EP0511518B1

EP0511518B1 - Geteiltes Laufrad

Info

Publication number: EP0511518B1
Application number: EP92105851A
Authority: EP
Inventors: Karlheinz Becker; Peter Milla
Original assignee: KSB AG
Current assignee: KSB AG
Priority date: 1991-04-27
Filing date: 1992-04-04
Publication date: 1995-09-06
Anticipated expiration: 2012-04-04
Also published as: ATE127572T1; EP0511518A1; DE59203520D1; DE4113831A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Laufrad gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
In der DE-PS 550 461 ist das Problem geschildert, wie bei Laufrädern von kleinen Strömungsmaschinen die Einlaufkanten der Schaufeln fertig bearbeitet werden können. Hierbei wird das Laufrad geteilt und die Schaufeln sind als fester Bestandteil der saug- oder druckseitigen Laufraddeckscheibe ausgebildet. Um eine sichere kräfteübertragende Verbindung zu erhalten, sind im Austrittsbereich des Laufrades die Schaufelkanäle durch einen Deckscheibenteil verschlossen. Der verbleibende Deckscheibenteil ist Bestandteil des anderen Laufradteiles. Die Kräfteübertragung erfolgt dann durch einen entsprechenden Ansatz im Verbindungsbereich zwischen dem saug- oder druckseitigen Deckscheibenteil. Die Laufradteile können aber aufgrund ihrer Gestaltung nicht vollständig in spanabhebender Weise erstellt werden.
Ebenfalls ein geteiltes Laufrad ist aus der GB-A 537 727 bekannt. Die zwischen den Deckscheiben angeordneten einzelnen Schaufeln können dabei ganz oder teilweise Bestandteil einer Deckscheibe sein. Den Zusammenhalt der Deckscheibenteile bewirken Niete oder Schrauben, die im Bereich der Schaufeln vorgesehen sind. Diese Maßnahme schränkt aber den Verwendungsbereich von möglichen Schaufelformen erheblich ein und erfordert unnötig große Schaufeldicken.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein in einfachster Weise spanabhebend, preß- oder gußtechnisch herstellbares Laufrad in geschlossener und geteilter Bauart zu entwickeln. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß den Merkmalen des Hauptanspruches. Nach dieser Lösung sind mindestens zwei Schaufeln in ihrer Länge geteilt ausgebildet. Im Bereich ihrer Teilung erfolgt die Passung der miteinander zu verbindenden Laufradteile durch eine formschlüssige Steckverbindung. (Eine Zentrierung der miteinander zu verbindenden Laufradteile kann durch entsprechende Überlappungen im Bereich der zu verbindenden Schaufelteile erfolgen.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht hierzu vor, daß die die Schaufeln teilende Teilebene keinen geradlinigen Verlauf aufweist. Vorteilhaft ist ein bogenförmiger, S-förmiger, Z-förmiger, mäanderförmiger oder ähnlich gestalteter Verlauf der Teilebene der Schaufeln. Dies hat den Vorteil, daß nicht nur eine Zentrierung der beiden Teile zueinander erfolgt, sondern daß infolge des Teilebenenverlaufs auch eine Verdrehsicherung erzeugt wird. Für die Montage genügt es, die Teile einfach ineinanderzustecken. Aufwendige Zentrierungen, Paßstifte und Verbindungselemente, wie sie bisher bei mehrstufigen Strömungsmaschinen erforderlich waren, entfallen vollständig. Bei einem Zusammenbau einer derartigen Strömungsmaschine kann die Zentrierung und Positionierung der einzelnen Laufradteile ausschließlich in den Verbindungsbereich der geteilten Schaufeln gelegt werden. Bei einer ganz oder teilweisen spanabhebenden Fertigung, beispielsweise durch Fräsen von geschmiedeten, gepreßten oder gegossenen Rohteilen, ist somit eine äußerst kostengünstige Herstellung und Montage möglich. Diese Art der Herstellung erlaubt auch die Herstellung von Laufrädern mit reproduzierbaren Leistungsdaten, wodurch eine erhebliche Minimierung von Prüfstandsversuchen möglich ist. Es besteht die Möglichkeit, jedes Laufradteil beispielsweise in einer Aufspannung und mit nur einem Fräswerkzeug spanabhebend herzustellen bzw. nachzuarbeiten.
