DE102004010397A1

DE102004010397A1 - Schaufel für das Laufrad eines Ventilators

Info

Publication number: DE102004010397A1
Application number: DE200410010397
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Ing. Bronowski
Original assignee: Howden Ventilatoren GmbH
Current assignee: Howden Axial Fans GmbH
Priority date: 2004-03-03
Filing date: 2004-03-03
Publication date: 2005-09-22
Also published as: EP1571346A2; EP1571346A3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaufel für das Laufrad eines Axialventilators zum Fördern eines Gases mit einem Schaufelblatt und einem Schaufelfuß. DOLLAR A Eine Schaufel gemäß der Erfindung wird mit den folgenden Merkmalen versehen: DOLLAR A - mit einem oder mehreren inneren Tragteilen aus einem Material hoher Festigkeit und einem den inneren Tragteil umhüllenden Außenteil, der die Außenfläche der Schaufel bildet und aus einem Material geringerer Festigkeit besteht; DOLLAR A - das Außenteil ist auf das Tragteil aufgegossen; DOLLAR A - das/die Tragteile erstrecken sich wenigstens über einen wesentlichen Teil des Schaufelfußes.

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Axial-Ventilatoren oder Axial-Lüfter. Solche Ventilatoren werden u. a. beispielsweise in Straßentunneln eingesetzt. Ein um Axialventilator, bestehend in der Regel aus einem Rotor und einem Gehäuse mit Nachleitapparat. Der Rotor weist eine Anzahl von Schaufeln auf. Jede Schaufel besteht aus einem Schaufelblatt und einem Schaufelfuß.
Die Schaufel hat erhebliche Kräfte zu übertragen, die einmal durch die Förderarbeit des Laufrades bestimmt werden, jedoch überwiegend durch die Fliehkraft der rotierenden Massen. Die Schaufel kann aus verschiedenen Materialien bestehen und auf verschiedene Weise hergestellt werden. Im vorliegenden Falle geht es um gegossene Schaufeln.
Beim Betrieb von Axialventilatoren kann es zu extremen Betriebsbedingungen kommen, die von solchen Ventilatoren ohne Ausfall der Funktion beherrscht werden müssen. Ein besonderer Extremfall liegt zum Beispiel dann vor, wenn es in einem extern belüfteten Tunnel zu einem Brand kommt. Gemäß amtlicher Sicherheitsvorschriften muss ein Ventilator bei extrem hohen Temperaturen von beispielsweise 400 Grad über eine längere Zeitspanne hinweg noch voll betriebsfähig bleiben. Bei Gussschaufeln aus Aluminiumlegierungen ist dies jedoch für derartige Temperaturen ab einer bestimmten Beanspruchung nicht mehr gewährleistet.
Der Erfinder hat erkannt, dass sich die Schaufel bei bestimmten Temperaturen längt und dadurch mit ihrem freien Ende an der Gehäuse-Innenwand schleift, so dass die genannten Vorschriften nicht mehr erfüllt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaufel der eingangs beschriebenen Art für Axialventilatoren derart zu gestalten, dass sie auch bei extremen Temperaturbedingungen über eine längere Zeitspanne hinweg noch ihre Formstabilität beibehält, so dass die amtlichen Vorschriften eingehalten werden können.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
Die Lösung erfüllt nicht nur die gestellte Aufgabe in vollkommener Weise. Sie ist auch leicht zu verwirklichen, und der Aufwand hält sich in Grenzen.
Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im einzelnen Folgendes dargestellt:
1 zeigt eine Schaufel in Draufsicht (mit den sichtbar gemachten eingegossene Tragteilen).
2 zeigt einen Schnitt A-A der Schaufel.
3 zeigt einen Schnitt B-B der Schaufel.
4 zeigt einen Schnitt D-D der Schaufel.
5 zeigt ein erstes Teil eines Tragteiles.
6 zeigt das erste Tragteil in einer Seitenansicht.
7 zeigt das zweite Teil des Tragteiles.
8 zeigt das zweite Tragteil in einer Seitenansicht.
Die in 1 dargestellte Schaufel ist Bestandteil eines hier nicht gezeigten Rotors eines Axialventilators. Die Schaufel umfasst ein Schaufelblatt 1 sowie einen Schaufelfuß 2.
Wie man genauer aus den 2, 3 und 4 erkennt, ist die Schaufel aus einem inneren Tragteil und einem Außenteil 3 aufgebaut. Das Tragteil seinerseits besteht aus einem ersten Einzelteil 4 und einem zweiten Einzelteil 5. Dabei sind diese beiden Einzelteile 4, 5 vom Material des Außenteiles durch Gießen umschlossen. Man könnte auch sagen, dass das Tragteil in das umhüllende Außenteil 3 eingebettet ist.
Die beiden Einzelteile 4 und 5 sind aus Platten herausgearbeitet, beispielsweise durch Stanzen oder durch Schneiden im Laserverfahren, oder als Gussteile hergestellt. Die Einzelteile 4 und 5 bestehen aus einem sehr zähen und hochfesten Werkstoff.
Der umhüllende Außenteil 3 hingegen besteht aus Aluminium oder einer vergleichbaren Leichtmetall Legierung.
Am Schaufelfuß erkennt man eine umlaufende Hohlkehle. Die Schaufel wird bei der Montage zwischen zwei Nabenkörpern unter Pressung eingespannt. Die Nabenkörper weisen entsprechende Wulste auf, die ein zur Hohlkehle kongruentes Profil haben (hier nicht gezeigt).
Die beiden Einzelteile 4 und 5 sind nach ihrer gegenseitigen Montage unter einem rechten Winkel zueinander angeordnet. Die Verbindung zwischen den beiden Einzelteilen 4 und 5 ist eine Steck- oder Schweißverbindung.
Die prinzipielle Geometrie der Einzelteile 4 und 5 ergibt sich aus den 5 bis 8. Wie man sieht, sind die beiden Einzelteile 4 und 5 jeweils mit einem Schlitz versehen. In 5 erkennt man Schlitz 4.1 des ersten Einzelteiles 4, und Schlitz 5.1 von Einzelteil 5. Zum Zusammenstecken werden die beiden Einzelteile derart angeordnet, dass sie – in Blickrichtung der hier nicht gezeigten Schaufelachse gesehen – unter einem rechten Winkel zueinander stehen. Sie werden dann in Richtung der Längsachse der Schaufel ineinander gesteckt.
Aus den 1 und 5 erkennt man, dass das erste Einzelteil 4 eine tannenbaumartige Gestalt hat. Es weist mehrere Ausbuchtungen 4.2 und 4.3 und Bohrungen auf, die natürlich vom Material des Schaufelblattes 1 umhüllt sind und eine innige Verbindung zwischen Tragteil und Außenteil ergeben. Auch weitere Konturen des ersten Einzelteiles sind denkbar, beispielsweise eine Sägezahnkontur, eine Sinuskontur, oder einfach eine Dreiecks-Kontur mit der (gerundeten) Spitze des Dreiecks im oberen Bereich des Schaufelblattes 1, in 1 gesehen.
Die beiden Einzelteile 4 und 5 des Tragteiles erstrecken sich im Allgemeinen über den gesamten hoch beanspruchten Teil des Schaufelfußes 2. Das Teil 4 erstreckt sich aber nicht unbedingt über die gesamte Länge des Schaufelblattes 1. Eine Erstreckung bis zur Hälfte oder bis zu zwei Dritteln hängt von der gegebenen Beanspruchung des jeweiligen Schaufelblattes ab.
Durch die erfindungsgemäße Verbundkonstruktion wird Folgendes erzielt:
Es werden alle an der Schaufel auftretenden Kräfte aus Fliehkraft, Achsschub und Antriebsmoment aufgenommen, und zwar selbst dann, wenn Temperaturen von 300 bis 400 Grad Celsius erreicht werden und wenn die Festigkeit der Aluminiumlegierung hierdurch absinkt. Ein Axialventilator, der beispielsweise zur Tunnelbelüftung verwendet wird, wird somit auch im Brandfall noch eine längere Zeitspanne von bis zu 2 Stunden oder mehr funktionsfähig sein, je nach Temperatur.
Die genannte Hohlkehle 2.1 des Schaufelfußes 2 wird aus den beiden Einzelteilen 4 und 5 des Tragteiles gebildet. Das ist vorteilhaft, da das Material dieser Einzelteile, wie erwähnt, von hoher Festigkeit sind, so dass sie die an dieser Stelle auftretenden hohen Beanspruchungen zuverlässig und sicher aufnehmen können.
Durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Schaufel im Bereich des Schaufelfußes 2 wird die günstige aerodynamische Strömungsform der Schaufel nicht beeinträchtigt.

