[0001] Die Erfindung betrifft ein Laufrad für eine Pumpe mit den im Oberbegriff des Anspruchs
1 angegebenen Merkmalen sowie eine Kernanordnung und ein Verfahren zum Gießen eines
solchen Laufrades.
[0002] Laufräder von Pumpen werden in der Regel entweder aus Blechteilen zusammengesetzt
oder aber als Gussteile aus Kunststoff oder Metall ausgebildet. Aufgrund der Form
der Strömungskanäle im Laufrad sind beim Gießen Kerne erforderlich, um die sich durch
die Form der Strömungskanäle ergebenden Hinterschneidungen ausbilden zu können. Bei
Gusslaufrädern aus Metall werden häufig verlorene Kerne verwendet.
[0003] Die Kerne sind häufig derart komplex ausgebildet, dass die Innenkontur, welche die
Negativform für das auszubildende Laufrad definiert, häufig nicht voll einsehbar ist,
sodass vor dem Gießen nicht erkennbar ist, ob der Kern in einwandfreiem Zustand ist.
Dabei ist es insbesondere problematisch, den Eintrittsbereich der Strömungskanäle,
d. h. insbesondere die in Strömungsrichtung vordere Schaufelkante fehlerfrei auszubilden.
Es ist daher wünschenswert, bei der Kernherstellung sicherstellen zu können, dass
dieser Bereich fehlerfrei ausgebildet ist, um eine fehlerfreie Formung der Schaufelvorderkante
zu gewährleisten. Dies ist ein für die Strömungsführung wesentlicher Bereich und insbesondere
bei selbstansaugenden Pumpen ist es wichtig, dass dieser Bereich fehlerfrei ausgebildet
ist, um die gewünschte Saugleistung sicherstellen zu können.
[0004] Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein gegossenes Laufrad dahingehend zu verbessern,
dass eine fehlerfreie Ausbildung des Eintrittsbereiches der Strömungskanäle auf vereinfachte
Weise sichergestellt werden kann. Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung, eine
entsprechende Kernanordnung und ein Verfahren zum Gießen eines Laufrades bereitzustellen,
mit welchem es möglich ist, den Eintrittsbereich der Strömungskanäle in verbesserter
Qualität auszubilden.
[0005] Diese Aufgabe wird durch ein Laufrad mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen,
durch eine Kernanordnung mit den im Anspruch 5 angegebenen Merkmalen sowie durch ein
Verfahren mit den im Anspruch 11 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen
ergeben sich aus den zugehörigen Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie
den beigefügten Figuren.
[0006] Das erfindungsgemäße Laufrad für eine Pumpe weist zumindest eine Schaufel auf und
ist als Gussteil ausgebildet. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Laufrad beim
Guss mittels zumindest zweier zusammengesetzter Kernteile geformt wurde, wobei die
Trennlinie bzw. Trennlinien zwischen den beiden Kernteilen so gelegen ist/sind, dass
sie von der in Strömungsrichtung gesehen vorderen Stirnkante der zumindest einen Schaufel
beabstandet ist/sind. D. h. es wird sichergestellt, dass die Trennlinien bzw. Trennfugen,
an denen die zumindest zwei Kernteile zusammengesetzt sind, nicht im Bereich der vorderen
Stirnkante der Schaufel gelegen sind, welche den Eintrittsbereich für den Strömungskanal
durch das Laufrad bildet. Auf diese Weise wird erreicht, dass diese sensible Stirnkante
in nur einem Kernteil ausgebildet wird. Dadurch kann besser gewährleistet werden,
dass diese Stirnkante in ihrer vordefinierten Form ohne Fehler, welche beispielsweise
von Verunreinigungen oder Beschädigungen im Bereich der Trennfugen der Kerne herrühren
könnten, ausgebildet wird. Durch die Teilung der Form in zumindest zwei Kernteile
kann darüber hinaus sichergestellt werden, dass die Negativform für die Stirnkante
in dem entsprechenden Kernteil so gelegen ist, dass sie vor dem Zusammensetzen der
Kernteile von außen einsehbar ist. Dies ermöglicht es dann, vor dem Gießen des Laufrades
zu überprüfen, ob die Negativform für die vordere Stirnkante des Laufrades fehlerfrei
ist.
