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DE29721188U1 - Laufradkonfiguration für eine rotierende Verdrängerpumpe

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Priority date: 1997-11-29
Filing date: 1997-11-29
Publication date: 1998-02-05
Anticipated expiration: 2007-11-30

Description

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Laufradkonfiguration für eine rotierende Verdrängerpumpe

Die Neuerung betrifft eine Laufradkonfiguration für eine rotierende Verdrängerpumpe, mit einer Anzahl von über den Umfang einer Laufradnabe des Laufrades verteilten Pumpenfiügeln, wobei zwei benachbarte Pumpenflügel im Zusammenwirken mit einem Pumpengehäuse jeweils einen Zellenraum bilden, der sich durch Formänderung der Pumpenflügel beim Vorbeilaufen an einem Saugstutzen vergrößert und beim Passieren eines Druckstutzens verkleinert.

Ein Laufrad der gattungsgemäßen Art kommt beispielsweise in sogenannten &ldquor;Impeilerpumpen" zur Anwendung. Diese Pumpen finden unter anderem ihren Einsatz in Annahmesystemen von Milchsammelwagen, wo sie in der Annahmeleitung angeordnet sind und die Milch aus einem Anlieferungsbehältnis ansaugen und in einen Luftabscheider der Meßaniage überführen. Die Annahme- und Betriebsbedingungen erfordern in diesem Zusammenhang eine Pumpe, die einerseits selbstansaugend ist und damit die Annahmeleitung bis zur Pumpe entlüften kann, und die andererseits die Milch gegen den im Annahmesystem herrschenden Systemdruck fördern kann. Das Laufrad derartiger Impeilerpumpen ist in der Regel einstückig und aus elastomerem Material ausgebildet, so daß sich die über den Umfang der Laufradnabe verteilten Pumpenfiügel durch Formänderung an das sie umgebende Pumpengehäuse anpassen können. Zwei benachbarte Pumpenflügel bilden im Zusammenwirken mit dem Pumpengehäuse jeweils einen Zellenraum, der sich vergrößert, wenn er an einem Saugstutzen vorbeiläuft, und der sich verkleinert, wenn er einen Druckstutzen passiert. Vergrößerung des Zellenraumes hat Ansaugen, Verkleinerung hat Ausschub des Fördermittels zur Folge. Die zwischen Saug- und Druckstutzen gelegenen Teile des Pumpengehäuses sind derart ausgestaltet, daß sich in diesem Bereich der Zellenraum bei Drehung des Laufrades vom Saug- zum Druckstutzen nicht ändert.

Damit sich die Formänderung der Pumpenflügel im Rahmen zulässiger Beanspruchung des Laufrad- bzw. des Pumpenflügeimaterials bewegt, müssen die Pumpenflügel, die entgegen der Drehrichtung des Laufrades umgebogen werden, eine

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bestimmte Länge, im wesentlichen in radialer Erstreckungsrichtung, aufweisen. Dadurch wird durch zwei benachbarte Pumpenflügel jeweils ein Zellenraum gebildet, der hinsichtlich seines Volumens für die notwendige Förderleistung der Verdrängerpumpe nicht zwingend erforderlich ist. Insbesondere der im Bereich der Laufradnabe vorliegende Zellenraum wirkt sozusagen als schädlicher Raum; er wird durch die Formänderung der Pumpenflügel nicht nennenswert erfaßt. Das sich in diesem Bereich ansammelnde Fördermittel nimmt an der Förderung nicht teil, es wird allenfalls durch anderes Fördermittel substituiert.

Die höchste mechanische Beanspruchung erfahren die Pumpenflügel an ihrer Berührungsstelle mit dem Pumpengehäuse, an das sie sich jeweils in Abhängigkeit von der momentanen Drehposition anpassen müssen. Die an dieser Stelle auftretende Reibung führt in Verbindung mit der Biegebeanspruchung im Schaft des Pumpenflügels zu einer Temperaturerhöhung, die eine schnelJe Alterung und oftmals den Bruch einzelner Pumpenflügel, insbesondere im Bereich des Schaftes, bewirkt.

