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Die
Erfindung betrifft eine Pumpe mit einem Laufrad mit Flügeln, die
auf einer einer Einlaßseite der
Pumpe zugewandten Seite eine erste Schneidkante aufweisen, die mit
mindestens einer an der Einlaßseite
der Pumpe angeordneten zweiten Schneidkante bei rotierendem Laufrad
in Schneidbeziehung steht, wobei die Pumpe mindestens eine Einlaßöffnung an
der Einlaßseite
aufweist.
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Aus
der
EP 0 774 045 B1 ist
eine Kreiselpumpe der eingangs genannten Art bekannt, bei der ein
Radial-Laufrad zwischen der mit zwei Einlaßöffnungen versehenen Einlaßseite und
einer geschlossenen Seite einer Pumpenschüssel angeordnet ist. Eine geschärfte Einlaßkante jedes
Laufradflügels wirkt
mit einer Umfangskante jeder Einlaßöffnung in der Weise zusammen,
daß eine
Schneidwirkung erreicht wird. An der geschlossenen Seite der Pumpenschüssel sind
zusätzlich
Schneidflächen
an der Wand der Pumpenschüssel
vorgesehen, die mit Schneidflächen
an den Flügeln
zusammenwirken. Weiter ist vor der Einlaßöffnung der Pumpenschüssel ein
externer Schneider angeordnet, der ebenfalls in enger Schneidbeziehung
zu Schneidkanten an der Einlaßplatte
steht. Die Pumpe soll beispielsweise dazu geeignet sein, in Wasser
eingebrachten medizinischen Abfall zu zerhacken und zu pumpen.
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Aus
der
GB 155 19 18 ist
eine Abwasserpumpe bekannt, bei der im Nabenbereich eines Zentrifugallaufrades
mit zwei geschlossenen Seitenwänden
zylindrische Klingen mit spiralförmigen
Schneidkanten angeordnet sind. Diese Schneidkanten wirken mit den
radial inneren Kanten der quer zu den Seitenwänden des Laufrades verlaufenden
Schaufelwänden
scherend zusammen. Dadurch wird faseriges Material, welches sich
um die Nahe des Laufrades wickeln könnte, durchtrennt. Zusätzlich ist
optional ein externer Schneider vorgesehen, der vor einer Einlaßkammer
der Pumpe angeordnet ist und Klingen aufweist, die über Einlaßöffnungen
der Einlaßkammer
streichen. Der Schneider ist mittels Federdruck an die Einlaßöffnungen
angedrückt
und kann im Falle von Hindernissen zurückweichen.
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Die
Erfindung befaßt
sich insbesondere mit einer Pumpe, die am Maschinenbett einer Werkzeugmaschine
installiert ist und dazu dient, die Kühlflüssigkeit für die Werkzeugmaschine, die
sich in dem Flüssigkeitsbecken
im Maschinenbett sammelt, abzupumpen, damit sie – ggf. mit Hilfe einer weiteren Pumpe – erneut
dem Werkzeug zugeführt
werden kann. Für
diesen Anwendungszweck haben sich Kreiselpumpen in Radialbauweise
mit offenen Laufradflügeln
als besonders geeignet erwiesen, da sie im Hinblick auf in der Kühlflüssigkeit
enthaltene Schwebeteilchen, wie Späne und dergleichen relativ störungsunanfällig sind.
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Auf
Werkzeugmaschinen wird in den letzten Jahren zunehmend Leichtmetall,
beispielsweise Aluminium, bearbeitet, so etwa im Automobilbau. Die
bei der Bearbeitung von Leichtmetall anfallenden Späne können eine
vergleichsweise hohe Länge
erreichen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, eine Pumpe zu schaffen, mit der mit
Leichtmetallspänen verunreinigte
Kühlflüssigkeit
zuverlässig
und mit hoher Leistung abgepumpt werden kann.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Pumpe der eingangs genannten Art gelöst, bei der das Laufrad als
Axial-Laufrad zum Ansaugen von Flüssigkeit durch die Einlaßöffnung ausgebildet
ist.