[0007] Bevorzugt ist die zumindest eine Trennlinie zwischen den zumindest zwei Kernteilen
an einer strömungsführenden Vorderseite der zumindest einen Schaufel von der vorderen
Stirnkante weiter beabstandet als eine Trennlinie bzw. Trennfuge zwischen den beiden
Kernteilen an der Rückseite der Schaufel. Die Vorderseite der Schaufel ist dabei die
strömungsführende Seite, welche im Betrieb eine Strömungsumlenkung bewirkt. Dies ist
der Bereich der Schaufel, welcher zur Strömungsführung besonders genau ausgebildet
sein muss, insbesondere im Eintrittsbereich nahe der vorderen Stirnkante der Schaufel,
um die gewünschten Ansaugeigenschaften eines Laufrades sicherstellen zu können. Daher
ist es wünschenswert, dass mögliche Beeinträchtigungen der vordefinierten Schaufelform,
welche von der Trennfuge zwischen den Kernteilen herrühren, in diesem Bereich möglichst
weit von der vorderen Stirnkante der Schaufel beabstandet sind, um diesen sensiblen
Schaufelbereich möglichst fehlerfrei ausbilden zu können. Die Schaufelrückseite ist
weniger sensibel, sodass in diesem Bereich die Trennfuge oder Trennlinie näher zur
vorderen Stirnkante der Schaufel gelegen sein kann.
[0008] Weiter bevorzugt ist die zumindest eine Trennlinie an einer strömungsführenden Vorderseite
der zumindest einen Schaufel in Strömungsrichtung in den hinteren 70 % der Schaufellänge,
bevorzugt in der hinteren Hälfte, weiter bevorzugt im hinteren Drittel der Schaufel
gelegen, um einen ausreichenden Abstand von der in Strömungsrichtung gesehen vorderen
Stirnkante der Schaufel sicherzustellen.
[0009] Besonders bevorzugt ist das Laufrad als ein Gussteil aus Metall ausgebildet. Die
Formen bzw. Kerne für solche Gussteile werden üblicherweise unter Verwendung von Formsand
ausgebildet. Daher besteht das Problem, dass einzelne Partikel aus der Form bzw. dem
Kern herausbrechen können, insbesondere an den Schnittstellen, an denen die Kerne
zusammengesetzt werden. Darüber hinaus besteht auch die Gefahr, dass einzelne Partikel
sich in unzugänglichen Bereichen der Form bzw. des Kerns ansammeln. Durch die erfindungsgemäße
Ausgestaltung, bei welcher die Trennebene bzw. Teilungslinie für die Kerne in einem
Bereich des Laufrades gelegt wird, in welchen Formabweichungen einen geringeren Einfluss
auf die Strömungsführung haben, ist die Gefahr einer negativen Beeinflussung des zu
gießenden Laufrades durch eventuell an den Trennlinien sich lösende Formpartikel und
damit verbundene Geometrieabweichungen des gegossenen Laufrades weniger problematisch.
Darüber hinaus kann durch die Teilung des Kernes erreicht werden, dass der Bereich,
welcher die in Strömungsrichtung gesehen vordere Stirnkante der Schaufel bildet, frei
einsehbar ist, sodass dieser Bereich besonders darauf kontrolliert werden kann, ob
dort Verunreinigungen oder Beschädigungen der Formoberfläche gegeben sind. Gegebenenfalls
können diese dann vor dem Gießen des Laufrades ausgebessert werden oder eben der Kern
aussortiert und durch einen anderen Kern ersetzt werden.
[0010] Gegenstand der Erfindung ist darüber eine Kernanordnung zur Ausbildung eines Laufrades
gemäß der vorangehenden Beschreibung. Die Kernanordnung weist zumindest zwei Kernteile
auf, wobei die Form für zumindest eine Schaufel des Laufrades in den Kernteilen derart
ausgebildet ist, dass die Form für die in Strömungsrichtung vordere Stirnkante der
Schaufel vollständig von allein einem der Kernteile gebildet ist. Dadurch wird erreicht,
dass, wie oben bereits beschrieben, die Trennlinie bzw. Trennfuge zwischen den beiden
Kernteilen nicht in dem in Strömungsrichtung gesehen vorderen Schaufelbereich gelegen
ist, bei welchem es auch besonders auf die exakte Geometrie des Schaufelverlaufes
ankommt. Insbesondere ist sichergestellt, dass die vordere Stirnkante, welche möglichst
präzise und genau ausgebildet werden soll, nicht von einer Trennfuge bzw. -linie des
Kernes gekreuzt oder tangiert wird. Auf diese Weise wird verhindert, dass in diesem
Bereich Geometrieabweichungen oder unerwünschte Grate entstehen. Besonders bevorzugt
ist die Form für die in Strömungsrichtung vordere Stirnkante der Schaufel in dem einen
Kernteil derart ausgebildet, dass sie an dem Kernteil von außen einsehbar ist. Dies
hat, wie bereits oben beschrieben, den Vorteil, dass dieser sehr wichtige Formbereich
vor dem Gießen genau begutachtet und gegebenenfalls gereinigt oder ausgebessert werden
kann, sodass das Gießen einer einwandfreien vorderen Schaufelkante ohne Formabweichungen,
Verunreinigungen, unerwünschte Grate sichergestellt werden kann.
