DE3732038A1 - Pumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Pumpe nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Insbesondere dreht es sich bei der vorliegenden Erfindung um eine Pumpe, deren Fördervolumen frei justierbar ist, wobei insbesondere bei der Pumpe der auf Schaufeln und den Pum­ pendeckel zum Justieren der effektiven Länge der Schaufeln wirkende Wasserwiderstand reduziert ist.

Eine herkömmliche Pumpe für eine wassergekühlte Maschine ist so ausgebildet, daß der von der Pumpe gelieferte maximale Volumenstrom auf einen Volllastbetriebsbereich paßt, bei welchem die maximale Wärmemenge von der Maschine erzeugt wird. Da das von der Pumpe geförderte Wasservolumen propor­ tional der Drehzahl der Pumpe ist, wird in vielen Betriebs­ fällen ein größeres Wasservolumen in Umlauf gebracht, als dies notwendig ist, was wiederum in einer Energieverschwen­ dung resultiert.

Um dies zu vermeiden wurde schon eine Pumpe vorgeschlagen, die einen Motor mit einstellbarer Drehzahl als Energiequelle aufweist und bei der die Drehzahl in Abhängigkeit vom Be­ triebszustand (der Maschine) eingestellt wird, so daß das von der Pumpe gelieferte Wasservolumen einstellbar ist. Aufgrund der hohen Herstellungskosten für den Motor mit einstellbarer Drehzahl ist diese Pumpe jedoch nicht in kom­ merziellen Gebrauch gelangt.

Eine andere bekannte Pumpe mit einstellbarem Wasserförder­ strom ist so ausgebildet, daß der Förderstrom über ver­ schiebbare bewegliche Teile derart einstellbar ist, daß der Freiraum zwischen den beweglichen Teilen und den Vor­ derenden der Schaufeln einstellbar ist, wie dies z. B. in dem japanischen Patent mit der Offenlegungsnummer 79 817/86 gezeigt ist. Diese Pumpe weist jedoch den Nachteil auf, daß die bewegbaren Teile, die sich relativ zu den Schaufeln be­ wegen an einer Verlängerung der Drehachse für die Schaufeln sitzen, was eine sehr umständliche Konstruktion mit sich bringt.

Es wurde von den Erfindern eine Pumpe vorgeschlagen (japani­ sche Gebrauchsmusteranmeldung 99 033/1986), die im folgenden anhand der beiliegenden Fig. 5 bis 9 erläutert wird.

Fig. 5 zeigt hierbei einen Längsschnitt durch diese Pumpe, die ein Gehäuse 10 mit einer Spiralkammer 16 aufweist, die eine Verbindung zwischen einer Ansaugöffnung 12 und einer Auslaßöffnung 14 für die Flüssigkeit bildet. Im Gehäuse 10 ist eine Welle 18 drehbar gehalten. Die Welle 18 wird durch Antriebsmittel in Drehung versetzt, die in den Abbildungen nicht gezeigt sind. Ein Schaufelrad 22 ist (in Fig. 5 am linken Ende) an der Welle 18 befestigt, das eine Vielzahl von Schaufeln 20 aufweist, die einstückig mit dem Schaufel­ rad 22 ausgebildet sind. Das Schaufelrad 22 ist in einer perspektivischen Darstellung in Fig. 6 gezeigt. Das Schau­ felrad 22 weist eine Vielzahl von sich radial erstreckenden Armen 24 auf, von denen jeder einstückig mit einer Schaufel 20 ausgebildet ist, wobei die Schaufeln 20 am Außenumfang in Drehrichtung geneigt an den Armen 24 sitzen.

In Fig. 7 ist in perspektivischer Darstellung ein Deckel 26 gezeigt, der auf dem Schaufelrad 22 so sitzt, daß er in Richtung der Schaufeln 20 verschoben werden kann. Dieser Deckel 26 weist eine leicht spiralige Endfläche 28 zur Bildung der Wandfläche der Spiralkammer 26 und einen zy­ linderischen Abschnitt 30 dessen innere Wände in Gleit­ kontakt mit der Außenkante des Schaufelrads 22 gelangen. Der Deckel 26 ist einstückig ausgebildet und weist eine Vielzahl von Schlitzen 32 auf, durch welche sich die Schau­ feln 20 des Schaufelrads 22 erstrecken. Jede Schaufel 20 ist so gestaltet, daß sie bei der Verschiebebewegung des Deckels 26 nicht aus dem Schlitz 32 herausrutschen kann. Zwischen dem Deckel 26 und dem Schaufelrad 22 ist ein Hohl­ raum 34 gebildet, dessen Volumen sich verändert, wenn der Deckel 26 verschoben wird. In den und aus dem Hohlraum 34 gelangt Wasser durch den Freiraum zwischen den Schlitzen 32 und den Schaufeln 20.

