DE102014009051A1

DE102014009051A1 - Laufrad für Axiallüfter

Info

Publication number: DE102014009051A1
Application number: DE102014009051.5A
Authority: DE
Inventors: Frank Kinzer
Original assignee: TLT Turbo GmbH
Current assignee: TLT Turbo GmbH
Priority date: 2014-06-24
Filing date: 2014-06-24
Publication date: 2015-12-24
Also published as: CN105637227B; RU2645887C2; ES2714277T3; AU2015281410B2; AU2015281410A1; RU2016115551A; CN105637227A; EP3030792B1; US20170122335A1; EP3030792A1; WO2015197167A1; US10132326B2

Abstract

Die Erfindung bezieht sich ein Laufrad (10) für einen Axiallüfter mit einem Laufradkörper (12), der einen äußeren Laufradmantel (14) sowie eine Tragscheibe (16) mit einer Nabe (18) zur drehfesten Verbindung mit einer Antriebswelle (20) aufweist, wobei an der Tragscheibe (16) eine Vielzahl von radial nach außen gerichteten Schaufeln (22) angeordnet ist, die jeweils einen Schaufelfuß (24) und ein Schaufelblatt (26) aufweisen. Erfindungsgemäß weist jeder Schaufelfuß (24) einen Befestigungsabschnitt (90) auf, der zwischen zwei jeweils beidseitig gegenüberliegend an der Tragscheibe (16) angeordneten Befestigungssegmenten (28, 44) formschlüssig aufgenommen ist und die jeweils zwei gegenüberliegenden Befestigungssegmente (28, 44) sowie die Tragscheibe (16) weisen jeweils mindestens zwei Durchgangsbohrungen (58, 60) zur Aufnahme einer langen Hülse (46, 50) und einer kurzen Hülse (48, 52) auf und der Befestigungsabschnitt (90) ist mit Hilfe von jeweils durch die Hülsen (46, 48, 50, 52) gesteckten Schraubbolzen (30, 32, 34, 36) und Muttern (40, 42) zwischen jeweils zwei gegenüberliegenden Befestigungssegmenten (28, 44) fest einspannbar, wobei jeder Schaufelfuß (24) in jeweils einer Ausnehmung (102) der Tragscheibe (16) geführt ist. Infolge der erfindungsgemäßen Konstruktion lässt sich das Laufrad (10) kostengünstig unter vorwiegender Verwendung von Einzelteilen mit einer vergleichsweise einfachen geometrischen Gestaltung fertigen.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung bezieht sich auf ein Laufrad für einen Axiallüfter mit einem Laufradkörper, der einen äußeren Laufradmantel sowie eine Tragscheibe mit einer Nabe zur drehfesten Verbindung mit einer Antriebswelle aufweist, wobei an der Tragscheibe eine Vielzahl von radial nach außen gerichteten Schaufeln angeordnet sind, die jeweils einen Schaufelfuß und ein Schaufelblatt aufweisen.
In der Technik finden Axialventilatoren verbreitet Anwendung. Ein Laufrad für einen Axialventilator besteht vielfach aus einem Laufradkörper, mehreren radial auswärts gerichteten Schaufeln und Elementen zur Befestigung der Schaufeln am Laufradkörper. Darüber hinaus ist oftmals eine am Laufradkörper befestigte Anströmhaube zur Verringerung von Wirbeln vorgesehen. Der Laufradkörper umfasst unter anderem einen äußeren Laufradmantel zur Strömungsführung, eine Tragscheibe sowie eine Nabe zur drehfesten Ankopplung einer Antriebswelle. Der Laufradkörper kann einstückig ausgebildet sein und in diesem Fall z. B. durch Schweißen, Gießen oder Schmieden hergestellt sein. Darüber hinaus kann der Laufradkörper auch mehrteilig, z. B. mit verschraubten Einzelkomponenten aufgebaut sein. Die Schaufeln als vorrangig aerodynamisch wirksame Bauteile umfassen im Allgemeinen ein Schaufelblatt sowie einen Schaufelfuß zur Befestigung am Schaufelradkörper. Auch für die Schaufeln kommen unterschiedlichste Herstellungsverfahren, wie z. B. beispielsweise Schmieden, Gießen, Pressen oder auch Fräsen in Betracht.
