DE102012209832B3

DE102012209832B3 - Pumpe und Verfahren zum Herstellen eines Impellers für eine Pumpe

Info

Publication number: DE102012209832B3
Application number: DE102012209832A
Authority: DE
Inventors: Tobias Albert
Original assignee: EGO Elektro Geratebau GmbH
Current assignee: EGO Elektro Geratebau GmbH
Priority date: 2012-06-12
Filing date: 2012-06-12
Publication date: 2013-09-12
Anticipated expiration: 2032-06-13
Also published as: EP2674092B1; EP2674092A1; ES2566189T3; CN103486077A; CN103486077B; US20130330170A1; KR20130139186A; PL2674092T3; KR102060203B1

Abstract

Bei einer Kreiselpumpe mit einem Impeller zur Förderung von Fluid mit zentralem axialen Ansaugen und radialem Auslass des zu fördernden Fluids aus dem Impeller weist der Impeller eine obere Deckscheibe und eine untere Deckscheibe und mehrere dazwischen liegende Schaufeln auf. Die Schaufeln verlaufen im radial inneren Bereich im Wesentlichen in axialer Richtung der Pumpe parallel zur Drehachse des Impellers und stehen somit aufrecht, wobei sie in ihrem Verlauf nach radial außen zunehmend geneigt sind bzw. schräg stehen.

