichen senkrecht zur Kühlwasser strömungsrichtung von der Einlaßöffnung zum Innenumfang je des Flügels angeordnet ist, wobei der Einlaßbereich einen Kreisbogen mit einem Neigungswinkel beschreibt, welcher im wesentlichen einem Einströmwinkel des Kühlwassers ent spricht.
einem Gehäuse mit einem Ende, welches mit einer Einlaßöff nung für Kühlwasser ausgebildet ist;
einer Antriebswelle, welche durch das Gehäuse hindurchläuft; und
einem Flügelrad, welches auf der Antriebswelle an deren ei nem Ende angeordnet ist, wobei das Flügelrad ein Rotorhaupt element und Flügel aufweist, welche von einer Endfläche des Rotorhauptelementes vorstehend und radial angeordnet sind, wobei jeder Flügel einen Einlaßbereich, welcher der Einlaß öffnung des Gehäuses zugewandt ist, und ein inneres Ende aufweist, welches im wesentlichen senkrecht zur Kühlwasser strömungsrichtung von der Einlaßöffnung zum Innenumfang je des Flügels angeordnet ist, wobei der Einlaßbereich einen Kreisbogen mit einem Neigungswinkel beschreibt, welcher im wesentlichen einem Einströmwinkel des Kühlwassers ent spricht.
Entsprechend einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfin
dung wird ein Flügelrad für eine Wasserpumpe mit einem Ge
häuse geschaffen, welches eine Einlaßöffnung für Kühlwasser
aufweist, wobei das Laufrad folgende Elemente umfaßt:
ein Rotorhauptelement; und
Flügel, welche von einer Endfläche des Rotorhauptelementes vorstehend und radial angeordnet sind sowie einen Einlaß bereich, welcher der Einlaßöffnung des Gehäuses zugewandt ist und ein inneres Ende aufweisen, welches im wesentlichen senkrecht zur Kühlwasserströmungsrichtung von der Einlaßöff nung zum Innenumfang jedes Flügels angeordnet ist, wobei der Einlaßbereich einen Kreisbogen mit einem Neigungswinkel auf weist, welcher im wesentlichen dem Einströmwinkel des Kühl wassers entspricht.
ein Rotorhauptelement; und
Flügel, welche von einer Endfläche des Rotorhauptelementes vorstehend und radial angeordnet sind sowie einen Einlaß bereich, welcher der Einlaßöffnung des Gehäuses zugewandt ist und ein inneres Ende aufweisen, welches im wesentlichen senkrecht zur Kühlwasserströmungsrichtung von der Einlaßöff nung zum Innenumfang jedes Flügels angeordnet ist, wobei der Einlaßbereich einen Kreisbogen mit einem Neigungswinkel auf weist, welcher im wesentlichen dem Einströmwinkel des Kühl wassers entspricht.
Ein primärer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht da
rin, daß aus der Einlaßöffnung strömendes Kühlwasser nicht
mit dem Einlaßbereich des Flügels zusammenstößt, da der Ein
laßbereich des Flügels einen Kreisbogen mit einem Neigungs
winkel aufweist, welcher im wesentlichen dem Einströmwinkel
des Kühlwassers, das heißt einem kollisionsfreien Einström
winkel entspricht, wodurch eine Verbesserung des Pumpenwir
kungsgrades erzielt wird.
Zum zweiten bietet die vorliegende Erfindung den Vorteil,
daß der Auslaßbereich des Flügels einen Kreisbogen mit einem
Neigungswinkel aufweist, welcher demjenigen des Kreisbogens
des Einlaßbereiches des Flügels entspricht.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden aus der
nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles der
erfindungsgemäßen Wasserpumpe in Verbindung mit der bei
gefügten Zeichnung ersichtlich. Es zeigt:
Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer die
vorliegende Erfindung aufweisenden Wasserpumpe;
Fig. 2 eine Vorderansicht eines Flügelrades der Wasserpum
pe;
Fig. 3 eine vergrößerte Teilansicht von Fig. 1; und
Fig. 4 eine schematische Darstellung zum Erläutern des
Grundprinzips der erfindungsgemäßen Wasserpumpe.
Eine insbesondere in Fig. 1 dargestellte und die vorliegende
Erfindung aufweisende Wasserpumpe hat im wesentlichen den
gleichen Aufbau wie die bekannte, etwa in JP-U 3-77096 be
schriebene Wasserpumpe. Sie umfaßt ein Pumpengehäuse 1 mit
einer darin ausgebildeten Pumpenkammer 2 und eine Antriebs
welle 3, welche in einem nicht dargestellten und im Pumpen
gehäuse 1 angeordneten Lager drehbar gestützt ist. Die An
triebswelle 3 rotiert synchron mit einem nicht dargestellten
Motor. Zudem ist ein Flügelrad 11 an einem Ende der An
triebswelle 3 befestigt.