Im Gehäuse 10 ist ein Stab 36 angeordnet, der fest am zen­ tralen Abschnitt des Deckels 26 montiert ist. Ein Betäti­ gungselement 38 ist vorgesehen, das ein Drehgelenk 37 auf­ weist und den Stab 36 verschieben kann, während dieser sich dreht. Der Stab 38 verschiebt den Deckel 26 über den Stab 36, z. B. betätigt über Unterdruck oder dergleichen.

Wenn die Schaufeln 20 und der Deckel 26 bei angeschalteter Pumpe drehen, so wird das Wasser im Hohlraum 34 über die Schaufeln 20 gedreht. Wie dies aus Fig. 8 hervorgeht befin­ det sich vor der Arbeitsfläche 39 der Schaufel 20 im Hohl­ raum 34 Wasser. Dies bedeutet, daß die Schaufeln 20 das im Hohlraum 34 befindliche Wasser drehen, was wiederum einen unnötigen Energieverbrauch der Schaufeln mit sich bringt.

Weiterhin ist jede der Schaufeln 20 so gestaltet, daß Wasser in der Spiralkammer 16 mit höchster Effizienz gedreht wird, was bedeutet, daß die Zentrifugalkraft zunimmt, wenn die Po­ sition zum Oberende der Schaufeln 20 fortschreitet. In Fig. 9 ist die Verteilung der Intensität der Zentrifugalkraft im Ar­ beitsbereich der Schaufeln 20 gezeigt. Wie aus dieser Abbil­ dung hervorgeht, nimmt das Drehmoment der Schaufel 20 zu, wenn man in Richtung auf das Oberende der Schaufeln 20 schreitet. Durch dieses Drehmoment steigt die Wassermenge im Hohlraum 34 mit dem Ergebnis, daß die Schaufeln 20 um so mehr Energie nutzlos verbrauchen.

Ausgehend vom oben genannten Stand der Technik ist es Aufga­ be der vorliegenden Erfindung eine Pumpe der eingangs ge­ nannten Art dahingehend weiterzubilden, das der Wasserwider­ stand auf die Schaufeln bei deren Drehung sinkt und so ein unnötiger Energieverbrauch abgesenkt wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch eine Pumpe mit einem Gehäuse gelöst, in dem sich eine Spi­ ralkammer befindet, wobei ein Schaufelrad fest an einer Drehwelle befestigt ist und eine Vielzahl von Schaufeln aufweist, wobei ein Deckel mit einer Endfläche vorgesehen ist, welche an die Spiralkammer grenzt und eine Vielzahl von eingeformten Schlitzen aufweist, durch welche die Schau­ feln ragen und wobei ein Kranzabschnitt am Schaufelrad an­ gepaßt ist, wobei weiterhin ein Betätigungselement zum Ein­ stellen der Verschiebung des Deckels in Richtung auf die Spiralkammer vorgesehen ist, während ein Hohlraum zwischen der Kammer und dem Schaufelrad besteht, wobei jede Schaufel am äußeren Rand des Schaufelrades angeordnet ist, wobei wei­ terhin die Innenwand des Kranzabschnittes des Deckels eine Vielzahl von Schaufelkontaktflächen aufweist, die so ange­ ordnet sind, daß sie in der Nähe der Arbeitsflächen liegen, so daß im Hohlraum auf der Seite der Arbeitsfläche der Schau­ feln kein Bereich existiert, in dem sich Wasser befinden kann.

