Anwendungsgebiet und Stand der Technik
[0001] Die Erfindung betrifft eine Strömungsleiteinrichtung für eine Pumpe, und zwar eine
Impeller-Radialpumpe, sowie eine Pumpe mit einer solchen Strömungsleiteinrichtung
darin.
[0002] Aus der
EP 2150165 A2 ist es bekannt, mit einer Impeller-Radialpumpe Fluid zu pumpen und dabei zu erhitzen.
Bevorzugte Anwendungen sind Geschirrspülmaschinen und Waschmaschinen. Dabei ist an
einer radial äußeren Kammerwandung eine Heizeinrichtung vorgesehen, so dass daran
vorbei strömendes Fluid erhitzt wird. Je nach Betriebszustand ist ein Fluidstrom schwächer
oder stärker. Auch die Temperatur, auf die der Fluidstrom erhitzt werden soll, soll
variabel sein. Deswegen ist es wichtig, dass die Anströmung der beheizten Kammerwandung
stets möglichst gut ist im Verhältnis von Fluidstrom und Zieltemperatur.
Aufgabe und Lösung
[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Strömungsleiteinrichtung
sowie eine damit versehene Pumpe zu schaffen, mit der Probleme des Standes der Technik
vermieden werden können und insbesondere bei geringem Herstellungs- und Montageaufwand
eine optimal arbeitende Strömungsleiteinrichtung in einer Pumpe geschaffen werden
kann.
[0004] Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Strömungsleiteinrichtung mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 sowie eine Pumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 16. Vorteilhafte sowie
bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und
werden im Folgenden näher erläutert. Manche der nachfolgend genannten Merkmale werden
dabei entweder nur für die Strömungsleiteinrichtung oder nur für die Pumpe genannt.
Sie sollen jedoch unabhängig davon sowohl für die Strömungsleiteinrichtung als auch
für die Pumpe gelten können. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme
zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
[0005] Es ist vorgesehen, dass die Strömungsleiteinrichtung dazu ausgebildet ist, in einer
Pumpenkammer einer Impeller-Radialpumpe angeordnet zu werden. Darin dreht sich ein
Impeller zur Förderung des Fluids bzw. zum Ausbringen des Fluids in radialer Richtung
aus dem Impeller. Dabei läuft der Fluidstrom in der Pumpenkammer um und hin zu einem
Pumpenauslass. Die Strömungsleiteinrichtung soll radial außerhalb des Impellers angeordnet
werden und ringförmig um diesen umlaufen. Sie weist einen umlaufenden Trägerring auf.
An dem Trägerring können entweder eine durchgängige Strömungslippe oder mehrere einzelne
Leitschaufeln angeordnet sein. Sie weisen einen bestimmten Anstellwinkel zur Längsmittelachse
der Pumpe auf und sollen den Fluidstrom in der Pumpenkammer lenken, und zwar nicht
nur allgemein, sondern abhängig von der Stärke des Fluidstroms mehr oder weniger an
die vorgenannte Kammerwandung hin. Dabei sind Strömungslippe oder Leitschaufeln derart
elastisch bzw. bewegbar ausgebildet, dass sich ihr Anstellwinkel ändert in Abhängigkeit
von der Stärke des Fluidstroms. Bei geringem bzw. schwachem Fluidstrom weist ein Anstellwinkel
mehr in radiale Richtung und ist relativ groß, vorzugsweise beträgt der Anstellwinkel
75° bis 90°. So soll möglichst der gesamte Fluidstrom stark bzw. direkt gegen die
Kammerwandung gerichtet werden.
[0006] Bei größerem bzw. stärkerem Fluidstrom wird der Anstellwinkel kleiner, wobei sich
Strömungslippe bzw. Leitschaufeln zumindest bereichsweise zur Längsmittelachse der
Pumpe hin elastisch abbiegen bzw. bewegen. Bei großem bzw. maximalem Fluidstrom kann
der Anstellwinkel zwischen 20° und 60° zur Längsmittelachse der Pumpe betragen, vorzugsweise
etwa 30° bis 40°. Dies bedeutet, dass der Fluidstrom dann nicht mehr so stark gegen
die Kammerwandung gerichtet wird, da er ohnehin stärker strömt und somit auch stärker
gegen die Kammerwandung strömt. Des Weiteren soll dann die Förderleistung der Pumpe
nicht unnötig eingeschränkt werden durch eine zu sehr in den Fluidstrom stehende Strömungslippe
bzw. Leitschaufeln.
[0007] Vorteilhaft stehen die Strömungslippe bzw. die Leitschaufeln schräg zu dem Pumpenauslass
hin von dem Trägerring ab. Somit bewirken sie eine Lenkung des Fluidstroms sowohl
in Richtung auf die Kammerwandung zu als auch hin zu dem Pumpenauslass.
[0008] Besonders vorteilhaft ist vorgesehen, dass die Strömungslippe bzw. die Leitschaufeln
zwar radial außerhalb des Impellers in der Pumpe angeordnet sind. Sie sollten jedoch
nicht direkt in dem aus dem Impeller ausgebrachten Fluidstrom angeordnet sein, sondern
möglichst am Rand davon, insbesondere gegenüberliegend von einem Pumpenboden. So ist
einerseits ihr Strömungswiderstand gering und andererseits können sie so den gesamten
Fluidstrom, insbesondere zwischen sich und dem Pumpenboden, besser lenken.
