DE4446193A1 - Verfahren zur Herstellung eines Laufrades - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Leit­ vorrichtung oder eines Laufrades radialer oder halb axialer Bauart für eine Kreiselpumpe gemäß den im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen sowie ein nach diesem Verfahren hergestelltes Laufrad.

Laufräder für Kreiselpumpen werden in zunehmendem Maße aus gewalztem Metallblechen hergestellt, d. h. die Bauteile werden aus einem Blechstreifen ausgestanzt, geformt und zu einem Lauf­ rad gefügt. Solche aus Walzmaterial hergestellten Laufräder haben insbesondere in der Großserienfertigung gegenüber den durch Gießen hergestellten erhebliche Vorteile. So ist der Materialein­ satz und damit das Gewicht geringer. Häufig sind sie auch kosten­ günstiger in der Herstellung. Ein wesentlicher Vorteil liegt jedoch in der besseren Oberflächengüte und den im Vergleich zu Metall­ gußrädern größeren Strömungsquerschnitten, was zur Verbesserung des Pumpenwirkungsgrades beiträgt.

Derartige, aus geformten Blechen gefügte Laufräder können je­ doch auch Probleme mit sich bringen, die bei aus Guß hergestell­ ten Laufrädern in der Regel nicht auftreten. So besteht z. B. die Gefahr der unbeabsichtigten Deformation der verwendeten Bleche während der Herstellung. Zwischen den einzelnen Bauteilen kön­ nen, soweit diese nicht über ihre gesamte Anlagefläche stoff­ schlüssig mit dem angrenzenden Bauteil verbunden sind, Spaltkor­ rosionen auftreten. Auch engen die heute bekannten Fertigungs­ verfahren die Konstruktionsvielfalt ein.

Aus DT 16 53 712 ist es bekannt, ein Laufrad aus mehreren Stanzteilen, nämlich den Deckscheiben und den dazwischen an­ geordneten Schaufeln zusammenzusetzen. Hierzu sind in den Deckscheiben Ausnehmungen vorgesehen sind, die von Vorsprün­ gen der Schaufeln durchsetzt sind. Diese Vorsprünge sind deck­ scheibenseitig mit der jeweiligen Deckscheibe verschweißt. Die Fertigung des dort beschriebenen Laufrades ist recht aufwendig, da schon die Montage vor dem Schweißen kompliziert ist. Da hier nur die Zapfen der Schaufeln mit den Deckscheiben verschweißt sind, ergeben sich auch Stabilitätsnachteile im Vergleich zu Guß­ rädern.

Aus DE 26 02 136 C2 ist ein aus Segmenten gefertigtes Laufrad bekannt. Die aus Blech geformten Segmente bilden jeweils einen Teil der vorderen und einen Teil der hinteren Deckscheibe sowie die dazwischen liegende Schaufel. Mehrerer solche Segmente werden zu einem Laufrad zusammengeschweißt. Zwar weist ein so hergestelltes Laufrad eine hohe Stabilität auf, doch können sich Probleme hinsichtlich der Laufruhe (Unwucht) und des Verzugs ergeben. Schließlich sind diesem Konstruktionsprinzip von der Formgebung Grenzen gesetzt, da die einzelnen Segmente formge­ preßt werden und insofern nicht für jede Konstruktion einsetzbar sind. In der Praxis erfordern die so hergestellten Laufräder in der Regel noch eine spanabhebende Nachbearbeitung, was die Ferti­ gungskosten weiter erhöht.