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Das
Axial-Laufrad hat somit zwei Funktionen: Es saugt die Flüssigkeit
in die Pumpe und zerschneidet oder zerhackt gleichzeitig in der
Flüssigkeit enthaltene
Späne oder
sonstige Verunreinigungen. Gegenüber
einer Pumpe mit einem externen Schneider wird eine höhere Pumpleistung
erreicht. Zudem hat das Axial-Laufrad insbesondere bei einer Anordnung
mit vertikal orientierter Laufrad-Drehachse und nach unten weisender
Einlaßöffnung eine
sehr hohe Saug- und Schlürf-Wirkung,
wenn sich beispielsweise die Einlaßöffnung als Ansaugöffnung etwa
in Höhe
des Flüssigkeitsspiegels
in einem Flüssigkeitsbecken
befindet. Durch das Axial-Laufrad erfolgt ein zuverlässiger Transport
beispielsweise in eine nachgeschaltete Pumpenkammer, ohne daß die Flüssigkeit
störenden
Fliehkräften
ausgesetzt ist. Vorteilhaft ist außerdem, daß das Axial-Laufrad große Einlaßöffnungen
erlaubt, was wiederum zur Leistungssteigerung beiträgt.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Vorzugsweise
ist die mindestens eine an der Einlaßseite der Pumpe angeordnete
zweite Schneidkante an einem von radial außen in die Einlaßöffnung hineinragenden
Finger ausgebildet. Dadurch kann beispielsweise ein Nabenbereich
des Laufrades frei zugänglich
sein.
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Bevorzugt
sind die mindestens eine an der Einlaßseite der Pumpe angeordnete
zweite Schneidkante und die erste Schneidkante des mindestens einen
Flügels
als scherend zusammenwirkende Schneidkanten ausgebildet. Besonders
bevorzugt sind die Schneidkanten dazu ausgebildet, daß bei Rotation
des Axial-Laufrades die Scherwirkung zwischen sich begegnenden ersten
und zweiten Schneidkanten im wesentlichen von radial innen nach
radial außen
fortschreitend einsetzt. Dies kann beispielsweise bei einer annähernd sich
radial erstreckenden ersten Schneidkante dadurch erreicht werden,
daß die
zweite Schneidkante von der radialen Richtung in Rotationsrichtung
des Laufrades abweicht. Sie kann dazu beispielsweise spiralförmig gebogen
sein.
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Vorzugsweise
sind die ersten Schneidkanten der Flügel an einer Schneidfläche des
Laufrades ausgebildet, die einen ringförmigen Nabenbereich des Laufrades
umfaßt,
und die zweite Schneidkante erstreckt sich nach radial innen mindestens
bis zum Nabenbereich. Dabei ragt beispielsweise die erste Schneidkante über eine
Außenkante
der Einlaßöffnung hinaus.
Dadurch wirkt die Schneidfläche
mit den ersten Schneidkanten so mit der zweiten Schneidkante und
der Außenkante
der Einlaßöffnung zusammen,
daß sie
beim Schneidvorgang jeweils ein sich schließendes Fenster bilden. Dadurch
erfolgt ein zuverlässiges
Durchtrennen von längeren
Spänen, so
daß die
Länge der
in die Pumpe geratenden Spanabschnitte auf ein bestimmtes Mal begrenzt
wird.