[0009] In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Trägerring entlang der Längsmittelachse
der Pumpe gesehen etwas oberhalb des Impellers angeordnet.
[0010] Gemäß einer ersten grundsätzlichen Ausgestaltung der Erfindung ist der Trägerring
an einer Innenwandung der Pumpenkammer angeordnet und vorteilhaft daran befestigt,
beispielsweise geklemmt oder gerastet. Die Strömungslippe bzw. die Leitschaufeln stehen
in radialer Richtung nach außen von dem Trägerring ab auf vorbeschriebene Art und
Weise. Der Vorteil dabei liegt darin, dass dann der Trägerring mit Strömungslippe
bzw. Leitschaufeln daran ein einzelnes und nicht zu kompliziertes Teil ist, welches
leicht in der Pumpe montiert werden kann.
[0011] Gemäß einer zweiten grundsätzlichen Ausgestaltung der Erfindung ist der Trägerring
mittels radial verlaufender Haltestege mit einem umlaufenden Haltering verbunden.
Der Haltering kann auch Abschnitt bzw. Teil eines anderen Bauteils sein, beispielsweise
einer umlaufenden Ringdichtung. Haltestege und Haltering bzw. Ringdichtung können
in Mehrkomponenten-Spritztechnik zusammen hergestellt sein. Vorteilhaft verlaufen
die Haltestege dabei im Wesentlichen radial nach außen und der Haltering weist einen
größeren Durchmesser auf als der Trägerring. Dadurch ist es möglich, dass Strömungslippe
bzw. Leitschaufeln zwar ebenso von einem radial innenliegenden Trägerring abstehen,
aber dieser wiederum radial außen, insbesondere nahe an einem Außenrand der Pumpenkammer,
mittels der Haltestege befestigt ist. In diesem Bereich kann unter Umständen eine
leichtere Befestigung erfolgen oder, im Falle einer Baueinheit mit der genannten umlaufenden
Ringdichtung, ein einziges Bauteil mehrere Funktionen erfüllen.
[0012] In einer ersten Grundform der Erfindung ist an dem Trägerring eine umlaufend geschlossene
Strömungslippe vorgesehen, die in etwa gleichmäßig verläuft. Insbesondere weist sie
gleichbleibende Breite und Querschnitt in Umfangsrichtung auf. Bevorzugst ist sie
so ausgebildet, dass sie um den Trägerring elastisch bzw. bewegbar ist und dazu keine
gelenkig bewegbaren Teil notwendig sind. Dies ist vor allem durch eine Herstellung
aus einem elastischen Kunststoff bzw. Elastomer möglich. Durch Änderung der Dicke
im radialen Verlauf ist es möglich, die jeweilige Abbiegung bzw. Bewegbarkeit zur
Änderung des vorgenannten Anstellwinkels zu erreichen. Deswegen wird es hier als vorteilhaft
angesehen, wenn die Strömungslippe im radialen Verlauf nach außen dünner wird ausgehend
von einer etwas größeren Dicke an der Innenseite. Die Dicke kann sich beispielsweise
halbieren. Bei einem durchgehenden Ring kann es zwar sein, dass beim Bewegen bzw.
Umklappen hin zu kleineren Anstellwinkeln eine gewisse Verformung durch Druck bzw.
Kompression in Umfangsrichtung stattfindet. Dies kann ein entsprechend elastisches
Material jedoch ausgleichen. Möglich sind hier auch Einschnitte oder Schlitze an der
radialen Außenseite, welche dies begünstigen können.
[0013] In einer zweiten Grundform der Erfindung sind mehrere Leitschaufeln vorgesehen. Diese
sind in Umfangsrichtung schmal und länglich und weisen eine in etwa rechteckige Fläche
auf. Somit bilden sie in ihrer Gesamtheit auch eine Art umlaufenden Ring ähnlich der
vorbeschriebenen Strömungslippe.
[0014] Dabei weisen die Leitschaufeln gemäß einer ersten Variante einen in Umfangsrichtung
gleichbleibenden Querschnitt auf, der sich allerdings in radialer Richtung von innen
nach außen verjüngt. Ein Faktor der Verjüngung kann von 1,5 bis 3 reichen. Entweder
kann, ähnlich wie bei der vorbeschriebenen Strömungslippe, durch diese Verjüngung
erreicht werden, dass bei stärkerem Fluidstrom die radial innen gelagerten einzelnen
Leitschaufeln nach radial außen stärker umklappen und somit den kleineren Anstellwinkel
ergeben bei einem stärkeren Fluidstrom. Hier ist die Bewegbarkeit eine rein inhärente
Eigenschaft der Leitschaufeln.