Aus der DE 10 2006 001 909 B4 ist ein Laufrad für einen Axialventilator oder einen Axiallüfter bekannt.
Das Laufrad des Axialventilators umfasst eine zylindrische Tragscheibe sowie eine Vielzahl von Schaufeln, die jeweils einen Schaufelfuß und ein Schaufelblatt aufweisen. Zum mechanisch festen Einspannen einer jeden Schaufel ist jeweils ein Klemmbackenpaar vorgesehen. Die Klemmbacken eines jeden Klemmbackenpaares sind zu diesem Zweck beidseits der Tragscheibe angeordnet und mit dieser verschraubt. Alle Klemmbacken sind bezüglich ihrer Gestalt insoweit identisch, als dass sie beliebig gegeneinander austauschbar sind. Jede Klemmbacke geht in ihrem radial auswärts gerichteten Bereich in eine radial nach außen weisende Schürze über. Die sich partiell überlappenden Schürzen bilden zusammen auf jeder Seite des Laufrades einen umlaufenden Nabenring zur Optimierung der Strömungsführung. Bei Zusammenbau dieses vorbekannten Laufrads lassen sich zudem die Schaufeln vor dem Festspannen in einem von den Klemmbacken definierten Aufnahmenest durch das Anziehen von Durchsteckschrauben und Mutter um ihre eigene Längsachse verdrehen, so dass sich der Anstellwinkel einer jeden Schaufel frei festlegen lässt. Weiterhin sind auf jeder Durchsteckschraube zwei Distanzstücke sowie eine Spannhülse aufgenommen.
Von Nachteil bei dieser Ausführungsform ist, dass die Klemmbacken als Pressteile, Gussteile oder Schmiedeteile mit einer vergleichsweise komplexen dreidimensionalen Geometrie ausgeführt sind.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Laufrad für einen Axiallüfter anzugeben, das sich unter vorrangiger Verwendung von einfach geformten Standardbauteilen kostengünstig fertigen lässt.
Offenbarung der Erfindung
Es wird ein Laufrad für einen Axiallüfter mit einem Laufradkörper offenbart, der einen äußeren Laufradmantel sowie eine Tragscheibe mit einer Nabe zur drehfesten Verbindung mit einer Antriebswelle aufweist, wobei an der Tragscheibe eine Vielzahl von radial nach außen gerichteten Schaufeln angeordnet sind, die jeweils einen Schaufelfuß und ein Schaufelblatt aufweisen.
Erfindungsgemäß weist jeder Schaufelfuß einen Befestigungsabschnitt auf, der zwischen zwei jeweils beidseitig gegenüberliegend an der Tragscheibe angeordneten trapez-, dreieck-, oder rechteckförmigen Befestigungssegmenten formschlüssig aufgenommen ist und die jeweils zwei gegenüberliegenden Befestigungssegmente sowie die Tragscheibe weisen jeweils mindestens zwei Durchgangsbohrungen zur Aufnahme einer kurzen Hülse und einer langen Hülse auf und der Befestigungsabschnitt ist mit Hilfe von jeweils durch die Hülsen gesteckten Schraubbolzen und Muttern zwischen jeweils zwei gegenüberliegenden Befestigungssegmenten fest einspannbar, wobei jeder Schaufelfuß in jeweils einer Ausnehmung der Tragscheibe geführt ist.
