DE3731161C2 - Kreiselpumpenlaufrad - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kreiselpumpenlaufrad gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Laufräder von Kreiselpumpen lassen sich auf verschiedene Art und Weise herstellen. Bei den sogenannten geschlossenen Laufrädern sind zwischen zwei Deckscheiben Schaufeln ange­ ordnet, welche die Laufradkanäle bilden. Diese Laufräder werden im allgemeinen als Guß- oder Blechkonstruktion hergestellt. Die Gußkonstruktion hat den Nachteil, daß Laufräder kleiner Austrittsbreiten mit diesem Verfahren nicht hergestellt werden können, da es Schwierigkeiten mit den sehr engen, den Querschnitt der Schaufelkanäle bestimmenden Gußkernen gibt. Für dieses Problem bietet die GB-PS 537 727 eine Lösung an, dergestalt, daß gewissermaßen ein sogenanntes offenes Laufrad erstellt wird, welches mit Hilfe einer als separates Bauteil ausgebildeten Deckscheibe zu einem geschlossenen Laufrad umgebaut wird. Hierfür wird eine als Gußstück ausgebildete Deckscheibe mit angegossenen Schaufeln erzeugt, welches ohne Verwendung komplizierter Teile möglich ist. Die so erstellbare geringe Höhe der Schaufeln und die nachträglich angebrachte Deckscheibe, die Jeweils an mehreren Stellen mit den Schaufeln vernietet oder verschraubt wird, ergibt Laufräder mit engen Querschnitten.

Die DE-PSen 5 09 458 und 7 37 000 zeigen Laufräder, deren schaufellose saugseitige Deckscheiben an beschaufelten druckseitigen Deckscheiben anliegen und lösbar mit den Laufradnaben verbunden sind. Hierbei handelt es sich um Pumpen für den Einsatz im Bereich der Lebensmitteltechnik, bei denen zwecks besserer Reinigung eine Zugänglichkeit zum Laufradinneren und damit eine abnehmbare Laufraddeckscheibe erforderlich ist.

Durch die DE-PS 9 06 975 ist eine Spezialkonstruktion eines Verdichterlaufrades bekannt. Es besteht aus einer kräfteeinleitenden Deckscheibe und daran zu befestigenden, als Einzelteile ausgebildeten Schaufeln. Ein als separates Bauteil ausgebildeter Saugmund ist an die Schaufeln angeschweißt. Die Schrift erteilt die Lehre, eine saugseitige und schaufellose Laufraddeckscheibe immer senkrecht zur Laufraddrehachse anzuordnen, damit sie von Fliehkräften entlastet wird. Die schaufellose Deckscheibe liegt an den Schaufeln an und ist an ihrem äußeren Umfang mit den Schaufeln verschweißt oder vernietet. Ihr innerer Umfang wird durch den Saugmund an die Schaufeln gepreßt. Eine entsprechende Aussparung am Saugmund bewirkt gewissermaßen ein Einklemmen der Deckscheibe. Eine Auslenkung der Deckscheibe aus ihrer senkrechten Einbaulage wird damit verhindert.

Aus der US-PS 18 49 557 ist bekannt, einen gießtechnisch gerade noch herstellbaren beschaufelten Grundkörper zu produzieren, bei dem im Bereich des Laufradaustrittes die Schaufeln freiliegend angeordnet sind. Durch z. B. mechanische Bearbeitung der frei liegenden Schaufelteile wird die Schaufelbreite auf das hydraulisch erforderliche Maß gebracht und anschließend das Laufrad mittels separater Deckscheibenteile abgedeckt.

Die GB-PS 728 972 zeigt ein aus mehreren starkwandigen Teilen zusammengesetztes Kreiselpumpenlaufrad, bei dem zur Vermeidung von Kavitationsschäden im Einlaufbereich die strömungs­ führenden Teile mit Beschichtungen aus Edelstahl bzw. bei denen die Verwendung von Teilen aus Edelstahl erfolgt. Zu diesem Zweck ist die saugseitige Deckscheibe zweiteilig ausgebildet, wobei ein den Saugmund bildender zylindrischer Einlaufring mit einer gebogenen Laufraddeckscheibe flüssigkeits­ dicht verschweißt ist. Die Schaufeln selbst wiederum sind mit der saug- und druckseitigen Deckscheibe durchgehend verschweißt.

