叶轮和具有此类叶轮的旋转阀的制作方法

叶轮和具有此类叶轮的旋转阀
1.欧洲专利申请ep 22 166 867.6的内容以引用方式并入本文。
技术领域
2.本发明涉及一种叶轮以及一种具有此类叶轮的旋转阀。


背景技术：

3.从ep 1 950 154 a1中已知一种用于输送和/或计量散料的旋转阀。在旋转阀中布置有能够旋转安装的叶轮。叶轮具有几个腹板，这些腹板被实施为在相对于叶轮的旋转轴的径向方向上渐缩的。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种具有经改进的特性，特别是具有经改进的机械特性的叶轮。
5.根据本发明，该目的通过具有权利要求1中披露的特征的叶轮以及具有权利要求11中披露的特征的旋转阀来实现。
6.根据本发明已经认识到，在具有几个腹板，特别是具有至少六个腹板的叶轮中，这些腹板是特别重要的。
7.这些腹板各自具有与腹板平面垂直取向的腹板厚度。
8.腹板的一个基本特征是具有减少的腹板厚度的边缘区域，特别地，沿着腹板的自由边缘至少部分地实施有该减少的腹板厚度。腹板各自具有主区域、在相对于叶轮的旋转轴的径向方向上连接至主区域的过渡区域以及在相对于旋转轴的径向方向上连接至过渡区域的边缘区域。边缘区域被实施为借助过渡区域相对主区域单独缩进的，特别是以阶梯式的方式，特别是多阶梯式的方式。主区域可沿着旋转轴在腹板的整个长度上延伸。替代性地或附加地，过渡区域和边缘区域在相对于旋转轴的轴向方向上可被实施在腹板的一个或两个轴向棱边处。过渡区域和/或边缘区域沿着腹板的轴向棱边和径向棱边可被实施为相同的。
9.过渡区域特别地限定了主区域与边缘区域之间的阶梯，特别是阶梯式的腹板厚度差。在腹板厚度方向上，过渡特别地被实施为线性或弯曲的。在径向方向上，过渡区域特别地被实施为短的，并且过渡区域具有特别地最多为20mm，特别地最多为15mm，特别地最多为10mm并且特别地最多为5mm的径向延伸。腹板厚度差(该腹板厚度差特别地从向主区域过渡和向边缘区域过渡的过渡区域中的腹板厚度差值以及过渡区域的径向延伸中得出)至少为10％，特别地至少为20％，特别地至少为30％，特别地至少为50％，特别地至少为80％，特别地至少为100％，特别地至少为150％，特别地至少为200％并且特别地至少为250％。如果过渡区域被实施为线性的，则该过渡区域形成径向向外指向的坡度。
10.在主区域内，腹板厚度例如至少为5.0mm，特别地至少为6.0mm，特别地至少为7.0mm，特别地至少为8.0mm，特别地至少为10.0mm并且特别地至少为12.0mm或以上。
11.在边缘区域的区域内，腹板厚度相对主区域有所减少。特别地，如果在主区域内，特别是在某些区域内已经实施了腹板厚度的减少，则腹板厚度附加地减少。
12.边缘区域特别地至少部分地在腹板的至少一个轴向端面和/或特别地至少部分地在径向端面处延伸。轴向端面特别地具有与旋转轴平行取向的表面法线。径向端面特别地具有与径向方向平行取向的表面法线。
13.令人惊讶地发现，由于有了边缘区域，叶轮吱吱作响的可能性附加地降低。由于腹板在边缘区域内具有减少的腹板厚度，特别是附加减少的腹板厚度，因此在发生散料的不希望的附着时(这类附着可能导致提到的粘滑效应(stick-slip))，扭矩需求得以降低。
14.特别有利的是，在叶轮中，旋转体与模制的腹板一体制成。特别地，为此采用铸造方法。已经发现，铸造方法中的初级成型制造可有利地用于边缘区域的实施，这样的初级成型制造使得增加的设计自由度，特别是腹板的几何形状方面的增加的设计自由度成为可能。特别地，可避免后续的加工步骤，特别是机械后加工，特别是切削后加工。特别地已经发现，在铸造方法中可产生高表面质量。
