泵叶轮和包括所述叶轮的径向泵的制作方法

1.本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的泵叶轮以及一种包括所述叶轮的径向泵。


背景技术：

2.用于来自现有技术的径向泵的叶轮包括承载板，所述承载板包括朝向进入侧的叶片配列，所述叶片配列被设置成用于输送待泵送的流体。任选地，这种类型的泵叶轮在进入侧用盖板覆盖。在这种类型的叶轮工作期间，在进入侧(即，在如从承载板所见的叶片配列侧上)与后侧之间会出现压力差，因为待泵送的流体是通过叶轮的旋转而径向朝外输送的，以此方式使得径向朝内出现抽吸区域。由于承载板和盖板上由压力引起的力平衡之间的差异，因此在叶轮处出现轴向力。轴向力必须由适当形成的轴向轴承系统吸收或支撑。因此，这种类型的轴向轴承的尺寸、形状和构造必须使其可以在径向泵的使用寿命内可靠地承受轴向力。


技术实现要素：

3.本发明的一个目标是指定一种泵叶轮，借助于所述泵叶轮，可以减小作用于叶轮的抽吸口的由压力引起的轴向力，而不会显著降低泵叶轮或包括泵叶轮的径向泵的内部效率。
4.此外，这种类型的泵叶轮应该能够以简单的方式生产，并且与现有技术泵叶轮的生产相比没有任何特别的额外复杂性。
5.本发明的另一目标是指定一种径向泵，其关于泵叶轮产生较低轴向力，所述轴向力必须在径向泵的内部被支撑/吸收。
6.本发明的另一目标为指定一种径向泵，其可以用总体成本有效的方式生产并且最终在驱动轴/泵叶轮的轴向轴承系统方面不太复杂。
7.通过具有权利要求1的特征的泵叶轮来实现关于泵叶轮的以上目标。在从属权利要求中指定有利实施例。
8.通过具有权利要求13的特征的径向泵来实现关于径向泵的目标。
9.在以下描述的上下文中，流动外形对叶轮处的力平衡的影响有时为简单起见被称为承载板后侧区域中的“负压”。
10.根据本发明，用于径向泵的具有承载板的泵叶轮包括进入侧和定位成与所述进入侧相对的后侧，叶片配列设置在所述进入侧上，用于输送待泵送的介质，其中，在所述承载板的所述后侧上定位有至少一个流动外形，所述流动外形被配置并形成以在所述泵叶轮在旋转方向dr上旋转的情况下至少减少所述承载板和盖板上由压力引起的力平衡之间的差异。
11.在根据本发明的泵叶轮中，特别有利的是，叶轮承载板的后侧轮廓线减小了叶轮处由于在叶轮工作期间，即在泵流体内动态使用时承载板和盖板上由压力引发的力平衡的
差异而产生的轴向力。这借助于围绕所述至少一个流动外形的动态流动而发生。由于叶轮的旋转移动，包围流动外形和截止边缘的待泵送流体流过流动外形，使得截止边缘后方的流动分离。流动外形的上升定向成与叶轮的旋转方向dr相反，这意味着当叶轮旋转时，附近的待泵送流体沿着流动外形例如朝向截止边缘迁移。截止边缘处的流动分离使得流动外形之后的压力下降，这减少了泵叶轮与泵壳之间的密封间隙中的总静压分布。这改变了泵叶轮上与压力相关的力平衡，并且朝向抽吸区域(抽吸口)定向的所得轴向推力(在叶轮几何结构上的静压平衡的轴向合力)减小。流过流动外形也不会产生明显的动压，例如相比之下在具有例如矩形外形的叶片中出现的动压，并且这还会影响压力水平。在这种情况下，对压力水平的影响意味着轮后侧空间中的静压分布减少，换句话说，承载板后侧上的压力分布减少。这使得朝向抽吸口的合成轴向力较低。
12.因此，总的来说，本发明采用了指定一种泵叶轮和一种包括所述泵叶轮的径向泵的方法，其中可以减少承载板后侧上的静压分布，并因此影响作用于泵叶轮的力的平衡。具体地说，载体后侧处的静压分布在所有力上发生变化或总体上减小，以此方式影响力的平衡。
