DE4001379C2 - Pumpenlaufrad - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Pumpenlaufrad nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Gemäß dem Stand der Technik werden Pumpenlaufräder durch Preßformen aus einer Stahlplatte oder Stahlblech hergestellt.

Die Fig. 6(a) und 6(b) zeigen eine Vorderansicht bzw. eine Schnittansicht eines Hauptteils eines Laufrads. Bei dieser Bauart ist eine Halteplatte 2 am Mittelteil der Laufradhauptabdeckung 1 befestigt. Die Hauptabdeckung 1 und die Halteplatte 2 sind beide mit kreisförmigen Bohrungen 3 ausgebildet, welche zwei parallele Abflachungen für eine (nicht gezeigte) Hauptwelle mit der gleichen Querschnitts­ form aufweisen und ferner miteinander in Axialrichtung mittels Schrauben ver­ bunden sind. In den Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 4 eine Seitenplatte und 5 eine Laufradschaufel.

Bei diesem Laufrad sind die Laufradhauptabdeckung 1 und die Hauptwelle miteinander durch die zwei Kreislöcher 3 in Eingriff, die zwei Abflachungen besitzen. In diesem Falle wird daher ein Drehmoment für das Laufrad nur von einer kleinen sich über die Dicke der Hauptabdeckung 1 und die Halteplatte 2 erstreckenden Ebene aufgenommen. Infolgedessen kann das Laufrad dieser Bauart dann nicht verwendet werden wenn die erforderliche Leistung oder das Drehmoment groß sind und ferner wird das Laufrad dieser Bauart leicht durch Vibration beeinflußt, und zwar infolge eines Radialschubs oder einer Radialkraft. Zudem muß die Welle eine spezielle Querschnittsform besitzen und benötigt somit aufwendige Werkzeugmaschinenbearbeitung.

Die Fig. 7(a) und 7(b) sind eine Vorderansicht bzw. eine Seitenschnittansicht eines Hauptteils eines Laufrads in Schweißkonstruktion. In diesen Figuren bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie in den Fig. 6(a) und 6(b) gleiche oder ähnliche Teile. Bei dieser Bauart wird eine Nabe 6 ausgebildet mit einer geneigten oder konischen Oberfläche 6a an der Vorderseite (Saugseite) des Laufrads, einem Stufenteil 6b am hinteren Ende der konischen Oberfläche 6a und einer zylind­ rischen Oberfläche 6c mit einem kleineren Durchmesser benachbart zum Stufen­ teil 6b. Die Laufradhauptabdeckung 1A ist mit einer Mittelöffnung ausgebildet. Die Hauptabdeckung ist an die Nabe mit ihrer Mittelöffnung angepaßt, die auf die zylindrische Oberfläche 6c paßt und die mit ihrem Mittelteil am Stufenteil 6b anliegt, und wobei sodann die Hauptabdeckung und die Nabe miteinander durch Schweißen 7 zwischen dem hinteren Teil der konischen Oberfläche 6a und dem Anstoßteil der Hauptabdeckung 1A verbunden sind.

Bei diesem Laufrad werden Laufradhauptplatte 1A und Nabe 6 aufeinander ge­ paßt und miteinander verschweißt. Da jedoch in diesem Falle Bogenschweißen um den Umfang der Nabe herum erforderlich ist, um eine ausreichende Festigkeit sicherzustellen, wird eine große thermische Deformation hervorgerufen und daher muß das Mittelloch der Nabe nach dem Schweißen wieder bearbeitet werden. Wenn andererseits Nabe und Hauptabdeckung miteinander an verschiedenen in Fig. 7(a) gezeigten Punkten durch Punktschweißen verschweißt sind, so mag eine erneute Bearbeitung durch Werkzeugmaschinen nicht erforderlich sein, aber das Laufrad kann einem großen Drehmoment oder großer Leistung nicht standhalten, weil sich eine nicht hinreichende Festigkeit an den geschweißten Punkten ergibt.

Ferner besteht bei den soeben erwähnten Schweißverfahren das Problem, daß eine hohe Zuverlässigkeit nicht gegeben ist, weil sich die Schweißverbindungen in Zonen befinden, wo Beanspruchungen groß sind.