Bislang werden das Laufrad, der sogenannte &ldquor;Impeller", einstückig ausgeführt, so daß dieses Laufrad in der Regel bereits bei mehr als einem gebrochenen Pumpenflügel ausgetauscht werden muß. Eine derartige Maßnahme ist in jedem Falle mit relativ hohen Kosten verbunden.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Neuerung, das Laufrad (Impeller) für eine rotierende Verdrängerpumpe derart auszubilden, daß die Reparatur eines defekten Laufrades wartungsfreundlicher und mit geringeren Kosten verbunden ist, als dies mit bekannten Laufrädern bislang möglich ist.

Die Aufgabe wird durch die Kennzeichenmerkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorgeschlagenen Laufradkonfiguration sind Gegenstand der Unteransprüche.

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Die vorgeschlagene austauschbare Anordnung der Pumpenflügel in der Laufradnabe ergibt ein Laufrad, das in der Erstanschaffung zwar teurer ist als Laufräder nach dem Stand der Technik, jedoch wird dieser Kostennachteil im Laufe des Betriebes der Verdrängerpumpe mehr als kompensiert, da die Pumpenflügel, die als Verschleißteile nur eine begrenzte Lebensdauer haben, im Bedarfsfall leicht und kostengünstig ausgetauscht werden können.

Diese Austauschbarkeit wird dadurch sichergestellt und begünstigt, daß die Verbindung zwischen der Laufradnabe und dem jeweiligen Pumpenflügel form- und/oder kraftschlüssig mittels Nuten erfolgt, die in der Mantelfläche der Laufradnabe, dort hauptsächlich in Richtung der Laufradachse orientiert und über den Umfang verteilt, angeordnet sind. Bei einer formschlüssigen Verbindung werden beispielsweise T- oder schwaibenschwanzförmige Nutformen bevorzugt.

Die Trennung zwischen Laufradnabe und Pumpenflügel erlaubt die Herstellung dieser Bauteile des Laufrades aus den unterschiedlichsten Werkstoffen. In einer bevorzugten Ausführungsform, die eine lange Lebensdauer gewährleistet, besteht die Laufradnabe aus einem metallischem Werkstoff, insbesondere aus rostfreiem Stahl.

Die Pumpenflügel können demgegenüber aus einem für die jeweilige Anwendung geeignetsten Material ausgeführt werden, beispielsweise können sie durchgängig aus einem Elastomer bestehen. Die Standzeit und die Festigkeit des Pumpenflügels läßt sich dadurch steigern, daß er aus einem Verbundwerkstoff, insbesondere einem faserverstärkten Elastomer, hergestellt wird.

Darüber hinaus wird vorgeschlagen, daß der Pumpenfiüge! aus einem Kopfteil und einem Fußteil besteht, die stoffschlüssig miteinander verbunden sind, daß der Kopfteil aus einem Elastomer oder einem Verbundwerkstoff, insbesondere einem faserverstärkten Elastomer, und der Fußteii aus metallischem Werkstoff, insbesondere rostfreiem Stahl, hergestellt sind. In diesem Falle wird der wiederverwendbare Anteil des Pumpenflügels erhöht, da der Fußteil, der gleichzeitig als

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Paßteil fungiert, im Bedarfsfall von den Resten des verschleißanfäiligen Kopfteiles befreit und anschließend mit einem vollständigen Kopfteil rekonstruiert und der Wiederverwendung zugeführt werden kann.

Um den im Bereich der Laufradnabe vorliegenden Zellenraum, der teilweise als schädlicher Raum bei der Förderung in Erscheinung tritt, zu reduzieren, ist, gemäß einem weiteren Vorschlag, vorgesehen, zwischen den Pumpenflügeln an der Laufradnabe jeweils einen Verdrängerkörper anzuordnen, der sich im wesentlichen parallel zu den Pumpenflügeln und über deren gesamte Länge erstreckt, der in den Zellenraum eingreift und der in der Laufradnabe austauschbar angeordnet ist. Die Austauschbarkeit des Verdrängerkörpers ermöglicht seine Verwendung dort, wo dies aufgrund der Förder- und Annahmeverhältnisse angezeigt ist, wobei seine Form und Größe durch die gegebene Austauschbarkeit leicht variiert und angepaßt werden können.