13.本发明因此设法有针对性地减少叶轮处的合成轴向推力。这使得轴承系统在轴向方向上减轻负担，从而有可能节省成本且使轴向轴承的选择和设计的构造简化。流动外形，换句话说，例如斜坡外形结构，可以在机械泵和电动泵两者中使用。因为在承载板的后侧上没有应用底切轮廓，所以可以在无滑台(slide)的情况下在适当的注塑工具中以简单的方式通过注塑进行生产。
14.例如在平坦的流动外形上产生的相对低的动压也只会使泵叶轮或包括泵叶轮的流体泵中的效率损失极小。
15.在本发明的优选实施例中，如在圆周方向ur上所见，至少一个流动外形是斜坡轮廓，特别是短斜坡轮廓，即斜坡脊，或长斜坡轮廓，即圆形表面区段斜坡。
16.已证实斜坡轮廓在产生负压方面是有利的；具体地说，可以设想斜坡脊状的短斜坡轮廓或长斜坡轮廓，即具有圆形表面区段斜坡表面的斜坡。在短斜坡轮廓的情况下，承载板的后侧面的不倾斜子表面存在于在圆周方向ur上相邻的两个斜坡脊之间，根据本发明的效果已经是明显的，但是以局部集中的方式在斜坡脊的斜坡后表面的区域中发生的，所述斜坡后表面在圆周方向ur上相对较短。
17.如果流动外形形成为长斜坡轮廓，则单个倾斜的斜坡后表面设置在相邻斜坡的两个截止边缘之间，并且是圆形表面区段。换句话说，在长斜坡轮廓的情况下，两个截止边缘之间的表面相对于承载盘后侧的平面完全倾斜，而相比之下，短斜坡在两个截止边缘之间具有承载板的后侧的倾斜斜坡后表面和不倾斜子表面。
18.在长斜坡结构的情况下，泵叶轮后侧上的负压分布面积更大，并且总负压的量值也更大。
19.在本发明的另一优选实施例中，n个斜坡轮廓分布在泵叶轮的圆周u上，n优选地≥2，特别优选地n≥4，更优选地n≥6。
20.随着泵叶轮后侧上的斜坡轮廓的数量增加，作为基本原理，可以在泵叶轮后侧上实现减小的压差以及更均匀的压力分布。为了在特定程度上满足声学要求，已证实针对泵叶轮后侧上的斜坡轮廓的数量选择泵叶轮叶片数量的整数倍是有利的。
21.在根据本发明的泵叶轮的另一实施例中，至少一个斜坡轮廓形成为在与旋转方向dr相反的方向上从后侧的基底表面凸起。
22.替代地，可以规定，至少一个斜坡轮廓(截止边缘)相对于后侧的基底表面齐平，并且两个斜坡轮廓(截止边缘)之间的间隔形成为相对于基底表面凹陷。
23.除了上述的凸起斜坡轮廓和/或具有与环形边缘齐平的斜坡轮廓的下沉截止边缘之外，当然还可以形成仅部分下沉的斜坡轮廓，以此方式使得存在相对于基底表面凸起的截止边缘，并且两个相邻斜坡轮廓之间的至少一个子区域相对于基底表面下沉。
24.在根据本发明的泵叶轮的另一实施例中，至少一个斜坡轮廓形成为相对于后侧的基底表面凸起，并且两个斜坡轮廓之间的间隔的至少部分形成为相对于基底表面凹陷。
25.在泵叶轮的另一实施例中，斜坡轮廓具有尤其径向延伸的截止边缘。
26.在截止边缘持续径向延伸的情况下，特别是在以辐条的方式沿直线持续径向延伸的情况下，可以观察到特别高的负压发展。
27.在根据本发明的泵叶轮的另一实施例中，斜坡轮廓的最大高度h小于承载盘的壁厚度t。
28.根据本发明，已经认识到，即使斜坡高度h相对较小，可能小于承载盘的壁厚度，也足以在可实现的负压与可接受的效率损失之间实现良好的折衷。
29.在本发明的另一实施例中，截止边缘的径向延伸部分从泵叶轮的轮毂区域延伸到基底表面的径向朝外的圆周环形边缘。
30.截止边缘的径向延伸有利地不延伸到泵叶轮的承载板的最外圆周边缘，以免在那里产生任何额外的流动截止或涡流，其中流动发生在相对泵叶片配列的末端处，这可能会不理想地降低效率。因此，在泵叶轮的承载板的后侧上留有环形圈，并且所述环形圈与承载板的圆周边缘保持一定距离。
31.在另一优选实施例中，至少一个斜坡轮廓的斜坡后表面是平面。
32.呈平面形式的斜坡后表面构成特别简单的三维形状，并且尤其可以用简单的方式在生产工具中实施。
