DD259975A3

DD259975A3 - Blechlaufrad kleiner foerderleistung, insbesondere fuer kuehlmittelpumpen

Info

Publication number: DD259975A3
Application number: DD86292222A
Authority: DD
Inventors: Eugen Schmidt; Hartmut Leusenrink; Peter Amm
Original assignee: Merbelsrod Geraete Pumpen Veb
Priority date: 1986-07-07
Filing date: 1986-07-07
Publication date: 1988-09-14
Also published as: HU199595B; DE3717229A1; CS506487A1; GB2192432A; IT8767578A0; HUT49671A; GB8715525D0; NL8701534A; IT1211180B

Abstract

Das Blechlaufrad kleiner Leistung findet in Kraftfahrzeug-Kuehlmittelpumpen oder in Pumpen von Haushaltsgeraeten Anwendung. Ziel der Erfindung ist es, ein kleines Laufrad hoher Foerderleistung zu schaffen, das die Kuehlung und Spuelung der Gleitringdichtung auf der Laufradrueckseite gestattet. Aufgabe ist es, mit neuen technischen Mitteln die Foerderleistung zu erhoehen und Spaltverluste zu senken und eine Kuehl- und Spuelstroemung auf der Laufradrueckseite bis in das Gleitringdichtungsgehaeuse zu erzeugen. Das kurzbauende Blechlaufrad, bestehend aus Scheibe mit randoffener Zirkulationsspalte, Stabilisierungswulst, Nabe und abgewinkelten Schaufeln, ist erfindungsgemaess mit an den freien Schaufelkanten zum Schaufelendbereich radial sich verbreiternde Sperrflanken in der Beschleunigungszone der Pumpe ausgestattet. Die Nabe ist zu einem Stirnkragen auf der Laufradrueckseite ausgeformt. Aus dem Stirnkragen oder der Zylinderflaeche der Nabe sind durch in Achsrichtung abgewinkelte Einschnitte neben den Oeffnungen Blaetter ausgebildet, die zur Rueckseite der Scheibe weisen. Damit wird hinter der Laufradrueckseite ein wellennaher Zirkulationsraum geschaffen, von dem aus bis in das Gleitringdichtungsgehaeuse hinein gekuehlt und gespuelt wird.

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Blechlaufrad kleiner Förderleistung, das in Kraftfahrzeug-Kühlmittelpumpen oder in Pumpen von Haushaltsgeräten Anwendung findet.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannt ist ein Blechlaufrad für Kraftfahrzeug-Kühlmittelpumpen in Tiefziehausführung, das mittig, am Einlauf bereich zweistufig ausgebildete Zylindersitze besitzt, wovon der mit dem großen Durchmesser auf der Laufradrückseite über einen Gummiwinkelring den Gegenring von einer Gleitringdichtung aufnimmt und der Zylindersitz mit dem kleinen Durchmesser von außen kalibriert ist und die Nabe den Anschlag für den Sitz auf der Welle bildet. Am Umfang des Laufrades sind rechtwinklig zur Laufradscheibe, mit der Blattstellung in Richtung des Zylindersitzes weisend, unter einem Winkel zu gleichmäßig aufgeteilten Tangenten an den Scheibenumfang und zur Förderrichtung mehrere Schaufeln abgebogen. Die Schaufeln sind durch eine 45° Kerbsicke zur Laufradscheibe in den Schaufelwurzeln versteift. Durch die Umhüllung des Gegenringes einer Gleitringdichtung über einen Gummiring in die Laufradrückseite ist die Wärmeableitung vom Keramik-Gegenring zum Laufrad schlecht. Die Lauf rad rückseite wird durch die geschlossene Ausbildung der Laufradscheibe kaum vom Kühlmittel hinterströmt, was zu erhöhten Temperaturen und zu einer reduzierten Lebensdauer der Gleitringdichtung führt. Diese Ausbildung der Laufradscheibe läßt keine Anbringung von fördernden Elementen zur Wärmeableitung zu. Die Ausbauchung des Zylindersitzes für den Gegenring am Saugmund in den Einlaufbereich des Laufrades hinein ist von strömungstechnisch ungünstiger Gestaltung, die erhöhte Stoßverluste und Strömungswiderstände, Kavitation und einen schlechten Wirkungsgrad ergibt, weil kein kontinuierlicher Übergang von der axialen zur fördernden Strömung in den radialen Bereich erfolgen kann. Der Innenraum des Gleitringdichtungsgehäuses liegt in einer beruhigten Zone, wodurch sich Ablagerungen ansammeln. In der Beschleunigungszone treten am Spalt zwischen den Schaufeln und dem Gehäuse erhebliche Verlustströmungen im Bereich der Druckseite gegenüber der Saugseite auf, was bei steigenden Drehzahlen zu einem niedrigerem Wirkungsgrad führt. Die auftretenden Spaltverluste sind erheblich.