[0015] Alternativ bzw. auch zusätzlich dazu kann vorgesehen sein, dass die Leitschaufeln
um eine Achse bewegbar sind. Vorteilhaft ist diese Achse ringartig bzw. verläuft entlang
des Trägerrings. Entweder sind dazu an sich einzelnen Leitschaufeln vorgesehen mit
einer Drehachslagerung am Trägerring, beispielsweise indem kurze Achsstummel von der
Leitschaufel einerseits oder dem sie tragenden Haltesteg andererseits abstehen und
in kurze Aufnahmebohrungen am Haltesteg einerseits oder der Leitschaufel andererseits
eingreifen. Durch entsprechende elastische Anschläge kann ein der gelenkigen Bewegung
entgegen wirkender Widerstand geschaffen werden.
[0016] Alternativ dazu und vorteilhaft ist der Trägerring zumindest bereichsweise elastisch,
so dass keine mehreren bzw. gelenkig bewegbaren Teile benötigt werden. Insbesondere
ist der Trägerring für die Leitschaufeln im Bereich zwischen Leitschaufel und Haltesteg
aus elastischem bzw. gummielastischem Material ausgebildet, und zwar links und rechts
jeder Leitschaufel. Somit können die Leitschaufeln bei stärker werdendem Fluidstrom
den Trägerring im elastischen Bereich verdrehen und so den Anstellwinkel verändern.
Der Haltesteg wiederum kann aus stabilem Material bestehen. Zusätzlich dazu kann noch
durch Leitschaufeln aus elastischem Material beziehungsweise ihre Verjüngung hin zum
radialen Außenbereich ein stärkeres Umklappen bzw. Bewegen erreicht werden hin zu
den kleineren Anstellwinkeln.
[0017] In einer dritten Grundform der Erfindung sind wiederum einzelne Leitschaufeln in
Umfangsrichtung vorgesehen. Diese sind nur an einem radial inneren Eckbereich an dem
Trägerring befestigt, und zwar vorteilhaft nicht direkt an dem Trägerring, sondern
an Enden von Haltestegen, die von dem Trägerring abstehen, besonders vorteilhaft von
einem außen liegenden Trägerring radial nach innen stehen. Besonders vorteilhaft ist
dabei jede Leitschaufel mit einem Eckbereich an genau einem Haltesteg befestigt, was
bevorzugt durch Anformen bzw. Anspritzen erfolgen kann, insbesondere in der vorgenannten
Mehrkomponenten-Spritztechnik.
[0018] Eine derart nur an einem Eckbereich gelagerte bzw. befestigte Leitschaufel kann entlang
ihrer Längsachse in Umfangsrichtung tordieren bzw. sich verdrehen. Nahe an der Verbindung
mit dem Haltesteg ist dies geringer, wobei die Torsion größer wird mit zunehmender
Entfernung von dem Eckbereich. Die Torsion kann einen Winkel von etwa 5° bis 30° oder
sogar 45° betragen, abhängig von der Stärke des Fluidstroms. Sie kann verstärkt werden
durch eine Verringerung der Dicke in Richtung weg von dem Haltesteg. Unter Umständen
kann sogar vorgesehen sein, dass das Abbiegen bzw. Abkippen der Leitschaufeln im Längsverlauf
der Leitschaufel in Umfangsrichtung durch einen Anschlag am Pumpengehäuse, insbesondere
an einer Innenwandung, begrenzt ist.
[0019] Des Weiteren kann sich die Leitschaufel, insbesondere auch durch eine Dickenverjüngung
in radialer Richtung, auch hier wie zuvor beschrieben stärker umbiegen bei stärkerem
Fluidstrom. Durch diesen Effekt wird auch nahe an dem Haltesteg eine Änderung des
Anstellwinkels erreicht. Auch hier kann ein Faktor der Dickenverjüngung 1,5 bis 3
betragen.
[0020] Durch dieses Verdrehen der Leitschaufeln wird nicht nur allgemein der Anstellwinkel
geringer bei stärkerem Fluidstrom, sondern durch das Abbiegen bzw. Abdrehen der Leitschaufeln
im Längsverlauf kann auch gerade bei großem Fluidstrom eine noch bessere Lenkung des
Fluidstroms erreicht werden, der ja auch umläuft.
[0021] Es sind vorteilhaft mehrere Leitschaufeln ringförmig angeordnet, insbesondere fünf
bis zwölf Leitschaufeln. Durch die größere Anzahl kann eine etwas feinere Unterteilung
in Umfangsrichtung vorgesehen sein für eine leichtere Bewegbarkeit bzw. Verdrehbarkeit.
[0022] In nochmals weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann allgemein vorgesehen sein,
dass die vorgenannten Haltestege im Querschnitt ein strömungsgünstiges Profil aufweisen.
So können sie eine dem Fluidstrom entgegen gewandte breite abgerundete Vorderseite
aufweisen, die sich zur Rückseite hin verjüngt. Dadurch wird der Fluidstrom weniger
stark gebremst.
[0023] Ein vorgenannter Haltering kann bei einer erfindungsgemäßen Pumpe beispielsweise
in einem Bereich des Übergangs der äußeren Kammerwandung an einen Pumpenboden vorgesehen
sein. Dort stört eine Befestigung unter Umständen auch den Fluidstrom weniger. Eine
umlaufende Ringdichtung zusammen mit dem Haltering kann hier ohnehin zwischen Kammerwandung
und Pumpengehäuse bzw. Pumpenboden vorgesehen sein und aus elastischem Material bestehen.
