DE19818928A1 - Geschweißtes Kreiselpumpenlaufrad - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein aus metallischen Werkstoffen bestehendes Kreiselpumpenlaufrad in geschlossener mehrteiliger Bauart, dessen Schaufeln als Gußformteile ausgebildet sind und aus einem schweißbaren Edelstahl-Gußwerkstoff bestehen, wobei mindestens eine als Blechformteil ausgebildete Deckscheibe mit den Schaufeln verschweißt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kreiselpumpenlaufrad geschlossener, metallischer und mehrteiliger Bauart, wobei radial und/oder halbaxial ausgebildete Schaufeln mit mindestens einer Deckscheibe schweißtechnisch verbunden sind und eine kräfteübertragende Laufradnabe mit einer Nabenscheibe und/oder den Schaufeln verbunden ist.

Für die Herstellung von Kreiselpumpenlaufräder mehrteiliger Bauart sind verschiedene Bauformen bekannt. Üblich sind aus mehreren Blechformteilen zusammengesetzte Laufräder von Kreiselpumpen, beispielsweise bekannt durch die WO 95/20724 oder die EP-B-0 283 825. Bei Heizungsumwälzpumpen finden häufig Konstruktionen Verwendung, bei denen die Schaufeln der Laufräder als einfache Blechformteile ausgebildet sind. Aus Gründen einer einfachen Herstellung und Montage sind solche Schaufeln gewöhnlich als zylindrische Schaufeln ausgeführt. Finden bei als Blechformteile ausgebildeten Laufrädern räumlich gekrümmte Schaufeln Verwendung, so steigern diese den Wirkungsgrad und das Saugverhalten eines solchen Laufrades, es erhöht jedoch auch in erheblichen Maße den Fertigungsaufwand.

Die Herstellung von Schaufelformen mit räumlich gekrümmten Formen erfordert aufwendige und teuere Umform- sowie Stanzwerkzeuge, die bei kleinen und mittleren Serien den Preis für ein Schaufel-Fertigteil übermäßig verteuern können. Zudem ist bei aus Blechformteilen hergestellten Schaufeln zu berücksichtigen, daß deren jeweiliger Umformgrad sowie deren endgültige Form stark vom Rohmaterial abhängig ist. Die für Blechformteile Verwendung findenden Rohmaterialien, Platten oder Rollen, enthalten in der Regel unterschiedliche Materialspannungen. Durch diese sowie durch die beim Umformen zusätzlich entstehenden Bauteilspannungen kann ein fertiges Blechformteil außerhalb von vorgegebenen Formtoleranzen liegen, wodurch bei räumlich gekrümmten Schaufeln ein negativer Einfluß auf die im Laufrad stattfindende Energieumwandlung eintritt.

Durch die FR-A-2 312 671 ist eine andere schweißtechnische Herstellungsmethode für Laufräder bekannt, mit der ein mehrteiliges Laufrad schweißtechnisch zusammengefügt wird. Diese Konstruktion ist jedoch auf Bauformen beschränkt, bei denen ein paralleler Verlauf einer kräfteübertragenden Nabenscheibe und einer das Laufrad verschließenden Deckscheibe erforderlich ist. Von außen auf Deckscheibe und Nabenscheibe einwirkende Schweißeinrichtungen verbinden die Teile miteinander. In ähnlicher Art erfolgt eine Laufradmontage gemäß der Lehre der EP-B-0 520 900. Um Korrosionen im Bereich der Fügestelle zu verhindern, wird durch ein innerhalb der Schaufelkanäle bewegbares Schweißgerät eine Dichtschweißung der Fügenaht gewährleistet. Eine solche Herstellungsart ist jedoch nur auf große Laufradbauformen beschränkt, da nur dort die notwendigen räumlichen Voraussetzungen gegeben sind.

