Laufrad für Strömungsmaschinen

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein aus mehreren Einzelteilen zusammengesetztes Laufrad, dessen Schaufeln (10) mit Hilfe eines Ringelementes (19) oder an den einzelnen Schaufeln (10) angebrachten Ringelementteilen (11) direkt im stirnseitigen Bereich (5) einer Laufradnabe (4) festgelegt werden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Laufrad gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

[0002] Bei aus Blechteilen gefertigten Laufrädern finden unterschiedliche Methoden Anwendung, um eine Kräfteübertragung zwischen der Welle und dem Laufrad mit seinen Schaufeln sicherzustellen. So ist es aus der US-A 3 025 069 bekannt, an einer Nabe eine druckseitige Laufraddeckscheibe sowie eine daran anliegende Nabenscheibe anzubringen. Dabei hält eine Wellenmutter unter Zwischenschaltung einer Unterlegscheibe die Nabe auf der Pumpenwelle fest. Wie die Verbindung zwischen der druckseitigen Laufraddeckscheibe mit der Nabe, mit den einzelnen Schaufeln sowie der saugseitigen Laufraddeckscheibe erfolgt, ist dieser Schrift jedoch nicht entnehmbar, vermutlich jedoch mittels Schweißtechnik.

[0003] Die US-A 2 344 444 zeigt ein Laufrad, auf dessen Nabe U-förmig gebogene Schaufelkanäle in radialer Richtung strahlenförmig angeordnet und mit einer sich radial erstreckenden druck­seitigen Laufraddeckscheibe verbunden sind. Diese Lösung mag zwar eine ausreichende Festigkeit aufweisen, jedoch infolge der verwendeten Schaufelform sind die strömungstechnischen Eigenschaften nachteiliger Art.

[0004] Durch die US-A 2 360 440 ist bekannt, die druckseitige Laufraddeckscheibe unter Zwischenschaltung von Verstärkungs­elementen mit der Laufradnabe zu vernieten und die Schaufeln mit den Deckscheiben zu verschweißen. Die DE-B 1 703 266 zeigt eine bei kleinen Heizungsumwälzpumpen gebräuchliche Lösung, derzufolge eine reibschlüssige Befestigung zwischen einer als Nabe wirkenden druckseitigen Laufradnabe und einem konisch ausgebildeten Teil auf der Pumpenwelle vorsieht.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für aus mehreren Einzelteilen zusammengesetzte Laufräder von Strömungsmaschinen eine Konstruktion zu entwickeln, welche ohne Beeinträchtigung der strömungstechnischen Eigenschaften eine hohe Dauerfestigkeit aufweist. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches.

[0006] Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird sichergestellt, daß zum einen auf kleinstmöglichem Radius eine durch Fliehkräfte wenig belastete Befestigung erfolgt. Ein wesentliche Vorteil besteht darin, daß im Laufradeintrittsbereich vorherrschende hydraulische Kräfte direkt in die Nabe eingeleitet werden können. Somit wird die Verbindung zwischen Schaufelanfang und druckseitiger Laufraddeckscheibe von den hydraulischen Kräften entlastet. Desweiteren ist eine direkte Kraftübertraqung von der Drehmomente einleitenden Nabe in die Schaufeln möglich. Mittels der so vorgenommenen Trennung lassen sich Verspannungen innerhalb des Laufrades im wesentlichen Umfang vermeiden und eine höhere Festigkeit ist die direkte Folge.

[0007] Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß eine Laufrad­befestigungseinrichtung das Ringelement oder die Ringelement­teile gegen die Nabenstirnseite und/oder die in diesem Bereich befindliche druckseitige Laufraddeckscheibe preßt. Mit Hilfe der Laufradbefestigungseinrichtung wird eine sichere Anpressung bzw. Befestigung der belasteten Schaufelteile im Nabenbereich gewährleistet. Diese der Fertigungsvereinfachung dienende Maßnahme erlaubt eine Vorfertigung der zu fügenden Teile und ergibt eine einfachere Laufradmontage.

[0008] Zur besseren Krafteinleitung von der Welle in das Laufrad sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, daß an dem Ringelement oder an den ein Ringelement bildenden Teilen ein Druckelement angebracht ist. Desweiteren sieht eine andere Ausgestaltung der Erfindung vor, daß das Ringelement, die Ringelementteile oder das Druckelement drehmomentübertragend gestaltet sind. Damit wird in zuverlässiger Weise eine durch Biegekräfte bedingte Überanspruchung der Schaufelanfänge ausgeschlossen. Infolge der direkten Krafteinleitung in die Schaufeln bzw. in die Schaufelfüße besteht keine Gefahr einer Überlastung der Verbindung zwischen den Schaufeln bzw. den Schaufelfüßen und druckseitiger Laufraddeckscheibe. Die Krafteinleitung kann hier durch eine bekannte Nut-Feder-­Verbindung, Vielkeilwelle oder dgl. erfolgen. Dies verhindert weiterhin, daß die Laufradbefestigungseinrichtung, welche beispielsweise als Mutter ausgebildet sein kann, beim Festdrehen eine Verdrehung zwischen Schaufel und druckseitiger Laufraddeckscheibe bewirkt. Auch kann während des Betriebes keine Relativverdrehung zwischen den Schaufeln und der druckseitigen Laufraddeckscheibe erfolgten.

