[0001] Die Erfindung betrifft einen Pumpenkopf für eine Zentrifugalpumpe mit einem Gehäuse,
in dem ein Ringkanal ausgebildet ist, einem axialen Einlassstutzen, der an seinem
axial vom Ringkanal abgewandten Ende einen kleineren Durchmesser aufweist als an seinem
zum Ringkanal weisenden Ende, einem Auslassstutzen, einer Flanschfläche zur Befestigung
des Pumpenkopfes an einem Pumpengehäuse und Gehäuserippen, welche an der zum Ringkanal
entgegengesetzten Seite des Pumpenkopfes ausgebildet sind sowie ein Verfahren zur
Herstellung eines derartigen Pumpenkopfes in einer Spritzgussform oder einer Druckgussform,
wobei nach dem Einfüllen und Abkühlen des Materials die Form geöffnet und der Pumpenkopf
entnommen wird.
[0002] Derartige Pumpenköpfe sind insbesondere aus dem Bereich der Kühlmittelpumpen für
Verbrennungsmotoren bekannt. Dabei strömt das Kühlmittel über den zentralen axialen
Einlass in die Pumpe und wird durch die Drehung des Laufrades in den Ringkanal gefördert
und verdichtet. Nach dem Durchströmen des Ringkanals verlässt das Kühlmittel die Pumpe
über einen zumeist tangential nach außen weisenden Auslass.
[0003] Aufgrund der relativ hohen Drehgeschwindigkeiten des Laufrades und die damit einhergehende
Verdichtung des Kühlmittels besteht eine hohe Belastung der mechanischen Stabilität
des Pumpenkopfes. Andererseits besteht in der Automobilbranche der stetige Wunsch
einer Gewichtsreduzierung der Aggregate zur Verringerung des Kraftstoffverbrauchs.
[0004] Aus diesem Grund wurden in der Vergangenheit die Pumpenköpfe mit Verstärkungsrippen
an der Oberfläche ausgeführt, so dass die Wandstärke verringert werden kann. Dabei
ist jedoch auf eine mögliche Entformbarkeit bei der Herstellung der Pumpenköpfe zu
achten. Eine Wasserpumpe mit Verstärkungsrippen ist beispielsweise aus der
DE 297 04 753 U1 bekannt. Die Herstellung erfolgt über eine feste untere Formhälfte sowie eine bewegliche
obere Formhälfte, zwischen die der Kunststoff eingespritzt wird.
[0005] Diese Entformung in axialer Richtung führt dazu, dass Probleme entstehen, wenn der
Außendurchmesser des Anschlussstutzens deutlich größer ist als der Eintrittsquerschnitt
in die Pumpe. Um einen Verzug des Pumpenkopfes durch vorhandene Materialanhäufungen
im Bereich des Einlassstutzens zu verhindern, wurden daher in der Vergangenheit im
Bereich der unteren Formhälfte zusätzliche Vorsprünge ausgebildet oder zusätzliche
Kerne eingebracht, durch die um den eigentlichen Eintrittsquerschnitt des Pumpenkopfes
herum Taschen ausgebildet wurden, durch die die Materialanhäufungen vermieden wurden.
Dies führt jedoch zu einer Verringerung des hydraulischen Wirkungsgrades.
[0006] Es stellt sich daher die Aufgabe, einen Pumpenkopf sowie ein Verfahren zur Herstellung
eines derartigen Pumpenkopfes für eine Zentrifugalpumpe zu schaffen, durch die der
hydraulische Wirkungsgrad bei gleichbleibender Stabilität und ohne einen Verzug des
Pumpenkopfes gesteigert werden kann.
[0007] Diese Aufgabe wird durch einen Pumpenkopf mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie
ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Pumpenkopfes mit den Merkmalen des
Anspruchs 8 gelöst.