Und eine andere Herstellungstechnik Iehrt die FR-A-2 414 381, bei der in einer ein Laufrad verschließenden Deckscheibe Nuten eingearbeitet sind, deren Verlauf mit dem Verlauf der an den Nabenscheiben befestigten Schaufeln korrespondiert. Der Nutgrund weist eine so bemessene minimale Wandstärke auf, daß ein Lichtbogen den Nutgrund durchdringen kann und eine Schweißverbindung zwischen Schaufel und Deckscheibe in Form einer Wurzellage erzeugen kann. Eine solche Lösung ist für Bauteile mit großen Wandstärken geeignet. Die weiterhin in dieser Schrift offenbarte Schweißverbindung, bei der innerhalb der Schaufelkanäle Kehlnähte zwischen den Deckscheiben und den Schaufeln gelegt werden, ist ebenfalls nur auf Bauformen beschränkt, die aufgrund ihrer großen Abmessungen eine Zugänglichkeit der Schweißeinrichtungen ermöglichen.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein aus Teilen zusammengesetztes Laufrad mit geringen Herstellungskosten und hoher Maßgenauigkeit zu erstellen.

Gelöst wird das Problem mit den Merkmalen des Hauptanspruches. Die sich daran anschließenden Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.

Die Maßnahme, aus einem schweißbaren Edelstahl-Gußwerkstoff bestehende Schaufeln mit mindestens einer als Edelstahl-Blechformteil ausgebildeten Deckscheibe zu verschweißen, bietet die Möglichkeit, rotationssymmetrische Bauteile, wie sie bei den saug- und druckseitigen Deckscheiben Anwendung finden, als einfache Blechformteile herzustellen. Die Schaufeln, von deren Maßhaltigkeit die Leistung eines Laufrades in entscheidendem Maße abhängig ist, werden dagegen als genaue Gußformteile aus einem schweißbaren Edelstahl-Gußwerkstoff hergestellt. Somit können mit geringem Aufwand Schaufeln hoher Präzision hergestellt werden. Werden diese dazu noch im Feingußverfahren hergestellt, lassen sich auf diese Weise bei sehr hoher Formgenauigkeit auch sehr gute Oberflächengüten erreichen.

Im Bereich der Verbindung zwischen Schaufel und Deckscheibe kann sowohl ein ebener als auch einer Raumform entsprechender Flächenverlauf vorliegen. Da eine daran anzubringende Deckscheibe mit geringem Aufwand als paßgenaues einfaches Blechformteil bei gleichzeitig hoher Oberflächengüte hergestellt werden kann, ist eine paßgenaue Anlage der Deckscheibe an den Schaufeln möglich.

Für größere zu übertragende Leistungen können nach einer Ausgestaltung der Erfindung die Schaufeln mit einer nabenseitigen Deckscheibe oder einem nabenseitigem Deckscheibenteil als einteiliges Gußformteil ausgebildet sein. Bei der Herstellung wäre dann nur noch eine als Blechformteil ausgebildete nabenferne Deckscheibe mit den Schaufeln zu verschweißen und die Naben spanabhebend zu bearbeiten. Da üblicherweise die Kräfteeinleitung in ein Kreiselpumpenlaufrad durch eine Antriebswelle erfolgt, können somit in einfacher Weise ausreichend bemessene Flächen erzeugt werden, um einen sicheren Kraftfluß von der Nabe in eine nabenseitige Deckscheibe und die damit verbundenen Schaufeln zu gewährleisten.

Je nach Form des Laufrades, wobei es sich um radiale oder halbaxiale Laufradbauformen handelt, kann zur Erlangung einer konstruktiv einfachen Bauform die nabenseitige Deckscheibe mehrteilig ausgebildet sein. Die Schaufeln und ein mit der Nabe verbundener Deckscheibenteil ist als einteiliges Gußteil ausgebildet und ein darüber auf größerem Durchmesser angeordneter Scheibenteil ist mit den Schaufeln und der auf kleinerem Durchmesser befindlichen Nabenscheibe verbunden. Dies ermöglicht die Verwendung eines einfach herzustellenden ringförmigen Blechformteiles, welches leicht und unter Zuhilfenahme von Schweißautomaten mit dem Gußformteil zu verschweißen ist.