Infolge dieser konstruktiven Ausgestaltung kann das Laufrad unter Verwendung vergleichsweise einfacher und daher in der Herstellung kostengünstiger Einzelteile gefertigt werden. Darüber hinaus ergibt sich insbesondere eine vereinfachte Fertigung der Schaufelfüße. Die Erfindung ermöglicht ferner die Reduzierung der Teilevielfalt durch die weitgehende Verwendung von Gleichteilen auch bei unterschiedlichen Laufradbaugrößen. Darüber hinaus ergibt sich eine deutliche Gewichtsverringerung im Vergleich zu den herkömmlichen Bauarten. Die Hülsen dienen unter anderem zur Einleitung der hohen Radialkräfte in die Tragscheibe, die nicht zwingend als Scheibe, sondern z. B. auch als eine Speichenkonstruktion oder dergleichen ausgeführt sein kann. Die Ausnehmungen verfügen jeweils über eine rechteckförmige Formgebung. Demzufolge weist die Tragscheibe zwischen jeweils zwei benachbarten Schaufelfüßen einen radial auswärts gerichteten, trapezförmigen Materialbereich bzw. eine zahnradähnliche Umfangskontur auf.
Im Fall einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass zwischen jeweils zwei gegenüberliegenden Befestigungssegmenten und der Tragscheibe mindestens ein Axialspalt besteht. Gemäß einer Weiterbildung weisen die Hülsen jeweils einseitig einen Bund auf. Bevorzugt handelt es sich um eine kurze und eine länger ausgebildete Hülse, die an einer Stirnseite jeweils einen Bund aufweisen. Die kurzen und die langen Hülsen sind in den Befestigungselementen und der Tragscheibe formschlüssig gesteckt, der Bund der kurzen und der langen Hülse in seiner Zentrierung jedoch nicht.
Hierdurch ist eine zumindest einseitige axiale Lagebegrenzung der Hülse in den Durchgangsbohrungen gegeben. Darüber hinaus sind für jede Durchgangsbohrung bzw. jeden Schraubbolzen mit Mutter nur zwei zusätzliche Teile zu montieren.
Bei einer günstigen Ausführungsform ist jeder Schaufelfuß in einer Bohrung des Laufradmantels geführt.
Hierdurch wird die Lagefixierung der Schaufeln am Laufradkörper verbessert.
Im Fall einer weiteren Ausführungsform besteht zwischen Schäften einer jeden kurzen und einer jeden langen Hülse ein Ringspalt. Dadurch können fertigungsbedingt auftretende Toleranzen ausgeglichen werden. Gegebenenfalls kann der Axialspalt zwischen Tragscheibe und Befestigungssegment bis auf fast null reduziert werden.
Nach Maßgabe einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist eine Schaftlänge jeder ersten Hülse wesentlich größer als eine Schaftlänge jeder zweiten Hülse.
Hierdurch ist zumindest bei der längeren Hülse eine einfache Sichtkontrolle der Montagelage der Hülse von einer Seite der Tragscheibe aus gegeben, ferner erfolgt eine gleichmäßige Übertragung der Schaufelfliehkräfte auf beide Befestigungssegmente.
In einer technisch vorteilhaften Weiterbildung überdecken jeweils zwei gegenüberliegende Befestigungssegmente jeweils eine Aussparung der Tragscheibe mit einem jeweils darin geführten Befestigungsabschnitt einer Schaufel. In Verbindung mit den Hülsen ist hierdurch eine besonders zuverlässige und mechanisch hochbelastbare Lagefixierung der Schaufeln an der Tragscheibe gegeben.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist jeder Befestigungsabschnitt eines Schaufelfußes ein Zylinder mit mindestens einer umfangseitig umlaufenden Ringnut.
Hierdurch lassen sich die Schaufeln bei der Montage vor dem endgültigen Festspannen zunächst beliebig um ihre Längsachse drehen, so dass die Anstellwinkel der Schaufeln und damit der Mediendurchsatz des Axiallüfters beeinflusst werden kann. Darüber hinaus lässt sich eine solche Zylindergeometrie leicht fertigen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Anhand der Zeichnung soll die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben werden.