[0009] Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß im Bereich der Nabenstirnseite die druckseitige Laufrad­deckscheibe, das Ringelement oder die Ringelementteile und/oder das Druckelement stoffschlüssig, geklebt, reibschlüssig oder formschlüssig angeordnet sind. Durch entsprechende Schweißverbindungen oder Einpressen des Ringelementes oder der Ringelementteile in eine entsprechend geformte Nabenstirnseite ist eine sichere Kräfteübertragung zwischen den Einzelteilen gewährleistet.

[0010] Eine andere Ausgestaltung zeigt, daß bei Naben, deren Außendurchmesser größer ist als der Durchmesser im Befestigungsbereich zwischen Nabenstirnseite und druckseitiger Laufraddeckscheibe, im größeren Durchmesserbereich mit einem Freiraum zwischen Nabe und druckseitiger Laufraddeckscheibe versehen sind.

[0011] Weiter zeigte es sich, daß die Ausgestaltung, nach der die Schaufeln an der druckseitigen Laufraddeckscheibe in senkrecht oder nahezu senkrecht au± der Pumpenwelle stehenden Ebene oder Ebenen befestigt sind, eine wesentliche Erhöhung der Dauer­festigkeit bedingt. Infolge der Vermeidung von Befestigungs­punkten zwischen gekrümmten Teilen, beispielsweise durch Punktschweißen, werden unzulässige Spannungspitzen im Bereich dieser Verbindungspunkte ausgeschlossen. Das Anbringen der Schweißnähte in senkrecht oder nahezu senkrecht auf der Drehachse stehenden Ebenen gewährleistet ein hohes Maß an Betriebssicherheit.

[0012] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen die

Fig.1 bis 4 verschiedene Befestigungsmöglichkeiten an im Schnitt dargestellten Laufrädern, die

Fig. 5 ein Ringelement und dessen Verbindung mit den Schaufeln, die

Fig. 6 eine Schaufel mit angeformtem Ringelementteil und die

Fig. 7 eine Draufsicht auf ein mit Teilen der Fig. 6 zusammengesetztes Laufrad.

[0013] In der Fig. 1 ist ein Laufrad (1) radialer Bauart dargestellt, welches auf einer Welle (2) montiert ist. Über eine Nut-Feder-­Verbindung (3) erfolgt eine Krafteinleitung von der Welle in eine Nabe (4), an deren Nabenstirnseite (5) eine druckseitige Laufraddeckscheibe (6) mittels Schweißverbindung (7) befestigt ist. Zusätzlich stützt eine Nabenscheibe (8) die druckseitige Laufraddeckscheibe (6) gegenüber der Nabe (4) ab, wobei die Teile hier ebenfalls mittels Schweißtechnik zusammengehalten werden. Die druckseitige Laufraddeckscheibe (6) ist mit der Nabe (4) nur im Bereich der Schweißverbindung (7) verbunden. Ein auf größerem Durchmesser befindlicher und der Schweiß­verbindung nachgeordneter Bereich der Nabenstirnseite (5) weist einen Freiraum (9) auf, um eine Anlage und damit eine Verspannung zwischen den Teilen auszuschließen. Der größere Nabenaußendurchmesser kann in denjenigen Fällen notwendig sein, in denen von der Welle ein großes Drehmoment zu übertragen ist.

[0014] Jede Schaufel (10) ist in diesem Ausführungsbeispiel mit einem - wie in den Fig. 6 und 7 gezeigt - Ringelementteil (11) versehen und damit an der Nabenstirnseite (5) verschweißt. Eine Laufradbefestigungseinrichtung (12) preßt ein Druckelement (13), welches mit der Nut-Feder-Verbindung (3) in Eingriff steht sowie die an der Nabenstirnseite angeordneten Teile zusammen. Hierbei stützt sich die Nabe an einer Wellenschulter (14) ab.

[0015] Die Nabenstirnseite (5) ist in diesem Ausführungsbeispiel gerundet ausgebildet und weist eine Gestaltung auf, welche zusätzlich eine formschlüssige Verbindung mit den an den Schaufeln angebrachten Ringelementteilen (11) sicherstellt.

[0016] Zwischen den Schaufeln (10) und der druckseitigen Laufrad­deckscheibe (6) erfolgt eine Verbindung, hier eine Schweißver­bindung (15), im Bereich einer senkrecht oder nahezu senkrecht auf der Pumpenwelle (2) stehenden Ebene. Somit werden Verspannungen in dem bogenförmig verlaufenden Schaufelbereich ausgeschlossen.

[0017] An den Schaufeln (10) sind die saugseitige Laufraddeckscheibe (16) sowie ein Saugmund (17) befestigt.