Aus DE 35 17 499 C2 oder DE 37 31 161 A1 sind Laufradkon­ struktionen bekannt, die für hohe Umfangsgeschwindigkeiten ausgelegt sind bzw. die in wenig aufwendiger Bauweise an unter­ schiedliche Leistungsbereiche anpaßbar sein sollen. Diese Laufrä­ der sind ebenfalls aus vorgeformten Blechteilen gebildet, die durch Schweißen miteinander verbunden sind. Neben Problemen wie Verzug finden derartige Schweißkonstruktionen stets dort ihre Grenzen, wo die Zugänglichkeit der Schweißstelle Probleme berei­ tet. Dies ist insbesondere bei kleinen Laufrädern und mit wach­ sender Schaufelzahl häufig der Fall. Während man bei größeren Laufrädern noch zwischen den Deckscheiben und den Schaufeln eine Auftragsschweißnaht anbringen kann, ist dies bei kleineren Laufrädern nicht mehr möglich. Hier werden Schaufeln und Deck­ scheiben durch Widerstandspunktschweißen miteinander verbun­ den. Dies bedingt jedoch, daß den vorgeformten Schaufeln deck­ scheibenparallele Teile angeformt sind, an denen die Schweißung mit der jeweiligen Deckscheibe erfolgen kann. Neben dem erhöh­ ten Materialeinsatz und der hierdurch verminderten hydraulischen Wirkungsgrad finden auch diese Konstruktionen dort ihre Gren­ zen, wo der Abstand zwischen den Deckscheiben bzw. zwischen den einzelnen Schaufeln so klein ist, daß die Werkzeugelektroden nicht mehr eingeführt werden können. Die Widerstandsstumpf­ schweißung schließlich ist nur in Ausnahmefällen möglich und engt die Konstruktion hinsichtlich der Blechdicke sowie der Blech­ art ein.

Die vorstehend geschilderte Problematik gilt im wesentlichen auch für Leitvorrichtungen von Kreiselpumpen.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren so auszubilden, daß bei weitgehend automatisierbarem Fertigungsverfahren ein Laufrad bzw. eine Leitvorrichtung zur Erzielung eines hohen Wirkungsgrades mit möglichst geringem Materialeinsatz geschaffen wird. Des weiteren sollen die eingangs geschilderten Nachteile, insbesondere die der Spaltkorrosion nach Möglichkeit vermieden werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeich­ nenden Teil des Anspruches 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Laufrad ist durch die in Anspruch 5 aufgeführten Merkmale gekennzeichnet, eine damit hergestellte Leitvorrichtung durch die in Anspruch 6 aufgeführten.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Herstellung von Leitvorrichtungen und Laufrädern radialer oder halb axialer Bauart für Kreiselpumpen mit einer oder zwei Deckscheiben bei minima­ lem Materialaufwand. Der Fertigungsprozeß kann weitgehend automatisiert werden, da die Schaufeln während des Schweißvor­ ganges lediglich in ihrer bestimmungsgemäßen Stellung zwischen den Deckscheiben gehalten werden müssen, ansonsten aber keine weiteren Eingriffe vorzunehmen sind. Die zur Herstellung erfor­ derlichen Bleche - Bleche im Sinne der Erfindung können auch aus Kunststoff bestehen - werden zunächst in die für die Schau­ feln bzw. Deckscheiben erforderliche Form geschnitten, z. B. durch Stanzen und dann durch Verformung in die gewünschte Form gebracht. Da insbesondere im Bereich der Schaufeln keine Stege, Laschen oder ähnliches speziell für die Befestigung vor­ zusehen sind, kann sich die Formgebung ausschließlich an strö­ mungstechnischen Anforderungen orientieren, so daß konstruktiv hier praktisch keine Beschränkungen zur Optimierung der Schau­ feln gegeben sind. Die Zugänglichkeit zum Zweck des Schweißens muß lediglich von der den Schaufeln ab gewandten Seite jeder Deckscheibe gegeben sein. Da beim Strahlschweißen die Schweiß­ strahlführung elektronisch erfolgt, kann hier jede beliebige Kur­ venform ohne Probleme geschweißt werden.

Die Schweißung selbst erfolgt vorzugsweise mittels eines Lasers, und zwar ohne Einbringen von Zusatzmaterial. Durch den Laser­ strahl wird zunächst das Material der Deckscheibe im Bereich der darunter unmittelbar anliegenden Stirnseite einer Schaufel aufge­ schmolzen, und zwar so weit, daß beim nachfolgenden Erkalten zwischen dieser Stirnseite der Schaufel und der Deckscheibe eine stoffschlüssige Verbindung besteht. Diese sollte vorzugsweise über die gesamte Länge der Schaufel und über die gesamte Breite der anliegenden Stirnseite erfolgen. Bei Verwendung dickeren Mate­ riales ist eine Strahlführung in parallelen Bahnen möglich, die Schweißung erfolgt dann vorzugsweise im Bereich der Kanten der Schaufeln und der Deckscheiben. Vorzugsweise erfolgt die Schweißung so, daß die Schaufeln fugenlos an die Deckscheiben gefügt werden.

Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Kreisel­ pumpenlaufrad hat gegenüber vergleichbaren bekannten Schweiß­ konstruktionen bzw. Gußkonstruktionen erhebliche Vorteile. Es ergibt sich bei minimalem Materialeinsatz ein strömungstechnisch günstiges und hocheigensteifes Laufrad, das eine hohe Oberflä­ chengüte aufweist und in der Regel keiner weiteren Nachbearbei­ tung bedarf. Dadurch, daß beim Schweißvorgang kein Zusatzmate­ rial eingesetzt wird, kann in der Regel auf das sonst übliche Auswuchten des Laufrades verzichtet werden. Die Schweißung ohne Zusatzmaterial hat zudem Vorteile hinsichtlich der Kristall­ struktur, die Materialeigenschaften des Laufrades sind wesentlich homogener als bei vergleichbaren durch Auftragsschweißen ver­ bundenen Laufrädern.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein hälftig dargestelltes Laufrad nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch das Laufrad nach Fig. 1, und zwar entlang der Schnittlinie II-II in Fig. 1 und

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des Laufrades.

Bei dem anhand der Figuren dargestellten Laufrad 1 handelt es sich um ein Laufrad radialer Bauart mit zwei Deckscheiben 2 und 3, zwischen denen insgesamt sechs Schaufeln 4 verteilt angeordnet sind.

Die hintere Deckscheibe 2 wird in an sich bekannter Weise mit einem nicht dargestellten Nabenteil verbunden, das das Laufrad 1 drehfest auf einer angetriebenen Welle hält. Die hintere Deck­ scheibe hat die anhand von Fig. 2 ersichtliche vom Außenumfang konisch zulaufende Form mit zentraler Öffnung 5.

Die vordere Deckscheibe 3 bildet die Einströmöffnung 6 des Laufrades 1, ihre Form ist anhand der Fig. 2 und 3 ersichtlich. Vom Außenumfang geht die vordere Deckscheibe 3 konisch in einen zylindrischen, parallel zur Drehachse 7 des Laufrades ver­ laufenden Bereich über, der die Einströmöffnung 6 bildet.

Die zwischen den Deckscheiben 2 und 3 angeordneten Schaufeln 4 sind aus etwa parallelogrammartigen Blechstücken geformt, die in zwei Richtungen gewölbt sind. Die Form der Deckscheiben 2, 3 und der Schaufeln 4 ist so aufeinander abgestimmt, daß die Schaufeln mit ihren zu den Deckscheiben 2 und 3 weisenden Stirnseiten flächig an den Deckscheiben anliegen. In diesen An­ lagebereichen sind sie mit den Deckscheiben 2, 3 stoffschlüssig verbunden. Die Schweißverbindung ist von den Außenseiten des Laufrades 1 gesetzt, d. h. der Schweißstrahl ist von den den Schaufeln 4 abgewandten Seiten der Deckscheiben 2 und 3 auf diese gerichtet worden, so daß an den Außenseiten der Deckschei­ ben 2 und 3 die durch den Schweißstrahl entstandenen Oberflä­ chenveränderungen sichtbar sind, wie dies insbesondere anhand von Fig. 3 dargestellt ist - der Schweißverlauf ist mit 8 gekenn­ zeichnet.

Das anhand der Figuren dargestellte und vorbeschriebene Laufrad ist, soweit es die Deckscheiben 2, 3 sowie die Schaufeln 4 betrifft, aus gewalztem Chromnickel-Stahlblech hergestellt. Zunächst sind die einzelnen Bauteile durch Stanzen aus einem Blechstreifen ausgeschnitten, danach durch plastische Verformung in die Form gebracht, die der Form im späteren Laufrad 1 entspricht. Solche formgebenden Verfahren sind hinlänglich bekannt.