Andere bekannte Lösungen, beispielsweise die US-PS 23 44 444, sehen Laufräder vor, die gänzlich als Blechkonstruktion erstellt werden, wobei die Laufräder aus mehreren Einzelteilen zusammengesetzt sind. Diese Laufräder finden überwiegend Verwendung im Bereich der sogenannten Haustechnik, Bereiche also, in denen nur geringe Pumpenleistungen vorherrschen. Die Verwendung von in Blechbauweise erstellten Laufrädern für größere Leistungsbereiche, z. B. Chemienormpumpen und dgl., bereitet insofern Schwierigkeiten, als die Laufräder den dort auftretenden Belastungen festigkeitsmäßig nicht gewachsen sind. Anrisse und vollständiges Reißen der Schweißstellen infolge von Überlastungen, Vibrationen und dgl. sind die Folgen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für aus einzelnen Blechteilen zusammengefügte Kreiselpumpenlaufräder eine Konstruktion zu finden, die für hohe Drehzahlen (bis ca. 4300 U/min) geeignet und unempfindlich gegen statische und dynamische Belastungen ist. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches.

Durch die Anbringung eines als separates Bauteil ausgebildeten Saugmundes im Eintrittsbereich des Laufrades wird eine sehr steife Eintrittspartie erzeugt. Der verbleibende offene Laufradbereich wird mittels schaufelloser Deckscheibe verschlossen, welche an den Schaufeln anliegt und daran befestigt ist. Das Merkmal, daß die schaufellose Deckscheibe nicht mit dem Saugmund verbunden ist, ermöglicht die Herstellung sehr hoch belastbarer Kreiselpumpenlaufräder. Die bisher bekannten Lösungen sehen vor, daß zur Erreichung der erforderlichen Festigkeit die einzelnen Laufradteile durch eine Vielzahl von Verbindungen, vorzugsweise Schweißverbindungen, zusammengehalten werden. Zur Erhöhung der Festigkeit wurde dann die Anzahl der Schweißverbindungen vergrößert bzw. versteifende Teile vorgesehen.

Im völligen Gegensatz dazu liegt die erfindungsgemäße Lösung. Als wesentlich wurde erkannt, daß eine gute Verbindung zwischen den Schaufeln und der krafteinleitenden Deckscheibe erforderlich ist. Zur Vermeidung von Verspannungen bzw. von Verformungen des Laufrades, welche für ein Reißen der Einzelteile im Bereich der Verbindungen verantwortlich sind, dient die erfindungsgemäße Gestaltung. Die sehr hohen Belastungen im Laufradeintrittsbereich werden durch den sehr steifen Verband zwischen dem Saugmund und der Beschaufelung zuverlässig aufgenommen. Infolge der Verwendung einer vom Laufradeintrittsbereich entkoppelten, den verbleibenden Laufradbereich abdeckenden schaufellosen Deckscheibe, wird den im Laufradaustrittsbereich vorherrschenden geringerem Belastungsniveau Rechnung getragen. Dementsprechend verhindert die Entkoppelung eine Übertragung der unterschied­ lichen Verformungen auf das jeweils andere Teil.

Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, daß die schaufellose Deckscheibe mit den Schaufeln verschweißt ist. Als vorteilhaft hat sich eine weitere Ausgestaltung der Erfindung erwiesen, derzufolge Schweißstellen für die Befestigung der schaufellosen Deckscheibe an den Schaufeln in gleichem Abstand zur Drehachse angebracht sind. Gegenüber den bisher bekannten Ausführungs­ formen, die eine Vielzahl von Verbindungen zwischen einer Schaufel und den Laufraddeckscheiben vorsahen, stellt diese Lösung eine Abkehr von den üblichen Konstruktionsprinzipien dar. Durch die Reduzierung der Verbindungspunkte bzw. Schweißstellen an der schaufellosen Deckscheibe auf ein für die Befestigung derselben notwendiges Minimum wird eine Elastizität bewirkt, welche einen Ausgleich von im Betrieb auftretenden Verformungen ermöglicht.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Befestigungsstelle für den Saugmund auf einer Kegelmantelfläche liegt, deren mit der Drehachse gebildete halbe Kegelwinkel α einen Wert zwischen 40° und 65° aufweist, wobei der Schnitt­ punkt der Kegelmantelfläche mit der Drehachse durch ein auf der Außenseite der beschaufelten Deckscheibe vom Laufrad­ außendurchmesser auf die Drehachse gefälltes Lot definiert ist. Versuche zeigten, daß die Anordnung der Befestigungsstelle zwischen Saugmund und Schaufelverband, welche vorzugsweise als Schweißverbindung erfolgt, in dem angegebenen Bereich eine außerordentlich hohe Steifigkeit des Schaufelverbandes herstellt. Aufgrund einer nicht erfolgenden Verbindung zwischen dem Saugmund und der schaufellosen Deckscheibe entsteht eine Entkoppelung, derzufolge Zerstörungen der Verbindungsstellen bzw. Schweißstellen vermieden werden.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der größte Außendurchmesser des Saugmundes maximal 251 mm größer als der Einlaufdurchmesser ist. Diese, eine leichte Umform­ barkeit des Saugmundes sicherstellende Maßnahme gewährleistet eine ausreichende Überdeckung des Schaufeleintrittes und damit Versteifung des Laufradeintrittsbereiches.

Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist im Überdeckungsbereich zwischen der schaufellosen Deckscheibe und dem Saugmund eine Dichtung angeordnet. Diese Maßnahme verhindert Rückströmungen zwischen den Laufradkanälen und dem Radseitenraum.

Wiederum eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß an der beschaufelten kräfteübertragenden Deckscheibe ein oder mehrere Blechformteile befestigt sind, welche die Schaufeln bilden. Die beschaufelte Deckscheibe, welche für die Kräfteübertragung zwischen Antriebsmotor und zu fördernder Flüssigkeit ursächlich verantwortlich ist, weist eine entsprechende Verbindung mit der Pumpenwelle auf. Gemäß der zu übertragenden Leistung erfolgt eine entsprechende Dimensionierung der Verbindungsstellen zwischen der kräfteübertragenden Deckscheibe und den darauf befestigten Schaufeln.

Und eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die beschaufelte Deckscheibe mit zwischen den Schaufeln verlaufenden, der Form des Schaufelkanales entsprechenden Sicken versehen ist. Diese Maßnahme gewährleistet ausgezeichnete Rundlaufeigenschaften des Kreiselpumpen­ laufrades. Ein zusätzlicher Vorteil ergibt sich bei der Verwendung von Schaufeln, deren Schaufelfuß gegenüber der strömungsführenden Schaufeloberfläche L-förmig abgewinkelt ist. Er kann zwischen den einzelnen Sicken befestigt werden, wodurch sich ein besonders glatter Strömungskanal einstellt, wenn die Tiefe der Sicke der Stärke des Schaufelfußes entspricht. Im umgekehrten Falle, bei der Befestigung der Schaufelfüße direkt auf den Sicken, ergibt sich eine Vergrößerung der Laufradaustrittsbreite.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ausführungsbeispielen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen die

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäß gestaltetes Laufrad und die

Fig. 2 eine Draufsicht auf die beschaufelte Deckscheibe.

Die Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch das erfindungsgemäß gestaltete Laufrad (1). Auf einer Pumpenwelle (2) ist eine Nabe (3) angeordnet, mittels der die zu übertragenden Kräfte in eine beschaufelte Deckscheibe (4) eingeleitet werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind an der beschaufelten Deckscheibe (4) mehrere Schaufeln (5) mittels Schweißverbindung befestigt. Es sind auch Löt- oder Klebverbindungen möglich. Die Verwendung der unterschiedlichsten Schaufelformen ist möglich, wobei lediglich von Bedeutung ist, daß eine zuverlässige Befestigung zwischen den Schaufelfüßen und der kräfteübertragenden Deckscheibe erfolgt. Dies kann in einfacher Weise z. B. mittels der Anzahl von Schweißverbindungen, der Materialdimensionierung und der Formgebung sichergestellt werden.