Eine Kühlwasser-Einlaßöffnung 5 ist am Pumpengehäuse 1 an
dessen Vorderseite angeordnet, so daß von einem nicht dar
gestellten Kühler zurückfließendes Kühlwasser in die Mitte
des Flügelrades 11 in Axialrichtung der Antriebswelle 3
strömt. Andererseits ist eine Kühlwasser-Auslaßöffnung 6 am
Außenumfang des Flügelrades 11 ausgebildet.
Das Flügelrad 11 weist ein Rotorhauptelement 12 mit einem
mittleren Bereich 12a, welcher an der Antriebswelle 3 befe
stigt ist, und Flügel 13 auf, welche von einer vorderen End
fläche des Rotorhauptelementes 12 vorstehend und radial an
geordnet sind. Jeder Flügel 13 ist kreisbogenförmig in Ein
strömrichtung des Kühlwassers. Wenn somit das Flügelrad 11
durch die Antriebswelle 3 gedreht wird, strömt das Kühlwas
ser von der Einlaßöffnung 5 zwangsweise zur Auslaßöffnung 6
mittels einer Innenfläche des Flügels 13, wodurch ein Pump
vorgang erzielt wird.
Wie insbesondere aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich wird, ist
jeder Flügel derart aufgebaut, daß ein der Einlaßöffnung 5
zugewandter Einlaßbereich 14 und ein am Außenumfang des Ro
torhauptelementes 12 befindlicher Auslaßbereich 15 kreisbo
genförmig mit kollisionsfreiem Einströmwinkel und gleicher
Krümmung ausgebildet sind.
Wie Fig. 3 am deutlichsten zeigt, weist der Einlaßbereich 14
ein inneres Ende 14a auf, welches zu seinem äußeren Durch
messerbereich geneigt ist, so daß es im wesentlichen senk
recht zur Kühlwasserströmungsrichtung von der Einlaßöffnung
5 zum Flügel 13, wie durch den Pfeil in Fig. 3 dargestellt,
ausgerichtet ist. Demzufolge ist ein Punkt A des inneren
Umfangsbereiches 14b auf dem Umfang eines kleinen Kreises
mit dem Radius rA positioniert, wohingegen ein Punkt B eines
äußeren Umfangsbereiches 14c auf dem Umfang eines mittleren
Kreises mit Radius rB angeordnet ist. Des weiteren ist der
innere Umfangsbereich 14b entlang einer Tangentiallinie X
des kleinen Kreises mit Radius rA, wie in Fig. 2 darge
stellt, ausgebildet, wogegen der äußere Umfangsbereich 14c
entlang einer Tangentiallinie Y des mittleren Kreises mit
Radius rB ausgestaltet ist. Das heißt, ein Winkel a wird
bezüglich der Tangentiallinie X am Punkt A derart festge
legt, daß der Winkel durch die Gleichung tana=V/U erzielt
wird, wobei, wie in den Fig. 2 und 4 dargestellt, V die
Strömungsgeschwindigkeit des Kühlwassers und U dessen
Umfangsgeschwindigkeit am Punkt A darstellt. Das heißt, der
Winkel entspricht dem Einströmwinkel α des Kühlwassers oder
einem kollisionsfreien Einströmwinkel. Analog wird ein
Winkel b bezüglich der Tangentiallinie Y am Punkt B als
kollisionsfreier Einströmwinkel festgelegt, welcher durch
tanb=V/U erzielt wird.
In den Fig. 2 und 3 weist der Auslaßbereich 15 ein äußeres
Ende 15a auf, welches in Axialrichtung des Rotorhauptele
mentes 12 ausgebildet ist. Ein Punkt C eines äußeren Um
fangsbereiches des äußeren Endes 15a ist auf dem Umfang ei
nes großen Kreises mit Radius rC oder auf dem Außenumfang
des Rotorhauptelementes 12 positioniert. Ein Winkel c wird
bezüglich einer Tangentiallinie Z am Punkt C als kollisions
freier Einströmwinkel analog dem Winkel b bezüglich der Tan
gentiallinie Y am Punkt B festgelegt. Der Auslaßbereich 15
weist einen Kreisbogen auf, welcher sich zu einem Kreisbogen
fortsetzt, der den Punkt A und den Punkt B verbindet, wobei
die beiden Kreisbögen den gleichen Krümmungsradius haben.