[0008] Dadurch, dass am Außenumfang des Einlassstutzens sich axial erstreckende Stützrippen
ausgebildet sind, kann auf die Taschen im Innern des Stutzens verzichtet werden, wodurch
der Wirkungsgrad der Pumpe bei gleichbleibender Stabilität und ohne dass Materialanhäufungen
im Bereich des Übergangs zwischen dem Einlassstutzen und dem den Ringkanal bildenden
Gehäuse des Pumpenkopfes vorhanden sind.
[0009] Dadurch, dass die Druckgussform oder die Spritzgussform vier Seitenschieber aufweist,
welche Stützrippen des Einlassstutzens und Gehäuserippen des Pumpenkopfes bilden und
welche zum Entformen des Pumpenkopfes in Erstreckungsrichtung von den parallel nach
außen verlaufenden Gehäuserippen des Pumpenkopfes nach radial außen geschoben werden,
wird eine Entformung des Pumpenkopfes bei gleichzeitiger Ausbildung der Stützrippen
am Einlassstutzen auch bei vergrößertem Anschlussdurchmesser des Einlassstutzens möglich.
[0010] Eine besonders gute Stabilität, insbesondere im kritischen Übergangsbereich zwischen
dem Einlassstutzen und dem Gehäuse des Pumpenkopfes ergibt sich, wenn die sich axial
am Einlassstutzen erstreckenden Stützrippen in die Gehäuserippen des Pumpenkopfes
übergehen.
[0011] Vorzugsweise sind vier Gehäuserippen im rechten Winkel zueinander am Pumpenkopf angeordnet,
die sich in radialer Richtung erstrecken. So können vier gleiche Seitenschieber verwendet
werden, die sich im Bereich der radial verlaufenden Rippen im zusammen gefahrenen
Zustand der Form treffen. Es entsteht eine weitestgehend symmetrische Form, wodurch
ein Verzug verhindert wird. Gleichzeitig wird eine hohe Stabilität erreicht.
[0012] In einer weiterführenden Ausführung sind zwischen den sich radial erstreckenden Gehäuserippen
mehrere Gehäuserippen angeordnet, welche sich parallel zueinander vom Einlassstutzen
nach außen erstrecken. Durch die parallele Ausbildung kann eine Entformung in Erstreckungsrichtung
erfolgen und gleichzeitig eine ausreichende Anzahl an Rippen zur Stabilitätserhöhung
zur Verfügung gestellt werden.
[0013] Dabei sind vorzugsweise die parallel zueinander verlaufenden Gehäuserippen in einem
Winkel von 45° zu den radial verlaufenden Gehäuserippen angeordnet, so dass eine weitestgehend
symmetrische Form entsteht.
[0014] In einer vorteilhaften weiterführenden Ausbildung der Erfindung ist jeweils am zum
Einlassstutzen weisenden Ende der radial verlaufenden Gehäuserippen ein Sternpunkt
ausgebildet, an dem eine der am Einlassstutzen ausgebildeten Stützrippen und in Umfangsrichtung
betrachtet von beiden Seiten der radial verlaufenden Gehäuserippen jeweils eine der
parallel verlaufenden Gehäuserippen münden. Diese Rippe am Einlassstutzen wird entsprechend
ebenfalls im Übergangsbereich zwischen den Schiebern gebildet. Der Sternpunkt erhöht
die Stabilität im Übergangsbereich zwischen dem Pumpenkopfgehäuse und dem Einlassstutzen.
[0015] Um gleichzeitig eine gute Entformbarkeit im Innern des Einlassstutzens sicherzustellen,
wächst der Innendurchmesser des Einlassstutzens in Richtung des zum Ringkanal weisenden
Endes konisch, so dass der Pumpenkopf einfach von der unteren Formhälfte abgehoben
werden kann.
[0016] Entsprechend werden in einer Weiterbildung des Verfahrens der Ringkanal und die Innenwand
des Einlassstutzens durch ein Formteil gebildet, von dem der Pumpenkopf nach dem Auseinanderschieben
der Seitenschieber axial entnommen wird.