DE 35 17 499 C2 offenbart ein Laufrad, das mit einer Pumpenwelle durch eine Kerbverzahnung verbunden ist. Eine weitere Beschreibung oder Darstellung der Kerbverzahnung erfolgt nicht. Es wird lediglich in allgemeiner Form darauf hingewiesen, daß eine Verbindung der Nabenscheibe mit der Pumpenwelle durch bekannte Mittel erfolgt, beispielsweise mittels Buchsen, Kerbverzahnung und ähnlichem. Der mit der Kerbverzahnung in Eingriff stehende Ring bildet einen Teil der U-förmigen Nabenscheibe, an welcher die Deckscheibe des Laufrads angebracht ist. Nachdem nicht im einzelnen gezeigt oder beschrieben ist, wie diese Anbringung erfolgt, ist davon auszugehen, daß das Laufrad mittels der Mutter und der Unterlegscheibe an die Nabenscheibe geklemmt wird. Dies gestattet natürlich keine große Drehmomentübertragung von der Pumpenwelle auf das Laufrad. Selbst wenn man annehmen würde, daß die Anbringung der Deck­ scheibe an der Nabenscheibe stattdessen oder zusätzlich durch Schweißen erfolgt, so würde die Kraftübertragung von der Pumpenwelle auf das Laufrad über diese Schweißstellen erfolgen, die aufgrund starker sowie stark wechselnder Belastung und wegen der dort auftretenden Belastungskonzentration somit schneller Ermüdung ausgesetzt sind. Daher besteht die Gefahr, daß die Schweißstellen brechen könnten.

DE 46 28 53 offenbart einen Läufer für Kreiselverdichter, dessen Deckscheibe gegen die freien kanten der mit der Läuferscheibe aus einem Stück gearbeitetn Schaufeln in axialer Richtung gepresst wird, wobei ein Nabenstück mit der Deckscheibe durch Rippen verbunden ist, wobei das Nabenstück mit Hilfe eines Gewindes an der Läufernabe zentriert angedrückt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Laufrad vorzusehen, bei dem die Übertragung der Leistung von der Nabe zur Laufradhauptabdeckung durch eine relativ große Fläche bewirkt wird, wodurch große Beanspruchungen in den Übertragungsteilen vermieden werden.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.

Eine Nabe ist mit einem polygonalen Umfang versehen und mit einer Bohrung in einem Mittelteil der Nabe zur Verbindung der Nabe mit der Hauptwelle. Ferner ist eine Hauptabdeckung mit einer polygonalen Ausnehmung ausgeformt, damit diese auf den erwähnten Polygonalteil passt, und schließlich ist eine Halteplatte an einem Ende der Nabe angebracht, entgegengesetzt zu dem Ende, an dem die Hauptabdeckung an die Nabe angepaßt ist, und die Halteplatte ist mit der Haupt­ abdeckung durch Schweißen verbunden.

Ferner ist es zweckmäßig, daß die Nabe mit einer Radialstufe an dem Polygonal­ teil am hinteren Ende desselben ausgebildet ist, und daß die Hauptabdeckung mit einem Mantelteil ausgeformt ist, und zwar radial nach innen sich erstreckend von einem Ende der Ausnehmung, wobei ferner der Mantelteil an der Radialstufe anstößt und mit dieser in Eingriff steht. Wenn die Hauptabdeckung an die Nabe vom vorderen Ende derselben her angepaßt ist, kann jedoch ein radial innerer Teil der Halteplatte an der Radialstufe anliegen.

In den oben erwähnten Anordnungen der Erfindung zum Zusammenbau des Lauf­ rades wird der am Umfang der Nabe geformte Polygonalteil mit der Polygonal­ ausnehmung in der Laufradhauptabdeckung zusammengepaßt, und die Halte­ platte, die an der Nabe von der Seite entgegengesetzt zur Hauptabdeckungs­ anbringungsseite angeordnet ist, wird mit der Hauptabdeckung verschweißt. Auf diese Weise ist die Hauptabdeckung sicher an der Nabe befestigt, die ihrerseits an der Hauptwelle durch Mittel befestigt ist, wie beispielsweise eine Paßfeder.