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Die
Flügel
des Axial-Laufrads sind vorzugsweise schraubenförmig ausgebildet.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Pumpe eine Kreiselpumpe und weist eine Pumpenkammer mit
einem das Axial-Laufrad aufnehmenden Ansaugstutzen auf, wobei die
Pumpenkammer einen axial versetzt angeordneten, mit Radialflügeln bestückten, radial
vorspringenden Teil des Laufrades oder ein weiteres Laufrad aufnimmt,
der oder das als ein dem Axial-Laufrad nachgeordnetes Radial-Laufrad
ausgebildet ist. Eine Kombination eines Axial-Laufrades und eines
Radial-Laufrades erlaubt eine besonders hohe Förderleistung, bei der zugleich
aufgrund des Axial-Laufrades eine hohe Saug- und Schlürfwirkung
gegeben ist.
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Gemäß einer
Weiterentwicklung der Erfindung weist die mindestens eine erste
Schneidkante und/oder die mindestens eine zweite Schneidkante Zähne auf.
Vorzugsweise weist die erste Schneidkante die Zähne auf.
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Ein
Verfahren zum Abpumpen von mit Metallspänen verunreinigten Kühl-/Schmier-Stoffen, bei dem
die Metallspäne
beim Pumpen durch an einem Pumpenlaufrad angeordnete Schneidelemente
zerhackt werden, kann beispielsweise dank der erfindungsgemäßen Pumpe
durchgeführt
werden.
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Bei
einem solchen Verfahren stehen vorzugsweise die Schneidelemente
mit an einer von den Kühl-/Schmier-Stoffen
durchströmten
Einlaßöffnung angeordneten
weiteren Schneidelementen in Schneidbeziehung.
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Im
folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 einen
axialen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Kreiselpumpe;
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2 eine
Draufsicht auf eine Einlaßöffnung der
Kreiselpumpe; und
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3 eine
Draufsicht auf eine Einlaßöffnung eines
anderen Ausführungsbeispiels
einer Kreiselpumpe.
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Die
in 1 dargestellte Kreiselpumpe weist ein im wesentlichen
zylindrisches Gehäuse 10 auf, das
am unteren Ende mit einem angeflanschten Kopfstück 12 versehen ist
und mit diesem Kopfstück 12 in
ein nicht gezeigtes Flüssigkeitsbecken
im Maschinenbett einer Werkzeugmaschine eintaucht. In dem Kopfstück 12 ist
eine Pumpenkammer 14 ausgebildet, die ein Radial-Laufrad 16 aufnimmt.
In dem Gehäuse 10 ist
mit einem Lager 17 koaxial eine Welle 18 gelagert,
deren oberes Ende mit einem nicht gezeigten Antriebsmotor verbunden
ist und in nicht gezeigten Festlagern gelagert ist. Diese bestimmen
die axiale Position der Welle 18. Auf dem unteren Ende der
Welle 18 ist die Nabe 20 des Laufrades 16 aufgekeilt.
An einer Wand 22 des Kopfstücks 12, die den unteren
Bereich der Pumpenkammer 14 bildet, ist ein koaxial zu
dem Laufrad 16 und der Welle 18 nach unten vorspringender
Ansaugstutzen 24 ausgebildet.
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Das
Laufrad 16 ist ein halboffenes Laufrad, das mit nach unten
offenen Flügeln 26 bestückt ist. Diese
sind derart angestellt, daß die
in dem Ansaugstutzen 24 vorhandene Flüssigkeit angesaugt und radial
nach außen
in einen Ringraum 28 oberhalb des äußeren Umfangs der Pumpenkammer 14 gefördert wird.
Aufgrund des so in der Ringkammer 28 erzeugten Flüssigkeitsdrucks
strömt
die Flüssigkeit
in Richtung des Pfeiles B in einem in dem Gehäuse 10 ausgebildeten
Startkanal 30 nach oben zu einem nicht gezeigten Pumpenauslaß.
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An
der inneren Seitenwand des Ansaugstutzens 24 stehen an Öffnungen 31 mehrere
in der Wand des Ansaugstutzens 24 in Umfangsrichtung verteilte
Entlüftungskanäle 32 mit
der Pumpenkammer 14 in Verbindung. Am unteren Ende des
Ansaugstutzens 24 ist eine Einlaßplatte 34 angeordnet, an
deren Unterseite die Entlüftungskanäle 32 enden. Die
Einlaßplatte 34 schließt die Pumpenkammer 24 nach
unten ab und weist eine Einlaßöffnung 36 auf.
