本发明涉及一种具有改进的输入开口和输出开口的几何形状的叶轮泵。
背景技术：
叶轮泵使用具有多个弹性叶轮叶片(也称为叶轮翅片)的在泵壳体内旋转的叶轮。在此，如此选择叶轮的直径，即叶轮叶片的长度，使得叶轮处于任何位置时，叶轮叶片的自由末端都抵靠在泵壳体内壁上。在泵壳体的输出开口和输入开口之间，内壁距叶轮旋转轴线的距离减小。因此，与从输入开口移动到输出开口时相比，叶轮叶片在从输出开口移动到输入开口时(更严重地)弯曲。由此，在叶轮从输出开口向输入开口旋转期间输送的体积小于在叶轮从输入开口到输出开口旋转期间输送的体积。这导致了待泵送的介质从输入开口到输出开口的输送。
叶轮泵特别适用于输送承载有悬浮材料和纤维负载的、例如掺有食物残渣的液体。此外有利的是，由于叶轮叶片相对于泵壳体的密封，叶轮泵是自吸的。
因为，为了确保这种密封，叶轮叶片牢固地贴靠在泵壳体的内壁上，所以，它们易于磨损。叶轮叶片在扫经输入开口或输出开口时，既通过其弹性、又通过离心力挤入开口中，并尤其抵压开口的边缘，这使得磨损更严重。
由现有技术，迄今为止已知的是，为了减小叶轮叶片上的这种负载，为输入开口或输出开口设置栅格或“梳子”。然而，这在含有悬浮物质的液体中，特别是如果其含有纤维组分时，导致杂质粘附在栅格条上，由此泵的输送功率降低。此外，在这种情况下，如果杂质长时间存在于泵壳体内，会产生卫生问题。
此外，EP 2 646 691 B1公开了一种叶轮泵，其中输入处或输出处构造为椭圆形的。虽然这能够减小叶轮叶片的挤压深度，但是由于输入处或输出处的椭圆形状，只有一部分叶轮叶片与椭圆的边缘接触，使得叶轮叶片在那更严重地、并因此不均匀地磨损，这可能导致泄漏。
技术实现要素：
从现有技术出发，本发明的一个任务是，设计一种叶轮泵，以克服现有技术的上述缺点。
该任务通过一种根据独立权利要求1所述的叶轮泵得到解决。在从属权利要求、附图和说明书中给出了优选实施例。
相应地，提出了一种具有壳体的叶轮泵，该壳体具有输入处和输出处，此叶轮泵还具有容纳在壳体内部中的叶轮，此叶轮具有多个弹性叶轮叶片。根据本发明，输入处和/或输出处的朝向壳体内部的一侧上的横截面基本上具有多边形的形状。
输入处或输出处具有内部输入开口或内部输出开口，在输入处或输出处，此内部输入开口或内部输出开口分别过渡为壳体内部，具有多个(例如由橡胶制成的)弹性叶轮叶片的叶轮位于此壳体内部中。
术语“横截面”在本文中应特别理解为，从壳体内部向外沿着由输入处或输出处限定的轴线观察输入处或输出处。这例如意味着，由具有圆形横截面的管子给出的输入处具有圆形横截面，即使在输入开口展开到泵壳体的平面上时，壳体中的输入开口的实际形状不再是圆形的。
由于输入处和输出处是开口，因此多边形通常是封闭的多边形。
通过使输入处和/或输出处在面向壳体内部的一侧上的横截面基本上具有多边形的形状，能够在叶轮叶片移动经过输入处或输出处时，实现叶轮叶片在输入处或输出处的边缘上均匀的磨损。换句话说，叶轮叶片和输入处或输出处的相应边缘之间的接触点基本均匀地推移，使得叶轮叶片的磨损更均匀，并且因此实现了单个叶轮叶片更长的使用寿命以及叶轮更长的使用时间。
该多边形可以优选具有3至17个角。
输入处和输出处的横截面的形状可以相同或不同。