Im Betrieb der Pumpe wird das Drehmoment von Hauptwelle auf die Nabe durch beispielsweise eine Nut-Feder-Verbindung übertragen und sodann erfolgt die Übertragung zur Hauptabdeckung durch die Oberflächen des Polygonalteils der Nabe und die entsprechenden Oberflächen der Polygonalausnehmung der Hauptabdeckung, wodurch Wasser vom Laufrad gefördert wird.

Da, wie oben erwähnt, das Drehmoment von der Hauptwelle zur Nabe durch die Oberflächen des Polygonalteils der Ausnehmung und entsprechenden Ober­ flächen der Ausnehmung der Hauptabdeckung übertragen wird, bleibt die Beanspruchung an diesen Teilen niedrig.

Die Erfindung wird durch ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung erläutert.

In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt einer Kreiselpumpe, hergestellt aus einer Stahl­ platte oder Stahlblech und vorgesehen mit einem Laufrad gemäß der Erfindung;

Fig. 2(a) eine Vorderansicht der Nabe;

Fig. 2(b) ein Schnitt längs Linie II-II der Fig. 2(a);

Fig. 3(a) eine Vorderansicht der Halteplatte;

Fig. 3(b) einen Schnitt längs Linie III-III der Fig. 3(a);

Fig. 4(a) eine Vorderansicht der Hauptabdeckung;

Fig. 4(b) einen Schnitt längs Linie IV-IV der Fig. 4(a);

Fig. 5(a) einen Längsschnitt eines Laufrads gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 5(b) einen Längsschnitt eines Teils eines Laufrads gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 6(a) eine Vorderansicht eines Hauptteils eines Laufrads nach dem Stand der Technik;

Fig. 6(b) einen Schnitt durch das Laufrad aus Fig. 6(a);

Fig. 7(a) eine Vorderansicht eines Hauptteils eines weiteren Laufrads nach dem Stand der Technik; und

Fig. 7(b) eine Seitenansicht dieses Laufrads.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt einer Zentrifugalpumpe mit einem Laufrad, hergestellt aus einem Stahlblech oder einer Stahlplatte gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

In der Figur erkennt man eine Nabe 13, vorgesehen zur Anordnung einer Laufrad­ hauptabdeckung 11 auf einer Hauptwelle 12. Wie in den Fig. 2(a) und 2(b) gezeigt, ist die Nabe 13 an ihrer Innenseite mit einer Bohrung 13a ausgestattet. In der Bohrung ist eine Paßfedernut 13b vorgesehen. Die Nabe ist ferner an ihrem Mittelteil mit einem polygonalen (in der Figur hexagonalen) Umfang 13c ausge­ bildet. An der Nabe 13 (die rechte Seite in der Figur) des Polygonalteils 13c ist eine Radialstufe 13d ausgebildet, die eine zylindrische Oberfläche 13e mit kleinerem Durchmesser aufweist.

Auf der Saugseite (linke Seite in der Figur) ist eine konische Oberfläche 13f ausgeformt, welche zur Saugseite hin konvergiert und mit einer entsprechend geformten Halteplatte 14 zusammenpasst. Der vordere Endteil 14a der Halteplatte 14 (vgl. die Fig. 3(a) und 3(b)) ist beim Zusammenbau eines Laufrads zwischen einer Mutter 12a für die Hauptwelle und die vordere Oberfläche der Nabe 13 erfaßt, wohingegen ein hinterer Endteil 14b an der Hauptabdeckung 11 anstößt. Der Mittelteil der Halteplatte 14 besitzt eine konische Form entsprechend der geneigten Oberfläche 13f der Nabe 13. Diese konische Form der Halteplatte gestattet einen strömungsgünstigen Ansaugfluß des gepumpten Wassers in das Laufrad.

Andererseits ist, wie in den Fig. 4(a) und 4(b) gezeigt, die Laufradhauptabdeckung 11 durch Preßformen an ihrem Mittelteil mit einer polygonalen (in der Figur hexa­ gonalen) rohrförmigen Ausnehmung 11a ausgebildet, welche die gleiche Form besitzt wie der Polygonalteil 13c der Nabe. Ein Mantelteil 11b erstreckt sich radial nach innen von einem Ende der Ausnehmung 11a und ist mit einer kreisförmigen Öffnung 11c versehen, welche mit der zylindrischen Oberfläche 13e der Nabe 13 zusammenpasst. Der Mantelteil 11b stößt an der Stufe 13d der Nabe 13 an.

