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Dokumentenidentifikation DE102006021925A1 13.12.2007
Titel Radialkreiselpumpe mit nach der Drehrichtung veränderlichen Schaufeln
Anmelder WILO AG, 44263 Dortmund, DE
Erfinder Töws, Andreas, 44339 Dortmund, DE
Vertreter COHAUSZ DAWIDOWICZ HANNIG & SOZIEN, 40237 Düsseldorf
DE-Anmeldedatum 11.05.2006
DE-Aktenzeichen 102006021925
Offenlegungstag 13.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.12.2007
IPC-Hauptklasse F04D 29/22(2006.01)A, F, I, 20060511, B, H, DE
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine Radialkreiselpumpe mit einem Laufrad, dessen Schaufeln um ihr inneres Ende verschwenkbar angeordnet sind, um für beide Drehrichtungen des Laufrades jeweils eine entsprechende unterschiedliche Schrägstellung und Krümmung einzunehmen, wobei in mindestens einer Seitenwand des Laufrades mindestens ein koaxialer Ring um seine Achse drehverstellbar gelagert ist und die Schaufeln am Ring mit mindestens einer zwischen den zwei Schaufelenden liegenden Stelle angelenkt sind.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Radialkreiselpumpe mit einem Laufrad, dessen Schaufeln um ihr inneres Ende verschwenkbar angeordnet sind, um für beide Drehrichtungen des Laufrades jeweils eine entsprechend unterschiedliche Schrägstellung und Krümmung einzunehmen.

Um das Laufrad einer Radialkreiselpumpe in beiden Laufrichtungen arbeiten lassen zu können, ist es bekannt, die Laufradschaufeln radial und damit sternförmig anzuordnen. Diese Radialsternlaufräder führen aufgrund ihrer von einer optimalen Geometrie stark abweichenden Form zu hohen Verlusten.

Aus der US 4 863 344 ist es bekannt, die Schaufeln um ihr inneres Ende verschwenkbar zu lagern, wobei die über die Laufradseitenwände weit hinausragenden flexiblen Schaufeln zwischen zwei Anschlägen hin- und herschwenken können. Die Schaufeln besitzen in beiden Lagen und damit in beiden Laufrichtungen keine optimale Form, so dass eine geringe Effizienz gegeben ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine drehrichtungsunabhängige Pumpe zu schaffen, die einen hohen Wirkungsgrad erreicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in mindestens einer Seitenwand des Laufrades mindestens ein koaxialer Ring um seine Achse drehverstellbar gelagert ist und die Schaufeln am Ring mit mindestens einer zwischen den zwei Schaufelenden liegender Stelle angelenkt sind.

Ein solches Laufrad erzeugt bei einfacher und sicherer Konstruktion in beiden Drehrichtungen optimal geformte Schaufeln, so dass in beiden Drehrichtungen eine hohe Effizienz erricht wird. Es entfällt der Zwang, den Motor in definierte Richtung laufen lassen zu müssen; damit kann insbesondere auf zusätzliche elektronische Bauteile verzichtet werden.

Optimale Schaufelformen werden erreicht, wenn zwei oder mehr Ringe koaxial und drehverstellbar in einer Laufradseitenwand gelagert sind, wobei die Schaufeln an jedem Ring angelenkt sind. Auch wird hierzu vorgeschlagen, dass die Schaufeln aus zwei oder mehr Gliedern bestehen, die jeweils aneinander angelenkt sind und wenigstens jedes zweite Glied und/oder Gelenk an dem oder den Ringen befestigt insbesondere angelenkt ist. Hierdurch erhalten alle Schaufeln stets dieselbe Form.