在另一优选实施例中，多边形具有纵向延伸和横向延伸，其中横向延伸的长度与纵向延伸的长度的比率小于或等于1:2，优选约为1：3或约为1：4。由此，在输入处或输出处横截面积相同的情况下，输入开口或输出开口的宽度相应地较低，从而在移动经过输入开口或输出开口时，仅叶轮叶片的相应较窄的部分区域不与壳体壁接触。由此，在叶轮叶片移动经过输入开口或输出开口时，叶轮叶片上的负载通过变形而相应地减小。
这里的“纵向延伸”是指横截面的最大长度及其取向。“横向延伸”描述了与纵向延伸的方向不同地取向的横截面的最大宽度。
优选地，输入处或输出处的形状设计成使得纵向延伸和横向延伸基本上彼此垂直地构造。
为了在叶轮叶片移动经过输入开口或输出开口时实现叶轮叶片的均匀磨损，并且为了实现在叶轮叶片之间的区域中和在输入处和/或输出处中的均匀的流动条件，在另一优选的实施形式中的多边形相对于纵向延伸对称地构造和/或相对于横向延伸对称地构造。
在另一优选实施例中，多边形横向延伸长度与叶轮叶片宽度之比小于1：1，优选小于或等于1：2，更优选大约为1：3或大约为1：4。因此，可以确保，当划过输入开口或输出开口时，叶轮叶片总有足够大的部分与壳体壁接触。由此，一方面，由于埋入输入开口或输出开口中而引起的叶轮叶片的变形受到限制。另一方面，在此，保证壳体壁和微弱变形的叶轮叶片之间始终保持良好的密封。在此，多边形优选地定向为使得纵向延伸沿着叶轮叶片的移动方向延伸。
在一个特别优选的实施例中，多边形具有至少一个圆角，其中优选多边形的所有角都倒圆角。这在泵送过程中导致更均匀的流动条件。
在另一实施例中，输入处和/或输出处在背离壳体内部的一侧上的横截面基本上为圆形或多边形的形状，优选为矩形，尤其优选为正方形。这使得可以将这里描述的叶轮泵连接到传统管道上或特殊构造中。
在面向壳体内部的一侧上的对应横截面的面积和在背离壳体内部的一侧上的对应横截面的面积优选基本上相差小于10％，并且优选具有基本上相同的大小。由此，由于待泵送的介质不能在缩颈处积累或不会由于剧烈的横截面扩大而产生湍流，因此能够均匀地输入泵或从泵输出。
或者，在面向壳体内部的一侧上的对应横截面的面积与在背离壳体内部的一侧上的对应横截面的面积可以不同，优选相差15％-75％，尤其优选相差30％-60％，并且最为优选相差约50％。因此，横截面可以以特别小或短的横向延伸实现，使得叶轮叶片相应地仅仅稍微变形和磨损。
上述目的进一步通过根据权利要求7所述的叶轮泵实现。在从属权利要求、说明书和附图中给出了优选实施例。
相应地，提出了一种具有壳体的叶轮泵，该壳体具有输入处和输出处，叶轮泵还具有容纳在壳体内并且可以围绕旋转轴线旋转的叶轮，该叶轮具有多个弹性叶轮叶片。输入处和/或输出处在面向壳体内部的一侧上的横截面具有纵向延伸和横向延伸，其中纵向延伸的长度大于横向延伸的长度。根据本发明，纵向延伸与旋转轴线形成角度。
通过使纵向延伸与旋转轴线形成角度，实现了各个叶轮叶片更均匀的磨损。叶轮叶片不像传统的叶轮泵中的那样在划过输入开口或输出开口的中心之前和之后对称地分别在叶轮叶片相同的位置处与输入开口或输出开口的边缘接触。而是，叶片以从叶轮叶片的一侧到叶轮叶片的另一侧的基本均匀的顺序划过输入开口或输出开口。