Durch die vorgenannte Mehrkomponenten-Spritztechnik kann sie zusammen mit einem vorteihaft
radial innen liegenden Haltering aus stabilem Material verbunden sein, von dem wiederum
die stabilen Haltestege abstehen. So braucht beim Zusammenbau der Pumpe nur ein einziges
Teil eingebaut zu werden, welches die Funktionen einer Abdichtung einerseits und einer
Lenkung des Fluidstroms andererseits übernehmen kann.
[0024] Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung
und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder
zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung
und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige
Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung
der Anmeldung in einzelne Abschnitte sowie Zwischen-Überschriften beschränken die
unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
[0025] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt
und werden im Folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
- Fig. 1
- einen Seitenschnitt durch eine erfindungsgemäße Pumpe mit einer ersten grundsätzlichen
erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer Strömungsleiteinrichtung,
- Fig. 2
- die Strömungsleiteinrichtung aus Fig. 1 in vergrößerter Schrägdarstellung bei schwacher
Strömung,
- Fig. 3
- die Strömungsleiteinrichtung aus Fig. 2 bei starker Strömung mit stärker aufgestellten
Leitschaufeln,
- Fig. 4 bis
- die Strömungsleiteinrichtung gemäß der Fig. 1 bis 3 in
- Fig. 6
- Seitenansicht bei schwacher, mittlerer und starker Strömung,
- Fig. 7
- eine Strömungsleiteinrichtung gemäß einer zweiten grund-sätzlichen Ausgestaltung der
Erfindung in Schrägdarstellung mit nur einseitig befestigten Leitschaufeln,
- Fig. 8
- die Strömungsleiteinrichtung aus Fig. 7 von der Seite bei schwacher Strömung und
- Fig. 9
- die Strömungsleiteinrichtung aus Fig. 7 bei starker Strömung mit stärker aufgestellten
Leitschaufeln.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
[0026] In Fig. 1 ist im seitlichen Längsschnitt eine erfindungsgemäße Pumpe 11 dargestellt
mit einem Pumpengehäuse 12, in welchem sich eine Pumpenkammer 13 mit einer äußeren
Kammerwandung 14 befindet. Ein solcher an sich üblicher Aufbau einer sogenannten Radialpumpe
ist beispielsweise aus der
EP 2150165 A2 bekannt.
[0027] Am Pumpengehäuse 12 sind weiterhin ein Pumpenboden 15 ausgebildet und ein zentraler
axialer rohrartiger Einlass 16, der in eine Pumpenabdeckung 17 übergeht, welche wiederum
in eine innere Wandung übergeht, die dann zu einem seitlichen Auslass 18 führt.
[0028] Der Einlass 16 führt zu einem über dem Pumpenboden 15 auf übliche Art und Weise gelagerten
Impeller 19. Er ist als geschlossener Impeller 19 mit einer unteren Impellerscheibe
20, einer oberen Impellerscheibe 21 und Haupt-Leitschaufeln 23 dazwischen ausgebildet.
Zum Fördern von Fluid in der Pumpe 11 dreht sich der Impeller 19 und fördert radial
und mit Geschwindigkeitskomponente in Umfangsrichtung Fluid in die Pumpenkammer 13
hinein. Die Kammerwandung 14 ist auf nicht dargestellte Art und Weise als Heizelement
ausgebildet bzw. beheizt, so dass das an ihrer Innenseite entlang strömende Fluid
auf dem Weg zum Auslass 18 mit mehreren Umdrehungen daran entlang strömt und erhitzt
wird. Auch hierzu wird auf die vorgenannte
EP 2150165 A2 verwiesen.
[0029] Um nun abhängig von der Förderleistung der Pumpe 11 bzw. der von dem Impeller 19
erzeugten Fluidstrom eine Förderung von Fluid zu erreichen, aber auch eine ausreichende
Beheizung dieses geförderten Fluids mit geringer Menge zu erreichen und gleichzeitig
sicherzustellen, dass das Heizelement an der Kammerwandung 14 möglichst nicht geregelt
werden muss und auch nicht durchbrennt wegen zu geringer Wärmeabnahme, soll hier der
Fluidstrom möglichst gegen die Kammerwandung 14 gelenkt werden. Dazu ist eine Strömungsleiteinrichtung
25 vorgesehen, welche sich ringartig erstreckt um den Bereich im Übergang zwischen
Pumpenabdeckung 17 und oberer Impellerscheibe 21 an deren äußerem Rand.