Eine sichere und exakte Führung der Schaufeln wird erreicht, wenn an mindestens einer Schaufel insbesondere an den Schaufelgliedern oder Gelenken Stifte achsparallel zur Laufradachse vorstehen, die in Führungsbahnen der Laufradseitenwand insbesondere der Tragscheibe gleiten. Hierbei wird vorgeschlagen, dass jedes Schaufelglied in zwei Abschnitte unterteilt ist, die über ein Mittengelenk miteinander verbunden sind.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Schaufeln sich innerhalb des Außenrandes der Tragscheibe befinden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen perspektivisch dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

1: eine Ansicht der Saugseite des Pumpenlaufrades mit einer Seitenwand mit konzentrischen Ringen,

2: eine Ansicht des Laufrades nach 1 bei abgenommener Seitenwand,

3: die Rückseite der Ringe aufweisenden Seitenwand mit nur einer Schaufel,

4: einen Querschnitt durch das Laufrad und das Pumpengehäuse.

Das Laufrad 1 der Radialkreiselpumpe besitzt zwei zueinander parallele, kreisförmige, koaxiale Seitenwände 2, 3 zwischen denen die gebogenen Schaufeln 4 gelagert sind. Je nach Drehrichtung des Laufrades stellen sich hierbei alle Schaufeln in eine erste oder zweite Stellung oder in Zwischenstellungen, wobei in der Stellung der ersten Drehrichtung die Schaufeln 4 entgegengesetzt gekrümmt sind wie in der Stellung der zweiten Drehrichtung.

Die dem Laufradeintritt bzw. Saugstutzen 5 des Laufrades abgewandte Seitenwand bildet eine Tragscheibe 2, die auf der Pumpen- bzw. Motorenwelle konzentrisch befestigt ist und auf der dem Saugstutzen 5 zugewandten Innenseite konzentrische teilkreisförmige Nutenabschnitte als Führungsbahnen 6 bildet. Die zur Tragscheibe 2 parallele Seitenwand 3 bildet um den Saugstutzen 5 herum zwei oder mehr konzentrische Ringe 7, die ineinander liegen, so dass jeder Ring einen von den anderen Ringen 7 abweichenden Innen- und Außendurchmesser aufweist. Durch ringförmige Federn und Nuten am Außen- und Innenumfang sind die sechs Ringe 7 aneinander und zueinander verdrehbar gelagert.

Im Zwischenraum zwischen der Tragscheibe 2 und der Seitenwand 3 liegen die Schaufeln 4, die aus zwei oder mehr Schaufelgliedern 9 zusammengesetzt sind. Im Ausführungsbeispiel besteht jede der sieben Schaufeln 4 aus fünf Gliedern 9, die über Gelenke 10 aneinander gelenkt sind, wobei die Achsen der Gelenke 10 parallel zur Laufradachse liegen. Hierbei bildet jedes Gelenk 10 an dem der Seitenwand 3 zugewandten Ende einen vorspringenden Stift 11, der jeweils in einer Bohrung 12 in den Ringen 7 gelagert ist. Da alle Schaufeln mit ihren Stiften 11 in denselben Ringen 7 gelagert sind, ist dafür gesorgt, dass alle Schaufeln 4 stets dieselbe Lage und Krümmung einnehmen.

Die Gelenke 10 der Schaufel 4 bilden auf der der Tragscheibe zugewandten Seite jeweils einen insbesondere zur Gelenkachse koaxialen Vorsprung insbesondere Stift 13, der jeweils in eine Führungsbahn 6 der Tragscheibe 2 hineinragt und durch sie geführt ist, so dass für jeden Stift 13 eine Führungsbahn 6 vorhanden ist. Hierbei ist vorzugsweise pro Führungsbahn 6 nur ein Stift 13 vorhanden. Dies kann dadurch verwirklicht werden, dass die Stifte über die Schaufeln 4 verteilt sind oder alle Stifte 13 an einer einzigen Schaufel angeordnet sind.