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In
dem Ansaugstutzen 24 ist ein mit schraubenförmig ausgebildeten
Flügeln 38 bestücktes Axial-Laufrad 40 an
einem Fortsatz der Welle 18 angeordnet, welches in 1 nur
teilweise aufgeschnitten dargestellt ist. Das Axial-Laufrad 40 fördert die
Flüssigkeit
in Richtung der Pfeile A vom unteren Ende des Ansaugstutzens 24 durch
die Einlaßöffnung 36 axial
nach oben in den inneren Bereich der Pumpenkammer 14. Auf
diese Weise wird die Förderleistung der
Pumpe stark erhöht.
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2 zeigt
eine Ansicht von unten in 1, wobei
die Einlaßplatte 34 und
das dahinter angeordnete Axial-Laufrad 40 mit drei Flügeln 38 dargestellt sind.
Die Öffnungen
von sechs Entlüftungskanälen 32 sind
zu erkennen. Drei dieser Entlüftungskanäle 32 werden
jedoch von Schrauben 50 (1) ausgefüllt, mit
denen die Einlaßplatte 34 an
dem Kopfstück 12 verschraubt
ist.
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Die
Einlaßplatte 34 ist
im wesentlichen ringförmig
mit zwei radial von außen
in die Einlaßöffnung 36 hineinragenden
Fingern 52. Die Finger 52 sind spiralförmig gebogen,
wobei sie von innen nach außen
von der radialen Richtung in Rotationsrichtung (Pfeil C) des Laufrades
abweichen. An ihrer Unterseite sind die Kanten der Einlaßöffnung 36 abgerundet, wie
insbesondere an den in 1 geschnitten dargestellten
Fingern 52 zu erkennen ist.
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In 2 ist
die Unterseite des Axial-Laufrades 40 zu sehen, die durch
eine schraffiert dargestellte Schneidfläche 54 gebildet wird.
Die Schneidfläche 54 umfaßt die Unterseite
der Flügel 38 und
einen ringförmigen
Nabenbereich 56. An den Flügeln 38 bildet die Schneidfläche 54 jeweils
erste Schneidkanten 58, die mit an den Fingern 52 ausgebildeten
zweiten Schneidkanten 60 in Schneidbeziehung stehen. Da die
er sten Schneidkanten 58 im wesentlichen radial verlaufen,
die zweiten Schneidkanten 60 jedoch von der radialen Richtung
in Rotationsrichtung des Laufrades spiralförmig abweichen, wirken bei
Rotation des Axial-Laufrades 40 die ersten Schneidkanten 58 und
die zweiten Schneidkanten 60 jeweils scherend zusammen.
Dabei setzt die Scherwirkung zwischen sich begegnenden ersten und
zweiten Schneidkanten im wesentlichen von radial innen nach radial
außen
fortschreitend ein. Im äußeren Bereich
verlaufen die zweiten Schneidkanten 60 jedoch entlang einer Krümmung entgegen
der Laufrichtung (Pfeil C) des Axial-Laufrades 40.
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Die
ersten Schneidkanten 58 erstrecken sich mit den Fingern 52 nach
radial außen über einen
maximalen Öffnungsradius
der Einlaßöffnung 36 hinaus, wie
in 2 gestrichelt dargestellt ist. Die zweiten Schneidkanten 60 erstrecken
sich nach innen bis in den Nabenbereich 56. Dadurch entstehen
jeweils beim Bewegen einer ersten Schneidkante 58 in Richtung
auf eine zweite Schneidkante 60 von den Kanten der Einlaßöffnung 36 und
der Schneidfläche 54 gebildete
Fenster, die sich während
des Schneidvorganges vollständig
schließen.