换句话说，在移动经过输入开口或输出开口时，叶轮叶片的接触点沿着叶轮叶片移动方向的横向方向推移。同时，由于相比于横向延伸较大的纵向延伸，各个叶轮叶片不与壳体壁接触的最大宽度仍然相对较小，因此，仍旧导致了叶轮叶片仅微弱地变形，并且叶轮叶片在输入开口或输出开口中的埋入程度降低。
术语“角度”在本文中应理解为，在横截面的俯视图中，在纵向延伸-或必要时其延长线-与旋转轴线之间构成的角度。换句话说，为了确定此角度，将叶轮的旋转轴线投影到由横截面限定的平面上。该角度则对应于纵向延伸和旋转轴线的投影之间的角度尺寸。
纵向延伸的取向对于输入处和输出处可以不同，但也可以具有相同的取向。
在此，优选地，该角度大于0°且小于90°，优选地大于或等于15°且小于或等于75°，尤其优选地大于或等于30°并且小于或等于60°并且最优选地为大约5°，10°，15°，20°，25°，30°，35°，40°或45°。
在另一个实施例中，横截面基本上具有椭圆形或多边形的形状。
为了在泵送过程中进一步调整流动条件，在一个优选实施例中，该多边形具有至少一个圆角，其中优选所有的角进行倒圆角。如果多边形构造为细长的矩形，则圆角的半径在此优选等于矩形的一半宽度，那么，其则选择得能够构成一个长孔。
在一个特别有利的优选实施例中，横向延伸长度与叶轮叶片宽度之比小于1：1，优选小于或等于1：2，更优选为大约1：3或大约1：4。
为了使在叶轮叶片移动经过输入开口或输出开口时叶轮叶片的变形保持得小，根据优选实施例，横向延伸长度与纵向延伸长度的比率小于或等于1:2，优选小于或等于1:3或大约为1：4。
在另一优选实施例中，叶轮叶片宽度与平行于叶轮叶片宽度的横截面宽度之比大于或等于3：2，优选地大于或等于2：1。由此，叶轮叶片移动经过输入开口或输出开口时的变形可以仍旧保持得低。
在另一优选的实施方式中，输入开口和/或输出开口的背离壳体内部的一侧上的横截面基本上为圆形或多边形的形状，优选为矩形，尤其优选为正方形，其中，在面向壳体内部的一侧上的横截面的面积和在背离壳体内部的一侧上的对应的横截面的面积相差基本小于10％，优选基本上大小相等，替代地，在面向壳体内部的一侧上的对应的横截面的面积和在背离壳体内部的一侧上的对应的横截面的面积也可不同，优选相差15％-75％，尤其优选相差30％-60％，最优选相差约50％。由此实现了上述优点。
在上述叶轮泵的另一优选实施例中，输入处和/或输出处在至壳体内部的过渡处的至少一个边缘具有过渡或倒圆角，其中优选地，输入处和/或输出处在向壳体内部的过渡处的所有边缘具有过渡或倒圆角。由此，由于叶轮叶片的变形和挤压力而通过边缘施加在叶轮叶片上的压力降低。此外，导致在叶轮片上柔和的压力点变化。在此也可能的是，至少一个边缘被倒圆角，并且至少另一个边缘具有过渡。
在上述叶轮泵的另一实施例中，壳体的内壁从最大直径区域到直径减小区域的过渡基本上与输入开口或输出开口的横截面的横向延伸一致。在这种情况下，该过渡不会突然发生，而是壳体内壁距叶轮转动轴线的距离从叶轮叶片未弯曲或最小弯曲处的最大距离连续减小到叶轮叶片最大弯曲处的最小距离。
附图说明
优选的其他实施方式通过以下对附图的描述进一步说明。在此：
图1示意性地示出了叶轮泵的剖视图；
图2示意性地示出了叶轮；
图3示意性地示出了叶轮泵的壳体的透视侧视图；
图4示意性地示出了叶轮泵的另一实施例；
图5示意性地示出了具有六角多边形形式的横截面的叶轮泵的另一实施例；