Es zeigt:
1 eine Draufsicht auf einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Laufrades für einen Axiallüfter;
2 einen Querschnitt entlang der Schnittlinie von II-II von 1; und
3 einen Querschnitt entlang der Schnittlinie von III-III von 1.
Ausführungsformen
Die 1 zeigt eine Draufsicht auf einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Laufrades für einen Axiallüfter.
Das Laufrad 10 für einen nicht dargestellten Axiallüfter oder Axialventilator weist unter anderem einen Laufradkörper 12 mit einem äußeren Laufradmantel 14 sowie einer Tragscheibe 16 auf. An der im Wesentlichen scheibenförmigen bzw. zylindrischen Tragscheibe 16 des Laufradkörpers 12 ist zentrisch eine Nabe 18 zur drehfesten Verbindung mit einer Antriebswelle 20 angeordnet. An der Tragscheibe 16 ist eine Vielzahl von Schaufeln befestigt, von denen eine Schaufel repräsentativ mit der Bezugsziffer 22 versehen ist. Die Schaufel 22 verfügt über einen Schaufelfuß 24 sowie ein Schaufelblatt 26. Der Schaufelfuß 24 der Schaufel 22 ist, wie alle übrigen auch, zwischen zwei gegenüberliegend an der Tragscheibe 16 befestigten trapez-, rechteck- oder dreieckförmigen Befestigungssegmenten fest eingespannt, von denen hier nur ein vorderes trapez-, rechteck- oder auch dreieckförmiges Befestigungssegment 28 sichtbar ist. Die mechanische Verspannung der jeweils zwei gegenüberliegend an der Tragscheibe 16 positionierten Befestigungssegmente sowie deren Verbindung mit der Tragscheibe 16 erfolgt mit Hilfe von mindestens zwei Schraubbolzen 30 bis 36 sowie hier gleichermaßen verdeckt liegenden Muttern. Vor dem Verspannen der Befestigungssegmente lässt sich die Schaufel 22, wie die übrigen auch, jeweils frei um ihre Drehachse 38 verschwenken, so dass sich für unterschiedliche Anwendungsszenarien optimale Anstellwinkel der Schaufeln 22 des Laufrads 10 einstellen lassen.
Die 2 illustriert einen Querschnitt entlang der Schnittlinie von II-II von 1.
Das Befestigungssegment 28 ist mittels der Schraubbolzen 32, 36 und den auf diese aufgeschraubten Muttern 40, 42 mit einem gegenüberliegend an der Tragscheibe 16 angeordneten, weiteren Befestigungssegment 44 verspannt und mit der Tragscheibe 16 verbunden. Dasselbe gilt für die hier verdeckten Schraubbolzen 30, 34 mit ihren zugehörigen Muttern. Oberhalb der beiden Befestigungssegmente 28, 44 verläuft der zwischen den Befestigungssegmenten 28, 44 eingespannte Schaufelfuß 24 der Schaufel 22.
Jeder Schraubbolzen 32, 36 ist jeweils in einer langen Hülse 46 und einer kurzen Hülse 48 sowie einer weiteren langen Hülse 50 und einer weiteren kurzen Hülse 52 aufgenommen, deren der besseren zeichnerischen Übersicht halber nicht bezeichneten Schäfte jeweils durch einen Ringspalt 54, 56 voneinander separiert sind. Die Hülsen 46 bis 52 weisen jeweils eine hohlzylindrische Form auf und die Ringspalte 54, 56 können auch ungefähr eine Breite von null aufweisen.
