DE19749406A1 - Pumpe mit einem Pumpenrad - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Pumpe mit einem Pumpenrad gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Das in einer Gehäusekammer drehbar gelagerte Pumpenrad einer be­ kannten Pumpe (DE 39 11 902 A1) umfaßt zwischen den Schaufeln min­ desten eines umfangsseitigen Schaufelkranzes gebildete radseitige Pumpkammern in Achsrichtung des Pumpenrades gesehen, die zu einer in Achsrichtung parallel zum Schaufelkranz angeordneten, in das Pum­ penrad eingearbeiteten ringförmigen Nut oder Rille und zur radial außen­ liegenden Mantelwand der Gehäusekammer hin offen sind.

Um den Anteil der bewegten Wand zu erhöhen und damit Reibungsverlu­ ste des geförderten Volumenstroms an feststehenden Wandteilen des umgebenden Gehäuses bzw. der Gehäusekammer zu vermindern, sind die Pumpkammern auf ihrer von der Nut wegweisenden Seite geschlos­ sen, so daß das geförderte Medium dort keinen Kontakt zur feststehenden Gehäusekammerwand hat. Hieraus ergibt sich ein wannenförmiger Strö­ mungskanal.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Pumpe mit noch weiter vermindertem Reibungseinfluß feststehender Wandteile anzuge­ ben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentan­ spruches 1 gelöst. Die Merkmale der Unteransprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen dieses Gegenstands an.

Wenn die Pumpkammern auch gegen die Gehäuse-Mantelwand durch eine radial außenliegende, mitlaufende Kammerwand abgeschlossen sind, kann das geförderte Medium nicht aus den Kammern die Mantel­ wand anströmen bzw. wird es nicht durch Fliehkraftwirkung dagegen ge­ schleudert. Damit wird im Vergleich mit dem Stand der Technik ein weite­ rer wesentlicher Anteil der Wandreibung eliminiert. Man kann bei gleicher Antriebsleistung die Druckdifferenz über die Pumpe weiter erhöhen.

Im einfachsten Fall verschließt man die Kammern des bekannten Pum­ penrads radial außen mit einem aufgezogenen oder angeformten Außen­ mantel. Daraus würde sich unmittelbar ein annähernder Viertelkreis-Umriß der einzelnen Pumpkammern ergeben, dessen eine (geschlossene) gera­ de Seite radial außen und dessen zweite (offene) gerade Seite zur Rille oder Nut hin angeordnet ist.

Vorteilhafter erscheint es demgegenüber, wenn die Pumpkammern zu­ mindest einen Halbkreis-Umriß haben. Durch diese Formgebung wird die erwünschte Bildung spiralförmiger Stromlinien über den Umfang des Pumpenrads zusätzlich unterstützt, weil die radial außenliegenden Kam­ merwände im Vergleich mit dem Stand der Technik bzw. der vorerwähn­ ten einfachen Bauform eine verbesserte Leitschaufelfunktion annehmen und sich keine Totwasserzone innerhalb der Kammern bildet.

Man kann schließlich den gekrümmten Bereich der Kammerwand auch über einen vergrößerten Umfangswinkel als 180° erstrecken, wenn auch das Formen solcher hinterschnittener Kavitäten fertigungstechnisch auf­ wendig sein mag. Mit dieser Gestaltung läßt sich aber erreichen, daß das von der Zentrifugalkraft nach außen gedrängte Fluid beim Verlassen einer Pumpenkammer eine Lenkung zur Nabe des Pumpenrades nach radial innen erfährt. Einen ähnlichen Effekt kann man erreichen, indem man die halbkreisförmigen Pumpkammern bzw. die Schaufelkränze gegenüber einer zur Drehachse des Pumpenrads senkrechten Linie nach innen neigt so daß die radial außenliegende Kammerwand an ihrer äußeren Kante nach radial einwärts ausläuft.

Auch Abweichungen von der Kreiskontur des gekrümmten Kammerwand­ bereichs können zweckmäßig sein, bei denen die wandseitige Kurve zwi­ schen dem Grund der Nut und der Mantelwand unterschiedliche Krüm­ mungen aufweist, die stetig ineinander übergehen. Die optimale Umriß­ form wird man bei Bedarf gegebenenfalls durch Modellrechnungen oder Simulationen experimentell ermitteln.

Im Hinblick auf die Fertigung der Kavitäten der Pumpkammern kann man vorteilhaft eine Nabe mit dem Grund der ringförmigen Rille und die Schaufelkränze getrennt voneinander spanabhebend oder als Gußstücke fertigen und hernach fest miteinander verbinden, so daß ein gebautes Pumpenrad entsteht. Es mag auch möglich sein, das Pumpenrad ein­ stückig spanabhebend oder als Gußstück zu fertigen.