15.根据本发明的叶轮能够被实施为各种尺寸。特别地，叶轮可被制造成具有从约100mm至500mm，特别是从150mm至400mm的标称外径。
16.特别地，在旋转体处整体模制至少六个腹板，特别是至少八个腹板，特别是至少十个腹板，并且特别是至少十二个腹板或更多的腹板。
17.有利的是，腹板的数量为偶数，并且腹板布置为在旋转体处相对于旋转体的旋转轴各自成对地相对而置。旋转体特别地被实施为型材状的，并且特别地被实施为空心型材状的。旋转体也被称为圈。
18.腹板布置为在圆周方向上围绕旋转轴特别是等距的，并且各自在与旋转轴平行取向的腹板平面内延伸。腹板平面特别地取向为相对于旋转轴径向的，并且特别地包含旋转轴。在一种替代性的实施中，腹板平面也可布置为相对径向方向倾斜的。腹板平面也可布置为与旋转轴相隔一定距离。腹板可基本上相切地连接至旋转体。
19.腹板可各自被实施为相对于腹板平面对称的。在对称的实施中，在过渡区域内形成的腹板厚度差特别地对半划分在腹板的两个腹板壁上。在这种情况下，腹板平面特别地取向为相对于旋转轴径向的。替代性地，腹板也可被实施为相对于腹板平面不对称的。在这种情况下，腹板平面可特别地布置为在径向方向上或倾斜于该径向方向。
20.特别地，所有的腹板被实施为相同的并且/或者以相同的方式在旋转体处模制。
21.叶轮被实施为无侧板的或有侧板的。特别地，侧板各自以轴向封闭的方式固定在腹板处。在这种情况下，由腹板形成的腔室是轴向封闭的。
22.叶轮具有驱动轴，该驱动轴以扭矩传递的方式与旋转体连接。
23.根据权利要求2所述的腹板的实施简化了腹板的制造，特别是尺寸稳定性，并且因此简化了整个叶轮的制造，特别是尺寸稳定性。已经发现，在腹板的边缘区域的区域内保留的最小厚度特别地被实施为恒定的。这意味着，腹板被实施为在边缘区域内在径向方向和/或轴向方向上至少部分地具有平行的腹板壁，特别是连续地具有平行的腹板壁。最小厚度也可具有偏差，其中该偏差与最小厚度相比是小的，特别地小于最小厚度的10％。例如，偏差可由此出现，即边缘区域的区域内的腹板壁布置为彼此成倾斜角的，其中该倾斜角特别地最多为10
°
，特别地最多为8
°
，特别地最多为6
°
，特别地最多为5
°
，特别地最多为3
°
并且特
别地最多为1
°
。在这种情况下，腹板在边缘区域的区域内被实施为楔形的，特别是径向向外渐缩的。
24.最小厚度特别地介于1.0mm至4.0mm之间，特别地介于1.5mm至3.0mm之间。最小厚度特别地使得可靠且特别是无失误地执行铸造方法成为可能。特别地，由此确保了铸造模具在最小厚度的区域内被熔融金属可靠地填充。特别地，最小厚度小于最大厚度。特别地，最小厚度最多等于最大厚度的20％，特别地最多等于最大厚度的15％并且特别地最多等于最大厚度的10％。最大厚度保证了腹板具有足够的强度和/或刚度。最大厚度理解为腹板过渡到旋转体处的厚度。
25.已经发现，在基础的铸造方法中固有的制造公差不会对叶轮，特别是叶轮的腹板的尺寸稳定性产生不利影响。这意味着，即使在铸造时存在不可避免的制造公差，也可制造出尺寸稳定的叶轮。特别是在铸造方法之后的后加工步骤中，叶轮的腹板被加工到叶轮的标称外径。由于腹板在边缘区域内特别地被实施为具有恒定的最小厚度，因此在径向方向上将腹板按长度切割对在腹板处的外侧，特别是径向方向上的外侧形成的最小厚度没有影响。
26.叶轮具有经改进的且特别是更稳定的运行行为。摆动、振动或颤动噪音均得以避免。通过边缘区域，一方面减少了摩擦面，另一方面实现了间隙密封。
27.根据权利要求3所述的叶轮具有良好的运行特性。
28.根据权利要求4所述的叶轮是坚固耐用的。腹板的实施方案是不复杂的。腹板的楔形特别地在主区域内延伸。