33.在另一特定实施例中，如在圆周方向ur上所见，斜坡后表面形成为弯曲的，并且曲率形成为沿着圆周方向ur恒定或朝向截止边缘增大。
34.由于斜坡后表面形成为弯曲的，可以有针对性地影响每个斜坡的负压焦点的定位。
35.在本发明的另一优选实施例中，截止边缘垂直于基底表面下降。
36.在另一实施例中，截止边缘垂直于斜坡后表面下降，或者在斜坡后表面形成为弯曲的情况下，在截止边缘的区域中垂直于斜坡后表面的切面下降。
37.截止边缘垂直于基底表面下降，即垂直于承载板后侧的平面或垂直于斜坡后表面的平面/切面下降，特别是在没有底切的情况下，确保了没有底切的配置，从而便于在工具中实施。
38.在本发明的第二方面中，一种径向泵包括根据前述实施例中的一个的泵叶轮。
39.对于根据本发明的径向泵，如果使用根据本发明的泵叶轮，则可以预期前述优点。
附图说明
40.在下文中，借助于实例参考图式更详细地描述本发明，在所述图式中：
41.图1是根据本发明的泵叶轮的后侧的透视图；
42.图2是在形成斜坡时后侧流动外形的剖切图示的透视图；
43.图3示意性地示出了在没有后侧轮廓线(左)、有七个短斜坡轮廓(中)和有六个长斜坡轮廓(右)的情况下泵叶轮后侧上的负压分布的比较；
44.图4以纵向截面示意性地示出了根据本发明的包括叶轮的径向泵的部分。
具体实施方式
45.图1是朝向根据本发明的泵叶轮1的实施例的后侧2的透视图。泵叶轮1的进入侧3与后侧相对。后侧2由承载板4形成。叶片配列5在承载板4的进入侧3上。在进入侧，叶片配列5后跟着盖板6。流管7形成在承载板4与盖板6之间，并且分别通过叶片配列5的叶片在圆周方向ur上定界。在轴向方向ar上，流管7由承载板4和盖板6定界。用于待泵送流体的进入开口(未图示)与轴向方向ar对准，所述轴向方向在图1中与泵叶轮1的进入侧3上的泵叶轮1的旋转轴线重合。
46.在图中1，示意性地示出的轮毂区域8定位在承载板4的后侧2的中间。后侧2具有在径向方向r上朝外的环形边缘9。在轮毂区域8与环形边缘9之间，在径向方向r上，多个流动外形10定位在泵叶轮1的后侧2上。在图1的实施例中，流动外形10形成为斜坡轮廓11。
47.在平面图中，斜坡轮廓11具有圆区段形的斜坡后表面12。斜坡后表面12定位成相对于形成后侧2的基底表面13以角度α(参见图2)倾斜，并且具有截止边缘14，如在与旋转方向dr相反的方向上所见。截止边缘14定向成大致平行于轴向方向ar，并形成具有高度h的阶状物15(参见图2)。阶状物15相对于基底表面13凸起的量值为高度h。在与旋转方向dr相反的方向上跟随截止边缘14，跟随的斜坡轮廓11的斜坡后表面12无缝地接合。在轴向方向ar上，在此接合区域中，斜坡后表面12与基底表面13大致齐平并且以角度α上升。
48.在图1的实施例中，各自(在平面图中)具有相同面积大小的总共六个斜坡轮廓11定位成分布在后侧2的圆周u上。因此，总共出现六个截止边缘14。截止边缘14布置成以辐条形状从轮毂区域8径向行进，并且在每种情况下在这些截止边缘之间具有60
°
的角度β。当然，在对图1的修改中，截止边缘14和/或相关联的斜坡轮廓11的数量可低于或高于六。已证实数量n＝6特别有利。
49.在对本发明的修改的上下文中，还可以在圆周方向ur上配置大小不同的各个斜坡轮廓11。因此，例如，具有较大角度β，例如具有角度β＝80
°
的斜坡轮廓11可以后跟着具有较小角度(例如β＝40
°
)的斜坡轮廓11，并且这种类型的大小不同的斜坡轮廓11可以交替地彼此跟随。
50.在选择斜坡的区段大小(角度β)时，重要的是在圆周u上具有尽可能均匀的分布，这样就不会出现不平衡。