[0011] Weiter bevorzugt ist die Trennlinie oder sind die Trennlinien zwischen den zumindest
zwei Kernteilen in einem Formabschnitt gelegen, welcher die Vorder- und/oder Rückseite
zumindest einer Schaufel des Laufrades definiert. Die Vorder- und die Rückseite der
Schaufel sind dabei die Seiten, welche einen Strömungskanal durch das Laufrad definieren
bzw. begrenzen. Wenn die Trennlinien in diesen Bereichen gelegen sind, ist sichergestellt,
dass die Trennlinie nicht den Bereich der Schaufelvorderkante, d. h. am Eintritt des
Strömungskanals kreuzt oder tangiert.
[0012] Weiter bevorzugt ist die Trennlinie an der Vorderseite der Schaufel weiter von der
in Strömungsrichtung vorderen Stirnkante der Schaufel beabstandet als die Trennlinie
an der Rückseite der Schaufel. Die Vorderseite der Schaufel ist die Seite der Schaufel,
welche eine Strömungsumlenkung erreicht, d. h. die in Drehrichtung des Laufrades vorne
gelegene Seite. Dies ist in der Regel insbesondere eine konkav gekrümmte Fläche, an
welcher eine Strömung geführt bzw. umgelenkt wird. Dabei ist insbesondere der an die
vordere Schaufelkante angrenzende Bereich für die Strömungsführung entscheidend. Dadurch,
dass die Trennlinie zwischen den Kernteilen aus diesem an die vordere Stirnseite angrenzenden
Bereich herausverlagert ist, wird sichergestellt, dass das zu gießende Laufrad in
diesen für die Strömungsführung entscheidenden Bereich möglichst fehlerfrei ohne Grate
oder Beschädigungen der Oberfläche gegossen werden kann.
[0013] Besonders bevorzugt ist die Trennlinie an der Vorderseite der Schaufel in der in
Strömungsrichtung hinteren Hälfte vorzugsweise im hinteren Drittel der Schaufel gelegen.
Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass ein möglichst langer Eintrittsbereich
an der Vorderseite der Schaufel optimal in bester Oberflächenqualität gegossen werden
kann, ohne dass die Trennfuge zwischen den Kernteilen die Qualität der Schaufeloberfläche
z. B. durch Grate beeinträchtigt.
[0014] Weiter bevorzugt ist der Kern als verlorener Kern ausgebildet. D. h. der Kern ist
so ausgestaltet, dass er nach dem Gießen des Laufrades zerstört wird. Auf diese Weise
ist es möglich, Hinterschneidungen auszubilden, welche ein Herausziehen der Kerne
verhindern. Der Kern wird dann durch Zerstörung entfernt. Das Erzeugen des Kernes
bzw. der Kernteile erfolgt besonders bevorzugt durch Drucken oder Generieren, wobei
der Kern schichtweise aus Formmaterial ausgebildet wird. Dabei können Kern oder Kernteile
nahezu beliebiger Formen erzeugt werden.
[0015] Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Gießen eines Laufrades einer Pumpe
gemäß obiger Beschreibung. Bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Gussform
verwendet, welche eine Kernanordnung gemäß der vorangehenden Beschreibung aufweist.
Dabei weist die Kernanordnung zumindest zwei getrennt geformte Kernteile auf, welche
nach dem Formen zusammengesetzt werden, um einen größeren Formteil oder die vollständige
Form auszubilden. Die Teilung des Kernes hat den Vorteil, dass die einzelnen Kernteile
besser und präziser aufgebildet werden können und darüber hinaus die später die Laufradschaufeln
bildenden Formräume bzw. Negativformen im Kern so gelegt werden können, dass sie von
außen vollständig einsehbar sind, um Beschädigungen oder Ungenauigkeiten in der Form
vor dem Gießen erkennen und gegebenenfalls ausbessern zu können. Nachfolgend wird
die Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben. In diesen zeigt:
- Fig. 1
- eine Schnittansicht eines Laufrades für ein Pumpenaggregat gemäß der Erfindung,
- Fig. 2
- eine Draufsicht auf das Laufrad gemäß Fig. 1 und
- Fig. 3
- eine Kernanordnung zur Ausbildung des Laufrades gemäß Fig. 1 und 2.
