EP2032858B1

EP2032858B1 - Schaufelrad

Info

Publication number: EP2032858B1
Application number: EP07764368A
Authority: EP
Inventors: Eugen Schmidt; Frank Blaurock; Jürgen Hahn
Original assignee: Geraete und Pumpenbau GmbH Dr Eugen Schmidt
Current assignee: Nidec GPM GmbH
Priority date: 2006-06-27
Filing date: 2007-06-14
Publication date: 2009-09-02
Anticipated expiration: 2027-06-14
Also published as: ES2331386T3; DE102006029379B3; ATE441781T1; EP2032858A1; US8206084B2; BRPI0714071A2; DE502007001457D1; US20090226319A1; WO2008000221A1; DE112007001965A5

Description

Die Erfindung betrifft ein Schaufelrad aus Metallblech für den Einsatz in Kfz-Kühlmittelpumpen.
Kleine Schaufelräder aus Metall werden beispielsweise als Feingussteil im
Wachsausschmelzverfahren oder als Sandformguss hergestellt.
Diese Bauformen erfordern zwangsläufig hohe Fertigungskosten. Auch sind bei den als Feingussteil hergestellten Rohlingen die technischen Möglichkeiten zum Putzen und Polieren der Gussflächen im Inneren des Laufrades stark eingeschränkt, so dass bei den so hergestellten Bauformen der erzielbaren Schaufeloberflächengüte zwangsläufig Grenzen gesetzt sind.
Infolge einer verbleibenden, von den jeweils zulässigen Fertigungskosten abhängige Oberflächenrauhigkeit wird somit der erzielbare Förderwirkungsgrad negativ beeinflusst.
Daher sind dem großtechnische Einsatz derartiger Schaufelräder, beispielsweise im Kühlmittelpumpen-, Motoren- und/oder Automobilbau (insbesondere aufgrund der kostenintensiven Herstellung) Grenzen gesetzt.
Im Stand der Technik werden oftmals auch aus Metallblech geformte, offene Schaufelräder eingesetzt, deren Schaufeln aus der Bodenscheibe ausgeklinkt sind.
Diese Bauformen sind dann je nach Bauart auch zusätzlich noch mit einer Bodenscheibe und/oder einer Deckscheibe versehen.
Der wesentliche Nachteil dieser Bauformen besteht jedoch darin, dass bei den aus der Bodenscheibe ausgeklinkten Schaufeln die jeweils ausgeklinkte maximale Flügelhöhe zwangsläufig von der Schaufelzahl des Laufrades abhängig ist und durch diese begrenzt wird.
Da die Fördermenge von der Flügelzahl und der Flügelhöhe abhängig ist, ist bei diesen Bauformen zwangsläufig die Fördermenge stets begrenzt.
Die Druckschrift WO 2005/103499 A , die als nächstliegender Stand der Technick angesehen wird, offenbart die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Daher wurde mittels der in der DE 1 628 210 A vorgestellten Bauform beispielsweise versucht diesen vorgenannten wesentlichen Nachteil der Schaufelräder aus Metallblech mit den aus der Bodenscheibe ausgeklinkten Schaufeln zu beseitigen.
Dieses in der DE 1 628 210 A vorbeschriebene, als Turbogebläserad eingesetzte Radialschaufelrad aus Metallblech mit einer Bodenscheibe und einer Deckscheibe und zwischen diesen über den Umkreis gleichmäßig verteilten angeordneten Schaufeln wird aus gleichartigen U-förmigen blechgeformten Blatteinheiten zusammengefügt, wobei die einzelnen Blatteinheiten jeweils aus einer Schaufel mit an dieser angeordneten Ober- und Unterwandsegmenten bestehen.
Jedes dieser Blattelemente überlappt das benachbarte Blattelement mit einem Teil der Ober- und Unterwand und ist im Bereich dieser Überlappung mittels Verbindungsmitteln mit dem benachbarten Blattelement zusammengefügt.
Ein wesentliche Nachteil dieser Bauform besteht jedoch darin, dass auch diese Bauform wiederum sehr fertigungsintensiv ist.
Zudem erhöhen sich mit kleiner werdender Bauform auf Grund der zwingend erforderlichen Überlappungen die Verlustleitungen und der Förderwirkungsgrad des wie vg. aufgebauten Schaufelrades sinkt deutlich ab.
Kommen jedoch als Verbindungsmittel nicht nur Niet- oder Schraubverbindungen zum Einsatz, sondern werden beispielsweise auch Schweißverbindungen (beispielsweise bei kleinen Schaufelrädern) eingesetzt, d.h. es werden dann diese sehr kleinen Blechformteile untereinander zu einem Schaufelrad verschweißt, erhöht sich zwangsläufig der Fertigungsaufwand um ein Vielfaches da beim Verschweißen dieser vielen einzelnen Blechformteile untereinander zwangsläufig ein "Verzug" eintritt der dann nicht nur die Rundlaufeigenschaften und das Unwuchtverhalten negativ beeinflusst, sondern zudem auch strömungstechnisch negative Auswirkungen hat und u.a. auch den Förderwirkurigsgrad deutlich vermindert.
Auf Grund des "Verzuges" werden zudem auch zusätzliche Nacharbeiten zur Gewährleistung des Dichtspaltes gegenüber dem Gehäuse zwingend erforderlich, so dass die Fertigung derartiger kleiner Laufräder stets mit sehr hohen Kosten verbunden ist.