Andere Ausgestaltungen sehen vor, daß zwischen den Schaufeln und den Scheibenteilen an sich bekannte Positioniermittel angeordnet sind. Diese an sich bekannte Maßnahme erleichtert bei der Verwendung von als Einzelteilen ausgebildeten, gegossenen Schaufeln, deren leichtere Positionierung an den Deckscheiben und/oder im Bereich der kräfteeinleitenden Nabe. Auf zusätzliche aufwendige Hilfsmittel zur Positionierung der Schaufeln bei einem Schweißvorgang kann demzufolge verzichtet werden.

Nach einer anderen Ausgestaltung sind mehrere Schaufeln gruppenweise zu einem einzigen Edelstahl-Gußformteil zusammengefaßt. Diese Maßnahme reduziert die Anzahl der für eine Montage notwendigen Schweißvorgänge in einfacher Weise, beispielsweise durch die Zusammenfügung einer Laufradbeschaufelung aus drei Schaufelgruppen.

Die Verwendung von Edelstählen erlaubt den Einsatz eines solchen Laufrades in den verschiedensten Förderbereichen. Als Edelstähle werden allgemein Stahlsorten angesehen, deren Chromgehalt über 12% liegen und die somit eine hohe Korrosionsbeständigkeit gegenüber aggressiven Fördermedien aufweisen. Durch ihre Eigenschaft, auf der Bauteiloberfläche eine Passivierungsschicht auszubilden, die bei Verletzungen neu gebildet wird, ergibt sich eine hohe Korrosionsbeständigkeit und damit ist eine lange Betriebsdauer gewährleistet. Dieser Werkstoff ermöglicht den Einsatz eines solchen Kreiselpumpenlaufrades zur Förderung verschiedener Medien, wodurch letztendlich mit einer geringeren Typenvielfalt eine größeres Einsatzgebiet für eine Kreiselpumpe möglich wird. Dadurch bedingte geringere Lager- und Verwaltungskosten gleichen einen eventuell höheren Materialpreis aus. Als vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn die als Gußformteile ausgebildeten Schaufeln oder ein mit Schaufeln ausgestattetes einteiliges Gußformteil im Wachsausschmelzverfahren erzeugt werden. Dadurch sind komplizierte und leistungsstarke Schaufelgeometrien in kostengünstiger Weise mit hoher Präzision und Genauigkeit herzustellen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen als Schnittdarstellungen von radialen Kreiselpumpenlaufrädern die

Fig. 1 + 3 Gußformteile bestehend aus Nabe, Schaufeln und nabenseitigen Deckscheiben, die

Fig. 2 + 4 Einzelheiten der Fig. 1 und 3, die

Fig. 5 die Verwendung von Einzelschaufeln und die

Fig. 6 eine perspektivische Darstellung des Schweißvorganges.

In der Fig. 1 ist ein einteiliges Gußformteil 1 dargestellt, welches aus einstückig mit Schaufeln 2, einem auf kleinerem Außendurchmesser endenden nabenseitigen Deckscheibenteil 3 und einer angegossenen Nabe 4 besteht. Die nabenseitige Deckscheibe 5 ist hierbei als einfacher Blechring gestaltet und mit den Schaufeln 2 und dem angegossenen Deckscheibenteil 3 verschweißt. Die nabenferne Deckscheibe 6 ist ebenfalls als ringförmig es Blechformteil ausgebildet und mit den Schaufeln 2 verschweißt. Die Schweißnähte 7, 8, mit denen die Schweißverbindung zwischen Deckscheiben 5, 6 dargestellt ist, werden von der Laufradaußenseite durch eine Strahlschweißung, beispielsweise Laserschweißung, erzeugt, wie es in Fig. 6 gezeigt ist.

In Fig. 2, die einen Schnitt gemäß II-II von Fig. 1 im Bereich einer Schaufel entspricht, ist diese Art der Schweißverbindung dargestellt. Die gegossene Schaufel 2 ist zwischen den Deckscheiben 5, 6 mit über die Schaufellänge durchgehenden Schweißnähten 7, 8 befestigt.