29.根据权利要求5所述的叶轮使得腹板的经久耐用的实施方案成为可能。边缘区域具有至少为1.0mm，特别地至少为1.5mm，特别地至少为2.0mm，特别地最多为8.0mm并且特别地最多为10.0mm的宽度。边缘区域的宽度布置在与腹板厚度垂直指向的平面内，并且取向为与相应的端面，即与轴向端面中的一个轴向端面或径向端面垂直。腹板在边缘区域的区域内具有最小宽度。特别地，该宽度被实施为沿着腹板的圆周恒定的。
30.根据权利要求6所述的叶轮使得减轻重量和节约成本成为可能。特别地，可省去由其他金属材料例如铝和特别是铝合金制成的部件。特别地，叶轮可在熔模铸造方法中制成，从而使得叶轮本身具有经改进的表面和外观。此类叶轮特别适合用于卫生应用。叶轮的清洁性得以改进。
31.替代性地，叶轮可由轻质材料，特别是铝材料制成。此类叶轮具有更好的轻质特性。
32.根据权利要求7所述的叶轮被实施为特别坚固耐用的。旋转体处的过渡区域可被实施为实心的。由于过渡区域被实施为无倒棱的，因此可避免由于叶轮的制造和/或装配方法，特别是由于动态运行而产生的应力峰值。叶轮的使用寿命得以延长。特别地，过渡区域内的倒圆使得有利的后加工成为可能，例如抛光。后加工的工作量得以降低。
33.根据权利要求8所述的叶轮减少了装配工作量。如果驱动轴被实施为与叶轮一件式的，特别地通过初级成型制成，则叶轮具有更高的材料均匀性。纤维走向是不受干扰且均匀的。特别是对于驱动轴的实施方案而言，通过特别地将功能部件一体模制在叶轮处，得到制造时附加的自由度。因此，功能整合得以增强。
34.根据权利要求9所述的叶轮的一种替代性的实施使得驱动轴的简单接合，特别是
在旋转体中的简单接合成为可能。特别地，旋转体具有通孔，驱动轴被引导通过该通孔并且与旋转体接合。特别地，驱动轴与旋转体焊接。
35.替代性地，可想象的是，叶轮被实施为没有通孔的，并且在旋转体的端面端部处各安装有一个单独的轴端，该轴端以可拆卸的方式，特别是以螺钉或销钉连接的方式，或者以不可拆卸的方式，特别是以焊接的方式，与叶轮接合。
36.根据权利要求10所述的腹板使得以减少的材料需求量制造叶轮和/或使得增加的腔室容积成为可能。腹板厚度被实施为可变的，特别是在主区域内，特别是在相对于旋转轴的径向方向上，特别是在某些区域内。腹板厚度随着与旋转轴的距离的增加而减小。腹板被实施为在相对于旋转轴的径向方向上，特别是在厚度方向上渐缩的。渐缩沿着径向方向朝旋转轴进行，特别是至少部分地进行，特别是连续地进行，特别是线性地进行。腹板厚度在主区域内也可至少部分地被实施为恒定的。
37.已经发现，在相同的腔室容积下，以此类方式渐缩的腹板具有增加的刚度。腔室容积是指在圆周方向上在两个相邻的腹板之间，在径向方向上被旋转体向内和被围绕腹板的外棱边的假想圆周圆柱体向外，以及在轴向方向上被腹板处的假想端面所限定的体积。这也意味着，渐缩的腹板使得在相同的刚度下增加的腔室容积，并且因此增加的输送能力成为可能。
38.由于腹板渐缩而实现的增加的刚度使得现有技术中已知的加强螺栓可在根据本发明的叶轮中被省去。根据本发明的叶轮特别地为无螺栓叶轮。由此可附加地增加腔室容积。另外，这种叶轮适合用于卫生应用，因为不希望的间隙和底切在无螺栓实施中得以避免。
39.特别是在大尺寸的叶轮中，可为有利的是，安装有加强螺栓，特别地用于加强相邻布置的腹板。此类叶轮即使是大尺寸，也具有增加的刚度。
40.还已经发现，与无螺栓叶轮相比，渐缩的腹板具有降低的吱吱作响的可能性，即在此类旋转阀运行期间的噪音排放得以减少。其原因是，由于反复地，特别是周期性地附着在叶轮腹板上和重新释放而引起的振动(即所谓的粘滑效应)得以降低。