[0018] Die Ausgestaltung der Fig. 2 zeigt eine Variante, bei der die Ringelementteile (11) mit dem Druckelement (13) verbunden sind, und diese Teile von der Laufradbefestigungseinrichtung (12) gegen die hier plan verlaufende Nabenstirnseite (5) gepreßt werden. Desweiteren weist das Druckelement (13) einen Vorsprung (18) auf, mit dem es in der Nabe (4) geführt ist.

[0019] Bei der Ausführungsform der Fig. 3 sind die Ringelementteile (11) mit der Nabenstirnseite (5) und dem Druckelement (13) mit den Ringelementteilen (11) verbunden. Neben den hier gezeigten Schweißverbindungen sind auch andere Möglichkeiten der Verbindung denkbar. Im Unterschied hierzu erfolgt bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 eine Verbindung zwischen dem Druckelement (13) und den Ringelementteilen (11) und zwischen der Nabenstirnseite (5) und der druckseitigen Laufrad­deckscheibe (6). Die Laufradbefestigungseinrichtung (12) preßt dann Druckelement (13) und Ringelementteile (11) gegen die druckseitige Laufraddeckscheibe (6). Eine Nut-Feder-Verbindung (3) leitet auch in diesem Fall das zu übertragende Drehmoment in das Laufrad. Eine Übertragung mittels Vielkeilwelle oder dgl. ist ebenfalls möglich.

[0020] In der Fig. 5 ist gezeigt, daß anstelle an der Schaufel anbringbarer Ringelementteile ein als separates Teil ausgebildetes und gezeigtes Ringelement (19) mit den Schaufeln verbunden werden kann. Neben der hier gezeigten Möglichkeit, das Ringelement (19) an den Schaufeln anzuschweißen, besteht auch die Möglichkeit einer Klebeverbindung bzw. einer formschlüssigen Verbindung. Es ist also ohne weiteres möglich, bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 bis 4 die Ringelementteile (11) durch das Ringelement (19) zu ersetzen.

[0021] Die Fig. 6 zeigt als perspektivische Darstellung eine einzelne Schaufel (10), welche hier über einen Z-förmigen Querschnitt verfügt und an deren Schaufelfuß (20) ein Ringelementteil (11) direkt angeformt ist. Durch entsprechende Gestaltung oder Verbindung kann das Ringelement (19) direkt mit dem Schaufelfuß (20) verbunden werden. Die gezeigte Bohrung dient als Entlastungsbohrung für den Axialschub.

[0022] In der in Fig. 7 gezeigten Draufsicht auf das Laufrad ist die Anordnung der einzelnen Schaufeln (10) erkennbar und wie die einzelnen Ringelementteile (11) nach der Montage einen Ring bilden. Das durch die Nut-Feder-Verbindung (3) eingeleitete Drehmoment wird gleichmäßig und direkt auf die Schaufeln (10) übertragen. Ungünstige Verspannungen können somit vermieden werden.

Ansprüche

1. Laufrad für Strömungsmaschinen in radialer oder halb­axialer Bauart, dessen Einzelteile zu einem einheitlichen Laufrad zusammengefügt sind, wobei zwischen einer mit einer Nabe kräfteübertragend verbundenen druckseitigen Laufraddeckscheibe und einer saugseitigen Laufrad­deckscheibe mehrere Schaufeln angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die druckseitige Laufraddeckscheibe (6) mit der Nabenstirnseite (5) in an sich bekannter Weise fest verbunden ist und daß ein mit den Schaufeln (10) verbundenes Ringelement (19) oder an den Schaufeln (10) angebrachte Ringelementteile (11) an der Nabenstirnseite (5) kräfteübertragend angeordnet sind.

2. Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Laufradbefestigungseinrichtung (12) das Ringelement (19) oder die Ringelementteile (11) gegen die Nabenstirnseite (5) und/oder die in diesem Bereich befindliche druckseitige Laufraddeckscheibe (6) preßt.

3. Laufrad nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Ringelement (19) oder an den ein Ringelement bildenden Ringelementteilen (11) ein Druckelement (13) angebracht ist.

4. Laufrad nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ringelement (19), die Ringelementteile (11) und/oder das Druckelement (13) drehmomentübertragend gestaltet sind.

5. Laufrad nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Nabenstirnseite (5) die druckseitige Laufraddeckscheibe (6), das Ringelement (19) oder die Ringelementteile (11) und/oder das Druckelement (13) stoffschlüssig, geklebt, reibschlüssig oder formschlüssig befestigt sind.

6. Laufrad nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Naben, deren Außendurchmesser größer ist als der Durchmesser im Befestigungsbereich zwischen Nabenstirnseite (5) und druckseitiger Laufraddeckscheibe (6) im größeren Durchmesserbereich mit einem Freiraum (9) zwischen Nabenstirnseite (5) und druckseitiger Laufraddeckscheibe (6) versehen sind.

7. Laufrad nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (10) an der druckseitigen Laufraddeckscheibe (6) in senkrecht oder nahezu senkrecht auf der Pumpenwelle (2) stehenden Ebene oder Ebenen befestigt sind.

Zeichnung