Dadurch werden lange Späne
zuverlässig
durchtrennt.
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Die
Flügel 38 und
die Finger 52 sind im Bereich der ersten und zweiten Schneidkanten 58, 60 beispielsweise
aus gehärtetem
Stahl mit einem Härtewert
nach Rockwell von 60 HRC gefertigt. Die Härte und der axiale Abstand
zwischen den ersten Schneidkanten 58 und den zweiten Schneidkanten 60 ist
je nach Einsatzzweck der Pumpe zu bestimmen. Denkbar ist auch ein
schleifender Betrieb der Schneidfläche 54 auf der Einlaßplatte 34.
Der axiale Abstand zwischen den ersten und zweiten Schneidkanten 56, 58,
kann mittels Distanzblechen eingestellt und variiert werden. Beispielsweise
werden die Distanzbleche von außen
zwischen der Einlaßplatte 34 und
dem Kopfstück 12 eingefügt, so daß der Abstand
zwischen der Einlaßplatte 34 und
der Schneidfläche 54 verändert wird.
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Das
in 3 gezeigte Ausführungsbeispiel entspricht im
wesentlichen dem anhand der 1 und 2 beschriebenen
Ausführungsbeispiel.
Die Schneidkanten 58 der Schneidflächen 54 der Flügel 38 sind
jedoch mit beispielsweise sägezahnförmigen Zähnen 62 versehen,
die dafür
sorgen, daß etwaige Späne durch
die Zähne 62 erfasst
und mitgeführt werden,
beim Schneidvorgang festgehalten werden und dann zertrennt werden.
Dadurch wird verhindert, daß die
Späne sich
beim Schließen
der von den Kanten der Einlaßöffnung 36 und
der Schneidfläche 54 gebildeten
Fenster entlang einer Schneidfläche,
beispielsweise nach radial außen
verschieben. Die Zäh ne 62 führen somit
zu einer gleichmäßigeren
Beanspruchung der Schneidkanten 58 und 60 und
erhöhen
außerdem
die Wirksamkeit der Schneidkanten 58 und 60.
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Die
Zähne können alternativ
oder zusätzlich auch
an den Schneidkanten 60 der Finger 52 vorgehen
sein.
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Abweichend
von den beschriebenen Ausführungsbeispielen
kann die Einlaßplatte 34 beispielsweise
auch an zusätzlichen
Befestigungsbohrungen des Kopfstücks 12 oder
auf andere Art und Weise befestigt sein.
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Das
Axial-Laufrad 40 ist in den gezeigten Beispielen unterhalb
des Radial-Laufrades 16 auf der Welle 18 befestigt.
Es kann jedoch auch ein gesonderter Antrieb für das Laufrad 40 vorhanden
sein. Andererseits kann das Axiallaufrad 40 auch in einem Stück mit dem
Radial-Laufrad 16 ausgebildet sein.
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Die
in 1 oberhalb der radialen Enden der Flügel 26 des
Laufrades 16 angeordnete Ringkammer 28 kann alternativ
auch um den Umfang des Laufrades 16 herum angeordnet sein.
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Während weiterhin
in den gezeigten Ausführungsbeispielen
eine einstückige
Kreiselpumpe mit nur einem Radial-Laufrad 16 vorgesehen
ist, kann die Erfindung auch bei mehrstufigen Kreiselpumpen eingesetzt
werden. Ebenso ist die Erfindung auch bei Pumpen, die lediglich
mit einem oder mehreren Axial-Laufrädern ausgestattet sind, einsetzbar.
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Selbstverständlich sind
auch weitere Ausführungsformen
der Schneidkanten 58, 60 und der Einlaßplatte 34 denkbar.
So kann etwa anstelle von zwei gekrümmten Fingern 52 eine
sich durch den Nabenbereich 56 erstreckende Strebe vorgesehen
sein.