[0016] Das in Fig. 1 gezeigte Laufrad weist mehrere Schaufeln 4 auf, welche sich ausgehend
vom Saugmund 6 des Laufrades gekrümmt zum Außenumfang 8 erstrecken. Auf diese Weise
werden zwischen den Schaufeln 4 Strömungskanäle gebildet, welche sich bogenförmig
radial nach außen erstrecken und zum Außenumfang 8 hin geöffnet sind. In Strömungsrichtung
gesehen, weisen die Schaufeln 4 vordere Stirnkanten 10 auf, welche am Strömungseintritt
dem Saugmund 6 zugewandt gelegen sind. Die Strömungsrichtung ist dabei die Richtung
S, in welcher die Strömung zwischen den Schaufeln 4 bei Drehung des Laufrades 2 verläuft.
Diese vorderen Stirnkanten 10 und die angrenzenden Oberflächen der Schaufeln 6 müssen
um die gewünschten Fördereigenschaften des Laufrades, insbesondere Saugeigenschaften
des Laufrades, sicherstellen zu können, besonders präzise ausgebildet sein und sollten
nach Möglichkeit eine fehlerfreie Oberfläche aufweisen. Um dies zu erreichen wird
das Laufrad als Gussteil, vorzugsweise aus Metall, unter Verwendung zweier Kernteile,
welche in Fig. 3 gezeigt sind, ausgebildet.
[0017] Der in Fig. 3 gezeigte Kern 12 bildet Teil einer Gussform zum Gießen des Laufrades
2 und ist aus zwei Kernteilen 14 und 16 gebildet. Dabei ist der Kern 12 so in die
Kernteile 14 und 16 geteilt, dass die vorderen Stirnkanten 10 in ihrer Form vollständig
von dem Kernteil 16 definiert werden. Dieses weist Formen bzw. Formbereiche 18 auf,
welche die Negativform für die vorderen Stirnkanten 10 der Schaufeln 4 darstellen.
Da diese Formbereiche 18, welche die vordere Stirnkante 10 ausformen, vollständig
im Kernteil 16 gelegen sind, ist sichergestellt, dass die Trennfuge 20 zwischen den
Kernteilen 14 und 16 eben nicht im Bereich dieser vorderen Stirnkante 10 der Schaufeln
4 verläuft, sodass die Trennfuge 20, welche am Gussstück Grate oder Oberflächenungenauigkeiten
verursachen könnte, die vordere Stirnkanten 10 nicht kreuzt oder tangiert. Darüber
hinaus sind die Formbereiche 18 so gelegen und angeordnet, dass sie an dem Kernteil
16 von außen vollständig einsehbar sind. Dies ermöglicht es, die Formen bzw. Formbereiche
18, welche die vordere Stirnkante 10 der Schaufeln 4 definieren, vor dem Zusammensetzten
der Kernteile 14 und 16 zu inspizieren, um eventuelle Fehler in der Form vor dem Gießen
feststellen zu können und dann entweder das Formteil 16 ersetzten zu können oder aber
die Form entsprechend nachbearbeiten zu können.
[0018] Darüber hinaus sind die Trennfugen 20, an welchen die Kernteile 14 und 16 zusammengesetzt
werden und aneinander zu liegen kommen, so gelegen, dass die Trennlinien an der Schaufelvorderseite
22 und der Schaufelrückseite 24 unterschiedlich weit von der Vorderkante 10 der Schaufel
beabstandet sind. Dies ist in Fig. 2 schematisch dargestellt. Die Schaufelvorderseite
22 ist dabei die in Drehrichtung D vorne gelegene Seite des Laufrades. In Fig. 2 ist
der Trennfugenverlauf bzw. die Trennlinie 26 an der Schaufelvorderseite 22 schematisch
als durchgezogene Linie darstellt und der Trennfugenverlauf bzw. die Trennlinie 28
an der Schaufelrückseite 24 schematisch als gestrichelte Linie dargestellt. Dabei
ist zu erkennen, dass die Trennlinie 26 an der Schaufelvorderseite in Strömungsrichtung
um ein Maß I beabstandet ist, während die Trennlinie 28 an der Schaufelrückseite um
ein Maß s in Strömungsrichtung S von der vorderen Stirnkante 10 der Schaufel beabstandet
ist. Dabei ist der Abstand I größer als der Abstand s. Die Schaufelvorderseite 22
stellt die strömungsführende Seite der Schaufeln 4 dar. Insofern ist die Ausgestaltung
der Oberfläche der vorderen Schaufelseite 22, insbesondere in dem an die vordere Stirnkaten
10 angrenzenden Bereich von entscheidender Bedeutung, um eine optimale Strömungsführung
im Laufrad zu erreichen. Daher ist es hier vorgesehen, die Trennlinie 26 in diesen
Bereich um das Maß I weiter von der vorderen Stirnkante 10 zu beabstanden. Die Schaufelrückseite
24 hat weniger strömungsführende Funktionen. Daher kann in diesem Bereich die Trennlinie
28 näher angrenzend an die vordere Stirnkante 10 verlaufen, da möglicherweise geringfügige
Beeinträchtigungen der Oberflächenqualität in diesem Bereich der Schaufelrückseite
weniger problematisch sind.