Nunmehr wird die Halteplatte 14 auf der Nabe von der Seite entgegengesetzt zu der Hauptabdeckungsanpaßseite aufgebracht, und der hintere, radial äußere Teil 14b der Halteplatte 14 sind fest an der Hauptabdeckung 11 befestigt, und zwar beispielsweise durch eine Punktschweißung 15.

Wenn die Pumpe betrieben wird, so wird der Drehmoment von der Hauptwelle 12 durch die Passfeder auf die Nabe 13 übertragen und sodann über den Polygonal­ teil zur Hauptabdeckung 11. Die Übertragung des Drehmoments erfolgt also durch die Polygonaloberflächen. Hierdurch wird keine übermäßige Beanspruchung an dem Drehmoment übertragenden Teil und somit auch an der Schweißstelle 15 auftreten.

Infolge der Drehung des Laufrades wird ein Axialschub erzeugt, der von der Rückseite des Laufrades zur Saugöffnung 19 weist. Dieser Axialschub wird jedoch über den Mantelteil 11b der Hauptabdeckung 11 von der Radialstufe 13d der Nabe 13 aufgenommen. Infolgedessen wird die Schweißstelle 15 auch in Axialrichtung nicht übermäßig beansprucht.

Obwohl in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel der Querschnitt des am Umfang der Nabe 13 gebildeten Polygonalteils 13c hexagonal ist, kann auch irgendeine andere Polygonalform verwendet werden.

Fig. 5(a) zeigt einen Längsschnitt eines Laufrads, gebildet als ein solches der Doppel-Auskleidungsringbauart gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 bezeichnen hier die gleichen Glieder oder Teile. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Richtung der Aus­ nehmung 11a' der Hauptabdeckung 11' umgekehrt im Vergleich mit dem Ausfüh­ rungsbeispiel gemäß Fig. 1 und der sich radial nach innen erstreckende Mantelteil 11b' stößt an der vorderen Endoberfläche der Nabe 13 an. Bei diesem Ausfüh­ rungsbeispiel steht ein radial innerer Endteil 14a' der Halteplatte 14' mit dem Stufenteil 13d der Nabe 13 in Eingriff und ein radial äußerer Endteil 14b' ist axial verlängert, um einen zylindrischen Teil zu bilden, d. h. einen Auskleidungsring 14c. Ferner sind die Hauptabdeckung 11' und die Halteplatte 14' nahe ihrem Mittelteil mit einer Vielzahl von Löchern (Ausgleichsloch) 10 ausgeformt, welche die Funktionen haben, den Druck an der Zone (B) radial innerhalb des Aus­ kleidungsrings 14c mit dem an der Saugseitenzone (A) auszugleichen. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird eine ähnliche Funktion wie bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel erhalten.

Fig. 5(b) ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Laufrads der Doppel-Ausklei­ dungsringbauart. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind Hauptabdeckung 11" und eine Halteplatte 14" ähnlich diesen Bauteilen in Fig. 1 ausgebildet, aber ein gesonderter Auskleidungsring 24 ist an der hinteren Oberfläche des Laufrades vorgesehen, um ein Laufrad der Doppel-Auskleidungsringbauart zu bilden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die folgenden Vorteile erhalten.