[0017] Vorzugsweise weist die Druckgussform oder die Spritzgussform zusätzlich ein axial
verschiebliches Formteil auf, das zur Entformung axial vom Pumpenkopf abgehoben wird,
wobei das Formteil den Bereich des Auslassstutzens zwischen zwei angrenzenden parallelen
Gehäuserippen bildet. So kann zusätzlich ein sich nach radial außen erweiternder Auslassstutzen
ausgebildet werden. Die zum Auslassstutzen weisende radial verlaufende Gehäuserippe
wird dabei durch den Kopfschieber gebildet.
[0018] Es werden somit ein Pumpenkopf und ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen
Pumpenkopfes geschaffen, wobei keine Strömungshindernisse im Bereich des Einlasses
auftreten, so dass der hydraulische Wirkungsgrad verbessert wird. Gleichzeitig wird
eine ausreichende Stabilität auch im kritischen Übergangsbereich zwischen Einlassstutzen
und übrigem Gehäuse des Pumpenkopfes sichergestellt, ohne dass Materialanhäufungen
vorhanden sind.
[0019] Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Pumpenkopfes sowie des erfindungsgemäßen
Verfahrens werden anhand der Figuren im Vergleich zum Stand der Technik beschrieben.
Figur 1 zeigt eine Draufsicht auf einen Pumpenkopf nach dem Stand der Technik von
der Pumpenaußenseite.
Figur 2 zeigt eine Ansicht ins Innere des Pumpenkopfes aus Figur 1 als Draufsicht.
Figur 3 zeigt eine perspektivische Darstellung des Pumpenkopfes aus Figur 1.
Figur 4 zeigt eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Pumpenkopf von der Pumpenaußenseite.
Figur 5 zeigt eine Ansicht ins Innere des erfindungsgemäßen Pumpenkopfes aus Figur
4 als Draufsicht.
Figur 6 zeigt eine perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Pumpenkopfes
aus Figur 4.
[0020] Der in den Figuren 1 bis 3 dargestellte Pumpenkopf 100 weist ein Gehäuse 102 mit
einem zentralen, axial verlaufenden Einlassstutzen 104 sowie einem tangential verlaufenden
Auslassstutzen 106 auf.
[0021] An der zum Einlassstutzen 104 axial entgegengesetzten Seite des Pumpenkopfes 100
ist ein Ringkanal 108 ausgebildet, der radial nach außen von einer Flanschfläche 110
umgeben ist, welche vier Flanschaugen 112 mit Durchgangsbohrungen 114 aufweist, durch
welche Schrauben gesteckt werden, um den Pumpenkopf 100 an einem nicht dargestellten
Pumpengehäuse zu befestigen.
[0022] Des Weiteren sind in der Figur 2 zwölf Taschen 116 zu erkennen, welche in einer Begrenzungswand
118 des Einlassstutzens 104 gleichmäßig über deren Umfang verteilt ausgebildet sind.
Diese Taschen 116 werden in Umfangsrichtung jeweils durch Stege 120 voneinander getrennt.
Diese Taschen 116 und Stege 120 sind notwendig, um einerseits zu verhindern, dass
im Bereich des Einlassstutzens 104 eine Materialanhäufung entsteht, die zu einem Verzug
des Bauteils führen kann und andererseits bei einem im Vergleich zum Anschlussdurchmesser
verkleinertem Einlassdurchmesser in das Pumpeninnere eine ausreichende Stabilität
auch in dem kritischen Übergangsbereich zwischen Einlassstutzen 104 und Gehäuse 102
vorhanden bleibt.
[0023] Des Weiteren sind an der zum Ringkanal 108 axial entgegengesetzten Oberfläche des
Gehäuses 102 Gehäuserippen 122 ausgebildet, die sich im Wesentlichen vom Einlassstutzen
104 radial nach außen erstrecken. Diese dienen zur Stabilitätserhöhung des Pumpenkopfes
100, der durch die Gehäuserippen 122 mit einer relativ dünnen Wandstärke ausgebildet
werden kann, so dass er ein geringes Gewicht aufweist.