Der Austausch der Pumpenfiügel und/oder der Verdrängerkörper läßt sich noch kostengünstiger gestalten, wenn, wie dies ebenfalls vorgeschlagen wird, sowohl der Pumpenflügel als auch der Verdrängerkörper in einer Länge hergestellt werden, die wenigstens die zweifache Länge des im Pumpengehäuse zum Einsatz kommenden Pumpenflügels beziehungsweise Verdrängerkörpers aufweist.

Zweckmäßig wird der Pumpenflügei oder der Verdrängerkörper in Form einer sogenannten Meterware hergestellt. Dies kann in Form von einzelnen Längen, die mehrere Meter messen, oder in Form einer aufrollbaren Endlosware erfoigen. Die an Stelle der defekten Pumpenflügel neu in die Laufradnabe einzusetzenden Pumpenflügel werden dann entsprechend der erforderlichen Länge vom angelieferten Ausgangsmaterial abgelängt und in die Nuten der Laufradnabe eingeschoben.

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Zwei Ausführungsbeispieie der Neuerung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend kurz erläutert. Es zeigen

Figur 1 einen Querschnitt durch ein Laufrad nach dem Stand der Technik; Figur 2 einen Querschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform einer Laufradnabe gemäß der Neuerung;

Figur 3 eine erste Ausführungsform eines Pumpenflügels, der in die Laufradnabe gemäß Figur 2 einsetzbar ist und

Figur 4 eine zweite Ausführungsform eines aus einem Kopfteil und einem Fußteii bestehenden Pumpenflügeis, ebenfalls einsetzbar in die Laufradnabe gemäß Figur 2.

In einem Pumpengehäuse 1 (Figur 1) befindet sich ein Laufrad 2. Im Bereich zwischen einem Saugstutzen 1a (Eintritt E) und einem Druckstutzen 1b (Austritt A) ist eine im übrigen Gehäusebereich als Kreiskontur 1 c vorliegende Gehäusegeometrie um das Maß c auf eine Kontur 1d abgeflacht. In Folge dieser Abflachung erfahren Pumpenflügel 2b des Laufrades 2 eine entgegen der Drehrichtung D orientierte Formänderung (Biegung). Dadurch vergrößert sich ein zwischen zwei Pumpenflügein 2b gebildeter Zellenraum 3, wenn dieser an dem Saugstutzen 1a vorbeiiäuft; er verkleinert sich, wenn er den Druckstutzen 1 b passiert. Die Pumpenflügel 2b bestehen aus einem Schaft 2c und einem Kopf 2d. An seinem dem Kopf 2d abgewandten Ende ist der Schaft 2c mit einer Laufradnabe 2a stoffschlüssig verbunden. Der Kopf 2d, der gegenüber der Dickenabmessung des Schaftes 2c etwas vergrößert ist und zweckmäßigerweise kreisförmigen Querschnitt aufweist, wird infolge der Fliehkräfte bei der Drehung D des Pumpenlaufrades 2 an die Kreiskontur 1c und verstärkt an die abgeflachte Kontur 1d des Pumpengehäuses 1 angepreßt.

Die Laufradkonfiguration gemäß der Neuerung besteht aus einer Laufradnabe 6 (Figur 2), in deren Mantelfläche, dort hauptsächlich in Richtung der Laufradachse orientiert und über den Umfang verteilt, einer Anzahl von Nuten 6a eingearbeitet sind. Die dargestellten Nuten 6a haben T-förmigen Querschnitt. Es sind jedoch

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jedwede andere Nutformen ausführbar, die eine geeignete form- und/oder kraftschlüssige Verbindung zwischen der Laufradnabe 6 und dem jeweiligen Pumpenflügel 4 oder 5 (siehe Figuren 3 und 4) sicherstellen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Laufradnabe 6 aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus rostfreiem Stahl, hergestellt.

Der Pumpenflügel 4 (Figur 3) besteht aus einem Schaft 4a, einem Kopf 4b mit vorzugsweise kreisförmigem Querschnitt und einem Fuß 4c, der mit der jeweiligen Form der Nut 6a korrespondiert. Dabei ist sichergestellt, daß der Fuß 4c und ein Teil des an diesen angrenzenden Schaftes 4a spaltfrei in der Nut 6a Aufnahme finden. In einer ersten Ausführungsform ist der Pumpenflügel 4 durchgängig aus einem Elastomer hergestellt. Die Standzeit und die Festigkeit des Pumpenflügeis 4 werden erhöht, wenn dieser durchgängig aus einem Verbundwerkstoff, insbesondere einem faserverstärkten Elastomer, besteht.