Description

Anwendungsgebiet und Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Pumpe, insbesondere für Haushaltsgeräte wie Geschirrspülmaschinen oder Waschmaschinen. Die Pumpe ist dabei als sogenannte Kreiselpumpe ausgebildet. Ebenso betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Impellers für eine solche Pumpe.
Eine derartige Pumpe ist aus der EP 2150165 B1 bekannt. Die dort beschriebene Kreiselpumpe weist einen Impeller auf mit einer oberen Deckscheibe und einer unteren Deckscheibe, zwischen denen sich mehrere Schaufeln befinden.
Aufgabe und Lösung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Pumpe sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Impellers für eine solche Pumpe zu schaffen, mit denen Probleme des Standes der Technik vermieden werden können und insbesondere eine effiziente Förderung von Fluid möglich ist sowie vorteilhaft ein leicht herzustellender, zuverlässig funktionierender Impeller bereitgestellt werden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Pumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Impellers mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im Folgenden näher erläutert. Manche der nachfolgend genannten Merkmale werden nur für die Pumpe bzw. den Impeller oder nur für das Verfahren beschrieben. Sie sollen jedoch unabhängig davon sowohl für den Impeller bzw. die Pumpe als auch für das Verfahren gelten können. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Es ist bei einer solchen Pumpe vorgesehen, insbesondere für Haushaltsgeräte wie Geschirrspülmaschinen oder Waschmaschinen, dass sie einen Impeller aufweist zur Förderung von Fluid, wobei die Pumpe mit dem Impeller für eine Funktion als Kreiselpumpe ausgebildet ist mit zentralem axialen Ansaugen und radialem Auslass des zu fördernden Fluids aus dem Impeller. Der Impeller weist eine obere Deckscheibe und eine untere Deckscheibe auf, wobei zwischen den Deckscheibe mehrere Schaufeln liegen bzw. angeordnet sind. Der Impeller ist also als sogenannter geschlossener Impeller ausgebildet.
Erfindungsgemäß verlaufen die Schaufeln im radial inneren Bereich im Wesentlichen aufrechter bzw. stärker in axialer Richtung der Pumpe bzw. des Impellers parallel zur Drehachse des Impellers als in ihrem weiteren Verlauf nach außen bzw. hin zum radial äußeren Bereich. Vorteilhaft sind die Schaufeln also im radial inneren Bereich weniger stark geneigt gegenüber der Längsmittelachse als im radial äußeren Bereich. Besonders vorteilhaft stehen sie im radial inneren Bereich in etwa aufrecht.
In ihrem weiteren Verlauf nach außen bzw. zum radial äußeren Bereich sind die Schaufeln also zunehmend geneigt bzw. stehen schräg oder zunehmend schräg. Somit ändert sich ihre Neigung vorteilhaft von geringer oder keiner Neigung im radial inneren Bereich bis zu der maximalen Neigung im radial äußeren Endbereich.
Dadurch kann zum einen eine vorteilhafte Förderwirkung bzw. Strömungsführung für das Fluid erreicht werden. Des Weiteren ist gerade für den später noch im Detail beschriebenen Fall, dass der gesamte Impeller einteilig ausgebildet ist und die Schaufeln von der unteren Deckscheibe bis zur oberen Deckscheibe reichen, eine bessere Herstellbarkeit gegeben, insbesondere durch Kunststoffspritzguss.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Neigung der Schaufeln derart ausgebildet ist, dass die Schaufeln zur oberen Deckscheibe hin in Drehrichtung des Impellers geneigt sind bzw. schräg stehen. So haben sich in Versuchen die vorgenannten besseren Werte hinsichtlich Strömungsführung bzw. bessere hydraulische Kennwerte feststellen lassen, beispielsweise im Vergleich zu den Impellern aus der vorgenannten EP 2150165 A mit aufrecht stehenden Schaufeln.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Änderung der Neigung von radial innen nach radial außen monoton zunehmen. Dies bedeutet also, dass sie zumindest nicht wieder rückläufig ist. Vorteilhaft ist sie dabei stetig bzw. streng monoton zunehmend, die Neigung nimmt also kontinuierlich zu. Sie kann gleichmäßig zunehmen, muss es aber nicht. Wenn die Neigung in etwa gleichmäßig zunimmt, lässt sich zum Einen die Form leicht herstellen und zum Anderen lässt sich dadurch wiederum die Strömungsführung verbessern.
Es kann vorgesehen sein, dass im radial inneren Bereich nur ein sehr kurzer Bereich der Schaufel aufrecht steht bzw. die Schaufel sofort beginnt, sich zur oberen Deckscheibe hin in Drehrichtung des Impellers zu neigen.
Ein maximaler Neigungswinkel der Schaufeln im radial äußeren Bereich kann kleiner als 75° zur Drehachse sein. Vorteilhaft beträgt er zwischen 45° und 70°. Dabei können es beispielsweise an der unteren Deckscheibe etwa 70° sein und an der oberen etwa 50°.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Schaufel im Querschnitt gesehen von einer geraden Erstreckung abweichen. Dies bedeutet, dass sie in ihrem Verlauf von der unteren Deckscheibe bis zur oberen Deckscheibe leicht gekrümmt sein kann, vorteilhaft wiederum in Drehrichtung. Die Krümmung bzw. Durchbiegung kann wenige Prozent der Erstreckungslänge zwischen unteren Deckscheibe und oberer Deckscheibe betragen, beispielsweise 1% bis 10% oder sogar bis 20%. Bevorzugt sind es etwa 10%.