[0024] Die Herstellung dieses Pumpenkopfes 100 erfolgt in einer zweiteiligen Form mit einer
feststehenden unteren Formhälfte, in der der Ringkanal 108 ausgebildet ist und einer
beweglichen oberen Formhälfte, in der der Einlassstutzen 104 sowie die Oberfläche
des Gehäuses 102 mit den Gehäuserippen ausgebildet werden. Die Entformung erfolgt
in beiden Richtungen entlang der Achse des Einlassstutzens 104. Um die Entformbarkeit
sicherzustellen, sind in Entformungsrichtung keine Hinterschneidungen vorhanden, außer
dass ein zusätzlicher Schieber zur Ausbildung der Innenwand des Auslassstutzens 106
verwendet werden muss. Die Taschen 116 müssen in dieser Ausführung durch gesonderte
Kerne hergestellt werden, die nach dem Gießen entfernt werden müssen.
[0025] Durch die Taschen 116 entstehen jedoch beim Einströmen des Kühlmittels in das Gehäuse
102 unerwünschte Druckverlust, durch die der Wirkungsgrad der Pumpe sinkt.
[0026] Entsprechend weist der erfindungsgemäße, in den Figuren 4 bis 6 dargestellte Pumpenkopf
200 diese Taschen nicht auf. Der Pumpenkopf 200 weist wie der Pumpenkopf 100 ein Gehäuse
202 mit einem axialen Einlassstutzen 204 und einem tangentialen Auslassstutzen 206
auf, die fluidisch durch einen Ringkanal 208, der an der zum Einlassstutzen entgegengesetzten
Seite des Gehäuses 202 ausgebildet ist, miteinander verbunden sind. Dieser Ringkanal
208 ist ebenfalls in gleicher Weise wie beim Pumpengehäuse 100 von einer Flanschfläche
210 mit Flanschaugen 212 und Durchgangsbohrungen 214 umgeben.
[0027] In Figur 5 ist zu erkennen, dass eine Begrenzungswand 218 des Einlassstutzens 204
im Innern der Pumpe, also an der zum Einlassstutzen 204 entgegengesetzten Seite vollständig
geschlossen ist und eine glatte, sich in Richtung des Ringkanals 206 konisch erweiternde
Innenwand fläche aufweist.
[0028] Um weder eine zu große Wandstärke noch Festigkeitsprobleme zu erhalten, sind am Außenumfang
des Einlassstutzens 204 acht Stützrippen 226 ausgebildet, die sich entlang des Einlassstutzens
204 über einen festigkeitskritischen Bereich axial erstrecken.
[0029] Durch die Ausbildung dieser Stützrippen 226 entstehen in axialer Richtung Hinterschneidungen,
so dass eine Herstellung des Pumpenkopfes bei axialer Entformung nicht mehr möglich
ist.
[0030] Um dennoch eine Entformbarkeit bei hoher Stabilität des Pumpenkopfes 200 sicherstellen
zu können, sind lediglich vier radial verlaufende Gehäuserippen 222 an der Oberfläche
des Gehäuses 202 ausgebildet, welche jeweils im Abstand von 90° versetzt zueinander
angeordnet sind. Zwischen diesen radialen Gehäuserippen 222 sind jeweils drei parallel
zueinander verlaufende Gehäuserippen 228 auf der Oberfläche des Gehäuses 202 ausgebildet,
die jeweils am Einlassstutzen 204 in die Stützrippen 226 münden, wobei die beiden
benachbart zur jeweiligen radialen Gehäuserippe 222 angeordneten parallel verlaufenden
Gehäuserippen 228, die jeweilige radial verlaufende Gehäuserippe 222 und je eine der
Stützrippen 226 einen gemeinsamen Sternpunkt 230 am Fuß des Einlassstutzens 204 bilden.