Die Schaufelkontaktflächen, die sich bis nahe an die äußere Fläche einer jeden Schaufel erstrecken, sind in der Innenflä­ che des Kranzabschnittes des Deckels eingeformt. Da die Ar­ beitsfläche der Schaufeln in Kontakt mit der Schaufelkontakt­ fläche im Kranzabschnitt kommen oder sehr nahe bei dieser liegen, wird der Bereich, in dem sich Wasser befindet, an der Seite der Arbeitsfläche der Schaufel eliminiert, wodurch wiederum der Wasserwiderstand während der Drehung der Schau­ feln nicht auf diese wirken kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Verbindungsfläche der Innenwand des Kranzabschnit­ tes des Deckels, welcher der Schaufelkontaktfläche mit da­ zwischenliegender Schaufel gegenüberliegt, identisch mit einer Radialfläche, welche sich vom Drehzentrum erstreckt oder ist so geformt, daß sie zunehmend in Drehrichtung bei zunehmendem Abstand von der Drehachse fortschreitet, so daß die maximale Zentrifugalkraft, welche auf die Verbindungs­ fläche wirkt, zur Seite des Drehzentrums versetzt wird. Dies bewirkt eine Reduktion des Drehmoments, das auf die Innen­ wand des Kranzabschnittes des Deckels wirkt, wobei der Wasserwiderstand auf den Deckel bei dessen Drehung abnimmt.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung von Aus­ führungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, die anhand von Abbildungen näher erläutert werden. Hierbei zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen wesentlichen Teil einer Pumpe,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Deckels aus Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt durch die Pumpe entlang der Linie A- A aus Fig. 1,

Fig. 4 einen vergrößerten Teilschnitt aus Fig. 3,

Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine konventionelle Pumpe,

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht eines Schaufelrades aus Fig. 5,

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines Deckels aus Fig. 5,

Fig. 8 einen Schnitt entlang der Linie B-B aus Fig. 5,

Fig. 9 einen vergrößerten Teilausschnitt aus Fig. 8.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der beiliegenden Fig. 1 bis 4 beschrieben. Hierbei werden die anhand der Fig. 5 bis 9 bereits beschriebenen gleichen Teile mit denselben Bezugs­ ziffern wie dort versehen.

Der zylindrische Kranzabschnitt 42 des Deckels 40 ist so ge­ staltet, daß ein Schaufelrad 22 mit einer Vielzahl von sich radial erstreckenden Armen 24 eng in den Kranzabschnitt 42 paßt. Wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt, umfaßt insbesondere die Innenwand des Kranzabschnittes 42 Schaufelkontaktflä­ chen 44, welche in Kontakt mit den Arbeitsflächen 39 der Schaufeln 22 gelangen können. Eine Umfangsfläche 46 setzt die Schaufelkontaktfläche 44 fort, eine Verbindungsfläche 48 setzt die Umfangsfläche 46 fort und steht der Schaufelkon­ taktfläche 44 mit dazwischen angeordneter Schaufel 20 gegen­ über. Die Verbindungsfläche 48 ist identisch mit einer Radi­ alfläche, welche sich vom Drehzentrum her erstreckt. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist diese Verbindungsfläche 48 so ausgebildet, daß sie in Drehrichtung bei zunehmendem Abstand zum Drehzentrum immer weiter hervorsteht, so daß also die Abstände a 1 bis a 4 zwi­ schen der Verbindungsfläche 48 und dem durch das radialin­ nerste Ende der Verbindungsfläche 48 gehenden Radius mit zu­ nehmendem Abstand vom Drehzentrum zunimmt (siehe Fig. 4), wobei a 1 größer a 2 größer a 3 größer a 4.

Durch die oben beschriebene Konstruktion des Deckels 40 wird die Arbeitsfläche 39 der Schaufeln 20 im Hohlraum 34 in Kontakt mit der Schaufelkontaktfläche 44 im Kranzab­ schnitt 42 des Deckels 40 gehalten, wenn der Deckel 40 auf das Schaufelrad 22 aufgepaßt ist, an dem die Schaufeln 20 einstückig angebracht sind (siehe Fig. 3). Auf diese Weise verschwindet der Bereich, in dem Wasser auf der Seite der Arbeitsfläche 39 der Schaufel 20 sein kann. Hieraus wieder­ um ergibt sich, daß kein Wasserwiderstand auf die Schaufeln 20 im Hohlraum 34 wirkt, wenn die Schaufeln 20 und der Dek­ kel 40 drehen.