Jedes Glied 9 bildet in der Mitte zwischen seinen zwei Enden bzw. zwischen seinen zwei Gelenken 10 ein Verbindungsteil 14, so dass jedes Glied 9 aus zwei aneinander gelenkten Teilen 9a, 9b besteht, wodurch die Schaufel 4 aus einer hohen Anzahl von Teilen besteht, die eine verhältnismäßig gleichmäßige Krümmung der Schaufel erzeugen.

Somit ist jede Schaufel 4 nicht als ein Ganzes hergestellt, sondern besteht aus Gliedern 9 als Segmenten. Die Anzahl der Glieder je Schaufel richtet sich nach der Schaufelgeometrie und stellt einen Kompromiss dar zwischen möglichst genauer Abbildung des Schaufelverlaufs und der Realisierbarkeit der Konstruktion. Die Gliederform kann beliebig gewählt und muss nach jeweiligen geometrischen Gegebenheiten definiert werden. Zwei miteinander verbundene Glieder bilden ein Scharnier. Eines oder mehrere miteinander verbundene Glieder bilden eine Schaufel.

Die Seitenwand 3 weist somit radial ineinander konzentrisch angeordnete Ringe 7 auf, die relativ zueinander bewegt werden können. Die Ringe erfüllen nicht nur die Funktion einer üblichen Deckscheibe, sondern sie verbinden die Schaufeln miteinander, so dass der gewünschte Abstand zwischen den Schaufeln eingehalten wird. Dabei sind die Schaufeln 4 an ausgewählten (insbesondere jedem zweiten) Gelenken 10 mit den Ringen 7 verbunden. Ein Teil der Gelenke 14 ist nicht verbunden, weder mit der Seitenwand 3 bzw. den Ringen 7, noch mit der Tragscheibe 2. Der erste (innere) Ring 7 in Strömungsrichtung bildet den Saughals bzw. Saugstutzen 5 und ist mit der Tragscheibe 2 fest verbunden.

Die Führungsbahnen 6 in der Tragscheibe 2 haben die Funktion, die Grenzpositionen für die Schaufeln 4 in beide Drehrichtungen vorzugeben sowie die Schaufeln beim Wechsel zwischen den Grenzpositionen zu führen. Die Lage der Führungsbahnen kann beliebig gewählt werden und richtet sich an jeweilige konstruktive Gegebenheiten. Die Führungsbahnen können mitunter zum Ausgleich des Axialschubs verwendet werden, indem sie die Tragscheibe 2 durchdringen. In die Führungsbahnen 6 greifen die Stifte 13 als Führungselemente ein, die mit ausgewählten Gelenken der Scharniere verbunden sind. Die Auslenkung der Schaufel in axialer Richtung ist vorgegeben durch die Wahl der Spaltgrößen und der Toleranzen verwendeter Elemente. Diese Auslenkung wird begrenzt in Richtung der Tragscheibe 2 durch die Tragscheibe selbst. Die Auslenkung in Richtung der Seitenwand 3 kann begrenzt werden ebenfalls durch die Seitenwand 3. Hierzu durchdringen die Führungselemente 13 die Tragscheibe 2 und an deren Enden sind Begrenzungselemente angebracht. Die Begrenzungselemente sind so ausgeführt, dass sie sich auf der Rückseite der Tragscheibe 2 abstützen.

Die Ausgangslage der Schaufeln 4 ergibt sich entweder aus der Laufradmontage oder aus der zuletzt verwendeten Drehrichtung. Durch Aufbringen des Drehmomentes über die Antriebswelle auf die Tragscheibe 2 und den ersten Ring der Seitenwand 3 werden diese in Bewegung versetzt. Dabei wirken auf die Schaufeln sowohl die Trägheitskräfte der Schaufel selbst, als auch die Trägheit der Wassermasse. Bedingt durch diese Kräfte bewegen sich die Segmente/Glieder entgegen der Rotationsrichtung. Dabei werden die Führungselemente 13 in den Führungsbahnen 6 geführt bis zum Erreichen der Grenzpositionen. Die Schaufeln 4 bewegen sich am Umfang gleichförmig in den Gelenken, die über die Ringe 7 verbunden sind. Gelenke, die nicht mit den Ringen verbunden sind, beschreiben beim Wechsel zwischen den Grenzpositionen Bahnen, die sich aus der Lage geführter Gelenke ergeben.