41.另外，通过腹板的渐缩的实施，在制造叶轮时节约了材料。叶轮可以节省材料和/或节省成本的方式制造。复杂的焊接和切割制造方法得以避免。
42.根据权利要求11所述的旋转阀基本上具有叶轮的优点，在此参考叶轮的优点。此类旋转阀特别地可用于卫生应用。
43.专利权利要求书中披露的特征和根据本发明的叶轮的实施例的以下描述中披露的特征各自单独地或相互组合地适合对根据本发明的主题进行改进。相应的特征组合不代表对本发明主题的改进方案的任何限制，而本质上仅具有示例性特征。
附图说明
44.本发明的附加特征、有利的实施方案和细节从以下参照附图对实施例的描述得出。其中：
45.图1显示了用于散料的旋转阀的示意性横剖面图；
46.图2显示了根据本发明的叶轮的立体图；
47.图3显示了根据图2的叶轮的前视图；
48.图4显示了图3中的细节iv的放大的细节视图；
49.图5显示了根据图2的叶轮的纵剖面图；
50.图6显示了图5中的细节vi的放大的细节视图；
51.图7显示了根据图3中的vii-vii交线的剖面图；
52.图8显示了根据图7中的细节viii的放大的细节视图。
具体实施方式
53.图1中整体用1表示的旋转阀被实施为卸料旋转阀。旋转阀1也可被实施为直吹型旋转阀。旋转阀1具有壳体2，在图1中，该壳体的顶部被供料井道3限定，该供料井道也被称为进料井道并通入叶轮壳体孔4。为了简单起见，在下文中，叶轮壳体孔被称为孔4。
54.在图1中向下看，壳体2被出料井道5限定，该出料井道从孔4中通出。
55.孔4具有在图1中与绘图平面垂直的空心圆柱体的形状，该空心圆柱体具有圆柱体轴6。叶轮7在孔4中布置为能够围绕旋转轴旋转驱动，该旋转轴与圆柱体轴6重合。叶轮7被实施为无侧板的。通过叶轮腹板8彼此在围绕旋转轴6的圆周方向9上彼此分开的扇形叶轮腔室10在横向上，即沿着旋转轴6，被各自安装在壳体2端面处的侧盖(图1中未示出)限定。侧盖表示孔4的端面边界。为了简单起见，叶轮腹板被称为腹板8。腹板8各自具有面向孔4的内壁11的外表面12。外表面12由腹板8的径向端面20形成。
56.孔4形成旋转阀1的内部空间，要输送的材料，特别是散料，借助叶轮7的旋转通过该内部空间从进料井道3输送到出料井道5。
57.具有腹板8的叶轮7以与孔4互补的方式成型。视介于0.05mm与1.5mm之间的叶轮7的尺寸和应用而定，腹板8的外表面12以限定的间隙在孔4的内壁11旁经过。内壁11可具有涂层。
58.由于叶轮7与孔4的形状互补，因此腹板8的端壁同样以限定的间隙在侧盖的内壁旁经过。腹板8的面向侧盖的端壁形成轴向端面19。
59.叶轮7具有驱动轴14，该驱动轴与旋转体18抗扭地连接。布置在驱动轴14端面处的轴端15安装在旋转阀的侧盖中的轴承点中。在轴承点与孔4之间，相应的轴端15经由密封件与对应的侧盖密封。在密封件与侧盖的内壁之间的区域中可在该侧盖中实施有冲洗管路，该冲洗管路在孔4与流体源，特别是压缩气体源之间建立流体连接，用于冲洗侧盖中的轮毂孔。
60.根据图1中的纯示意性图示，叶轮7具有十个叶轮腔室10，它们被实施为相同的。也可设置有更多或更少的叶轮腔室10。每个叶轮腔室10都具有对应的腔室容积，该腔室容积基本上对应于空心圆柱扇形并沿着旋转轴6延伸。叶轮腔室10各自在叶轮侧由相邻的腹板8的面向彼此的壁面和驱动轴14的在叶轮底座中将相邻的腹板8连接起来的过渡区域16形成。过渡区域16特别地被实施为无倒棱的，特别是倒圆的，具有过渡区域曲率半径r1。
61.下面将参照图2至图8更详细地解释叶轮7。