Im folgenden wird mit Hilfe von Formeln die Bestimmung der
Krümmung R1 des die Punkte A und B verbindenden Kreisbogens
und der Krümmung R des die Punkte B und C verbindenden
Kreisbogens beschrieben.
Zuerst werden der Radius rA des kleinen Kreises des Flügels
13 und dessen Radius rB des mittleren Kreises, wie in Fig. 2
dargestellt, ermittelt. Der Kreisbogen mit Radius R1 wird
durch den Punkt Dp1, R1 und Dp1 beschrieben, wobei der Radi
us R1 und Dp1 durch die folgenden Gleichungen erzielt
werden:
Es wird angenommen, daß der Radius R1 die Krümmung des
Kreisbogens darstellt, welcher den Punkt A und den Punkt B
verbindet. Zudem wird angenommen, daß der Kreisbogen mit
Radius R1 und der mittlere Kreis mit Radius rB sich am Punkt
B schneiden und der Kreisbogen mit Radius R1 und der kleine
Kreis mit Radius rA sich am Punkt A schneiden.
Als nächstes wird ein Kreisbogen mit Radius R durch einen
Punkt Dp, R und Dp beschrieben, welche durch folgende
Gleichungen erzielt werden:
Es wird angenommen, daß der Radius R die Krümmung des Kreis
bogens darstellt, welcher die Punkte B und C verbindet.
Der Einlaßwinkel a des Flügels 13, welcher an einem Schnitt
punkt des den Punkt B und C verbindenden Kreisbogens mit dem
kleinen Kreis mit Radius rA ausgebildet wird, ergibt sich
wie folgt:
wobei vΘ die Durchschnittsströmungsgeschwindigkeit des Kühl
wassers in der Nähe des inneren Endes 14a des Flügels 13
darstellt. Der durch die obige Formel erhaltene Einlaßwinkel
a ist größer als der bekannte bzw. herkömmliche Einlaßwinkel
b, wie oben beschrieben wurde, und bildet einen kollisions
freien Einströmwinkel.
Somit kollidiert, entsprechend diesem Ausführungsbeispiel,
das Kühlwasser nicht mit dem Einlaßbereich 14 des Flügels 13
zwischen dem Punkt A und dem Punkt B, wenn das Flügelrad 11
durch die Antriebswelle 3 gedreht wird, um eine Kühlwasser
strömung von der Einlaßöffnung 5 zum Flügelrad 11 zu bewir
ken. Folglich weist die Wasserpumpe einen geringeren Kühl
wasser-Kollisionsverlust auf, so daß der Pumpenwirkungsgrad
verbessert wird.
Des weiteren wird das Kühlwasser gleichmäßig vom Auslaßbe
reich 15 zur Auslaßöffnung 6 entlang der Innenfläche des
Flügels 13 mit vermindertem Kollisionsverlust abgeführt, da
der Auslaßbereich 15 zwischen dem Punkt B und dem Punkt C
einen zum Kreisbogen des Einlaßbereiches 14 fort laufenden
Kreisbogen aufweist, so daß der Pumpenwirkungsgrad weiter
verbessert wird.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung eine Wasserpumpe mit
einem Flügelrad 11, welches ein Rotorhauptelement 12 und
Flügel 13 aufweist, die von einer Endfläche des Rotorhaupt
elementes 12 vorstehend und radial angeordnet sind. Jeder
Flügel 13 weist einen Einlaßbereich 14, welcher einer Ein
laßöffnung 5 eines Gehäuses 1 zugewandt ist und ein inneres
Ende auf, welches im wesentlichen senkrecht zur Kühlwasser-
Strömungsrichtung von der Einlaßöffnung 5 zum Innenumfang
14b jedes Flügels 13 angeordnet ist. Der Einlaßbereich 14
des Flügels 13 umfaßt einen Kreisbogen mit einem Neigungs
winkel, welcher im wesentlichen einem Einströmwinkel des
Kühlwassers entspricht.