Eine Anordnung, bei der die Seitenwand 3 die Funktionen der Tragscheibe 2 übernimmt, während die Tragscheibe 2 die Funktionen der Seitenwand 3 übernimmt, ist ebenfalls denkbar und kann im gegebenen Fall entsprechend konstruiert werden.

Die Erfindung im Bezug auf das Pumpengehäuse betrifft die Gestaltung des Raumes nach dem Laufradaustritt. Um die Verluste im Pumpengehäuse zum einen zu minimieren zum anderen in beide Drehrichtungen gleiche Ergebnisse zu erreichen, wird der Raum bestehend aus zwei gleichen Gehäuseteilen konstruiert, die um eine Ebene gespiegelt sind. Die Spiegelebene ist gebildet durch zwei Vektore: Der erste fällt mit der Rotationsachse zusammen, der zweite steht senkrecht auf dem ersten. Ein Gehäuseteil wird gebildet von einer Teilspirale, die beginnt an der Stelle gegenüberliegend dem Druckstutzen und endet an dem Austrittsquerschnitt aus dem Spiralraum. Dem Spiralraum kann ein Diffusor folgen, der am Druckstutzen anschließt. In Abhängigkeit von der Drehrichtung nimmt ein am Ausgang 15 gelagertes verschwenkbares Trennelement (Klappe 16) eine der zwei möglichen Grenzstellungen ein, 4. Das Trennelement 16 ist drehbar gelagert und besteht aus mindestens einem Segment, kann bei Bedarf aus mehreren Segmenten bestehen, die miteinander über Gelenke verbunden sind. Die Gelenke können derart ausgeführt werden, dass sie einen bestimmten Drehwinkel zulassen. Damit kann der Verlauf des Trennelementes 16 definiert werden.

Das Pumpengehäuse und/oder das Laufrad 4 können aus Blech gefertigt sein.


Anspruch[de]
Radialkreiselpumpe mit einem Laufrad (1), dessen Schaufeln (4) um ihr inneres Ende verschwenkbar angeordnet sind, um für beide Drehrichtungen des Laufrades jeweils eine entsprechende unterschiedliche Schrägstellung und Krümmung einzunehmen, dadurch gekennzeichnet , dass in mindestens einer Seitenwand (3) des Laufrades (1) mindestens ein koaxialer Ring (7) um seine Achse drehverstellbar gelagert ist und die Schaufeln am Ring (7) mit mindestens einer zwischen den zwei Schaufelenden liegender Stelle (10) angelenkt sind. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr Ringe (7) koaxial und drehverstellbar in einer Laufradseitenwand (3) gelagert sind, wobei die Schaufeln (4) an jedem Ring (7) angelenkt sind. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln (4) aus zwei oder mehr Gliedern (9) bestehen, die jeweils aneinander angelenkt sind und wenigstens jedes zweite Glied und/oder Gelenk (10) an dem oder den Ringen (7) befestigt insbesondere angelenkt ist. Pumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einer Schaufel (4) insbesondere an den Schaufelgliedern (9) oder Gelenken Stifte (13) achsparallel zur Laufradachse vorstehen, die in Führungsbahnen (6) der Laufradseitenwand insbesondere der Tragscheibe (2) gleiten. Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Schaufelglied (9) in zwei Abschnitte (9a, 9b) unterteilt ist, die über ein Mittengelenk miteinander verbunden sind. Pumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln (4) sich innerhalb des Außenrandes der Tragscheibe (2) befinden. Pumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad (1) aus Kunststoff und/oder Blech besteht.






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