图6示意性地示出了叶轮泵的另一实施例，其输入开口横截面的纵向延伸与叶轮的旋转轴线在由横截面限定的平面上构成一个角度；
图7以示意性的透视侧视图示出了图6中的叶轮泵；
图8示出了另一实施例中的叶轮泵的示意性的剖面图；
图9-22示意性地示出了输入处或输出处的横截面的不同的多边形实施例；和
图23-25示意性地示出了横截面的不同实施例，横截面的纵向延伸与叶轮的旋转轴线形成一个角度。
具体实施方式
在下文中参照附图对优选的实施例进行描述。在此，不同附图中相同、类似或者作用相同部件以同样的附图标记表示，并且为了避免赘述而部分地省略了对这些元件的重复描述。
从图1的图示中可以清楚地看到叶轮泵的工作原理。叶轮泵的壳体1具有输入处2和输出处3。叶轮4能够围绕旋转轴线D沿着箭头方向旋转地支撑在壳体1内部。叶轮4具有多个叶轮叶片5，叶片端部6抵靠壳体1的内壁7。壳体1的内部不关于旋转轴线D旋转对称地构造，而是成形为使得叶轮叶片5在从输入开口8移动到输出开口9时不变形或仅略微变形，而其从输出开口9移动到输入开口8时与叶轮4的旋转方向相反地弯曲。由此，在从输入开口8移动到输出开口9时，两个叶轮叶片5之间的体积大于从输出开口9移动到输入开口8时的体积，由此将待泵送的介质从输入开口8传送到输出开口。
图2示出了叶轮4，其叶轮叶片5在其端部6处用金属丝10加强，以便当扫过输入开口8和输出开口9时使叶片端部6的变形最小化。
图3示出了叶轮泵的壳体的透视侧视图。叶轮泵的壳体1由两个相对于轴线R轴对称的部件1a，1b沿着分割面11彼此组合而成。壳体部件1b上的突起12接合在另一壳体部件1a上的相应凹部13中，并且由此简化了两个壳体部件1a，1b的组装，在此导致两个部件1a，1b之间的接触面与分割面稍微偏离。两个壳体部件1a，1b通过多个螺钉连接14保持在一起。在两个壳体部件1a，1b之间可以设置密封元件，例如当密封元件接合在两个壳体部件中构造的凹槽中时，密封元件也可以承担突起12和凹部13的功能。
在该实施例中，输入开口8和输出开口(未示出)各自具有菱形多边形形式的横截面。从图3中还可以看出，叶轮泵的壳体1的内室由一个区域构成，其中，当叶轮叶片5从输入开口8移动到输出开口9时，内壁7与叶轮4的旋转轴线D之间的距离最大。此外，为了实现叶轮叶片5的变形，存在这样的区域，其中该距离在叶轮叶片5从输出开口9移动到输入开口8时减小。
从具有最大距离的区域到具有最小距离的区域的连续过渡开始于输入开口8或输出开口9的菱形的最大横向延伸的高度处，也就是大约在输入开口8或输出开口9的中间。图3所示的壳体1没有显示侧壁。这种侧壁可以与两个壳体部件1a,1b分开制造，并且例如通过螺纹连接或胶合连接与相应的壳体部件1a相连。壳体部件也可以与侧壁一同制造。
输入处2和输出处3上的夹紧螺钉15可用于将连接管连接到壳体1的输入处2或输出处3上。
在图3中，也可以看到输入开口8的细长形状，这导致了，通过由于叶轮4的旋转引起的离心力和由于叶轮叶片5的变形引起的弹性恢复力，在图3中未示出的叶轮4的叶轮叶片5不会像在另一种叶轮泵中那样严重地向外挤压和变形，在此另一种叶轮泵中，输入开口在叶轮叶片的整个宽度范围内-或者几乎整个宽度范围内-并因此也在壳体内部的整个宽度范围内延伸。在图3中未示出的输出开口9优选与输入开口8相同地构造。