[0030] Die Strömungsleiteinrichtung 25 weist an einem umlaufenden Trägerring 27 mehrere
Leitschaufeln 29 auf, die abhängig von der Winkelstellung gestrichelt dargestellt
sind, um ihren Verlauf besser zu zeigen. Sie bilden in dieser Stellung quasi eine
Fortsetzung des Verlaufs der oberen Impellerscheibe 21, was allgemein und vorteilhaft
so sein kann. Dargestellt ist eine Stellung der Leitschaufeln 29 bei mittelstarkem
Fluidstrom. Hier bildet die Stellung mit einem Winkel von etwa 50° zur gestrichelt
dargestellten Längsmittelachse der Pumpe 11 einen guten Kompromiss zwischen Anströmung
der Kammerwandung 14 einerseits und geringem Strömungswiderstand andererseits. Schließlich
soll die Förderleistung der Pumpe 11 möglichst wenig beeinträchtigt werden. Gestrichelt
dargestellt ist einmal stärker nach rechts geneigt eine Stellung für einen schwachen
Fluidstrom mit einem Winkel von etwa 70° zur Längsmittelachse der Pumpe 11. Nach links
zu, also noch weiter geschwenkt, ist eine Stellung für eine sehr starken bzw. maximalen
Fluidstrom dargestellt, wobei der Winkel zur Längsmittelachse der Pumpe 11 etwa 35°
beträgt. Diese Winkel können selbstverständlich variieren und sind ohnehin fließend,
da sie eben von dem erzeugten Fluidstrom abhängen. Grundsätzlich kann der Trägerring
27 zwar einerseits direkt an der Pumpenabdeckung 17 angeordnet sein, entweder direkt
angeformt, angeklebt oder durch Verrastung odgl. befestigt.
[0031] Vom Herstellungsaufwand her zwar etwas höher, vom Montageaufwand jedoch einfacher
ist eine hier dargestellte Alternative, bei der der Trägerring 27 an radial verlaufenden
Haltestegen angeordnet ist, deren Ausbildung aus den nachfolgenden Figuren noch besser
ersichtlich wird. Diese radial nach außen laufenden Haltestege 31 sind an eine umlaufende
V-Dichtung aus Kunststoff bzw. Elastomer angespritzt. Dabei sind die Haltestege 31
stabil bzw. bestehen aus stabilem Kunststoffmaterial, damit sie den Trägerring 27
in möglichst immer gleicher Position halten können. Dabei ist es durchaus möglich,
dass der Trägerring 27, wie zu erkennen ist, an der Pumpenabdeckung 17 anliegt, unter
Umständen sogar mit gewisser Vorspannung, für eine sichere Anlage.
[0032] In der vergrößerten Einzeldarstellung der Strömungsleiteinrichtung 25 in Fig. 2 in
der Stellung bei schwacher Strömung wird noch einmal im Detail ersichtlich, dass an
der V-Dichtung 33 ein radial innerer Ringabschnitt 34 als vorgenannter Haltering vorgesehen
ist. Er besteht aus dem stabilen Kunststoff, kann aber wie die restliche Strömungsleiteinrichtung
25 in Mehrkomponenten-Spritztechnik hergestellt sein. Er befindet sich in Fortsetzung
des Pumpenbodens 15 nach radial außen.
[0033] Von dem Ringabschnitt 34 gehen acht gleichmäßig verteilte Haltestege 31 ab und weisen
leicht schräg radial nach innen. Auch sie bestehen aus demselben stabilen Kunststoffmaterial.
Die Haltestege 31 weisen an ihren inneren Enden den umlaufenden Trägerring 27 auf
bzw. tragen diesen und sind dazu einstückig mit ihm hergestellt. An den Abschnitten
des Trägerrings 27 zwischen den Haltestegen 31 sind radial nach außen und leicht schräg
abstehend die einzelnen Leitschaufeln 29 angeformt. Die Leitschaufeln 29 weisen in
etwa rechteckige Form auf und sind dabei leicht entsprechend dem Durchmesser gekrümmt,
um insgesamt einen Kreisring zu bilden. Dieser Kreisring aus sämtlichen Leitschaufeln
29 ist nur von den Ausschnitten für die Haltestege 31 unterbrochen.
[0034] Aus dem Vergleich mit Fig. 3, der dieselbe Strömungsleiteinrichtung 25 zeigt bei
maximalem Fluidstrom in der Pumpe 11, ist zu sehen, dass die Leitschaufeln 29 nach
oben geschwenkt sind bzw. von der V-Dichtung 33 weg und somit stärker angestellt sind.
So geben sie nach außen hin einen größeren freien Durchströmungsquerschnitt frei,
was auch aus Fig. 1 zu ersehen ist. Damit ist quasi fast der gesamte Strömungsquerschnitt
freigegeben, der nach radial außen zu von der V-Dichtung 33 bzw. dem radialen inneren
Ringabschnitt 34 gebildet wird, und nach radial innen von dem Trägerring 27 begrenzt
wird, der wiederum fast an der oberen Impellerscheibe 21 anliegt sowie an der Pumpenabdeckung
17. Da eine sehr große Menge an Fluid in der Pumpe gefördert wird bzw. durch die Pumpenkammer
13 und an der Kammerwandung 14 und somit an dem Heizelement entlang strömt, wird auf
alle Fälle dessen erzeugte Wärme abgenommen und das Fluid auch gut erhitzt. Deswegen
braucht der Fluidstrom in diesem Fall nicht so stark gegen die Kammerwandung 14 gelenkt
zu werden.