Bezugzeichenlisten
[0019]
- 2 -
- Laufrad
- 4 -
- Schaufeln
- 6 -
- Saugmund
- 8 -
- Außenumfang
- 10 -
- vordere Stirnkanten
- 12 -
- Kern
- 14, 16 -
- Kernteile
- 18 -
- Formbereiche
- 20 -
- Trennfugen
- 22 -
- Schaufelvorderseite
- 24 -
- Schaufelrückseite
- 26, 28 -
- Trennfugenverlauf
- I, s -
- Abstand
- S -
- Strömungsrichtung
- D -
- Drehrichtung
1. Laufrad (2) für eine Pumpe, welches zumindest eine Schaufel (4) aufweist und als Gussteil
ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Laufrad (2) beim Guss mittels zumindest zweier Kernteile (14, 16) geformt wurde,
wobei die Trennlinien (26, 28) zwischen den beiden Kernteilen (14, 16) von einer in
Strömungsrichtung (S) vorderen Stirnkante (10) der zumindest einen Schaufel beabstandet
sind.
2. Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Trennlinie (26) an einer strömungsführenden Vorderseite (22) der zumindest einen
Schaufel (4) von der vorderen Stirnkante (10) weiter beabstandet ist als eine Trennlinie
(28) an der Rückseite (24) der Schaufel (4).
3. Laufrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Trennlinie (26) an einer strömungsführenden Vorderseite (22) der zumindest einen
Schaufel (4) in der in Strömungsrichtung (S) hinteren Hälfte, vorzugsweise im hinteren
Drittel der Schaufel (4) gelegen ist.
4. Laufrad nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad (2) ein Gussteil aus Metall ist.
5. Kernanordnung zum Gießen eines Laufrades einer Pumpe gemäß einem der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernanordnung zumindest zwei Kernteile (14, 16) aufweist, wobei die Form für
zumindest eine Schaufel (4) des Laufrades in den Kernteilen (14, 16) derart ausgebildet
ist, dass die Form (18) für die in Strömungsrichtung (S) vordere Stirnkante (10) der
Schaufel (4) vollständig von allein einem der Kernteile (16) gebildet ist.
6. Kernanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Form (18) für die in Strömungsrichtung (S) vordere Stirnkante (10) der Schaufel
(4) in dem Kernteil (16) derart ausgebildet ist, dass sie an dem Kernteil (16) von
außen einsehbar ist.
7. Kernanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennlinien (26, 28) zwischen den zumindest zwei Kernteilen (14, 16) in einem
Formabschnitt gelegen sind, welcher die Vorder- (22) und/oder Rückseite (24) zumindest
einer Schaufel (4) des Laufrades (2) definiert.
8. Kernanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennlinie (26) an der Vorderseite (22) der Schaufel (4) weiter von der in Strömungsrichtung
(S) vorderen Stirnkante (10) beabstandet ist als die Trennlinie (28) an der Rückseite
(24) der Schaufel (4).
9. Kernanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennlinie (26) an der Vorderseite (22) der Schaufel (4) in der in Strömungsrichtung
(S) hinteren Hälfte, vorzugsweise im hinteren Drittel der Schaufel (4) gelegen ist.
10. Kernanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Kernteile (14, 16) als verlorener Kern ausgebildet ist.
11. Verfahren zum Gießen eines Laufrades einer Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
bei welchem eine Gussform verwendet wird, welche eine Kernanordnung nach einem der
Ansprüche 5 bis 10 aufweist, für welche zumindest zwei getrennt geformte Kernteile
(14, 16) nach dem Formen zusammengesetzt werden.