DE4446193C2 - Einbauten für Kreiselpumpen und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Einbauten für Kreiselpumpen gemäß den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen sowie ein Ver­ fahren zu deren Herstellung gemäß den im Oberbegriff des An­ spruchs 8 angegebenen Merkmalen.

Laufräder für Kreiselpumpen werden in zunehmendem Maße aus gewalzten Metallblechen hergestellt, d. h. die Bauteile werden aus einem Blechstreifen ausgestanzt, geformt und zu einem Laufrad gefügt. Solche aus Walzmaterial hergestellten Laufräder haben ins­ besondere in der Großserienfertigung gegenüber den durch Gießen hergestellten erhebliche Vorteile. So ist der Materialeinsatz und damit das Gewicht geringer. Häufig sind sie auch kostengünstiger in der Herstellung. Ein wesentlicher Vorteil liegt jedoch in der besseren Oberflächengüte und den im Vergleich zu Metallgußrädern größeren Strömungsquerschnitten, was zur Verbesserung des Pumpenwirkungs­ grades beiträgt.

Derartige, aus geformten Blechen gefügte Laufräder können jedoch auch Probleme mit sich bringen, die bei aus Guß hergestellten Lauf­ rädern in der Regel nicht auftreten. So besteht z. B. die Gefahr der unbeabsichtigten Deformation der verwendeten Bleche während der Herstellung. Zwischen den einzelnen Bauteilen können, soweit diese nicht über ihre gesamte Anlagefläche stoffschlüssig mit dem angren­ zenden Bauteil verbunden sind, Spaltkorrosionen auftreten. Auch engen die heute bekannten Fertigungsverfahren die Konstruktions­ vielfalt ein.

Aus DT 16 53 712 ist es bekannt, ein Laufrad aus mehreren Stanz­ teilen, nämlich den Deckscheiben und den dazwischen angeordneten Schaufeln zusammenzusetzen. Hierzu sind in den Deckscheiben Aus­ nehmungen vorgesehen sind, die von Vorsprüngen der Schaufeln durchsetzt sind. Diese Vorsprünge sind deckscheibenseitig mit der jeweiligen Deckscheibe verschweißt. Die Fertigung des dort beschrie­ benen 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 Stabilitäts­ nachteile im Vergleich zu Gußrädern.

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 hinsicht­ lich der Laufruhe (Unwucht) und des Verzugs ergeben. Schließlich sind diesem Konstruktionsprinzip von der Formgebung Grenzen gesetzt, da die einzelnen Segmente formgepreßt 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 Fertigungskosten weiter erhöht.

Aus DE 35 17 499 C2 oder DE 37 31 161 A1 sind Laufradkonstruk­ tionen bekannt, die für hohe Umfangsgeschwindigkeiten ausgelegt sind bzw. die in wenig aufwendiger Bauweise an unterschiedliche Leistungsbereiche anpaßbar sein sollen. Diese Laufräder sind eben­ falls 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 bereitet. Dies ist ins­ besondere bei kleinen Laufrädern und mit wachsender Schaufelzahl häufig der Fall. Während man bei größeren Laufrädern noch zwi­ schen den Deckscheiben und den Schaufeln eine Auftragsschweißnaht anbringen kann, ist dies bei kleineren Laufrädern nicht mehr mög­ lich. Hier werden Schaufeln und Deckscheiben durch Widerstands­ punktschweißen miteinander verbunden. Dies bedingt jedoch, daß den vorgeformten Schaufeln deckscheibenparallele Teile angeformt sind, an denen die Schweißung mit der jeweiligen Deckscheibe erfolgen kann. Neben dem erhöhten Materialeinsatz und dem hierdurch ver­ minderten hydraulischen Wirkungsgrad finden auch diese Konstruktio­ nen dort ihre Grenzen, wo der Abstand zwischen den Deckscheiben bzw. zwischen den einzelnen Schaufeln so klein ist, daß die Werk­ zeugelektroden nicht mehr eingeführt werden können. Die Wider­ standsstumpfschweißung schließlich ist nur in Ausnahmefällen mög­ lich und engt die Konstruktion hinsichtlich der Blechdicke sowie der Blechart ein.

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

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, gat­ tungsgemäße Einbauten so auszubilden, daß die vorgeschilderten Nachteile, insbesondere die der Spaltkorrosion nach Möglichkeit vermieden werden und die in weitgehend automatisierbaren Ferti­ gungsverfahren zur Erzielung eines hohen Wirkungsgrades mit mög­ lichst geringem Materialeinsatz herstellbar sind. Des weiteren soll ein Verfahren zur Herstellung solcher Einbauten geschaffen werden.

Der vorrichtungsmäßige Teil der Aufgabe wird durch die im kenn­ zeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Ein Verfahren zur Herstellung solcher Einbauten ist in Anspruch 8 ange­ geben.