Daher kommen derartige Bauformen auch keinesfalls als Laufräder in Kfz-Kühlmittelpumpen zum Einsatz.
Da bei dieser vorgenannte Bauform im Bedarfsfall auch vorgesehen ist, dass diese mit in axialer Richtung gekrümmten Blättern ausgeführt werden kann, erhöhen sich deren Herstellungskosten (bei derartigen Sonderbauformen von Schaufelrädern mit dreidimensional gekrümmten, mit Oberwand und Unterwand versehenen Blätter) wesentlich, wobei zudem all die vg. Nachteile noch verstärkt auftreten.
Weiterhin ist aus der DE 25 35 196 A1 ein in horizontal kreisförmiger Richtung aus Radsegmenten zusammengesetztes, an den Stoßstellen mit Nuten und Leisten versehenes und im Bereich dieser Stoßstellen mit Klammern zusammengehaltenes Radiallüfterrad bekannt.
Der wesentliche Nachteil bei dieser Bauform besteht darin, dass auch diese Bauform wiederum sehr fertigungsintensiv ist, wobei auf Grund der zwingend erforderlichen Klammern sich auch hier mit kleiner werdender Bauform zwangsläufig die Verlustleitungen erhöhen und damit der Wirkungsgrad deutlich absinkt.
Daher kann auch diese Bauform keinesfalls als Laufrad in Kühlmittelpumpen eingesetzt werden.
Aus der DE 26 02 136 A1 ist darüber hinaus eine Schweißkonstruktion aus vorgeformten Blechsegmenten zur Herstellung von Radialpumpenrädern bekannt.
Hierbei werden flächige im Querschnitt etwa Z-förmig ausgebildete Blechformteile an eine von einem Rohr abgeschnittene Nabe angeschweißt und zudem entlang ihrer oberen und unteren Ränder miteinander verbunden.
Auch diese Ausführungsform ist zur Herstellung von kleinen, beispielsweise in Kühlmittelpumpen einsetzbaren Pumpenräder, welche zwangsläufig aus sehr kleinen untereinander verschweißten Blechformteilen hergestellt werden müssten, ungeeignet, da beim Verschweißen dieser kleiner Blechformteile (zwischen den Schaufeln untereinander / aber auch gegenüber der Nabe) Stets ein Verzug eintritt der, wie bereits erläutert, negative strömungstechnische Auswirkungen zur Folge hätte und zwangsläufig kostenaufwändige Nacharbeiten zur Gewährleistung eines noch vertretbaren Wirkungsgrades erfordert.
Gleichzeitig führen die zur Verbindung der Baugruppen erforderlichen Schweißarbeiten zudem zu Unwuchten am geschweißten Rad und erfordern weitere Nacharbeiten, so dass mittels der in der DE 26 02 136 A1 vorgestellten Bauform eines Schaufelrades aus Metall nur mit einem sehr hohen Fertigungs- und Montageaufwand kleine Schaufelräder für Kühlmittelpumpen hergestellt werden können.
Aus der DE 33 43 752 C2 ist weiterhin ein offenes Laufrad für Strömungsmaschinen bekannt, welches auch als Schweißkonstruktion aufgebaut ist und ebenso wie die vorgenannte Schweißkonstruktion eines Schaufelrades aus Laufradsegmenten besteht.
Auch bei dieser Bauform sind die jeweils eine Schaufel tragenden Laufradsegmente an einer gemeinsamen Nabe angeschweißt.
Doch auch diese Bauform ist für den Einsatz als Schaufelrad in Kfz-Kühlmittelpumpen ungeeignet, da die zur Verbindung der Baugruppen erforderlichen Schweißarbeiten (ebenso wie bei der vorgenannte Bauform) einerseits zu einem Verzug des Schaufelrades und gleichzeitig zu Unwuchten am geschweißten Rad führen.
Infolge der dadurch wiederum zwingend erforderlichen Nacharbeiten werden auch bei dieser Bauform die Fertigungskosten merklich erhöht.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Schaufelrad aus Metallblech für den Einsatz in KfZ-Kühlmittelpumpen zu entwickeln welches die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist, insbesondere neben einer Vielzahl von Schaufeln auch über eine hohe Schaufelflügelhöhe verfügt und dadurch eine hohe Fördermenge gewährleistet, gleichzeitig ohne Nachbearbeitung sehr gute Rundlaufeigenschaften aufweist und darüber hinaus ebenfalls ohne Nachbearbeitung zudem einen optimalen Dichtspalt gegenüber dem Gehäuse gewährleistet, dabei einfach und kostengünstig sowohl in einer offenen Bauform (ohne Deckscheibe) wie auch in einer geschlossenen Bauform (mit Deckscheibe) herstellbar ist und sich gleichzeitig noch durch einen hohen Förderwirkungsgrad auszeichnet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Schaufelrad aus Metallblech für den Einsatz in KfZ-Kühlmittelpumpen nach den Merkmalen des Hauptanspruches der Erfindung gelöst.
Vorteilhafte Ausführungen und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen zur erfindungsgemäßen Lösung.
Nachfolgend soll nun die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit zehn Figuren näher erläutert werden.
Es zeigen dabei die