• 1. Da der geschweißte Teil keine signifikante Beanspruchung erfährt, können Schweißverfahren einfacherer Art verwendet werden und die Zuverlässigkeit des geschweißten Teils wird verbessert.
• 2. Da die Übertragung der Leistung von der Nabe zu der Hauptabdeckung durch die Polygonaloberflächen erfolgt, tritt keine substantielle Beanspruchungs­ konzentration in der Leistungsübertragungsfläche auf.
• 3. Da der geschweißte Teil von den Zonen gesondert ist, wo eine präzise Werkzeugmaschinenbearbeitung erforderlich ist, wie beispielsweise die Mittelbohrung der Nabe, und keine thermische Deformation erleidet, ist eine zusätzliche Werkzeugmaschinenbearbeitung nach dem Zusammenbau nicht erforderlich.
• 4. Da keine spezielle Querschnittsform der Welle erforderlich ist, besteht anders als beim Stand der Technik, der Bauart mit zwei Abflachungen, die Austauschmöglichkeit zwischen einem Laufrad dieser Erfindung und einem Laufrad, hergestellt durch Gießen oder dgl., wobei eine Nut-Paßfeder-Verbindung zwischen Welle und Nabe vorgesehen sein kann.
• 5. Aus den oben genannten Gründen kann ein Laufrad durch Preßformen oder Formpressen hergestellt werden, welches in der Lage ist, eine große Last zu übertragen.

Claims (10)

1. Pumpenlaufrad, hergestellt durch Preßformen einer Stahlplatte mit einer Nabe (13), ausgebildet mit einer Mittelbohrung (13a) zur Verbindung der Nabe (13) mit einer Hauptwelle (12) einer Pumpe durch eine Nut (13b)- Paßfeder-Kombination und ferner mit einer antriebsseitigen Hauptabdeckung (11), befestigt an der Nabe (13), dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (13) mit einem Polygonalteil (13c) am Umfang ausgebildet ist, daß die Hauptabdeckung (11) an ihrem Mittelteil mit einer Polygonalausnehmung (11a) ausgestattet ist, die auf den Polygonalteil (13c) der Nabe paßt, daß eine Halteplatte (14) an der Nabe (13) an einem Ende entgegengesetzt zu einem Ende befestigt ist, an dem die Hauptabdeckung (11) an die Nabe sitzt, und daß die Halteplatte (14) mit der Hauptabdeckung durch Schweißen verbunden ist.

2. Pumpenlaufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Haupt­ abdeckung vom hinteren Ende her auf die Nabe aufgepaßt ist und daß die Halteplatte auf einem vorderen Ende der Nabe angeordnet ist.

3. Pumpenlaufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Haupt­ abdeckung vom vorderen Ende her auf die Nabe aufgepaßt ist und daß die Halteplatte auf einem hinteren Endteil der Nabe angebracht ist.

4. Pumpenlaufrad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe mit einer Radialstufe am Polygonalteil am hinteren Ende derselben ausgebildet ist, daß die Hauptabdeckung mit einem Mantelteil ausgebildet ist, und zwar sich radial nach innen erstreckend von einem Ende der Polygonalausneh­ mung und daß der Mantelteil an den Stufenteil anstößt.

5. Pumpenlaufrad nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe mit einer Radialstufe an dem Polygonalteil am hinteren Ende desselben aus­ gebildet ist und daß ein radial innerer Teil der Halteplatte an dem Stufenteil anstößt.

6. Pumpenlaufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe mit einer geneigten Oberfläche an der vorderen Endseite derselben ausgebildet ist.

7. Pumpenlaufrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe mit einer geneigten Oberfläche an einer vorderen Endseite derselben ausgebildet ist, und daß die Halteplatte in ihrem Mittelteil einen konischen Teil entsprechend der geneigten Oberfläche der Nabe aufweist.

8. Pumpenlaufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteplatte mit der Hauptabdeckung an einem radial äußeren Teil derselben verschweißt ist.

9. Pumpenlaufrad nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halte­ platte einen sich axial erstreckenden Auskleidungsring an einem radial äußeren Endteil derselben aufweist, und daß eine Vielzahl von Ausgleichs­ löchern ausgeformt ist, die durch die Hauptabdeckung und die Halteplatte verlaufen, um dadurch ein Laufrad der Doppel-Auskleidungsringbauart zu bilden.

10. Pumpenlaufrad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein sich axial erstreckender Auskleidungsring an der hinteren Oberfläche der Hauptabdec­ kung vorgesehen ist, und daß ferner eine Vielzahl von Ausgleichslöchern ausgeformt ist, und zwar durch die Hauptabdeckung verlaufend, um da­ durch ein Laufrad der Doppel-Auskleidungsringbauart zu bilden.