尽管由于内壁7的不规则曲率使得图3中的输入开口8的形状看起来不规则，但是输入开口8的横截面，即输入开口8从壳体内部向外沿着由输入处限定的轴线Z的视图，具有规则的菱形的形状。这可以在图4中清楚地看出，其示出了沿着垂直于由输入处限定的轴线Z的平面E的叶轮泵的截面。
图4示出了叶轮泵的一个实施例，其中壳体1连接到驱动未示出的叶轮4的驱动单元16上。在该图中，输入开口8的横截面的菱形形状清晰可见。在该实施例中，多边形在两个壳体部件1a，1b之间的分割面11中延伸的纵向延伸L具有约为横向延伸Q的三倍的长度。横向延伸Q的长度约为壳体内壁7的宽度的三分之一，即约为叶轮叶片5宽度的三分之一。
图5所示的叶轮泵的实施例基本上与图4的实施例一致，其中横截面的形状具有六个角的多边形。在该实施例中，多边形在两个壳体部件1a，1b之间的分割面11中延伸的纵向延伸L具有约为横向延伸Q三倍的长度。与图4的横截面相比，图5的横截面具有更大的截面面积，从而在泵运行时，在相同的压力条件下可以输送更大的体积流量。
图6示出了叶轮泵的另一实施例，其在结构上基本上与图3至5中所示的叶轮泵的实施例相同。图6所示的叶轮泵还具有输入处，该输入处在朝向壳体内部的一侧具有带有纵向延伸L和横向延伸Q的横截面，其中，纵向延伸L与未示出的叶轮的旋转轴线D形成角度α。在所示情况中，角度α为60°。
图6中的输入开口8的横截面具有椭圆形状。
然而，角度α也可以替代地具有其他值，例如5°，10°，15°，20°，25°，30°，35°，40°，45°，50°，55°，60°，65°，70°，75°，80°或85°，以及正时针和逆时针方向设置。
优选地，输入开口8的纵向延伸L和输出开口9的纵向延伸平行布置。或者，两个纵向延伸也可以具有不同方向。
图7以示意性透视侧视图示出了图6的叶轮泵。这里能够清楚地看出，叶轮叶片在沿着输入开口8移动时首先在其一个末端的区域内与输入开口8的边缘形成接触。当叶轮叶片继续移动时，叶轮叶片和输入开口8的边缘之间的接触点沿着叶轮叶片移动直到叶轮叶片另一末端的区域中。因此，叶轮叶片在移动经过输入开口8之后基本上能够经过其整个宽度与输入开口8的边缘接触，其中接触点连续推移。因为，如在图23中详细可见，由于横截面的细长的形状，横截面与叶轮叶片的宽度平行的横截面宽度b仅略微大于横向延伸Q，所以，叶轮叶片在移动经过输入开口时会变形到最小。因此叶轮叶片基本在其整个宽度上产生均匀且仅轻微的磨损，这实现了所使用的叶轮的高使用寿命。
图8示出了在另一种实施方式中的叶轮泵的示意性的剖视图。纵向延伸L与旋转轴线D在这种情况下形成45°的角度α。
在图中所示的叶轮泵的实施例中，输入处2和输出处3在其背离壳体内部的外部末端上内侧呈圆形，从而使标准的圆形连接管能够简单地与输入处2和输出处3相连。
在这方面，在图8中可以清楚地看出，外部输入开口17的圆形和内部输入开口8的横截面的面积大致相同，从而实现待泵送的介质的均匀输送。
在图8所示的实施例中，背离壳体内部的外部末端的圆形横截面逐渐过渡为输入开口8的椭圆形横截面，因此在沿着轴线Z的横截面变化中没有突然剧变。
图9至25中可见输入处和/或输出处的横截面的示意性的不同实施例，其具有各自的纵向延伸L和各自的横向延伸Q。