Obgleich die vorliegende Erfindung mit dem bevorzugten Aus
führungsbeispiel beschrieben wurde, ist sie nicht auf dieses
Ausführungsbeispiel beschränkt und verschiedene Änderungen
und Modifikationen können durchgeführt werden, ohne den
Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Claims (4)
1. Wasserpumpe, mit:
einem Gehäuse (1), dessen eines Ende mit einer Einlaßöff nung (5) für Kühlwasser ausgebildet ist;
einer Antriebswelle (3), welche durch das Gehäuse (1) hindurchläuft; und
einem Flügelrad (11), welches an einem Ende der Antriebs welle (3) befestigt ist, wobei das Flügelrad (11) ein Ro torhauptelement (12) und Flügel (13) aufweist, die von einer Endfläche des Rotorhauptelementes (12) vorstehend und radial angeordnet sind sowie einen der Einlaßöffnung (5) des Gehäuses (1) zugewandten Einlaßbereich (14) und ein inneres Ende (14a) aufweisen, wobei das innere Ende (14a) im wesentlichen senkrecht zur Kühlwasser-Strömungs richtung von der Einlaßöffnung (5) zum Innenumfang jedes Flügels (13) angeordnet ist und wobei jeder Einlaßbereich (14) einen Kreisbogen mit einem Neigungswinkel aufweist, der im wesentlichen einem Einströmwinkel des Kühlwassers entspricht.
einem Gehäuse (1), dessen eines Ende mit einer Einlaßöff nung (5) für Kühlwasser ausgebildet ist;
einer Antriebswelle (3), welche durch das Gehäuse (1) hindurchläuft; und
einem Flügelrad (11), welches an einem Ende der Antriebs welle (3) befestigt ist, wobei das Flügelrad (11) ein Ro torhauptelement (12) und Flügel (13) aufweist, die von einer Endfläche des Rotorhauptelementes (12) vorstehend und radial angeordnet sind sowie einen der Einlaßöffnung (5) des Gehäuses (1) zugewandten Einlaßbereich (14) und ein inneres Ende (14a) aufweisen, wobei das innere Ende (14a) im wesentlichen senkrecht zur Kühlwasser-Strömungs richtung von der Einlaßöffnung (5) zum Innenumfang jedes Flügels (13) angeordnet ist und wobei jeder Einlaßbereich (14) einen Kreisbogen mit einem Neigungswinkel aufweist, der im wesentlichen einem Einströmwinkel des Kühlwassers entspricht.
2. Wasserpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
jeder Flügel (13) einen Auslaßbereich (15) mit einem
Kreisbogen mit Neigungswinkel aufweist, welcher im we
sentlichen dem Neigungswinkel des Kreisbogens des Einlaß
bereiches (14) entspricht.
3. Flügelrad (11) für eine Wasserpumpe mit einem Gehäuse
(1), welches eine Auslaßöffnung (5) für Kühlwasser auf
weist, wobei das Flügelrad (11) folgende Elemente umfaßt:
ein Rotorhauptelement (12); und
Flügel (13), welche an einer Endfläche des Rotorhauptele mentes (12) vorstehend und radial angeordnet sind und ei nen der Einlaßöffnung (5) des Gehäuses (1) zugewandten Einlaßbereich (14) sowie ein inneres Ende (14a) aufwei sen, welches im wesentlichen senkrecht zur Kühlwasser- Strömungsrichtung von der Einlaßöffnung (5) zum Innen umfang jedes Flügels (13) angeordnet ist, wobei der Ein laßbereich (14) einen Kreisbogen mit einem Neigungswinkel aufweist, welcher im wesentlichen einem Einströmwinkel des Kühlwassers entspricht.
ein Rotorhauptelement (12); und
Flügel (13), welche an einer Endfläche des Rotorhauptele mentes (12) vorstehend und radial angeordnet sind und ei nen der Einlaßöffnung (5) des Gehäuses (1) zugewandten Einlaßbereich (14) sowie ein inneres Ende (14a) aufwei sen, welches im wesentlichen senkrecht zur Kühlwasser- Strömungsrichtung von der Einlaßöffnung (5) zum Innen umfang jedes Flügels (13) angeordnet ist, wobei der Ein laßbereich (14) einen Kreisbogen mit einem Neigungswinkel aufweist, welcher im wesentlichen einem Einströmwinkel des Kühlwassers entspricht.
4. Flügelrad nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
jeder Flügel (13) einen Auslaßbereich (15) mit einem
Kreisbogen mit Neigungswinkel aufweist, welcher im we
sentlichen dem Neigungswinkel des Kreisbogens des Einlaß
bereiches (14) entspricht.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7241041A JPH0988887A (ja) | 1995-09-20 | 1995-09-20 | ウォータポンプ |
Publications (1)
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DE19638185A1 true DE19638185A1 (de) | 1997-03-27 |
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ID=17068440
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19638185A Withdrawn DE19638185A1 (de) | 1995-09-20 | 1996-09-18 | Wasserpumpe |
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US (1) | US5749707A (de) |
JP (1) | JPH0988887A (de) |
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Publication number | Publication date |
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JPH0988887A (ja) | 1997-03-31 |
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