Claims

Schaufel für das Laufrad eines Axialventilators zum Fördern eines Gases; 1.1 mit einem Schaufelblatt (1) und einem Schaufelfuß (2); 1.2 mit einem oder mehren inneren Tragteilen aus einem Material hoher Festigkeit und einem die inneren Tragteile umhüllenden Außenteil, der die Außenfläche der Schaufel bildet, und aus einem Material geringerer Festigkeit besteht; 1.3 das Außenteil (3) ist auf das Tragteil aufgegossen; (Die Tragteile sind in das Außenteil (3) eingegossen). 1.4 die Tragteile erstrecken sich wenigstens über einen wesentlichen Teil des Schaufelfußes (2).
Schaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragteil aus plattenförmigem Material ausgeschnitten, ausgestanzt oder gegossen ist.
Schaufel nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: 3.1 das Tragteil umfasst zwei plattenförmige Einzelteile (4 und 5); 3.2 die Einzelteile (4 und 5) sind – in einem Schnitt quer zur Schaufel-Längsachse gesehen – senkrecht zueinander angeordnet.
Schaufel nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: 4.1 wenigstens ein Einzelteil (4 oder 5) weist einen Längsschlitz (4.1 beziehungsweise 5.1) auf, der in der Längsachse der Schaufel oder parallel hierzu verläuft, und der derart bemessen ist, dass das andere Einzelteil hierin einsteckbar ist zur gemeinsamen Übertragung von Schaufelkräften auf die Tragnabe hierin einsteckbar ist.