Figur 1 :: eine räumliche Darstellung des erfindungsgemäßen Schaufelrades 1 in der Bauform mit einer Deckscheibe 12, einer gewölbten Bodenscheibe 2 und dreidimensional gekrümmten Schaufeln 3 im komplett zusammengefügten Zustand;
Figur 2 :: die Draufsicht auf die in der Figur 1 dargestellten Bauform des erfindungsgemäßen Schaufelrades 1;
Figur 3 :: das erfindungsgemäße Schaufelrad im Schnitt bei A-A gemäß Figur 2;
Figur 4 :: das erfindungsgemäße Schaufelrad 1 gemäß Figur 1 in der Ansicht von unten;
Figur 5 :: die erfindungsgemäße Nabenscheibe 5 gemäß der Darstellung nach Figur 1 in der Draufsicht;
Figur 6 :: die erfindungsgemäße Nabenscheibe 5 im Schnitt bei B-B gemäß Figur 5;
Figur 7 :: die erfindungsgemäße Bohrungsscheibe 7 gemäß der Darstellung nach Figur 1 in der Draufsicht;
Figur 8 :: die erfindungsgemäße Bohrungsscheibe 7 im Schnitt bei C-C gemäß Figur 7;
Figur 9 :: die erfindungsgemäße Deckscheibe 12 gemäß der Darstellung nach Figur 1 in der Draufsicht;
Figur 10 :: die erfindungsgemäße Deckscheibe 12 im Schnitt bei D-D gemäß Figur 9.