[0035] Das Verschwenken der Leitschaufeln 29 um eine quasi von dem Trägerring 27 gebildete
Schwenkachse erfolgt dadurch, dass der Trägerring 27 aus leicht tordierbarem bzw.
insgesamt elastischem Material hergestellt ist, beispielsweise sogar aus demselben
Material wie die dichtenden Abschnitte der V-Dichtung 33. Ein Bewegen des Trägerrings
27 bzw. seiner einzelnen Abschnitte zwischen den starren Haltestegen 31 in radialer
oder axialer Richtung der Pumpe findet kaum statt. In axialer Richtung könnte der
Trägerring 27 höchstens von dem Pumpenboden 15 weg bewegt werden, wobei er dann eben,
wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, an der Pumpenabdeckung 17 anliegt und von dieser gestützt
wird. Eine Bewegung nach radial außen kann auch kaum stattfinden, da durch den Druck,
den der außen vorbeiströmende Fluidstrom des auf die Leitschaufeln 29 ausübt, diese
eher nach radial innen gedrückt werden.
[0036] Während sich aber Elastomere relativ leicht verdrehen lassen, ist ihre Widerstandskraft
gegen Querbiegung bzw. Scheren relativ groß. Somit kann im Endergebnis durch derartig
elastisch ausgebildete Abschnitte des Trägerrings 27 fast eine Art Drehlagerung der
Leitschaufeln 29 wie um ein festes Drehlager erreicht werden. Gleichzeitig bewirken
die Federeigenschaften des elastischen Trägerrings 27, dass sich die Leitschaufeln
29 abhängig vom anliegenden Strömungsdruck aufstellen und somit quasi eine Selbstregulierung
ergeben.
[0037] In Fig. 4 ist noch einmal zu ersehen, wie die Leitschaufeln 29 angestellt sind bei
leichtem Fluidstrom bzw. im Herstellungszustand. In Fig. 5 ist ihre Stellung bei mittlerem
Fluidstrom dargestellt, was im Vergleich zu Fig. 4 schon deutlich stärker ist, siehe
auch die zu Fig. 1 vorgenannten Winkelangaben. In Fig. 6 sind sie bei starkem oder
sogar maximalem Fluidstrom, der in der Pumpe 11 erzeugt werden kann, nochmals weiter
angestellt. Mit Bezug auf Fig. 1 kann unter Umständen sogar vorgesehen sein, dass
die Leitschaufeln 29 sich bei starkem oder maximalem Fluidstrom fast bis an die radial
nach außen weisende Seite der Pumpenabdeckung 17 anlegen und somit quasi fast vollständig
aus dem Weg wären.
[0038] Die hier dargestellte einstückige Lagerung der Leitschaufeln 29 weist gegenüber einer
mit bewegten Teilen natürlich den großen Vorteil auf, dass sie zum einen einstückig
herstellbar ist und zusätzliche Montageschritte entfallen. Des Weiteren entfallen
Lagerprobleme durch Toleranzen bei der Herstellung oder Montage sowie mögliche Probleme
bei einer zunehmenden Schwergängigkeit einer Lagerung mit bewegten Teilen durch Verkalkung
odgl..
[0039] In Fig. 7 ist entsprechend der Fig. 2 eine alternative Ausgestaltung einer Strömungsleiteinrichtung
125 dargestellt. An einer gleich ausgebildeten V-Dichtung 133 mit einem radialen inneren
Ringabschnitt 134 als Haltering sind ähnlich wie bei Fig. 2 nach radial innen abstehende
Haltestege 131 vorgesehen bzw. angeformt, die ebenfalls aus steifen Material bestehen.
An ihren freien Enden ist jeweils zur rechten Seite hin mittels eines Lagerungsabschnitts
132 eine Leitschaufel 129 gelagert bzw. angeformt. Die Leitschaufeln 129 weisen im
Wesentlichen rechteckige Form auf ähnlich derjenigen aus den Fig. 2 bis 6. Allerdings
sind sie nur quasi an ihrem einen Eck über den Lagerungsabschnitt 132 mit dem steifen
Haltesteg 131 verbunden. Sie selbst bestehen aus einem eher elastomeren, weichen Kunststoffmaterial.
Durch ihre Formgebung, insbesondere die aus Fig. 7 zu erkennende zu einem freien Ende
130 hin abnehmende Dicke, sind sie zusätzlich elastisch ausgebildet. Es sind ähnlich
wie schon bei der zuvor beschriebenen Strömungsleiteinrichtung acht Haltestege 131
mit acht Leitschaufeln 129 daran vorgesehen.
[0040] Aus der Seitenansicht in Fig. 8 ist im Vergleich zu der aus Fig. 4 zu ersehen, dass
die Leitschaufeln 129 in etwa denselben Anstellwinkel aufweisen, der bei schwachem
Fluidstrom dem rechten gestrichelten in Fig. 1 entspricht. Selbstverständlich ist
nicht zu verhindern, wie in Fig. 8 zu erkennen ist, dass das freie Ende 130 der Leitschaufel
129 aufgrund ihrer eigenen Biegbarkeit in axialer Richtung der Pumpe 11 von einem
Pumpenboden etwas weggezogen ist. Des Weiteren ist sie, was nachfolgend durch den
Vergleich mit Fig. 9 noch deutlicher wird, in Längsrichtung etwas verdreht bzw. tordiert.