Im Einlaufbereich des Laufrades ist ein als separates Bauteil ausgebildeter Saugmund (6) angebracht, welcher den Einlauf­ bereich der Schaufelkanäle (7) überdeckt und direkt an den Schaufeln (5) befestigt ist. Die Befestigung erfolgt hier durch eine Schweißnaht (8), die im Bereich des größten Durchmessers des Saugmundes (6) eine Verbindung mit den Schaufeln (5) bzw. deren Schaufelköpfen herstellt. Für die Verbindung dieser Teile können bekannte Schweiß-, Löt- oder Klebeverfahren Anwendung finden. Auch kann eine Schweißnaht (9) direkt im Eintrittsbereich des Laufrades oder dazwischen angeordnet werden. Die schaufellose Deckscheibe (10) liegt direkt an den Schaufeln (5) bzw. deren Schaufelköpfen an und ist mit diesen durch Schweißpunkte (11) verbunden. Die Schweißpunkte (11) sind hier auf einem Kreis angeordnet, dessen Durchmesser kleiner als der Laufradaußendurchmesser ist. Eine eventuelle Verkleinerung des Laufradaußendurchmessers im Sinne des bekannten Abdrehens beeinträchtigt die Festigkeit der Konstruktion nicht.

Gestrichelt ist der Kegel (12) eingezeichnet, auf dessen gedachter Mantelfläche die Verbindung zwischen den Schaufeln (5) und dem Saugmund (6) erfolgt. Der halbe Kegelwinkel (α), gebildet von der Drehachse und der Kegelfläche, liegt in der Größenordnung von 40° bis 65°. Der Schnittpunkt des Kegels mit der Drehachse ist derjenige Punkt, an dem ein vom Laufrad­ außendurchmesser an der Außenseite der beschaufelten Deckscheibe gefälltes Lot (13) die Drehachse schneidet.

Die Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf die beschaufelte Deckscheibe bzw. eine Ansicht der Laufradrückseite. Die hierin eingeprägten Sicken (14) entsprechen in ihrem Verlauf dem Verlauf des Schaufelkanales (7). Zwischen den Sicken verbleibende Flächen (15) dienen zur Aufnahme der Schaufelfüße (16), vgl. Fig. 1. Die Tiefe der Sicken (14) entspricht hier der Materialstärke der Schaufelfüße (16), wodurch sich ein glattflächiger Schaufelkanal ergibt. Die Verbindung der Schaufelfüße (16) mit der beschaufelten Deckscheibe (4) erfolgt hier durch mehrere Schweißpunkte (17).

Claims (8)

1. Kreiselpumpenlaufrad radialer oder halbaxialer Bauart, wobei eine mit Schaufeln versehene Deckscheibe eine kräfteeinleitende Nabe aufweist und eine schaufellose gekrümmte Deckscheibe die von den Schaufeln gebildeten Laufradkanäle abdeckt, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Laufradeintritts ein als separates Bauteil ausgebildeter Saugmund (6) an den Schaufeln (5) befestigt ist, daß die schaufellose Deckscheibe (10) an den Schaufeln (5) anliegt und im Bereich zwischen dem Laufradaustritt und dem Saugmund (6) an den Schaufeln (5) befestigt ist und daß′ die schaufellose Deckscheibe (10) den größten Durchmesser des Saugmundes (6) überdeckt.

2. Kreiselpumpenlaufrad nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die schaufellose Deckscheibe (10) mit den Schaufeln (5) verschweißt ist.

3. Kreiselpumpenlaufrad nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Schweißstellen (11) für die Befestigung der schaufellosen Deckscheibe (10) an den Schaufeln (5) in gleichem Abstand zur Drehachse angebracht sind.

4. Kreiselpumpenlaufrad nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsstelle für den Saugmund (6) auf einer Kegelmantelfläche (12) liegt, deren mit der Drehachse gebildete halbe Kegelwinkel (α) einen Wert zwischen 40° und 65° aufweist, wobei der Schnittpunkt der Kegelmantelfläche mit der Drehachse durch ein auf der Außenseite der beschaufelten Deckscheibe vom Laufradaußendurchmesser auf die Drehachse gefälltes Lot definiert ist.

5. Kreiselpumpenlaufrad nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der größte Außendurchmesser des Saugmundes (6) maximal 25 mm größer als der Einlaufdurch­ messer ist.

6. Kreiselpumpenlaufrad nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Überdeckungsbereich zwischen der schaufellosen Deckscheibe (10) und dem Saugmund (6) eine Dichtung angeordnet ist.

7. Kreiselpumpenlaufrad nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an der beschaufelten kräfteübertragenden Deckscheibe (4) ein oder mehrere Blechformteile befestigt sind, welche die Schaufeln (5) bilden.

8. Kreiselpumpenlaufrad nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beschaufelte Deckscheibe (4) mit zwischen den Schaufeln (5) verlaufenden, der Form des Schaufelkanales (7) entsprechenden Sicken (14) versehen ist.