51.为了使由于泵叶轮1的后侧2处的流动阻力增大而引起的效率降低保持在最严格的可能限度内，将阶状物15的高度h选择为小于或等于承载板4的厚度t是可取的。在实施例中，与厚度t相比，高度h约为厚度t的一半。
52.图2示出了在放大剖切图中剖开的斜坡轮廓11。图2的斜坡轮廓11是例如结合图1
所描述的斜坡轮廓11。斜坡后表面12在平面图中是圆区段形的，并且以角度α从基底表面13的层面线性上升。因此，此实施例的斜坡后表面12是相对于基底表面13倾斜的平面。
53.同样，斜坡后表面12当然可以不形成为平面，而是形成为弯曲的斜坡后表面12，其例如以均匀弯曲的方式从基底表面13的层面到截止边缘14上升高度h。此外，沿着圆周方向ur直到截止边缘14的曲率可能不是均匀的，而是最初存在较低的曲率并且曲率朝向截止边缘14增大。
54.图3示出了泵叶轮1的总共三个后侧2。在图3的最左侧，示出了来自现有技术的泵叶轮1，其在后侧2上没有流动外形10。在图3(中)的实施例中，泵叶轮1具有在圆周方向ur上均匀分布的总共七个斜坡脊20作为流动外形。斜坡脊20同样具有截止边缘14。与图1和2的实施例的上述斜坡轮廓11(长斜坡轮廓)相比，斜坡脊20与上述斜坡轮廓11(长斜坡轮廓)的不同之处在于，斜坡脊20的截止边缘14在旋转方向dr上最初后跟着圆区段表面，所述圆区段表面定位在基底表面13的轴向方向ar上的竖直层面上，并且相对于基底表面13不倾斜。
55.在平面图中，斜坡脊20形成为具有宽度b的矩形，在所述斜坡脊内，斜坡后表面12从基底表面13的层面上升高度h。这种类型的斜坡脊20构成辐条形的局部隆起。特别是在斜坡脊20的区域中，即，特别是在与旋转方向dr相反的方向上在截止边缘14下游的区域中，当在旋转方向dr上驱动泵叶轮1时，局部出现负压。这在图3(中)中由斜坡脊20的径向中心区域中的较深阴影指示。
56.图3(右)的实施例对应于图1、2的上述实施例，并且总共具有六个斜坡轮廓11，如上所述，所述斜坡轮廓在平面图中是圆区段形的，并且从斜坡轮廓11的在旋转方向dr上领先的截止边缘14上升到斜坡后表面12的在旋转方向dr上尾随的截止边缘14。
57.图3(右)示出，与图3(中)中的实施例相比并且与图3(左)(现有技术)中的实施例相比，利用根据本发明的泵叶轮1的这种类型的后侧轮廓线，可以实现总体上更大并且量值也更高的负压。增加的负压形成(在图3中，右)在截止边缘14的u附近用较暗的阴影线标记。
58.在测试中，最高负压值以及因此泵的对应轴向轴承的最高轴向力释放是通过图1和2的轮廓线实现的。
59.泵叶轮1位于驱动轴101上，所述驱动轴可以在旋转方向dr上被电机驱动。径向泵100具有泵壳102，所述泵壳形成泵室103。泵叶轮1位于泵室103中。承载板4与泵壳102的后壁104形成间隙105，待泵送的流体存在于所述间隙中。流动外形10定位在承载板4的后侧2上。在图4中，流管7由盖板6轴向向左侧定界。在图4中，待泵送的流体从左向右流动，流过流管7，并通过出口管道106到达外部。待泵送的流体的流动方向由箭头107指示。
60.附图标记列表
61.1泵叶轮
62.2后侧
63.3进入侧
64.4承载板
65.5叶片配列
66.6盖板
67.7流管
68.8轮毂区域
69.9环形边缘
70.10流动外形
71.11斜坡轮廓
72.12斜坡后表面
73.13基底表面
74.14截止边缘
75.15阶状物
76.20斜坡脊
77.100径向泵
78.101驱动轴
79.102泵壳
80.103泵室
81.104后壁
82.105间隙
83.106出口管道
84.107箭头
85.ar轴向方向
86.dr旋转方向
87.r径向方向
88.ur圆周方向
89.u圆周
90.b宽度
91.h高度
92.t壁厚度
93.n数量
94.α角度
95.β角度。