Bei Kühlmittelpumpen, die im hohen Drehzahlbereich arbeiten, ist die Standzeit der Gleitringdichtung entscheidend davon abhängig, wie es gelingt, die Wärme abzuführen und die den Nachstellvorgang der Gleitringdichtung behindernde Ablagerungen zu vermeiden.

Für die bessere Kühlung der auf der Laufradrückseite angeordneten Gleitringdichtungen sind Entlastungsschlitze in Laufradscheiben bekannt (siehe DE 2523396). Randoffene Schlitze in Blechlaufrädern anzuordnen, ist wegen der Stabilisierungsgefährdung unüblich.

Ein kurzbauendes Blechlaufrad mit einem schrumpfflächenvergrößemden, ringförmig vertikalversteifend gestalteten Stabilisierungswulst wird in der Schrift DE 2623538 gezeigt. Auf Grund der dort gezeigten Monoblockbauweise, die den Gegenring in das Gehäuse der Gleitringdichtung integriert, kommt es ebenfalls, besonders bei der Anordnung des Gleitringes auf der Laufradrückseite, zu einer unzureichenden Kühlung in der Gleitringdichtung.

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Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein kleines Laufrad mit relativ hoher Förderleistung in Leichtbauweise für Kraftfahrzeug-Kühlmittelpumpen oderfür Pumpen in Haushaltsgeräten zu schaffen, das mit niedriger Fertigungszeit, erhöhtem Wirkungsgrad und auf Grund der Inneridurchmesservariabilität für verschiedene Anschlußmaße und sogar Befestigungsmöglichkeiten der Dichtringe für Wellen und Gleitringdichtungen wählbar gestaltet ist, sowie eine gute Kühlung und Spülung der Gleitringdichtung auf der Laufradrückseite gewährleistet.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Blechlaufrad kleiner Leistung für Kühlmittelpumpen zu schaffen, das eine Förderleistungserhöhung bei Erhöhung des Förderdruckes und der Verringerung der Spaltverluste im Hauptförderstrom mittels, z. B. bei einem Gußlaufrad im Gieß- und Zerspanungsprozeß formungs- und bearbeitungstechnisch nicht realisierbarer neuertechnischer Mittel in der Beschleunigungszone sowie bei vorhandenen Wellenabdichtelementen auf der Laufradrückseite in Wellennähe Mittel für die Flüssigkeit- und Wärmeabführung am Dichtrihgpaar, zur intensiven Spülung in das Gleitringdichtungsgehäuse, besitzt.

Bei einem kurzbauenden Blechlaufrad kleiner Förderleistung für Kühlmittelpumpen mit Zirkulationsspalten zwischen jeder zweiten Schaufel, einem um die mittige Nabe einer tiefgezogenen Scheibe schrumpfflächenvergrößernden, ringförmig versteifenden Stabilisierungswulst, wobei die Scheibe am Rand einseitig von mehreren rechtwinklig abgebogenen Schaufeln, unter einem Winkel zur Tangente am Scheibenumfang stehend, besetzt ist und die mit je einer Rippe zur Scheibe versehen sind, ist erfindungsgemäß das Ende der Nabe zu einem Stirnkragen für den wellenfest klemmenden Gegenring einer Gleitringdichtung angeformt. Überdies sind die freien Schaufelkanten mit je einer zum Schaufelendbereich sich in radialer Richtung verbreiternden Sperrflanke ausgestattet, mit der die Schaufeln eine den freien Kanalquerschnitt verengenden Beschleunigungszone bilden. Zudem besitzt das Blechlaufrad zwischen der Stirnfläche und der Rückseite der Scheibe einen um die Nabe beginnenden ringförmigen Zirkulationsraum. In den Zirkulationsraum hineinreichend sind mehrere von dem Stirnkragen durch in Achsrichtung abgewinkelte Einschnitte gebildete Blätter, zur Rückseite der Scheibe weisend, neben Öffnungen angeordnet.

Weiterhin kann der radiale Stirnkragen durch eine in die Nabe einsteckbare Bundbuchse gebildefwerden, die in ihrem Boden einen Durchbruch besitzt.

Die Blätter können auch durch radial abgewinkelte, in Achsrichtung sich erstreckende Einschnitte aus der zylindrischen Nabe gebildet sein. Als weitere Variante können die Blätter aus einem um die Nabe oder die Bundbuchse fest angeordneten separaten Teil gebildet sein.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll im nachstehenden Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1: Die Darstellung des einstückigen Blechlaufrades mit seinem Stirnkragen, den Zirkulationsspalten und die in den

Zirkulationsraum reichenden Blätter in der Vorderansicht im Schnitt, Fig. 2: das Blechlaufrad nach Fig. 1 mit den radial sich verbreiternden Sperrflanken an den Schaufelendbereichen in der

Draufsicht, Fig. 3: das zusammengesetzte Blechlaufrad, bei dem der Stirnkragen von der Bundbuchse gebildet wird, in der Vorderansicht

geschnitten, und Fig.4: das Blechlaufrad nach Fig.3 in der Draufsicht.