In nochmals weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die Schaufeln in ihrem Längsverlauf von radial innen nach radial außen gekrümmt, besonders vorteilhaft entgegen der Drehrichtung gekrümmt. Eine Krümmung kann bevorzugt gleichmäßig ausgebildet sein. Als ungefähres Maß für die Krümmung kann sie zwischen 5% und 30% der Erstreckungslänge zwischen dem radial innersten und dem radial äußersten Punkt über die Verbindungslinie zwischen diesen beiden Punkten hinaus gekrümmt sein, vorteilhaft 15% bis 20%.
Es wird als bevorzugt angesehen, wenn alle Schaufeln des Impellers identisch ausgebildet sind. Dies bringt zwar nicht so sehr für das Herstellungsverfahren besondere Vorteile, aber für die hydraulischen Eigenschaften sowie den Rundlauf des Impellers. Besonders vorteilhaft weist der Impeller auch nur die genannten Schaufeln auf.
Bevorzugt weist ein Impeller drei bis acht Schaufeln auf. Besonders bevorzugt sind es vier bis sechs Schaufeln. Die Schaufeln zeigen dabei mit ihrer Erstreckungsrichtung nicht auf die Drehachse des Impellers, sondern daran vorbei. Des Weiteren nehmen die Schaufeln auch den radial innersten Bereich des Impellers nicht ein bzw. sind nur außerhalb davon angeordnet. So können beispielsweise die innersten 10% bis 40% des Radius frei von Schaufeln sein.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist auf der unteren Deckscheibe des Impellers ein zentraler abstehender Vorsprung angeordnet. Dieser Vorsprung kann die Schaufeln überragen in Richtung zur oberen Deckscheibe hin. Dabei sollten die Schaufeln bis kurz vor den Vorsprung verlaufen, also zumindest im Bereich der unteren Deckscheibe nur einen geringen radialen Abstand zu ihm haben.
Es wird als vorteilhaft angesehen, wenn die Schaufeln und die Deckscheiben des Impellers, insbesondere auch der vorgenannte Vorsprung, integral bzw. einteilig hergestellt werden. Dazu eignet sich vor allem ein Kunststoffspritzguss-Verfahren. Bei einem solchen Kunststoffspritzguss-Verfahren ist es möglich, dass ausschließlich Linearschieber in Bereiche zwischen den späteren Schaufeln des Impellers eingefahren werden entlang einer Ebene senkrecht zur Drehachse des Impellers. Der radial innere Bereich des Impellers samt der Fläche der Oberseite der oberen Deckscheibe wird durch mindestens einen weiteren Linearschieber hergestellt, der entlang der Richtung der Drehachse des Impellers herangefahren wird. Somit ist es möglich, dass zur Herstellung des Impellers durch Kunststoffspritzguss lediglich Linearschieber verwendet werden müssen und keine sonst üblicherweise notwendigen Kurvenschieber. Dies vereinfacht das Herstellungsverfahren stark und reduziert Herstellungsdauer und -kosten. Um die Schaufeln durch die vorgenannten Linearschieber senkrecht zur Drehachse des Impellers herstellen zu können, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die untere Deckscheibe und die obere Deckscheibe nicht nur im radial äußeren Bereich parallel bzw. mit gleichem Abstand zueinander verlaufen bzw. von innen nach außen mindestens nicht annähernd zueinander, sondern besonders vorteilhaft auch eben sind. Vorteilhaft ist die gesamte untere Deckscheibe eben zum Innenraum des Impellers hin. Dies gilt besonders vorteilhaft auch für die Unterseite der oberen Deckscheibe. Da die genannten Linearschieber senkrecht zur Drehachse des Impellers in einer Richtung eingefahren und ausgefahren werden sollten, die an der Drehachse des Impellers vorbeizielt, sind die genannten gleichen Abstände der Deckscheiben zueinander zumindest an ihren zueinander weisenden Seiten notwendig.
Es kann vorgesehen sein, dass pro Schaufel ein Linearschieber verwendet wird, wobei vorteilhaft ein Linearschieber die Vorderseite einer Schaufel und die Rückseite einer benachbarten Schaufel bildet bzw. formt usw.. Dessen Schieberichtung kann durch die entsprechende Schaufel hindurch laufen und bevorzugt zumindest noch einen Teil der in Drehrichtung nachfolgenden nächsten Schaufel treffen. Die Schrägstellung der Schaufeln in Relation zur Drehachse des Impellers, die von radial innen nach außen immer stärker wird, behindert die Verwendung der Linearschieber in keiner Weise.
In vorteilhafter weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden die Linearschieber für alle Schaufeln von radial außen im Wesentlichen in derselben Ebene eingefahren und ausgefahren. Diese Ebene sollte parallel sein zur unteren Deckscheibe, insbesondere auch zur oberen Deckscheibe, bzw. besser parallel zu den Innenseiten der Deckscheiben.
Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelnen Abschnitte sowie Zwischen-Überschriften beschränken die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine Schrägansicht auf einen Impeller einer erfindungsgemäßen Pumpe samt einem zur Herstellung verwendeten Linearschieber,
2 einen Schnitt durch den Impeller aus 1,
3 eine Draufsicht auf den Impeller aus 1 mit abgenommener Deckscheibe,
4 eine Seitenansicht auf die Anordnung aus 1 und
5 eine erfindungsgemäße Pumpe mit einem hier beschriebenen Impeller.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 5 ist sehr schematisch eine Pumpe 10 dargestellt, die als Radial-Impellerpumpe ausgebildet ist. In einer Pumpenkammer weist sie einen Impeller 11 auf, der Fluid durch eine zentrale Ansaugung ansaugt und in radialer Richtung in die Pumpenkammer ausbringt. Von dort aus kann das Fluid nach wenigen Umdrehungen innerhalb der Pumpenkammer aus einem Auslass heraustreten. Dies ist aus dem Stand der Technik bekannt. Der Impeller 11 ist speziell ausgebildet für diese Pumpe, wie aus den 1 bis 4 deutlich wird.