Während die Ausführungsform des Pumpenflügels 4 gemäß Figur 3 bei Verschleiß oder gar Bruch insgesamt nicht wiederverwendbar ist, läßt sich der Pumpenfiügel 5 (Figur 4), der aus einem Kopfteil 5.1 und einem Fußteil 5.2 besteht, die stoffschlüssig miteinander verbunden sind, unter Wiederverwendung des Fußteiles 5.2 rekonstruieren, in der Regel unterliegt der Kopf 5.1b des Kopfteiles 5.1 einem relativ hohen Reibverschleiß, während der Schaft 5.1a des Kopfteiles 5.1 aufgrund von Alterungseinflüssen eher reißt oder gar bricht. Der Fußteil 5.2 besteht aus einem Fuß 5.2a und einem Fußschaft 5.2b. Dabei fungiert der Fuß 5.2a als Paßteii, welches in der Nut 6a der Laufradnabe 6 Aufnahme findet und diese spaltfrei wenigstens im Bereich ihrer Mantelfläche ausfüllt. Der Fußschaft 5.2b weist in radialer Richtung eine derartige Erstreckung auf, daß an ihm der Kopfteil 5.1 stoffschlüssig, beispielsweise durch Aufvulkanisieren oder Aufkleben, verbunden werden kann.

Claims

ft &diams;· t * ·· »·*&diams; 562SW33 .··«:, : &idigr; .'.,j j* Schutzansprüche

1. Laufradkonfiguration für eine rotierende Verdrängerpumpe, mit einer Anzahl von über den Umfang einer Laufradnabe des Laufrades verteilten Pumpenfiügeln, wobei zwei benachbarte Pumpenfiügel im Zusammenwirken mit einem Pumpengehäuse jeweils einen Zellenraum bilden, der sich durch Formänderung der Pumpenflügel beim Vorbeilaufen an einem Saugstutzen vergrößert und beim Passieren eines Druckstutzens verkleinert, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Pumpenflügel (4;5) in der Laufradnabe (6) austauschbar angeordnet ist.

2. Laufradkonfiguration nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen der Laufradnabe (6) und dem jeweiligen Pumpenflügei (4;5) form- und/oder kraftschlüssig mitteis Nuten (6a) erfolgt, die in der Mantelfläche der Laufradnabe (6), dort hauptsächlich in Richtung der Laufradachse

orientiert und über den Umfang verteilt, angeordnet sind. 15

3. Laufradkonfiguration nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufradnabe (6) aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus rostfreiem Stahl, besteht.

4. Laufradkonfiguration nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenfiügel (4) durchgängig aus einem Elastomer besteht.

5. Laufradkonfiguration nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenflügel (4) durchgängig aus einem Verbundwerkstoff, insbesondere einem faserverstärkten Elastomer, besteht.

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6. Laufradkonfiguration nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenflügel (5) aus einem Kopfteil (5.1) und einem Fußteil (5.2) besteht, die stoffschlüssig miteinander verbunden sind, daß der Kopfteil (5.1) aus einem Elastomer oder einem Verbundwerkstoff, insbesondere einem faserverstärkten Elastomer, und der Fußteil (5.2) aus metallischem Werkstoff, insbesondere rostfreiem Stahl, hergestellt sind.

7. Laufradkonfiguration nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Pumpenflügeln (4;5) an der Laufradnabe (6) jeweils ein Verdrängerkörper vorgesehen ist, der sich im wesentlichen parallel zu den Pumpenflügeln und über deren gesamte Länge erstreckt, der in den Zellenraum (3) eingreift und der in der Laufradnabe (6) austauschbar angeordnet ist.

8. Laufradkonfiguration nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenflügel in einer Länge hergestellt wird, die wenigstens die zweifache Länge des im Pumpengehäuse (1) zum Einsatz kommenden Pumpenflügels (4;5) aufweist (sog. Meterware).

9. Laufradkonfiguration nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängerkörper in einer Länge hergestellt wird, die wenigstens die zweifache Länge des im Pumpengehäuse (1) zum Einsatz kommenden Verdrängerkörpers aufweist (sog. Meterware).