62.图2显示了具有根据本发明的叶轮7和驱动轴14的布置17。叶轮7具有旋转体18，该旋转体被实施为与叶轮7的旋转轴6同心的。旋转体18具有通孔22，在通孔中布置有驱动轴14。驱动轴14在各端面与旋转体18接合，特别是焊接。附加地或替代性地，其他的接合连接也是可行的。重要的是，驱动轴14以扭矩传递的方式与叶轮7连接。
63.根据所示的实施例，旋转体18和腹板8作为铸件一体制成，并与单独制造的驱动轴14固定连接。该铸件特别地通过金属铸造，并且特别地通过精密铸造，特别地由不锈钢材料制成。
64.在一种替代性的实施中，叶轮7可整体，即特别地包括驱动轴14在内作为铸件一体制成。
65.根据所示的实施方式，叶轮7具有十个腹板8。腹板8在旋转体18处一体模制。
66.腹板8被实施为各自在相对于旋转轴6的径向方向r上渐缩的。这意味着，特别地与径向方向r垂直取向的腹板厚度随着与旋转轴6的距离的增加而减小。特别地，腹板8各自在与旋转轴6垂直的平面上具有v型轮廓，该v型轮廓具有至少为0.5
°
，最多为10
°
的开口角度v。
67.腹板8被实施为基本上成楔形的，特别地具有矩形底面。腹板8具有特别地沿着旋转轴6取向的腹板长度l和与该腹板长度垂直取向的，特别地沿着径向方向r取向的腹板宽度b。腹板8沿着板端面中的一个板端面在旋转体18处一体模制。在三个露出的端面处，即在两个轴向端面19和一个径向端面20处，腹板8各自具有环绕的附加边缘区域21，即除了腹板8在主区域24内的渐缩的实施之外。从主区域24到附加边缘区域21的过渡在过渡区域23内进行。过渡区域23基本上沿着腹板8的外边缘平行延伸，即沿着轴向端面19和径向端面20，特别是在主区域24和相应的附加边缘区域21之间平行延伸。
68.过渡区域23在径向方向r上具有径向延伸25，以及腹板厚度差δd，该腹板厚度差相对于径向延伸25至少为10％。
69.附加边缘区域21也可部分地中断。附加边缘区域21也可为一个或几个端面19、20实施。
70.为了使附加边缘区域21在轴向端面19处被实施为机械有利的，它被实施为具有曲率半径r2，该曲率半径在腹板8处朝旋转体18递减。曲率半径r2可被实施为沿着端面19、20中的一者可变的，并且特别地可针对不同的端面19、20发生变化。
71.附加边缘区域21具有宽度b，该宽度在径向端面20处在径向方向r上取向，在各轴向端面19处在轴向方向上取向，即取向为与旋转轴6平行。特别地，宽度b与腹板宽度b相比是小的，并且特别地最多为腹板宽度b的5％。宽度b可被实施为沿着端面19、20中的一者可变的，并且特别地可针对不同的端面19、20发生变化。
72.腹板8具有腹板平面22，该腹板平面相对于旋转方向9布置在前腹板壁处。腹板8被实施为相对于腹板平面22不对称的。
73.如特别地从图7和图8中看出的那样，附加边缘区域21在轴向端面19处，即在平行于旋转轴6的方向上，即在腹板8的纵向方向上，即平行于该腹板的纵向延伸，被实施为具有曲率半径r3。特别地，腹板8各自被如此实施，使得这些腹板的保留的最小厚度d
min
布置在相对于旋转方向9的前面，并且附加边缘区域21布置在腹板8的相对于旋转方向9的后面，即在腹板8的阴影中。
74.如特别地在图3中可看到的，附加边缘区域21被如此实施，使得腹板8具有保留的最小厚度d
min
，该保留的最小厚度特别地沿着腹板8，特别地在腹板8的径向方向r上是恒定的。
75.过渡区域23具有朝轴向端面19的弯曲部，该弯曲部由曲率半径r3预先确定。轴向
端面19处的过渡区域23特别地在每种情况下都被实施为相同的。轴向端面19处的过渡区域23被实施为与径向端面20处的过渡区域23不同。
76.边缘区域21在腹板8的轴向端面19处的宽度b特别地沿着基本上恒定的最小厚度d
min
延伸。边缘区域21的厚度d可在宽度b内，特别是由于曲率半径r3与最小厚度d