Die Ausführungsform der Fig. 3 zeigt ein Gußformteil 1, bei dem die Schaufeln 2, die nabenseitige Deckscheibe 3 und die Nabe 4 einstückig ausgebildet sind. Die Schaufeln können einen Verlauf bzw. eine Form aufweisen, die für den jeweiligen Einsatzzweck einem Optimum entsprechen. Deren Herstellung ist aufgrund der freien Zugänglichkeit den von den Schaufeln 2 und der Deckscheibe 3 gebildeten Schaufelkanäle 9 ohne Probleme möglich. Beispielsweise bei Verwendung des Wachsausschmelzverfahren zur Herstellung des Gußformteiles ergeben sich neben einer hohen Formgenauigkeit auch besonders strömungsgünstige Oberflächen.

Die Fig. 4, ein Schnitt gemäß Linie IV-IV von Fig. 3, zeigt die von außen erzeugte Schweißnaht 8, mit der eine Verbindung zwischen den Schaufeln 2 und der nabenfernen Deckscheibe 6 erfolgt. Somit ist es in einfacher Weise möglich, offen ausgebildete Schaufelkanäle 9 durch die nabenferne Deckscheibe 6 zu verschließen. Eine solche Lösung hat den Vorteil, daß durch eine einfache spanabhebende Bearbeitung des als Schaufelkopf bekannten Schaufelteiles, der mit der nabenfernen Deckscheibe 6 verbunden ist, die Schaufelhöhe und damit der Querschnitt der Schaufelkanäle 9 beeinflußt werden kann. Als Folge davon ist eine einfache Anpassung an gewünschte Pumpenleistungen möglich.

Die Fig. 5 zeigt ein Laufrad, dessen als einzelne Gußformteile ausgebildeten Schaufeln 2 mit als Blechformteile ausgebildeten nabenseitigen und nabenfernen Deckscheiben 6, 11 verschweißt sind. Die Schweißverbindungen erfolgen hierbei nach den bekannten Methoden. Je nach Bedarf sind an die als Gußformteile gestalteten Schaufeln 2 Positioniermittel 10 mit angegossen, die eine einfachere Fixierung an den Deckscheiben 6,11 ermöglichen. Die Nabe 4 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als übliches, spanabhebend erzeugtes Bauteil gestaltet, welches schweißtechnisch mit den Schaufeln 3 und der nabenseitigen Deckscheibe 11 verbunden ist.

Claims (8)

1. Kreiselpumpenlaufrad geschlossener, metallischer und mehrteiliger Bauart, wobei radial und/oder halbaxial ausgebildete Schaufeln (2) mit mindestens einer Deckscheibe schweißtechnisch verbunden sind und eine kräfteübertragende Laufradnabe (4) mit einer Nabenscheibe (3) und/oder den Schaufeln (2) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Gußformteile ausgebildete, aus einem schweißbaren Edelstahl-Gußwerkstoff bestehende Schaufeln (2) mit mindestens einer als Edelstahl-Blechformteil ausgebildeten Deckscheibe (6, 11) oder Deckscheibenteil (5) verschweißt sind.

2. Kreiselpumpenlaufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (2) und eine Nabenscheibe (3) oder ein Nabenscheibenteil (3.1) als einteiliges Gußformteil (1) ausgebildet sind.

3. Kreiselpumpenlaufrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Laufradnabe, Nabenscheibe und Schaufeln als einteiliges Gußformteil (1) ausgebildet sind.

4. Kreiselpumpenlaufrad nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabenscheibe (3.1) mehrteilig ausgebildet ist und ein auf größerem Durchmesser angeordneter Scheibenteil (5) als Edel­ stahl-Blechformteil ausgebildet und mit den Schaufeln (2) und den Nabenscheibenteil (3.1) verschweißt ist.

5. Kreiselpumpenlaufrad nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Schaufeln (2) und den Scheibenteilen (3, 3.1, 5, 6) an sich bekannte Positioniermittel (10) angeordnet sind.

6. Kreiselpumpenlaufrad nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Scheibenteile (3, 3.1, 5, 6) mit Aufnahmen für Positioniermittel (10) versehen sind.

7. Kreiselpumpenlaufrad nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Schaufeln (2) als ein einteiliges Edelstahl-Gußformteil ausgebildet sind.

8. Kreiselpumpenlaufrad nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gußformteile (1, 2) als Feingußteile ausgebildet sind.