图9中示意性示出的横截面为细长矩形形式的多边形，从而构成具有矩形长孔形状的输入处。
图10中示意性示出的横截面为常规菱形形式的多边形。因此，横向延伸Q和纵向延伸L分别在它们的中点相交。
在图11中示意性地示出的横截面为菱形形式的多边形，其中横向延伸Q以2:1的比率划分纵向延伸L。
图12中示意性示出的横截面为六边形形式的多边形。
图13中示意性示出的横截面为另一六边形形式的多边形。
在图14中示意性地示出的横截面对应于图9中的横截面，其中横截面的角部倒圆角，从而形成倒角的长孔。圆角的半径选择得能够形成半圆形的端部。
图15中示意性示出的横截面具有椭圆形状。在这种情况下，这通过将图10中的多边形倒角形成。
在图16中示意性地示出的横截面对应于图11的横截面，其中角部被倒圆，使得横截面具有“蛋形”形状。
在图17中示意性地示出的横截面对应于图12的横截面，其中沿着纵向延伸L观察位于两末端处的角倒圆角。
在图18中示意性地示出的横截面对应于图13的横截面，其中沿着纵向延伸L观察位于两末端处的角倒圆角，使得在角部分别形成一个单独的圆角。
在图19中示意性地示出的横截面为四角多边形，其中纵向延伸L与多边形的最长边重合。
图20中示意性示出的横截面为八角多边形，其横向延伸Q沿着纵向延伸L观察是恒定的。
在图21中示意性地示出的横截面对应于图20的横截面，其中在纵向延伸L中占据位置的边缘具有不同的曲率，从而形成具有四个角的多边形，其中，由图20的横截面的相应三个边构成S形弯曲边缘。
在图9至21所示的横截面中，纵向延伸L和横向延伸Q各自彼此垂直取向。
通常，这些实施例中的纵向延伸垂直于旋转轴线D布置。在图9至21所示的横截面中，横向延伸Q相应地平行于叶轮的旋转轴线D延伸。或者，纵向延伸L和旋转轴线D也可以形成夹角。
图22中示意性示出的横截面示出了四角多边形，其中纵向延伸L和横向延伸Q的夹角不等于90°。
图23至25示出了输入开口或输出开口的示意性的剖视图，其中纵向延伸L与旋转轴线D形成角度α。
图23中示意性示出的横截面具有椭圆形状。因此，纵向延伸L与椭圆的长轴重合，并且横向延伸Q与椭圆的短轴重合。所示的角度α约为60°。附图标记b表示平行于叶轮叶片宽度的、因此垂直于旋转轴线D的横截面宽度。该横截面宽度b对应于叶轮叶片的在沿着开口移动期间不与壳体壁接触的部分。由于横截面的椭圆形状，横截面宽度b根据叶轮叶片在限定横截面的开口处的位置而变化。
图24中示意性示出的横截面具有菱形形状。所示的角度α约为45°。由于横截面的特殊构造，横向延伸Q和最大横截面宽度b(其因此同样以45°的角度取向)具有大致相同的向量长度。
图25中示意性示出的横截面对应于图23的横截面，其中，所示的角度α为大约45°。
在不超出本发明的范围的情况下，只要能够应用，各个实施例中所示的所有单个特征能够相互结合和/或替换。
附图标记说明
1 壳体
1a，1b 壳体部件
2 输入处
3 输出处
4 叶轮
5 叶轮叶片
6 叶片端部
7 内壁
8 内部输入开口
9 内部输出开口
10 加强金属丝
11 分割面
12 突起
13 凹部
14 螺钉连接
15 夹紧螺钉
16 驱动单元
17 外部输入开口
18 外部输出开口
L 纵向延伸
Q 横向延伸
B 横截面宽度
D 旋转轴线
R 轴线
Z 轴线
α 角度