[0031] Zur Herstellung dieses Pumpenkopfes 200 wird eine Form verwendet, weiche neben dem
Formunterteil zur Ausbildung der Flanschfläche 210, des Ringkanals 208, der Innenwand
des Einlassstutzens 204 sowie einer von der Flanschfläche aus sichtbaren Hälfte des
Auslassstutzens 206 zusätzlich vier Seitenschieber sowie ein axial verschiebliches
Formteil aufweist. Das axial, also in Erstreckungsrichtung des Einlassstutzens verschiebliche
Formteil wird in axialer Richtung ein- und ausgeschoben und dient zur Ausbildung der
entgegengesetzten Hälfte des Auslassstutzens 206. In Umfangsrichtung deckt dieses
Formteil jedoch nur den Teil des Pumpenkopfes 200 ab, welcher zwischen den beiden
Gehäuserippen 228, welche benachbart zu der radialen Gehäuserippe 222 verlaufen, die
sich in Richtung des Auslassstutzens 206 erstreckt. Die entsprechenden Teilungen der
Seitenschieber und des axial verschieblichen Formteils sind in der Figur 4 durch gestrichelte
Linien dargestellt.
[0032] Benachbart zu diesem Formteil wird jeweils ein radial verschieblicher Seitenschieber
angeordnet, der den Bereich zwischen der zum Auslassstutzen 206 nächstliegenden parallelen
Gehäuserippe 228 und der in Umfangsrichtung gesehen nächsten, radial verlaufenden
Gehäuserippe 222 abbildet. Die Berührungsflächen der beiden weiteren folgenden Seitenschieber
befinden sich jeweils an den radial verlaufenden Gehäuserippen 222, so dass diese
beiden Schieber einen Winkel von jeweils 90° abdecken.
[0033] Bei dieser Teilung der Seitenschieber ist es möglich, diese entlang der parallelen
Gehäuserippen 228 zur Entformung zu schieben, ohne dass Hinterschneidungen eine solche
Entformung verhindern. Alle vier Schieber bilden auch die Umfangswand des Einlassstutzens
204 mit seinen Stützrippen 226 jeweils über einen Winkel von 90° ab. Die Entformung
erfolgt durch radiales Auseinanderschieben der Seitenschieber, axiales Ausschieben
des Formteils in Erstreckungsrichtung des Einlassstutzens 204 sowie anschließende
Entnahme des Pumpenkopfes 200 vom Formunterteil, wobei diese Entnahme durch die konische
Ausbildung der Innenwand des Einlassstutzens erleichtert wird.
[0034] Bei gleicher Stabilität des Pumpenkopfes weist eine mit diesem Pumpenkopf hergestellte
Pumpe einen besseren Wirkungsgrad durch Verringerung der Strömungsverluste auf. Der
Aufwand bei der Herstellung wird dennoch etwa gleich gehalten. Dieser Pumpenkopf kann
mit hoher Maßgenauigkeit hergestellt werden, da ein Verzug weitestgehend vermieden
wird.
[0035] Es sollte deutlich sein, dass der Schutzberiech der Hauptansprüche nicht auf das
Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Modifikationen bezüglich der Anzahl der Rippen,
der Teilung der Schieber oder eine Verwendung zusätzlicher Unterflurschieber zur Ausbildung
des oberen Teils des Einlassstutzens sind selbstverständlich denkbar. Die Form des
Pumpenkopfes sowie auch dessen Befestigung am Pumpengehäuse muss den Gegebenheiten
konstruktiv angepasst werden. Ein derartiger Pumpenkopf eignet sich für verschiedene
Pumpen der Zentrifugalbauart.