Bisher stellte sich das Problem bei einer spanabhebenden Herstellung eines Laufrades in dessen Eintrittsbereich. Ist der Abstand zwischen den Schaufeln sehr klein, so lassen sich die Schaufelkanäle nur mit schmalen dünnen Fingerfräsern und damit nur zeitaufwendig und risikoreich herstellen. Indem nun in erfindungsgemäßer Weise die Schaufeln selbst geteilt werden, kann bei geringen Kanalquerschnitten die Teilebene so gelegt werden, daß der Abstand zwischen Schaufelanfang bzw. -ende und der Teilebene der Schaufel groß gewählt werden und ein für eine günstige Herstellung einen großen Durchmesser aufweisender Fräser in einfachster Weise zwischen den Schaufelteilen des jeweiligen Laufradteiles hindurchgefahren und so die Schaufelkontur herausgearbeitet werden kann.
Die gesamte Zentrierung der miteinander zu verbindenden Teile des Laufrades erfolgt über die Trennebene im Bereich der aus Teilen zusammengesetzten Schaufeln. Diese bewirkt darüber hinaus auch die Verdrehsicherung der Bauteile untereinander. Für die Montage und Herstellung einer derartigen Strömungsmaschine bedeutet dies eine gravierende Vereinfachung, da somit in einfachster Weise nur noch ein Ineinanderstecken der einzelnen Bauteile erforderlich ist. Überdies kann somit in nicht mehr zu überbietender Einfachheit eine Anpassung an unterschiedliche Leistungsbereiche erfolgen. Durch eine Änderung der Schaufelbreite kann das Laufrad bei der Herstellung an die jeweils gewünschten Leistungsdaten angepaßt werden. Dies ist bei der spanabhebenden Herstellung durch einfache Programmänderungen möglich.
Die Ausgestaltungen der Ansprüche 3 und 4 beschreiben weitere vorteilhafte Ausbildungen. Danach sind die einen Schaufelanfang aufweisenden Schaufelteile Bestandteil des einen Laufradteiles, und die die entsprechenden Schaufelenden aufweisenden ergänzenden Schaufelteile sind Bestandteil des anderen Laufradteiles. Jedes Laufradteil weist vom Schaufelkanal zwei Wandflächen auf, die aufeinanderstehen und zwischen sich einen Winkel einschließen. Durch ein Zusammenstecken der Laufradteile werden die von Schaufeln begrenzten Schaufelkanäle für ein Fördermedium gebildet. Die Schaufeln sind gewissermaßen in ihrer Schaufellänge geteilt ausgebildet, wobei die Trennstelle quer zur Schaufellänge verläuft. Das Anbringen der den Schaufelanfang bildenden Schaufelteile an dem einen Laufradteil und das Anbringen der das Schaufelende bildenden ergänzenden Schaufelteile an dem anderen Laufradteil ermöglicht ein problemloses Zusammenstecken sowie einfachstes Zentrieren der Laufradteile. Es ist auch möglich, in denjenigen Fällen, bei denen sehr enge Schaufelabstände und damit kleinste Schaufelkanalquerschnitte verwirklicht werden müssen, auf den Laufradteilen bzw. Deckscheiben wechselweise mit Schaufelenden und Schaufelanfängen versehene, sich zu einem einheitlichen Ganzen zusammenfügende Schaufelteile vorzusehen. Somit verbleibt auf jedem Laufradteil ein größerer Zwischenraum, welcher eine leichtere spanabhebende Bearbeitung mit im Durchmesser größeren Werkzeugen ermöglicht. Diesen Vorteil bietet die Erfindung durch die Schaufelteilung generell. Zur Erlangung einer sicheren Zentrierwirkung ist die formschlüssige Steckverbindung an mindestens zwei Schaufeln angebracht. Die restlichen Schaufeln können hierbei wechselweise Bestandteil der Laufradteile bzw. Deckscheiben sein und dichtend an diesen anliegen.
Durch die zwischen den miteinander zu verbindenden Laufradteilen vorgesehenen mindestens drei Teilebenen, wobei zwei Teilebenen in der die Schaufelkanäle begrenzenden Wandfläche der Deckscheibenebenen angeordnet sind die einen axialen Abstand zueinander aufweisen, und durch die in Richtung der Mittelachse verlaufende, die Schaufeln teilende dritte Teilebene, liegen die jeweils freistehenden Längsseiten der Schaufelteile dichtend an dem den Schaufelkanal begrenzenden gegenüberliegenden Laufradteil bzw. der Deckscheibe an.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen am Beispiel eines Kreiselpumpen-Laufrades die