Die Figur 1 zeigt eine räumliche Darstellung des erfindungsgemäßen Schaufelrades 1 in der Bauform mit einer Deckscheibe 12, einer gewölbten Bodenscheibe 2 und dreidimensional gekrümmten Schaufeln 3 im komplett zusammengefügten Zustand.
Dieses aus Metallblech hergestellte Schaufelrad 1 ist für den Einsatz in Kfz-Kühlmittelpumpen vorgesehen und besteht in der hier vorgestellten Bauform aus zwei mit ausgeklinkten und angestellten Schaufeln 3 versehenen, fest miteinander verbundenen Schaufelradelementen, die mit ihren jeweiligen Bodenscheibensegmenten 4 zueinander auf "Lücke" versetzt angeordnet sind, so dass beide Schaufelradelemente gemeinsam eine Bodenscheibe 2 ausbilden.
In einem der Schaufelradelemente, der Nabenscheibe 5, ist zentrisch eine Nabenhülse 6 und in dem anderen der beiden Schaufelradelemente, der Bohrungsscheibe 7, ist ebenfalls zentrisch eine auf den Außenmantel der Nabenhülse 6 aufsteckbare Nabenhülsenaufnahmebohrung 8 angeordnet.
Die erfindungsgemäße Bauform ermöglicht so, dass neben vielen Schaufeln am Schaufelrad 1 auch gleichzeitig eine große Schaufelflügelhöhe realisiert werden kann, so dass mittels der erfindungsgemäßen Lösung eine hohe Fördermenge gewährleistet werden kann.
Aufgrund der erfindungsgemäßen, ineinander zentrierten Anordnung von zwei jeweils für sich allein bereits "rund laufenden" Schaufelradelementen sind ohne Nachbearbeitung optimale Rundlaufeigenschaften gewährleistet.
Gleichzeitig wird durch die vg. erfindungsgemäße Anordnung ohne Nachbearbeitung ein optimaler Dichtspalt gegenüber dem Gehäuse gewährleistet.
Das erfindungsgemäße aus den Schaufelradelementen, der Nabenscheibe 5 und der Bohrungsscheibe 7 gebildete Schaufelrad ist zudem stets einfach und kostengünstig herstellbar.
In Verbindung mit der Verwendung von tiefgezogenen Stahlblechen wird zudem stets eine hohe Schaufeloberflächengüte gewährleistet, so dass sich das erfindungsgemäß aufgebaute (mit vielen hohen Schaufeln versehene, in der Verbindung seiner Elemente nicht zum Verzug neigende) Schaufelrad 1 durch einen hohen Förderwirkungsgrad auszeichnet.
Wesentlich ist auch, dass am Nabenrand der Nabenscheibe 5, zwischen den Bodenscheibensegmenten 4, jeweils Anschlusslaschen 9 angeordnet sind.
Zur Vereinfachung der Fertigung sind an den Bodenscheibensegmenten 4 der Nabenscheibe 5 wie auch an den Bodenscheibensegmenten 4 der Bohrungsscheibe 7 Positionierungselemente 10, hier in Form von Bohrungen angeordnet.
Diese dienen einer exakten Positionierung der beiden Baugruppen beispielsweise in einer Punktschweißvorrichtung.
Mittels dieser können beispielsweise die beiden erfindungsgemäßen Schaufelradelemente im Bereich der einander überdeckenden Bodenscheibensegmente 4 sowie im Bereich der Überdeckungen der Bodenscheibensegmente 4 mit den Anschlusslaschen 9 miteinander verschweißt werden.
Infolge der erfindungsgemäßen scheibenförmigen Bauform der beiden im Innenbereich miteinander punktverschweißten Schaufelradelemente wird zudem gleichzeitig ein Verzug des so gebildeten Schaufelrades 1 vermieden.
In der Figur 2 ist die Draufsicht auf die in der Figur 1 vorgestellten Bauform des erfindungsgemäß aus einer Nabenscheibe 5 und einer Bohrungsscheibe 7 gebildeten Schaufelrades mit einer Deckscheibe 12 dargestellt.
Die Figur 3 zeigt das erfindungsgemäße Schaufelrad im Schnitt bei A-A gemäß Figur 2 mit der an den Oberkanten 11 der Schaufeln 3 des Schaufelrades 1 punktförmig verschweißten Deckscheibe 12.
Die Figur 3 zeigt, dass die Anschlusslaschen 9 etwa in der Ebene der an der Nabenscheibe 5 angeordneten Bodenscheibensegmente 4 liegen und dadurch neben einem strömungsgünstigen Übergang gleichzeitig eine optimale Anlage für die Bodenscheibensegmente 4 der Bohrungsscheibe 7 bilden und gleichzeitig eine optimale Punktschweißverbindung beider Schaufelradelemente ermöglichen.
Ebenso zeigt diese Figur 3, dass die von den Schaufelradelementen gebildete gemeinsame Bodenscheibe gewölbt, und die Schaufeln 3 jeweils dreidimensional gekrümmt ausgebildet sind.
In der Figur 4 ist das erfindungsgemäße Schaufelrad gemäß Figur 1 in der Ansicht von unten, mit der an der Nabenscheibe 5 angeordneten Nabenhülse 6 und der in der Bohrungsscheibe 7 angeordneten Nabenaufnahmebohrung 8 dargestellt.
Die Figur 5 zeigt als Einzelteil die erfindungsgemäße Nabenscheibe 5 gemäß der Darstellung nach Figur 1 in der Draufsicht mit den an dieser angeordneten Bodenscheibensegmenten 4, den aus der Bodenscheibe ausgeklinkten Schaufeln 3 und den zwischen den Bodenscheibensegmenten 4 (d.h. jedem Bodenscheibensegment 4 und der Schaufel 3 des jeweils benachbarten Bodenscheibensegments) angeordneten Anschlusslaschen 9.
In der Figur 6 ist nun diese erfindungsgemäße Nabenscheibe 5 im Schnitt bei B-B, gemäß Figur 5, mit der an der Nabenscheibe 5 angeordneten Nabenhülse 6 dargestellt.
Diese Darstellung zeigt auch, dass die Anschlusslaschen 9 etwa in der Ebene der an der Nabenscheibe 5 angeordneten Bodenscheibensegmente 4 liegen.
Die Figur 7 zeigt nun das zugehörige zweite Schaufelradelement, die erfindungsgemäße Bohrungsscheibe 7 in der Draufsicht mit den an den Bodenscheibensegmenten 4 nahe der Nabenhülsenaufnahmebohrung 8 (zur Punktverschweißung mit der Nabenscheibe) angeordneten Schweißbuckeln 13. In der Figur 8 ist die erfindungsgemäße Bohrungsscheibe, im Schnitt bei C-C gemäß Figur 7, mit dem gewölbten Bodenscheibensegment 4 und der dreidimensional gekrümmten Schaufel 3 dargestellt.
Die Figur 9 zeigt die erfindungsgemäße Deckscheibe 12 in der Draufsicht.
In der Figur 10 ist die erfindungsgemäße Deckscheibe 12 im Schnitt bei D-D gemäß Figur 9 dargestellt.
Mittels der erfindungsgemäßen Lösung ist es gelungen, ein Schaufelrad aus Metallblech für den Einsatz in KfZ-Kühlmittelpumpen zu entwickeln, welches neben vielen Schaufeln zugleich auch über eine hohe Schaufelflügelhöhe verfügt, dadurch eine gewünschte hohe Fördermenge gewährleistet, zudem infolge der erfindungsgemäßen Gestaltung auch ohne Nachbearbeitung sehr gute Rundlaufeigenschaften aufweist, und zudem ebenfalls ohne Nachbearbeitung einen optimalen Dichtspalt gegenüber dem Gehäuse gewährleistet.
Gleichzeitig ist das erfindungsgemäße Schaufelrad auch einfach und kostengünstig sowohl in einer offenen Bauform (ohne Deckscheibe) wie auch in einer geschlossenen Bauform (mit Deckscheibe) in Großserien herstellbar.
Da das erfindungsgemäße Schaufelrad auf Grund des verwendeten Materiales zudem über eine hohe Schaufeloberflächengüte verfügt, wird in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Bauform des Schaufelrades gleichzeitig stets ein hoher Förderwirkungsgrad gewährleistet.