Die gleichfalls nicht bezeichnete Schaftlänge der langen Hülsen 46, 50 ist wesentlich größer als eine Schaftlänge der kurzen Hülsen 48, 52. Die Hülsen 46 bis 52 sind jeweils in einer zylindrischen Durchgangsbohrung 58, 60, die die beiden Befestigungssegmente 28, 44 sowie die Tragscheibe 16 vollständig durchsetzt, aufgenommen. Ein Radialspiel zwischen den Hülsen 46 bis 52 sowie den Durchgangsbohrungen 58, 60 liegt vorzugsweise in der Größenordnung von null. Gegebenenfalls kann auch eine leichte Presspassung vorgesehen sein. Die Durchgangsbohrungen 58, 60 können jeweils zylindrische Senkungen 62 bis 68 aufweisen, in denen die Hülsen 46 bis 52 aufgenommen sind. Ein jeweiliger Bund 70, 72, 74 oder 76 der Hülsen 46 bis 52 ist nicht formschlüssig aufgenommen, sondern nur die Schäfte der Hülsen 46 bis 52. Die Senkungen 62 bis 68 sind hierbei jeweils in nicht bezeichnete und von der Tragscheibe 16 weggerichtete Oberseiten der beiden Befestigungssegmente 28, 44 eingebracht. Zwischen den Innenseiten 78, 80 der beiden Befestigungssegmente 28, 44 und der Tragscheibe 16 besteht hier exemplarisch jeweils ein Axialspalt 82, 84, der jeweils deutlich kleiner als die Ringspalte 54, 56 zwischen der langen und der kurzen Hülse 46, 48 sowie der weiteren langen und weiteren kurzen Hülse 50, 52 ist. Die Hülsen 46 bis 52 dienen vorrangig zur Aufnahme der bei Axiallüftern auf die Schaufeln einwirkenden hohen Zentrifugalkräfte, während die Bünde 70, 72, 74, 76 eine ähnliche Funktion für die Köpfe von Schraubbolzen sowie die Mutter wie konventionelle, separate Unterleger haben.
Entsprechend zum vorstehend erläuterten Aufbau sind die hier verdeckten Schraubbolzen sowie alle weiteren Schraubbolzen in Hülsen gleicher konstruktiver Ausgestaltung eingesetzt. Von Bedeutung ist, dass die Befestigungssegmente 28, 44 nicht zwingend an der Tragscheibe 16 anliegen – d. h. beide Axialspalte 82, 84 in dieser Konstellation größer als null sind – aber gleichwohl können.
Die 3 zeigt einen Querschnitt entlang der Schnittlinie von III-III von 1.
Der unterseitig am Schaufelblatt 26 der Schaufel 22 bevorzugt integral ausgebildete Schaufelfuß 24 verfügt über einen konturierten Befestigungsabschnitt 90. Der konturierte Befestigungsabschnitt 90 ist als Zylinder 92 mit einer darin eingelassenen, umfangsseitig umlaufenden Ringnut 94 ausgeformt. Jedes Befestigungssegment 28, 44 verfügt über eine mit einer punktierten Linie symbolisierte Aussparung 96, 98, in der der Befestigungsabschnitt 90 passgenau formschlüssig aufgenommen ist. Durch das Anziehen der Schraubbolzen (vgl. 1, 2) werden die Befestigungssegmente 28, 44 mit dem konturierten Befestigungsabschnitt 90 des Schaufelfußes 24 mechanisch verspannt, wodurch sich im Zusammenspiel mit dem Formschluss und den Hülsen 46 bis 52 eine mechanisch in höchstem Maße zuverlässige Befestigung der Schaufel 22 an der Tragscheibe 16 ergibt.