In der Schrägansicht gemäß 1 weist der Impeller 11 eine obere Deckscheibe 13 und eine untere Deckscheibe 20 auf. Die obere Deckscheibe 13 weist eine mittige Ansaugöffnung 14 auf. Konzentrisch zu dieser weist die untere Deckscheibe 20 eine Achsaufnahme 21 auf, mit der der Impeller 11 auf eine Achse eines Pumpenmotors aufgesteckt ist. Die als abgerundete Erhebung ausgebildete Achsaufnahme 21 lenkt auch das angesaugte Fluid nach radial außen um. Wie aus 1 zu ersehen ist, ist die Oberseite der oberen Deckscheibe 13 flach bis auf einen etwas dickeren Rand der Ansaugöffnung 14, wie vor allem auch aus 4 deutlich wird. Dasselbe gilt auch für die Unterseite der unteren Deckscheibe 20, wobei dies in beiden Fällen nicht so sein muss.
Genauso ist jedoch eine Unterseite 16 der oberen Deckscheibe 13 flach bzw. plan, insbesondere planparallel zur Oberseite. Bis auf einen zentralen Bereich mit der Achsaufnahme 21 gilt dies auch für eine Oberseite 23 der unteren Deckscheibe 20. Insbesondere sind Unterseite 16 und Oberseite 23 auch wiederum planparallel zueinander bis auf den Bereich der Achsaufnahme 21.
Der Impeller 11 weist fünf Schaufeln 27 auf, deren Form bzw. Verlauf vor allem aus den 2 und 3 zu ersehen ist. Die Schaufeln 27 sind jeweils identisch ausgebildet bzw. geformt. Ein Außenrand 28a der Schaufeln 27 stimmt überein mit einem Außenrand 18 der oberen Deckscheibe 13 und einem Außenrand 24 der unteren Deckscheibe 20. Der Außenrand 28a der Schaufeln 27 verläuft stark geneigt bzw. schräg, siehe insbesondere die 1 und 4. Der Anfangswinkel zur unteren Deckscheibe 20 beträgt dabei etwa 20°, im oberen Bereich zur oberen Deckscheibe 13 hin sind es mehr, und zwar etwa 40°.
Im Längsverlauf der Schaufel 27 nach radial innen nimmt die Neigung immer stärker ab, so weit, bis sie zu einem Innenrand 28b hin nahezu senkrecht zu den Deckscheiben 13 und 20 und parallel zur Längsmittelachse der Pumpe bzw. zur Drehachse des Impellers 11 verlaufen. Der Innenrand 28b der Schaufeln 27 liegt in etwa dort, wo die langsam ansteigende Achsaufnahme 21 beginnt.
Des Weiteren sind die Schaufeln 27 mit gleichmäßigem Abstand zueinander angeordnet bzw. sind gleichmäßig verteilt. Aus der Seitenansicht gemäß 4 ist zu ersehen, dass die Steigung am Außenrand 28a der Schaufeln 27 stets zunimmt, also streng monoton. Aus der Draufsicht gemäß 3 ist zu ersehen, dass eine Krümmung der Schaufeln 27 ebenfalls von außen nach innen stets zunimmt, wenngleich auch nur geringfügig.
An sich könnte ein derartiger Impeller 11 bei Herstellung aus mehreren Teilen beliebig ausgebildet sein mit solchen sich im Längsverlauf in ihrer Neigung ändernden Schaufeln, da eine Herstellung beispielsweise in Kunststoffspritzguß sehr variabel ist. Insbesondere wenn eine separate obere Deckscheibe auf die Schaufeln aufgebracht wird, beispielsweise aufgeklebt, könnten die obere Deckscheibe und die untere Deckscheibe auch gewölbt ausgebildet sein, wie dies von sonstigen Impellern bei ähnlichen Pumpen bekannt ist, siehe beispielsweise die EP 2150162 A .
Um jedoch eine einteilige Ausgestaltung und Herstellung zu ermöglichen und aufwendige, teure und anfällige Kurvenschieber zu vermeiden, müssen zumindest die Unterseite 16 der oberen Deckscheibe 13 und die Oberseite 23 der unteren Deckscheibe 20 planparallel zueinander sein oder aber sich von innen nach außen gleichmäßig aufweiten, und zwar jeweils in radialer Richtung. Sie können also nicht gewölbt sein wie beim vorgenannten Stand der Technik.
Bei einem derart ausgebildeten Impeller 11 kann zur Herstellung ein Linearschieber 30 verwendet werden, wie er in den Figuren dargestellt ist, bzw. es werden fünf solcher Linearschieber verwendet. Die Schieberichtung S ist dargestellt. Eine Formseite 31, die in den 3 und 4 nach rechts weist, ist dabei eben genau so ausgebildet, wie es in 3 der zu unteren Deckscheibe 20 hin und in Umlaufrichtung weisenden Seite der Schaufeln 27 entspricht. Ein Schaufelbereich 33 an der Formseite 31 entspricht eben genau dieser Seite der Schaufel 27. Daran schließt sich ein Innenbereich 34 an, der sozusagen zur Achsaufnahme 21 hin jeweils die Innenränder 28b der Schaufeln 27 definiert. Die Achsaufnahme 21 selbst wird durch einen weiteren Schieber hergestellt, der in der 3 in die Zeichenebene hinein eingefahren wird.
Ein weiterer Schaufelbereich 33' am Linearschieber 30 formt bei der in Umfangsrichtung nächsten Schaufel 27 die entgegen der Umlaufrichtung weisende Seite der Schaufel 27, die also zur vorher beschriebenen Schaufel weist.
Durch den Impeller 11 mit den im Längsverlauf unterschiedlich geneigten Schaufeln können sehr gute Fördereigenschaften des Impellers erreicht werden. Eine gewünschte und sehr vorteilhafte einteilige Herstellung wird erreicht durch die planparallele Deckscheiben bzw. die planparallelen, zueinander weisenden Seiten der Deckscheiben, und die dargestellten und beschriebenen Linearschieber. Auch wenn somit das Formwerkzeug für den Impeller etwas aufwendiger ist, so ist das eigentliche Herstellungsverfahren durch Kunststoffspritzgießen gut beherrschbar und führt zu guten Eigenschaften des Impellers. Es ist immer noch deutlich einfacher als mit Kurvenschiebern zu realisieren.