Bezugszeichenzusammenstellung

1: Schaufelrad
2: Bodenscheibe
3: Schaufel
4: Bodenscheibensegment
5: Nabenscheibe
6: Nabenhülse
7: Bohrungsscheibe
8: Nabenhülsenaufnahmebohrung
9: Anschlusslasche
10: Positionierungselement
11: Oberkante
12: Deckscheibe
13: Schweißbuckel

Claims

Schaufelrad (1) aus Metallblech für den Einsatz in Kfz-Kühlmittelpumpen mit aus einer Scheibe ausgeklinkten und angestellten Schaufeln (3) und diesen benachbart angeordneten, zwischen den ausgeklinkten Schaufeln (3) verbleibenden Bodenscheibensegmenten (4), dadurch gekennzeichnet, dass das Schaufelrad (1) von mindestens zwei mit ausgeklinkten und angestellten, einstückig ausgebildeten, dadurch jeweils mit vollständigen Schaufeln (3) versehenen, miteinander fest verbundenen unterschiedlichen Schaufelradelementen gebildet wird, welche mit ihren jeweiligen Bodenscheibensegmenten (4) zueinander auf "Lücke" versetzt angeordnet sind und dadurch gemeinsam eine Bodenscheibe (2) ausbilden, wobei in einem dieser Schaufelradelemente, der Nabenscheibe (5), zentrisch eine Nabenhülse (6) und in dem/den anderen dieser Schaufelradelemente, der/den Bohrungsscheibe/n (7), ebenfalls zentrisch eine auf den Außenmantel der Nabenhülse (6) aufsteckbare Nabenhülsenaufnahmebohrung (8) angeordnet ist.
Schaufelrad (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Nabenrand der Nabenscheibe (5) zwischen den Bodenscheibensegmenten (4) jeweils eine/mehrere Anschlusslascheln (9) angeordnet sind.
Schaufelrad (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der Nabenscheibe (5) wie auch an der/den Bohrungsscheibe/n (7) Verbindungs- und/oder Positionierungselemente (10) angeordnet sind.
Schaufelrad (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusslaschen (9) etwa in der Ebene der an der Nabenscheibe (5) angeordneten Bodenscheibensegmente (4) liegen.
Schaufelrad (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den Oberkanten (11) der Schaufeln (3) des Schaufelrades (1) eine Deckscheibe (12) angeordnet ist.
Schaufelrad (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Schaufelradelementen gebildete gemeinsame Bodenscheibe (2) gewölbt ausgebildet ist.
Schaufelrad (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln (3) dreidimensional gekrümmt ausgebildet sind.