Fig. 1: einen axialen Schnitt durch ein Laufrad und die
Fig. 2: einen Querschnitt durch das Laufrad gemäß der in Fig. 1 enthaltenen Linie II-II.

Das in der Fig. 1 gezeigte Beispiel eines Laufrades einer Strömungsmaschine gehört zu einer mehrstufigen Kreiselpumpe für große Förderleistungen. Der eine Laufradteil (1) besteht aus der Habe (2) und der druckseitigen Deckscheibe (3). Die mit Schaufelenden (4) versehenen Schaufelteile (5) sind fester Bestandteil der druckseitigen Deckscheibe (3), sie können aus dem Vollen herausgearbeitet werden. Zwar ist die hier gezeigte Habe (2) ebenfalls fester Bestandteil der druckseitigen Deckscheibe (3), aber es ist ohne weiteres möglich, die Habe (2) als separates Bauteil auszubilden.
Der andere Laufradteil (6) besteht aus der saugseitigen Deckscheibe (7) mit den fest damit verbundenen, die Schaufelanfänge (8) aufweisenden Schaufelteilen (7). Zwischen den beiden Laufradteilen (1, 6) sind mit doppelter Strichstärke die Trennebenen (A, B und C) eingezeichnet. Die Trennebenen (A und B) entsprechen dem die Schaufelkanäle begrenzenden Wandflächenverlauf der Deckscheiben (3, 7). Die Trennebene (C) teilt die Schaufellänge.
Aus der Fig. 2, die einem Schnitt gemäß der in Fig. 1 eingezeichneten Schnittlinie entspricht, ist der Verlauf der Schaufelteilung erkennbar. Die Trennebene (C) teilt die Schaufeln in zwei Teile und verläuft in axialer Richtung. Bei entsprechendem Bedarf ist auch jeder andere Verlauf der Trennebene (C) möglich. Sie weist in diesem Ausführungsbeispiel einen S-förmigen Verlauf auf, welcher die miteinander zu fügenden Teile sowohl zentriert als auch gleichzeitig gegen Verdrehung sichert. Diese formschlüssige Verbindung kann auch jeden anderen geeigneten, die gleiche Funktion gewährleistenden Verlauf aufweisen. Zwischen den über den Umfang nebeneinander verteilt angeordneten Schaufelteilen (5, 9) sind die Schaufelkanäle (10) des Laufrades ausgebildet.
Die in den Figuren dargestellte Anordnung der Schaufelteile des Laufrades ist nicht zwingend. Es ist auch jede andere die Schaufelteile zu einem einheitlichen Ganzen zusammenfügende Anordnung möglich.
Es ist auch eine Anordnung der Schaufelteile auf den sie tragenden Laufradteil möglich, nach der wechselweise einem Schaufelteil (9) mit Schaufelanfang (8) ein Schaufelteil (5) mit Schaufelende (4) folgt. Dies hängt vom Einzelfall und der Form der Schaufelkanäle (10) ab. Falls eine Zuordnung der miteinander zu fügenden Teile in einer bestimmten Position verlangt wird, so kann dies durch eine abweichende Gestaltung der Trennebene oder eine besondere Anordnung von Schaufelteilen bewirkt werden.

Claims

Laufrad in geschlossener und geteilter Ausführung für ein- oder mehrstufige Strömungsmaschinen, wobei zwischen saug- und druckseitiger Deckscheibe (1, 6) der Strömungsführung dienende Schaufeln (5, 9) angeordnet sind, die Schaufeln in ihrer Länge geteilt ausgebildet sind, ein Laufradteil (1) mit einer die Schaufelkanäle (10) begrenzenden Deckscheibe (3) und Schaufelteilen (5) versehen ist und ein anderer Laufradteil (6) mit einer gegenüberliegenden, die Schaufelkanäle (10) begrenzenden Deckscheibe (7) sowie ergänzenden Schaufelteilen (9) versehen ist, zwischen den miteinander zu verbindenden Laufradteilen (1, 6) mindestens drei Teilebenen (A, B, C) vorgesehen sind, wobei zwei Teilebenen (A, B) in der die Schaufelkanäle (10) begrenzenden Wandfläche der Deckscheibenebenen angeordnet sind, die einen Abstand zueinander aufweisen und die durch die in Richtung der Mittelachse verlaufende, die Schaufeln teilende dritte Teilebene (C) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufradteile (1, 6) durch eine im Bereich der Schaufelteilung angebrachte formschlüssige, verdrehsichernde Steckverbindung miteinander verbunden sind.
Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Schaufeln teilende Teilebene (C) keinen geradlinigen Verlauf aufweist.
Laufrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Laufradteil (6) mit Schaufelanfänge (8) aufweisenden Schaufelteilen (9) und der damit zusammenwirkende andere Laufradteil (1) mit Schaufelenden (4) aufweisenden ergänzenden Schaufelteilen (5) versehen ist.
Laufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Laufradteil mit wechselweise angeordneten Schaufelanfängen (8) und Schaufelenden (4) aufweisenden Schaufelteilen (9, 5) und der damit zusammenwirkende andere Laufradteil mit ergänzenden wechselweise angeordneten Schaufelenden (4) und Schaufelanfänge (8) aufweisenden Schaufelteilen (9, 5) versehen ist.