Die Schaufelkränze können z. B. hergestellt werden, indem man die zu­ gehörigen Scheiben zunächst als Drehteile mit einer umlaufenden Rille mit dem Umriß der Pumpkammern fertigt und dann über den Umfang verteilte Schlitze einbringt in welche die Schaufeln fest eingesetzt wer­ den.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Mantelwand der Gehäusekam­ mer über die Breite der Nut einen Vorsprung hat, der zwischen die Schaufelkränze um ein Maß vorkragt, das der Dicke der äußeren Kam­ merwand zuzüglich des Spalts zwischen deren Außenumfang und der Mantelwand entspricht und dessen Kontur sich - abgesehen vom unver­ meidlichen Spalt zwischen Schaufelkranz und Vorsprung - stetig an die Innenkontur der äußeren Kammerwand anschließt. Man vermeidet damit Störeinflüsse durch eine ansonsten zwischen Pumpkammer und Mantel­ wand vorhandene Stufe.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Gegenstands der Erfindung gehen aus der Zeichnung von Ausführungsbeispielen und deren sich im folgen­ den anschließender eingehender Beschreibung hervor.

Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines Pumpenrades in seinem Ge­ häuse,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform des Pumpenrads mit geänderter Kammerform.

Gemäß Fig. 1 ist ein Pumpenrad 1 aus zwei äußeren Scheiben 2 und 3 sowie einer Mittelscheibe 4 gebaut. Alle drei im wesentlichen runden Scheiben sind um eine nur angedeutete gemeinsame Achse 5 drehbar; sie werden von einem nicht dargestellten Pumpenmotor angetrieben. Die beidseits der Mittelscheibe symmetrisch zur Mittelebene des Pumpenra­ des angeordneten äußeren Scheiben 2 und 3 sind baugleich, aber einan­ der entgegengesetzt orientiert. Radial außen sind sie jeweils mit einem Schaufelkranz aus über ihren Umfang verteilten Schaufeln 6 versehen, welche paarweise zwischen sich Pumpkammern 7 einschließen. Die Schaufeln 6 und Pumpkammern 7 der äußeren Scheiben 2 und 3 können einander genau gegenüberliegen oder in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt sein.

Eine umlaufende Nut 8 mit etwa rechteckigem Umriß ist radial innen von der Mittelscheibe 3 und an beiden Seitenflanken von den Vorderkanten der Schaufeln 6 umschrieben. Eine Mantelwand 9 eines Gehäuses 10 der Pumpe bildet die radial äußere Begrenzung der Nut.

Die Pumpkammern 7 sind nun nach radial außen durch eine äußere Kammerwand 11 begrenzt, so daß sie nur zu der Mittelebene des Pum­ penrades, das heißt zur Nut 8 hin offen sind. Im vorliegenden Fall ist ihr Umriß halbkreisförmig.

Man kann in an sich bekannter Weise nur einen Schaufelkranz parallel zur Nut vorsehen, wobei jedoch aus dem gepumpten Fluid Axialkräfte auf das Pumpenrad einwirken können. Im Ausführungsbeispiel heben sich Axial­ kräfte durch die symmetrische Ausführung gegenseitig auf.

Insgesamt entsteht im Querschnitt durch zwei einander gegenüberliegen­ de Pumpkammern unter Einschluß des Nutquerschnitts ein ovaler Ge­ samt-Freiraum.

Die Ausführung gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von der erstbeschrie­ benen durch einen stärkeren Einzug der äußeren Kammerwand 11 zur Nut 8 hin, so daß sich die Kanten der Schaufeln 6 ausgehend vom Grund der Nut 8 nach radial außen einander nähern und die Nut einen tra­ pezförmigen Umriß hat, dessen radial innere Seite länger als die radial äußere Seite ist.

Es ist abweichend von den Darstellungen nicht unbedingt notwendig, die Innenkanten der Schaufeln gerade auszuführen; diese können auch im Bogen verlaufen, und zwar konkav oder konvex gekrümmt mit entspre­ chend verändertem Umriß der Nut.

Beiden Ausführungen ist gemeinsam, daß das Gehäuse 10 mehrteilig ist. Um einen möglichst glatten Übergang von den äußeren Kammerwänden 11 zur Mantelwand des Gehäuses 10 zu schaffen, ist letztere über die Breite der Nut 8 hinweg mit einem ringförmigen Vorsprung 12 versehen, der gegenüber der Mantelwand im Bereich der Schaufelkränze um ein Maß vorkragt, das der Dicke der äußeren Kammerwand zuzüglich der Spaltweite zwischen Schaufelkranz-Außenumfang und Mantelwand ent­ spricht und somit geringfügig in die Nut 8 eintaucht. Seine Kontur schließt sich stetig an die Innenkontur der radial äußeren Kammerwand an. Abge­ sehen von dem unvermeidlichen minimalen Spalt zwischen der Stirnkante der radial äußeren Kammerwand und der seitlichen Flanke des Vor­ sprungs 12 ist damit sichergestellt, daß die Abströmung aus der jeweiligen Pumpkammer 7 in die Nut 8 hinein nicht durch wandseitige Störungen beeinträchtigt wird.