Die Erfindung ermöglicht die Herstellung von Leitvorrichtungen und Laufrädern radialer oder halbaxialer Bauart für Kreiselpumpen mit einer oder zwei Deckscheiben bei minimalem Materialaufwand. Der Fertigungsprozeß kann weitgehend automatisiert werden, da die Schaufeln während des Schweißvorganges lediglich in ihrer bestim­ mungsgemäßen Stellung zwischen den Deckscheiben gehalten werden müssen, ansonsten aber keine weiteren Eingriffe vorzunehmen sind. Die zur Herstellung erforderlichen Bleche - Bleche im Sinne der Erfindung können auch aus Kunststoff bestehen - werden zunächst in die für die Schaufeln bzw. Deckscheiben erforderliche Form ge­ schnitten, z. B. durch Stanzen und dann durch Verformung in die gewünschte Form gebracht. Da insbesondere im Bereich der Schau­ feln keine Stege, Laschen oder ähnliches speziell für die Befestigung vorzusehen sind, kann sich die Formgebung ausschließlich an strö­ mungstechnischen Anforderungen orientieren, so daß konstruktiv hier praktisch keine Beschränkungen zur Optimierung der Schaufeln gegeben sind. Die Zugänglichkeit zum Zweck des Schweißens muß lediglich von der den Schaufeln abgewandten Seite jeder Deckscheibe gegeben sein. Da beim Strahlschweißen die Schweißstrahlführung elektronisch erfolgt, kann hier jede beliebige Kurvenform ohne Pro­ bleme geschweißt werden.

Die Schweißung selbst erfolgt vorzugsweise mittels eines Lasers, und zwar ohne Einbringen von Zusatzmaterial. Durch den Laserstrahl wird zunächst das Material der Deckscheibe im Bereich der darunter unmittelbar anliegenden Stirnseite einer Schaufel aufgeschmolzen, 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 Materiales 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.

Erfindungsgemäße Einbauten für Kreiselpumpen, beispielsweise Laufräder oder Leitvorrichtungen haben gegenüber vergleichbaren bekannten Schweißkonstruktionen bzw. Gußkonstruktionen erhebliche Vorteile. Es ergibt sich bei minimalem Materialeinsatz ein strö­ mungstechnisch günstiges und hocheigensteifes Laufrad, das eine hohe Oberflächengüte aufweist und in der Regel keiner weiteren Nachbearbeitung bedarf. Dadurch, daß beim Schweißvorgang kein Zusatzmaterial eingesetzt wird, kann in der Regel auf das sonst übliche Auswuchten des Laufrades verzichtet werden. Die Schwei­ ßung ohne Zusatzmaterial hat zudem Vorteile hinsichtlich der Kri­ stallstruktur, die Materialeigenschaften des Laufrades sind wesentlich homogen er als bei vergleichbaren durch Auftragsschweißen verbunde­ nen Laufrädern.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsbeispieles, welches eine Einbaute in Form eines Laufrades mit zwei Deckscheiben darstellt, näher erläutert. Es zei­ gen:

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.

Claims (11)

1. Einbauten für Kreiselpumpen mit mindestens einer aus Blech geformten Deckscheibe mit einer Anzahl daran befestigter aus Blech geformter Schaufeln (4), dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (4) mit ihren zur Deckscheibe (2, 3) weisenden Stirnseiten unmittel­ bar an dieser anliegend durch Strahlschweißung von der den Schau­ feln (4) abgewandten Seite der Deckscheibe (2, 3) her angeschweißt sind.

2. Einbauten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißverbindungen durch Aufschmelzen des Grundmaterials ohne Zusatzmaterial gebildet sind.

3. Einbauten nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißverbindungen fugenlos ausgebildet sind.

4. Einbauten nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Schaufeln (4) und Deckscheibe (2, 3) aus ge­ walztem Metallblech ausgeschnitten und durch anschließende form­ gebende Bearbeitung gebildet sind.

5. Einbauten nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Deckscheiben (2, 3) vorgesehen sind, die jeweils mit den Schaufeln (4) durch Strahlschweißen, vorzugsweise Laserstrahlschweißen verbunden sind.

6. Einbauten nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie durch ein Laufrad (5) radialer oder halb­ axialer Bauart gebildet sind.

7. Einbauten nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie durch eine Leitvorrichtung gebildet sind.

8. Verfahren zur Herstellung von Einbauten für eine Kreiselpum­ pe, insbesondere von Einbauten nach einem oder mehreren der An­ sprüche 1-7, bei dem aus Blech geformte Schaufeln (4) durch Schweißen mit mindestens einer aus Blech geformten Deckscheibe verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, daß die geformten Schaufeln (4) mittels einer Vorrichtung in ihrer bestimmungsgemäßen Lage zueinander und zur Deckscheibe (2, 3) positioniert und dann durch Strahlschweißen verbunden werden, wobei der Schweißstrahl auf der den Schaufeln (4) abgewandten Seite der Deckscheibe (2, 3) im Bereich der zur Deckscheibe (2, 3) weisenden Stirnflächen der Schaufeln (4) geführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißungen (8) mittels eines Lasers erfolgen.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Deckscheibe (2) in analoger Weise mit den Schaufeln (4) verbunden wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißstrahl auf der den Schaufeln (4) abgewandten Seite der Deckscheibe bzw. der Deckscheiben (2, 3) etwa im Bereich der Kanten der zur Deckscheibe (2, 3) weisenden Stirnflächen der Schaufeln (4) geführt wird.