In den Laufradmantel 14 ist eine Bohrung 100 zur Durchführung des Befestigungsabschnitts 90 des Schaufelfußes 24 eingebracht. In die Tragscheibe 16 ist unterhalb des Schaufelfußes 24 eine in etwa rechteckförmige Ausnehmung 102 eingebracht, die zur Aufnahme des Schaufelfußes 24 notwendig ist. Demzufolge ist eine Umfangskontur der Tragscheibe 16 zahnradartig ausgebildet, dergestalt, dass zwischen jeweils zwei benachbarten Ausnehmungen jeweils ein radial auswärts gerichteter trapezförmiger Materialbereich verbleibt. Sowohl die Bohrung 100 als auch die Ausnehmung 102 dienen zur Optimierung der Führung der Schaufel 22 an der Tragscheibe 16. Zwischen den Innenseiten 78, 80 der beiden Befestigungssegmente 28, 44 und der Tragscheibe 16 bestehen wiederum die Axialspalte 82, 84. Die übrigen nicht bezeichneten bzw. nicht dargestellten Schaufeln des Laufrades 10 sind auf dieselbe Art und Weise mit der Tragscheibe 16 verbunden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006001909 B4 [0003]

Claims

Laufrad (10) für einen Axiallüfter mit einem Laufradkörper (12), der einen äußeren Laufradmantel (14) sowie eine Tragscheibe (16) mit einer Nabe (18) zur drehfesten Verbindung mit einer Antriebswelle (20) aufweist, wobei an der Tragscheibe (16) eine Vielzahl von radial nach außen gerichteten Schaufeln (22) angeordnet ist, die jeweils einen Schaufelfuß (24) und ein Schaufelblatt (26) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Schaufelfuß (24) einen Befestigungsabschnitt (90) aufweist, der zwischen zwei jeweils beidseitig gegenüberliegend an der Tragscheibe (16) angeordneten Befestigungssegmenten (28, 44) formschlüssig aufgenommen ist und die jeweils zwei gegenüberliegenden Befestigungssegmente (28, 44) sowie die Tragscheibe (16) jeweils mindestens zwei Durchgangsbohrungen (58, 60) zur Aufnahme von Hülsen (46, 48, 50, 52) aufweisen und der Befestigungsabschnitt (90) mit Hilfe von jeweils durch die Hülsen (46, 48, 50, 52) gesteckten Schraubbolzen (30, 32, 34, 36) und Muttern (40, 42) zwischen jeweils zwei gegenüberliegenden Befestigungssegmenten (28, 44) fest einspannbar ist, wobei jeder Schaufelfuß (24) in jeweils einer Ausnehmung (102) der Tragscheibe (16) geführt ist.
Laufrad (10) nach Anspruch 1, wobei zwischen jeweils zwei gegenüberliegenden Befestigungssegmenten (28, 44) und der Tragscheibe (16) mindestens ein Axialspalt (82, 84) besteht.
Laufrad (10) nach Anspruch 1, wobei jeweils zwei gegenüberliegende Befestigungssegmente (28, 44) spaltfrei an der Tragscheibe (16) anliegen.
Laufrad (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Hülsen (46, 48, 50, 52) jeweils einseitig einen Bund (70, 72, 74, 76) aufweisen und der Schaft zumindest bereichsweise formschlüssig in jeweils einer der Durchgangsbohrungen (58, 60) in den Befestigungssegmenten (28, 44) aufgenommen ist.
Laufrad (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei jeder Schaufelfuß (24) in einer Bohrung (100) des Laufradmantels (14) geführt ist.
Laufrad (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei zwischen Schäften jeder langen Hülse (46, 50) und jeder kurzen Hülse (48, 52) ein Ringspalt (54, 56) besteht.
Laufrad (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine Schaftlänge jeder langen Hülse (46, 50) wesentlich größer als eine Schaftlänge jeder kurzen Hülse (48, 52) ist.
Laufrad (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei jeweils zwei gegenüberliegende Befestigungssegmente (28, 44) jeweils eine Ausnehmung (102) der Tragscheibe (16) mit einem jeweils darin geführten Befestigungsabschnitt (90) einer Schaufel (22) überdecken.
Laufrad (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei jeder Befestigungsabschnitt (90) eines Schaufelfußes (24) ein Zylinder (92) mit mindestens einer umfangseitig umlaufenden Ringnut (94) ist.