Weiterhin umfaßt der Deckel 40 die Verbindungsfläche 48, die bei Drehung Wasser mitdreht. Dementsprechend umfaßt jede der Verbindungsflächen 48 einen Bereich, in dem Wasser vorkommt, wenn man dies in Drehrichtung sieht. Die Verbindungsfläche 48 ist jedoch so gestaltet, daß sie in Drehrichtung mit zuneh­ menden Abstand vom Drehzentrum immer weiter hervorspringt. Insbesondere ist die Verbindungsfläche 48 so ausgebildet, daß der auf sie wirkende Wasserstand reduziert wird. Auf diese Weise wird der Wasserwiderstand über die Verbindungs­ flächen 48 gegenüber der herkömmlichen Anordnung reduziert.

Wie aus Obigem klar wurde, wird bei der erfindungsgemäßen Pumpe ein Deckel verwendet, dessen Innenwand Flächen auf­ weist, die im wesentlichen in Kontakt mit den Arbeitsflächen der Schaufeln kommen. Auf diese Weise kann beim Drehen der Schaufeln der auf die Schaufeln wirkende Wasserwiderstand im Hohlraum innerhalb des Deckels eliminiert werden. Auf diese Weise wird die an das Schaufelrad übertragene Dreh­ energie wirksamer genutzt, als dies bisher der Fall war.

Weiterhin wird durch die Gestaltung der Verbindungsflächen im Kranzabschnitt des Deckels eine Reduktion des Drehmoments des Wassers erzielt, wodurch der Wasserwiderstand im Hohl­ raum innerhalb des Deckels beim Betreiben der Pumpe abge­ senkt wird, was wiederum in einem höheren Pumpenwirkungsgrad resultiert.

Claims (5)

1. Pumpe mit einem Gehäuse 10 mit eingeformter Spiralkammer 16, gekennzeichnet durch
ein Schaufelrad (22), das fest an einer Drehwelle (18) befes­ tigt ist und daran angebracht eine Vielzahl von Schaufeln (20) trägt,
einen Deckel (40) mit einer Endfläche (28), welche der Spi­ ralkammer (16) gegenüberliegt und eine Vielzahl von Schlitzen (32) eingeformt hat, durch welche die Schaufeln (20) verschieb­ bar eingeführt sind und mit einem Kranzabschnitt (42), der auf das Schaufelrad (22) aufpaßbar ist,
ein Betätigungselement (36 bis 38) zum Einstellen der Ver­ schiebung des Deckels (40) in Richtung auf die Spiralkam­ mer (16), wobei ein Hohlraum (34) zwischen dem Deckel (40) und dem Schaufelrad (22) gebildet ist,
wobei jede der Schaufeln (20) am äußeren Rand des Schaufel­ rads (22) angebracht ist und die Innenwand des Kranzab­ schnittes (42) des Deckels (40) eine Vielzahl von Schaufel­ kontaktflächen (44) aufweist, welche in der Nähe der Arbeitsflächen der Schaufeln (20) liegen, wobei die Anordnung derart getroffen ist, daß auf der Seite der Arbeitsfläche der Schaufeln (20) im Hohlraum (34) sich im wesentlichen kein Wasser befinden kann.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenkontur des Kranzabschnittes (42) im Deckel (40) im wesentlichen gleich der Außenkontur des Schaufelrades (22) geformt ist.

3. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für jede der Schaufeln (20) die Innenwand des Kranzab­ schnittes (42) eine Schaufelkontaktfläche (44) aufweist, die derart angebracht und ausgeformt ist, daß sie in Kontakt mit der Arbeitsfläche einer Schaufel (20) kommen kann, wobei weiterhin Umfangsflächen (46) vorgesehen sind, welche die Schaufelkontaktflächen (44) fortsetzen und wobei Verbin­ dungsflächen (48) in Fortsetzung der Umfangsflächen (46) vorgesehen sind.

4. Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsflächen (48), welche den Kontaktflächen auf der Innenwand des Kranzabschnittes (42) des Deckels (40) gegenüberliegen, wobei jeweils eine Schaufel (20) dazwischen liegt, entweder identisch mit einer Fläche sind, die sich radial vom Drehzentrum erstreckt oder mit einer Fläche über­ einstimmen, die in Drehrichtung bei zunehmendem Radialab­ stand vom Drehzentrum immer weiter hervorspringt.

5. Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsfläche (48) einen Bereich umfaßt, in dem in Drehrichtung des Schaufelrades (22) eine geringe Menge an Wasser existieren kann.