Das Blechlaufrad 1 besteht aus einer Scheibe 2 mit mittiger Nabe 3 und den Schaufeln 7. Der Übergang zur Nabe 3 ist durch einen Stabilisierungswulst 4 gestaltet, der die Aufgabe hat, ein kurzbauendes Blechlaufrad 1 zu gestatten und gleichzeitig die Zone für die Nabe 3 derart zu versteifen, daß eine kraftschlüssige Verbindung zum Wellenstumpf gewährleistet wird. In Figur 1 ist dieser Stabilisierungswulst 4 zur Schaufelseite des Blechlaufrades 1 aufgewölbt und geht darauf in die Nabe 3 über. In der Scheibe 2 zwischen zwei Schaufeln 7 sind Zirkulationsspalten 5 ausgebildet, die zum Rand der Scheibe 2 offen ausgebildet sind. Der Rand der Scheibe 2 ist von mehreren rechtwinklig abgebogenen Schaufeln 7 besetzt, die unter einem leistungsabhängig zu wählenden Winkel zur Tangente am Scheibenumfang stehen. Diese Schaufeln 7 sind in der Schaufelwurzel durch eine Rippe 6 zur Scheibe 2 des Blechlaufrades 1 in Form einer Sicke von 45° versteift. Das freie Ende der Schaufeln 7 besitzt an der Schaufelkante 8 zum Schaufeiendbereich 9 eine in radialer Richtung sich verbreiternde Sperrflanke 10. Die Sperrflanke 10 minimiert die Spaltverluste im Hauptförderstrom, die sich aus der gewählten Distanz zur Pumpengehäusewand in der Beschleunigungszone 11 ergeben. Auf der Rückseite des Blechlaufrades 1 ist eine Wellenabdichtung zur Nabe 3 des Blechlaufrades 1 als Gleitringdichtung angeordnet, die das Pumpengehäuse zur Antriebsseite flüssigkeitsdicht verschließt. Dabei ist der Gegenring der Gleitringdichtung an der Stirnfläche 12 axial anliegend mit dem Wellenstumpf drehfest und dicht verbunden und der axial nachstellbare Gleitring der Gleitringdichtung wird im Gleitringdichtungsgehäuse verdrehsicher gehalten.

Da der Stirnkragen 12 mit einem gewählten Abstand radial von der Rückseite der Scheibe 2 ausgeformt ist, wird damit ein ringförmiger Zirkulationsraum 16 geschaffen, der an der Nabe 3 beginnt. In diesen Zirkulationsraum 16 reichen von dem Stirnkragen 12 durch Einschnitte 13, die in Achsrichtung abgewinkelt sind, neben Öffnungen 15 gebildete Blätter 14, die zur Rückseite der Scheibe 2 weisen.

Für Einsatzfälle, wo unterschiedliche Wellendurchmesser mit diesem Blechlaufrad 1 ausgestattet werden sollen, bietet sich die Verwendung einer die Blätter 14 aufnehmende Bundbuchse 17 nach den Figuren 3 und 4 an. Hier ist der Stabilisierungswulst 4 zur Antriebsseite ausgeformt und geht darauf in die Nabe 3 mit Stirnanschlag für den Wellenstumpf zur Schaufelseite über. Der Stirnkragen 12 als Anlage für den Gegenring einer Gleitringdichtung ist hierbei an der Bundbuchse 17 radial angeformt. Die Blätter 14 werden dabei ebenfalls durch Einschnitte 13 neben Öffnungen 15 durch Abwinkelung in Achsrichtung gebildet. Hier ist der Zirkulationsraum 16, bedingt durch die Ausformung der Stabilisierungswulst 4, schmaler gehalten.

Nach einer zeichnerisch nicht dargestellten Variante können die neben Öffnungen 15 gebildeten Blätter 14 durch radial abgewinkelte, in Achsrichtung sich erstreckende Einschnitte 13 aus der zylindrischen Nabe 3 gebildet werden. Nach einer weiteren zeichnerisch nicht dargestellten Variante können die Blätter 14 aus einem um die Nabe 3 oder die Bundbuchse 17 fest angeordneten separaten Teil gebildet werden.

Das Blechlaufrad ist in einem nicht dargestellten Pumpengehäuse, das radial mit einem Spiralkanal abschließt, im Zentrum auf einem nicht dargestellten Wellenstumpf, der in der Nabe 3 des Blechlaufrades 1 bündig abschließt, befestigt. Die Flüssigkeit wird axial am Saugmund im Einlaufbereich über die Welle zugeführt. Sie gelangt in die Beschleunigungszone 11 und wird in radialer Richtung beschleunigt.