Ferner ist in beiden Ausführungen ein feststehender, von der Mantelwand in die Nut 8 hineinragender Leitkörper 13 gestrichelt angedeutet, der als Teil des Gehäuses 10 in an sich bekannter Weise einen Trennbereich zwischen Sauganschluß und Druckanschluß bildet. Eintrittseitig läßt er das zu fördernde Fluid auf den Grund der Nut 8 einfließen, austrittseitig leitet er das Fluid aus der Nut in den Druckanschluß ab. Hierzu muß er die Nut in dem betreffenden Bereich abgesehen von geringfügigen Spalten allseitig nahezu vollständig ausfüllen. Schließlich ist auch gestrichelt ein Kanal 14 angedeutet, der hier die in Blickrichtung hintereinanderliegenden Pumpenanschlüsse repräsentiert.

Bei der Ausführung nach Fig. 2 ist wegen der Montierbarkeit darauf zu achten, daß der Vorsprung 12 die Stirnseiten der äußeren Kammerwände nicht hinterschneidet. Das mehrteilige Gehäuse wird vorzugsweise aus zwei Halbschalen bestehen, die in einer die Drehachse des Pumpenrads umfassenden Ebene geteilt sind.

Man kann die Mantelwand 9 des Gehäuses 10 natürlich auch ohne einen solchen Vorsprung ausführen, wenn geringere Anforderungen an die Pumpenleistung bestehen.

Abweichend von den Darstellungen kann das Pumpenrad auch aus nur zwei Teilen mit mittiger Trennfuge gefertigt werden.

Bezugszeichenliste

1

Pumpenrad

2

äußere Scheibe

3

äußere Scheibe

4

Mittelscheibe

5

Achse

6

Schaufeln

7

Pumpkammern

8

Nut

9

Mantelwand

10

Gehäuse

11

äußere Kammerwand

12

Vorsprung

13

Leitkörper

14

Kanal

Claims (8)

1. Pumpe mit einem rotatorisch antreibbaren Pumpenrad (1), das in ei­ ner Gehäusekammer der Pumpe angeordnet und radial außen von einer feststehenden, mit mindestens je einem radialen Saug- und Druckanschluß (14) versehenen Mantelwand (9) rings umschlossen ist, mit mindestens einem radiale Schaufeln (6) und zwischen diesen gebildete Pumpkammern (7) umfassenden Schaufelkranz und das ei­ ne parallel zum Schaufelkranz angeordnete, mit den Pumpkammern (7) fluidisch kommunizierende unbeschaufelte Rille oder Nut (8) um­ faßt, die radial außen von der Mantelwand (9) begrenzt ist, während ihr Grund von der Nabe des Pumpenrades und ihre Seiten von den zur Mittelebene des Pumpenrades (1) weisenden Innenkanten der Schaufeln (6) begrenzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Pump­ kammern (7) gegen die gehäuseseitige Mantelwand (9) durch eine radial außenliegende, mitlaufende Kammerwände (11) abgeschlossen sind.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei beid­ seits der Rille oder Nut einander zugewandte Schaufelkränze vorge­ sehen sind.

3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpkammern (7) in Umfangsrichtung gesehen einen halbkreisförmi­ gen Umriß haben, dessen offene gerade Seite der Rille oder Nut (8) zugewandt ist.

4. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Nut (8) einen viereckigen Umriß hat.

5. Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (8) einen trapezförmigen Umriß hat, dessen radial innere Seite (Nutgrund) länger als die radial äußere Seite ist.

6. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Nabe des Pumpenrads (1) mit dem Grund der Rille und der mindestens eine Schaufelkranz getrennt voneinander gefer­ tigt und fest miteinander verbunden sind.

7. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Mantelwand (9) einen sich über die Breite der Nut (8) erstreckenden, gegenüber dem radialen Außenrand des min­ destens einen Schaufelkranzes nach radial innen vorspringenden ringförmigen Vorsprung (12) aufweist, dessen Kontur mit der Innensei­ te der außenliegenden Kammerwand fluchtet.

8. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der in einem Trennbereich zwischen Saug- und Druckanschluß (14) ein in die Nut (8) des Pumpenrades (1) hineinragender Leitkörper (13) vorgesehen ist.