1. Pumpenkopf (200) für eine Zentrifugalpumpe mit einem Gehäuse (202), in dem ein Ringkanal
(208) ausgebildet ist, einem axialen Einlassstutzen (204), der an seinem axial vom
Ringkanal (208) abgewandten Ende einen kleineren Durchmesser aufweist als an seinem
zum Ringkanal (208) weisenden Ende, einem Auslassstutzen (206),
einer Flanschfläche (210) zur Befestigung des Pumpenkopfes (200) an einem Pumpengehäuse
(202) und
Gehäuserippen (222, 228), weiche an der zum Ringkanal (208) entgegengesetzten Seite
des Pumpenkopfes (200) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass
am Außenumfang des Einlassstutzen (204) sich axial erstreckende Stützrippen (226)
ausgebildet sind.
2. Pumpenkopf (200) für eine Zentrifugalpumpe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die sich axial am Einlassstutzen (204) erstreckenden Stützrippen (226) in die Gehäuserippen
(222, 228) des Pumpenkopfes (200) übergehen.
3. Pumpenkopf (200) für eine Zentrifugalpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
vier Gehäuserippen (222) im rechten Winkel zueinander am Pumpenkopf (200) angeordnet
sind, die sich in radialer Richtung erstrecken.
4. Pumpenkopf (200) für eine Zentrifugalpumpe nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen den sich radial erstreckenden Gehäuserippen (222) mehrere Gehäuserippen (228)
angeordnet sind, welche sich parallel zueinander vom Einlassstutzen (204) nach außen
erstrecken.
5. Pumpenkopf (200) für eine Zentrifugalpumpe nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die parallel zueinander verlaufenden Gehäuserippen (228) in einem Winkel von 45° zu
den radial verlaufenden Gehäuserippen (222) angeordnet sind.
6. Pumpenkopf (200) für eine Zentrifugalpumpe nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
jeweils am zum Einlassstutzen (204) weisenden Ende der radial verlaufenden Gehäuserippen
(222) ein Sternpunkt (230) ausgebildet ist, an dem eine der am Einlassstutzen (204)
ausgebildeten Stützrippen (226) und in Umfangsrichtung betrachtet von beiden Seiten
der radial verlaufenden Gehäuserippen (222) jeweils eine der parallel verlaufenden
Gehäuserippen (228) münden.
7. Pumpenkopf (200) für eine Zentrifugalpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Innendurchmesser des Einlassstutzens (204) in Richtung des zum Ringkanal (208)
weisenden Endes konisch wächst.
8. Verfahren zur Herstellung eines Pumpenkopfes (200) für eine Zentrifugalpumpe nach
einem der vorhergehenden Ansprüche in einer Spritzguss- oder Druckgussform, wobei
nach dem Einfüllen und Abkühlen des Materials die Form geöffnet wird und der Pumpenkopf
(200) entnommen wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Druckgussform oder Spritzgussform vier Seitenschieber aufweist, weiche Stützrippen
(226) des Einlassstutzens (204) und Gehäuserippen (222, 228) des Pumpenkopfes (200)
bilden und welche zum Entformen des Pumpenkopfes (200) in Erstreckungsrichtung von
parallel nach außen verlaufenden Gehäuserippen (228) des Pumpenkopfes (200) nach radial
außen geschoben werden.
9. Verfahren zur Herstellung eines Pumpenkopfes (200) für eine Zentrifugalpumpe nach
Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Ringkanal (208) und die Innenwand des Einlassstutzens (204) durch ein Formteil
gebildet werden, von dem der Pumpenkopf (200) nach dem Auseinanderschieben der Seitenschieber
axial entnommen wird.
10. Verfahren zur Herstellung eines Pumpenkopfes (200) für eine Zentrifugalpumpe nach
einem der Ansprüche 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Druckgussform oder die Spritzgussform zusätzlich ein axial verschiebliches Formteil
aufweist, das zur Entformung axial vom Pumpenkopf (200) abgehoben wird, wobei das
Formteil den Bereich des Auslassstutzens (206) zwischen zwei angrenzenden parallelen
Gehäuserippen (228) bildet.