Claims

Pumpe, insbesondere für Haushaltsgeräte wie Geschirrspülmaschinen oder Waschmaschinen, mit einem Impeller zur Förderung von Fluid, wobei die Pumpe mit dem Impeller für eine Funktion als Kreiselpumpe ausgebildet ist mit zentralem axialen Ansaugen und radialem Auslass des zu fördernden Fluids aus dem Impeller, wobei der Impeller eine obere Deckscheibe und eine untere Deckscheibe aufweist und mehrere dazwischenliegende Schaufeln, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln im radial inneren Bereich weniger stark geneigt sind gegenüber der Längsmittelachse der Pumpe als im radial äußeren Bereich.
Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln in ihrem Verlauf vom radial inneren Bereich zum radial äußeren Bereich zunehmend geneigt sind bzw. schräg stehen, wobei sie vorzugsweise im radial inneren Bereich im Wesentlichen in axialer Richtung der Pumpe parallel zur Drehachse des Impellers verlaufen und somit aufrecht stehen.
Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigung der Schaufeln derart ausgebildet ist, dass die Schaufeln zur oberen Deckscheibe hin in Drehrichtung geneigt sind bzw. schräg stehen.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung der Neigung monoton zunehmend von radial innen nach radial außen ist, wobei sie vorzugsweise stetig bzw. streng monoton zunehmend ist, insbesondere in etwa gleichmäßig zunehmend.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein maximaler Neigungswinkel der Schaufeln im radial äußeren Bereich kleiner als 75° zur Drehachse ist, vorzugsweise zwischen 45° und 70° liegt.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln in ihrem Längsverlauf von radial innen nach außen entgegen der Drehrichtung gekrümmt sind, vorzugsweise gleichmäßig gekrümmt sind.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Impeller drei bis acht Schaufeln aufweist, vorzugsweise vier bis sechs Schaufeln.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der unteren Deckscheibe des Impellers zentral ein abstehender Vorsprung angeordnet ist, der vorzugsweise die Schaufeln überragt, wobei die Schaufeln bis kurz vor den Vorsprung verlaufen.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln und die Deckscheiben integral bzw. einteilig hergestellt sind, insbesondere der gesamte Impeller, vorzugsweise in Kunststoffspritzguss.
Verfahren zum Herstellen eines Impellers für eine Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Impeller im Kunststoffspritzguss hergestellt wird, wobei ausschließlich Linearschieber in Bereiche zwischen den späteren Schaufeln des Impellers eingefahren werden entlang einer Ebene senkrecht zur Drehachse des Impellers.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearschieber für die Schaufeln von radial außen alle im Wesentlichen in derselben Ebene eingefahren werden.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein weiterer Linearschieber entlang der späteren Drehachse des Impellers bzw. in axialer Richtung eingefahren wird, vorzugsweise durch die obere Deckscheibe in Richtung der unteren Deckscheibe, um den zentralen Bereich des Impellers bzw. um den radial inneren Bereich der Schaufeln auszubilden.