Das freie Ende 130 der Leitschaufeln 129 weist einen stärkeren Anstellwinkel auf als
das andere Ende der Leitschaufel 129 nahe am Haltesteg 131 und Lagerungsabschnitt
132.
[0041] Aus Fig. 9 ist zu ersehen, wie die Leitschaufeln 129 bei starkem Fluidstrom, also
entsprechend Fig.6, noch stärker aufgebogen sind und gleichzeitig noch stärker zu
ihrem freien Ende 130 und der dem Lagerungsabschnitt 132 gegenüber liegenden Ecke
verbogen bzw. tordiert sind. Dadurch nehmen sie eine Form in etwa entsprechend der
linken Strichlierung gemäß Fig. 1 ein, geben also bei starkem Fluidstrom einen größeren
Strömungsquerschnitt frei mit etwas schwächerer Lenkung des Fluids auf die Kammerwandung.
[0042] Insgesamt wird also auch mit der Strömungsleiteinrichtung 125 entsprechend der Fig.
7 bis 9 das Ziel erreicht, das in der Pumpe geförderte Fluid abhängig von dem Fluidstrom
stärker oder weniger stark gegen die Kammerwandung mit Heizelement zu lenken. Der
Vorteil der Ausbildung der Leitschaufeln 129 mit einseitiger Lagerung bzw. Lagerung
an einer Ecke liegt darin, dass bei mit Bezug auf Fig. 7 im Uhrzeigersinn aus der
Zeichenebene heraus umlaufendem Fluid solche Leitschaufeln 129 strömungsgünstiger
sind, die zu den freien Enden 130 hin stärker nach innen gebogen sind. Damit sind
sie in Umlaufrichtung des Fluids auch etwas nach innen gebogen und verringern so den
Strömungswiderstand.
[0043] Ähnlich wie bereits für die andere Strömungsleiteinrichtung 25 beschrieben, kann
auch für die Strömungsleiteinrichtung 125 eine Mehrkomponenten-Spritztechnik verwendet
werden. Dies gilt nicht nur für die V-Dichtung 133 und den radialen inneren Ringabschnitt
134 samt Haltestegen 131 aus stabilerem Material. Beispielsweise können die Lagerungsabschnitte
132 zwischen Haltesteg 131 und Leitschaufeln 129 aus weicherem oder aber aus härterem
Material bestehen. Dasselbe gilt für die Leitschaufeln 129 an sich.
[0044] Des Weiteren ist an den freien Enden 130 der Leitschaufeln 129 jeweils eine Vertiefung
136 vorgesehen als eine Art zusätzliche Querschnittsverjüngung. Diese Vertiefungen
136 können auch dazu dienen bei maximal weit aufgeschwenkten Leitschaufeln 129 eine
Anlage an der Pumpenabdeckung 17 zu bewirken, damit sich ab diesem Punkt die Leitschaufeln
129 zwar noch möglicherweise ähnlich tordieren wie diejenigen aus den Fig. 2 bis 6.
Zumindest aber verbiegen sie sich nicht mehr in ihrem Längsverlauf.
[0045] Des Weiteren kann allgemein für die Erfindung vorteilhaft vorgesehen sein, dass die
Haltestege 31 und 131 mit einem strömungsgünstigen Querschnitt ausgebildet werden,
also nicht zwingend rechteckig bzw. scharfkantig wie hier der Einfachheit halber dargestellt
ist, sondern abgerundet.
1. Strömungsleiteinrichtung für eine Pumpe, nämlich eine Impeller-Radialpumpe, wobei
sich in einer Pumpenkammer ein Impeller dreht zur Förderung von Fluid bzw. zum Ausbringen
des Fluids in radialer Richtung aus dem Impeller mit Umlauf in der Pumpenkammer hin
zu einem Pumpenauslass, wobei radial außerhalb des Impellers die Strömungsleiteinrichtung
anzuordnen ist und ringförmig umlaufend ausgebildet ist mit einem umlaufenden Trägerring,
an dem entweder eine durchgängige Strömungslippe oder mehrere einzelne Leitschaufeln
mit einem Anstellwinkel zur Längsmittelachse der Pumpe angeordnet sind, die derart
elastisch bzw. bewegbar ausgebildet sind, dass bei geringem Fluidstrom an gefördertem
Fluid der Anstellwinkel mehr bzw. stärker in radialer Richtung weist oder größer ist,
und bei großem bzw. maximalem Fluidstrom der Anstellwinkel kleiner wird und sich die
Strömungslippe bzw. die Leitschaufeln zumindest bereichsweise zur Längsmittelachse
der Pumpe hin elastisch abbiegen bzw. bewegen.
2. Strömungsleiteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei geringem Fluidstrom an gefördertem Fluid der Anstellwinkel 75° bis 90° beträgt.
3. Strömungsleiteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei großem bzw. maximalem Fluidstrom der Anstellwinkel kleiner ist und die Strömungslippe
bzw. die Leitschaufeln mit einem Anstellwinkel von 20° bis 60° zur Längsmittelachse
der Pumpe stehen.
4. Strömungsleiteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungslippe bzw.
die Leitschaufeln schräg zu dem Pumpenauslass hin von dem Trägerring abstehen.
5. Strömungsleiteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerring etwas oberhalb des Impellers an einer Innenwandung der Pumpenkammer
angeordnet ist, vorzugsweise daran befestigt ist, und wobei die Strömungslippe bzw.
Leitschaufeln in radialer Richtung nach außen von dem Trägerring abstehen.
6. Strömungsleiteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerring mittels radialer Haltestege mit einem umlaufenden Haltering verbunden
ist, insbesondere in Mehrkomponenten-Spritztechnik zusammen mit diesen hergestellt
ist, wobei vorzugsweise die Haltestege nach radial außen verlaufen und der Haltering
einen größeren Durchmesser aufweist als der Trägerring.
7. Strömungsleiteinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Strömungslippe umlaufend geschlossen und gleichmäßig verlaufend ausgebildet
ist, vorzugsweise mit in etwa gleich bleibender Breite, wobei sie von einem Trägerring
schräg bzw. radial nach außen in Richtung auf eine äußere Pumpenkammerwandung zu absteht,
wobei sie insbesondere um den Trägerring elastisch bzw. bewegbar ausgebildet ist ohne
gelenkig bewegbare Teile.
8. Strömungsleiteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufeln in Umfangsrichtung verlaufend schmal und länglich sind und in etwa
eine rechteckige Fläche aufweisen.
9. Strömungsleiteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass jede Leitschaufel mit ihrer radial innen liegenden Längskante mit dem Trägerring
verbunden ist, insbesondere mit einem umlaufenden bzw. durchgehenden Trägerring, wobei
sie vorzugsweise einteilig mit dem Trägerring hergestellt ist.
10. Strömungsleiteinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bereich des Trägerrings zwischen Leitschaufel und einem den Trägerring tragenden
Haltesteg elastisch ausgebildet ist bzw. gummielastisch ausgebildet ist, vorzugsweise
mit einer Länge von wenigen mm, wobei insbesondere die Dicke des Trägerrings in etwa
der Dicke der Leitschaufel im Verbindungsbereich entspricht.
11. Strömungsleiteinrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leitschaufel für eine Torsion entlang ihrer Längsachse in Umfangsrichtung mit
nur einem Teil ihrer Breite mit dem Haltesteg verbunden ist, insbesondere 30% bis
65% ihrer Breite, wobei vorzugsweise der radial innenliegende Teil der Leitschaufel
mit dem Haltesteg verbunden bzw. einstückig damit ausgebildet ist.
12. Strömungsleiteinrichtung nach Anspruch 8 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass jede Leitschaufel mit einem Eckbereich an genau einem Haltesteg befestigt ist, insbesondere
einstückig angeformt bzw. angespritzt, wobei vorzugsweise die Dicke und Festigkeit
der Leitschaufeln abnehmen von der Befestigung der Leitschaufeln an einem Eckbereich
hin zu einem gegenüberliegenden Eckbereich.
13. Strömungsleiteinrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Dickenverjüngung der Leitschaufel in ihrem Längsverlauf den Faktor 1,5 bis 3
beträgt, vorzugsweise etwa 2, wobei insbesondere die Dicke der Leitschaufel auch in
Richtung von radial innen nach radial außen abnimmt, vorzugsweise um den Faktor 1,5
bis 3, so dass insgesamt die Dicke der Leitschaufel abnimmt von einem Eckbereich der
Befestigung an dem Haltesteg bis zu dem schräg gegenüber liegenden Eckbereich.
14. Strömungsleiteinrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leitschaufel zum Kippen und Schwenken gleichzeitig in Abhängigkeit von dem Fluidstrom
ausgebildet ist, wobei vorzugsweise mit zunehmendem Volumenstrom die Leitschaufel
kippt und schwenkt bis zu einem Anschlag am Pumpengehäuse und dann nur noch kippt.
15. Strömungsleiteinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leitschaufel bis kurz vor eine benachbarte Leitschaufel bzw. einen Haltesteg
der benachbarten Leitschaufel reicht, so dass sich ein nahezu lückenlos geschlossener
umlaufender Ring von Leitschaufeln ergibt, vorzugweise mit 5 bis 12 Leitschaufeln.
16. Pumpe mit einem Pumpengehäuse und einer darin angeordneten Strömungsleiteinrichtung
nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vorzugsweise der Trägerring nach einem
Impeller in einer Pumpenkammer der Pumpe an der Außenseite nahe der Pumpenkammerwandung
angeordnet ist.
17. Pumpe nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerring etwas oberhalb des Impellers an einer Innenwandung der Pumpenkammer
angeordnet ist, vorzugsweise ausschließlich daran befestigt ist, und die Strömungslippe
bzw. Leitschaufeln in radialer Richtung nach außen davon abstehen.
18. Pumpe nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerring mittels Haltestegen an einem Haltering befestigt ist, wobei der Haltering
radial außerhalb des Impellers am Pumpengehäuse befestigt ist, vorzugsweise durch
einteilige Herstellung mit einer Ringdichtung.