Die Ausbildung der sich radial erstreckenden Sperrflanken 10 auf der Schaufelseite, die voll in der Hauptförderströmung, in der Beschleunigungszone 11 arbeitet, senkt die Spaltverluste im Hauptförderstrom und erhöht die Förderleistung des Blechraufrades 1. Aus der Beschleunigungszone 11, einem Raum höheren Druckes, gelangt ein Teilstrom auf die Rückseite des Blechlaufrades 1 bis in den wellennahen Zirkulationsraum 16, wo er von den in Wellennähe, bei dem Stirnkragen 12 befindlichen Blättern 14 erfaßt und verwirbelt wird und die Temperaturabsenkung in diesem Raum bewirkt. Damit wird die Temperaturabsenkung des an der Stirnfläche 12 anliegenden, wellenfest verbundenen Gegenringes über seine gesamte Mantelfläche und über die Öffnungen 15 erzielt. Gleichzeitig wird die Temperaturabsenkung und Spülung in das Gleitringdichtungsgehäuse hinein bewirkt, um die Bildung von Ablagerungen begünstigenden beruhigten Zonen im Gehäuse der Gleitringdichtung zu vermeiden. Auch beim schmaler gehaltenen Zirkulationsraum nach Figur 3 ist diese Funktion gewährleistet. Über die randoffene Zirkulationsspalte 5 ist für einen ständigen Übertritt des Kühlraumes in den Saugraum, ein Raum niederen Druckes, gesorgt. Dennoch ergibt das Blechlaufrad 1 mit seinen spezifischen Eigenschaften, in Kraftfahrzeug-Kühlmittelpumpen eingesetzt, eine Erhöhung des Wirkungsgrades der Pumpe um 20%. Die Fördermenge erhöht sich bei gleichem Druck und gleicher Drehzahl im Verhältnis zu einem Gußlaufrad um 50% was bedeutet, daß zur Erlangung dergleichen Fördermenge in I min"¹ mit niedrigen Drehzahlen gefahren werden kann, z.B. statt mit η = 6500 min"¹ nur noch mit η = 6000min"¹.

Mit der Sperrflanke 10 wird erreicht, daß die Leistungskennlinie der Pumpe durch die verringerten Spaltverluste stabilisiert wird, was heißt, daß der vorher im großen Fördermengenbereich vorhandene Leistungsabfall beim Förderdruck nur eine geringe Degression zeigt. Aus der hierdurch möglichen Drehzahlreduzierung über den gesamten Lastbereich der Kühlmittelpumpe ist auch die erwartete Lebensdauererhöhung und durch die Temperaturabsenkung und verbesserte Spülung eine hohe Funktionssicherheit der Gleitringdichtung begründet.

Claims

1. Blechlaufrad kleiner Förderleistung, insbesondere für Kühl mittel pum pen mit Zirkulationsspalt zwischen jedem zweiten Schaufelblatt, einem um die mittige Nabe einer tiefgezogenen Scheibe schrumpfflächenvergrößemden, ringförmig versteifenden Stabilisierungswulst, wobei die Scheibe am Rand einseitig von mehreren rechtwinklig abgebogenen Schaufelblättern, unter einem Winkel zurTangente am Scheibenumfang stehend, besetzt ist und die Schaufelblätter je mit einer Rippe zur Scheibe versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende der Nabe (3) zu einem Stirnkragen (12) für den wellenfest klemmenden Gegenring einer Gleitringdichtung angeformt ist, die freien Schaufeikanten (8) je mit einer zum Schaufelendbereich (9) radial sich verbreiternden Sperrflanke (10) ausgestattet sind, mit denen diese Schaufeln (7) eine den freien Kanalquerschnitt verengende Beschleunigungszone (11) bilden und das Blechlaufrad (1) zwischen dem Stirnkragen (12) und der Rückseite der Scheibe (2) einen um die Nabe (3) beginnenden ringförmigen Zirkulationsraum (16) besitzt, in den hinreichend mehrere von dem Stirnkragen (12) durch in Achsrichtung abgewinkelte Einschnitte (13), neben Öffnungen (15) gebildete Blätter (14) angeordnet sind, die zur Rückseite der Scheibe (2) weisen.

2. Blechlaufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der radiale Stirnkragen (12) durch eine in die Nabe (3) einsteckbare Bundbuchse (17) gebildet wird.

3. Blechlaufrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blätter (14) aus der zylindrischen Nabe (3) gebildet werden.

4. Blechlaufrad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blätter (14) aus einem um die Nabe(3) oder die Bundbuchse (17) angeordneten separaten Teil gebildet werden.