min
相比增加。

技术特征：
1.一种用于旋转阀(1)的叶轮，所述叶轮包括：a.具有旋转轴(6)的旋转体(18)；b.几个在所述旋转体(18)处模制并且布置为在圆周方向(9)上围绕所述旋转轴(6)的腹板(8)，所述腹板各自具有主区域(24)、在相对于所述旋转轴(6)的径向方向上连接至所述主区域(24)的过渡区域(23)、以及在相对于所述旋转轴(6)的径向方向上连接至所述过渡区域(23)的边缘区域(21)，其中所述过渡区域(23)限定了所述主区域(24)与所述边缘区域(21)之间的腹板厚度差(δd)，其中所述腹板厚度差(δd)相对于所述过渡区域(23)朝所述旋转轴(6)的径向延伸(25)至少为10％，其中所述旋转体(18)和所述腹板(8)被实施为作为金属铸件一体的。2.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于，所述腹板(8)在所述边缘区域(21)的区域内具有特别是恒定的最小厚度(d
min
)，所述最小厚度特别地至少为1.0mm和最多为4.0mm，特别地至少为1.5mm和最多为3.0mm。3.根据前述权利要求中的一项所述的叶轮，其特征在于，所述边缘区域(21)被实施为在边缘侧环绕的。4.根据前述权利要求中的一项所述的叶轮，其特征在于，所述腹板(8)至少在某些区域内，特别是在所述主区域(24)中，被实施为楔形的，特别地具有矩形底面，所述矩形底面具有沿着所述旋转轴(6)取向的腹板长度(l)和与所述腹板长度垂直取向的腹板宽度(b)。5.根据前述权利要求中的一项所述的叶轮，其特征在于，所述边缘区域(21)具有至少1.0mm的特别是恒定的宽度(b)，其中所述宽度(b)特别地最多为所述腹板宽度(b)的10％，特别地最多为所述腹板宽度(b)的5％，特别地最多为所述腹板宽度(b)的3％，特别地最多为所述腹板宽度(b)的2％并且特别地最多为所述腹板宽度(b)的0.5％。6.根据前述权利要求中的一项所述的叶轮，其特征在于，所述叶轮(7)具有钢，特别是不锈钢。7.根据前述权利要求中的一项所述的叶轮，其特征在于，所述旋转体(18)处的两个相邻的腹板(8)之间的过渡区域(16)被实施为无倒棱的，特别是倒圆的。8.根据前述权利要求中的一项所述的叶轮，其特征在于驱动轴(14)，所述驱动轴通过铸造与所述旋转体(18)一件式连接。9.根据权利要求1至7中的一项所述的叶轮，其特征在于驱动轴(14)，所述驱动轴布置在所述旋转体(18)的通孔(22)中并且与所述通孔接合，特别是焊接。10.根据前述权利要求中的一项所述的叶轮，其特征在于，所述腹板(8)各自具有特别地与径向方向(r)垂直取向的腹板厚度，所述腹板厚度随着与所述旋转轴(6)的距离的增加而减小，特别是至少在某些区域内。11.一种旋转阀，所述旋转阀具有壳体(2)和根据前述权利要求中的一项所述的能够旋转地安装在所述壳体(2)中的叶轮(7)。

技术总结
本发明涉及一种用于旋转阀的叶轮，该叶轮包括：具有旋转轴的旋转体；几个在该旋转体处模制并且布置为在圆周方向上围绕该旋转轴的腹板，这些腹板各自具有主区域、在相对于该旋转轴的径向方向上连接至该主区域的过渡区域、以及在相对于该旋转轴的径向方向上连接至该过渡区域的边缘区域，其中该过渡区域限定了该主区域与该边缘区域之间的腹板厚度差，其中该腹板厚度差相对于该过渡区域朝该旋转轴的径向延伸至少为10％，其中该旋转体和这些腹板被实施为作为金属铸件一体的。实施为作为金属铸件一体的。实施为作为金属铸件一体的。


技术研发人员：布鲁诺
受保护的技术使用者：科倍隆有限公司
技术研发日：2023.04.04
技术公布日：2023/10/19