Die Schaufeln 4 werden sodann einer Haltevorrichtung zugeführt, welche alle sechs für das Laufrad bestimmten Schaufeln 4 in ihre bestimmungsgemäßen Lage zur hinteren Deckscheibe 2 hält. In dieser Position erfolgt zunächst die Verschweißung der Schaufeln 4 mit der hinteren Deckscheibe 2 durch entsprechende Führung der Haltevorrichtung oder des Laserstrahles von der den Schau­ feln 4 ab gewandten Seite der Deckscheibe 2 her, entsprechend dem dargestellten Schweißverlauf 8.

Anschließend wird die vordere Deckscheibe 3 in entsprechender Weise mit den Schaufeln 4 verschweißt. Je nach Ausbildung kann die Haltevorrichtung vor oder auch nach dem Verschweißen der vorderen Deckscheibe 3 entfernt werden.

Der vorstehend anhand eines Laufrades beschriebene Fertigungs­ prozeß kann in analoger Weise zur Herstellung einer Leitvorrich­ tung dienen, wie sie insbesondere bei mehrstufigen Kreiselpumpen Verwendung findet.

Bezugszeichenliste

1 - Laufrad
2 - hintere Deckscheibe
3 - vordere Deckscheibe
4 - Schaufeln
5 - Öffnung
6 - Einströmöffnung
7 - Laufradachse
8 - Schweißverlauf

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung einer Leitvorrichtung oder eines Laufrades radialer oder halb axialer Bauart für eine Kreiselpumpe, bei der aus Blech geformte Schaufeln durch Schweißen mit minde­ stens einer aus Blech geformten Deckscheibe verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, daß die geformten Schaufeln mittels einer Vorrichtung in ihrer bestimmungsgemäßen Lage zueinander und zur Deckscheibe positioniert und dann durch Strahlschweißen verbunden werden, wobei der Schweißstrahl auf der den Schaufeln abgewandten Seite der Deckscheibe im Bereich der zur Deck­ scheibe weisenden Stirnflächen der Schaufeln geführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißungen mittels eines Lasers erfolgen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Deckscheibe in analoger Weise mit den Schaufeln verbunden wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißstrahl auf der den Schaufeln ab gewandten Seite der Deckscheibe bzw. der Deckschei­ ben etwa im Bereich der Kanten der zur Deckscheibe weisenden Stirnflächen der Schaufeln geführt wird.

5. Kreiselpumpenlaufrad (5) radialer oder halbaxialer Bauart mit mindestens einer aus Blech geformten Deckscheibe (2, 3) mit einer Anzahl daran befestigter aus Blech geformter Schaufeln (4), dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (4) mit ihren zur Deckscheibe (2, 3) weisenden Stirnseiten unmittelbar an dieser anliegend durch Strahlschweißung von der den Schaufeln (4) abge­ wandten Seite der Deckscheibe (2, 3) her angeschweißt sind.

6. Leitvorrichtung für eine Kreiselpumpe mit mindestens einer aus Blech geformten Deckscheibe mit einer Anzahl daran befe­ stigter aus Blech geformter Schaufeln, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln mit ihren zur Deckscheibe weisenden Stirn­ seiten unmittelbar an dieser anliegend durch Strahlschweißung von der den Schaufeln abgewandten Seite der Deckscheibe her ange­ schweißt sind.

7. Kreiselpumpenlaufrad nach Anspruch 5 oder Leitvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißver­ bindungen durch Aufschmelzen des Grundmaterials ohne Zusatz­ material gebildet sind.

8. Kreiselpumpenlaufrad oder Leitvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißverbindungen fugenlos ausgebildet sind.

9. Kreiselpumpenlaufrad oder Leitvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Schau­ feln (4) und Deckscheibe (2, 3) aus gewalztem Metallblech ausge­ schnitten und durch anschließende formgebende Bearbeitung gebildet sind.

10. Kreiselpumpenlaufrad oder Leitvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Deckscheiben (2, 3) vorgesehen sind, die jeweils mit den Schau­ feln (4) durch Strahlschweißen, vorzugsweise Laserstrahlschweißen verbunden sind.