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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Lüfterrads, mit einer Welle und mit einem Rotorkörper und einem Impeller, die auf der Welle drehfest angeordnet sind.
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Das erfindungsgemäße Lüfterrad kann beispielsweise in einem Lüfter mit einem Elektromotor eingesetzt werden.
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Solche Lüfterräder werden beispielsweise in einem Einlege-Spritzgussprozess hergestellt. Dabei werden der Rotorkörper und die Welle mit dem Kunststoff-Impeller umspritzt. Der Rotorkörper ist dabei topfförmig ausgebildet, damit er den Stator des Antriebsmotors umfassen kann. Der Rotorkörper ist daher entsprechend groß, weshalb zwischen Rotorkörper und Impeller eine große Kontaktfläche vorhanden ist.
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An Einlegeteilen mit großen Kontaktflächen wie dem Rotorkörper kann es vorkommen, dass der Kunststoff nach dem Spritzguss ungleichmäßig abkühlt. Dadurch kann sich der Kunststoff stellenweise vom Einlegeteil lösen oder es können Spannungsrisse entstehen.
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Zudem weist die Verbindung zwischen Welle und Kunststoff nur eine geringe Haltekraft auf, so dass nur ein geringes Drehmoment übertragen werden kann. Andererseits können bei kleinen Einlegeteilen unvollständige Verbindungen entstehen.
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Ein anderes Verfahren sieht vor, den vorgefertigten Kunststoff-Impeller mit einer Presspassung auf den Rotorkörper aufzupressen. Dazu muss der Impeller jedoch mit geringen Toleranzen exakt gefertigt werden, was bei einem großen Spritzgussbauteil nicht unproblematisch ist. Durch die Presskraft kann zudem der Impeller beim Aufpressen reißen oder anderweitig beschädigt werden.
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Durch die unterschiedlichen Temperaturausdehnungs-koeffizienten von Rotorkörper und Impeller kann es auch nach dem Fertigungsprozess noch zu Spannungsrissen im Impeller kommen. Dies wird im Stand der Technik dadurch begünstigt, dass die Wandstärke des Impellers im Bereich der Pressverbindung aufgrund konstruktiver Beschränkungen relativ dünn ausfällt, so dass sich Spannungskräfte nicht ausreichend verteilen können.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Verfahren zur Herstellung eines Lüfterrades zu schaffen, das eine feste Verbindung zwischen den Bauteilen gewährleistet und bei dem keine Beschädigung des Impellers erfolgen kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß dem Anspruch 1 gelöst.
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Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass auf der Welle zunächst ein Flansch drehfest montiert wird, dass in einem Spritzgussprozess der Impeller an die Welle mit dem Flansch angespritzt wird und der Rotorkörper in den fertigen Impeller mit einer Spiel- oder Übergangspassung eingesetzt wird.
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Die Welle und der Flansch bestehen vorzugsweise aus Metall, so dass eine feste Pressverbindung zwischen Welle und Flansch erfolgen kann, ohne dass Beschädigungen oder Verformungen auftreten können. Alternativ oder zusätzlich kann der Flansch auch mit der Welle verschweißt, verklebt, verlötet oder auf andere Weise dauerhaft verbunden werden. Die Welle und der Flansch können auch einen Formschluss aufweisen.
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Danach wird in einem Einlege-Spritzgussprozess der Impeller an die Welle und den Flansch oder auch nur an den Flansch angespritzt. Dabei weist der Flansch eine Fläche zum Impeller auf, die weder zu klein noch zu groß ist, so dass die beim Stand der Technik bekannten Probleme beim Abkühlen des Kunststoffes nicht auftreten können. Zudem kann die Wandstärke des Impellers in diesem Bereich hoch gewählt werden, so dass sich Spannungen gut verteilen können und dadurch kompensiert werden. Zudem kann der Flansch eine Form aufweisen, die eine gute Übertragung des Drehmoments von der Welle auf den Impeller erlaubt. Dazu kann der Flansch beispielsweise am Umfang eine Riffelung aufweisen.
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Der Impeller wird mit einer Ausnehmung gespritzt, in die ein Rotorkörper mit einer Spiel- oder Übergangspassung einsetzbar ist. Der Rotorkörper ist für die Verwendung mit einem Elektromotor vorzugsweise aus Metall. In diesem Fall können Antriebsmagnete am Rotorkörper befestigt werden. Das Lüfterrad kann jedoch auch einen Rotorkörper aus anderen Materialien aufweisen, beispielsweise aus Aluminium. In diesem Fall wäre dann ein ferromagnetischer Rückschluss zwischen Rotorkörper und Antriebsmagnet anzuordnen. Diese Ausführung erlaubt, wegen der seperaten Gestaltung des Rückschlusses, eine Optimierung des EM-Designs, also der elektromagnetischen Flüsse.
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Aufgrund der Spiel- oder Übergangspassung entstehen beim Einsetzen des Rotorkörpers in den Impeller keine Kräfte oder Spannungen, die ein Brechen oder Reißen des Kunststoffes bewirken. Das Lüfterrad kann damit insgesamt einfacher und kostengünstiger hergestellt werden.
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Erfindungsgemäß wird der Rotorkörper mit dem Flansch und/oder der Welle kraft-, form- oder stoffschlüssig verbunden, etwa durch Verstemmen des Rotorkörpers mit dem Flansch. Dadurch verläuft der Kraftfluss nicht mehr von dem Rotorkörper direkt auf den Impeller, wie das im Stand der Technik der Fall ist, sondern von dem Rotorkörper auf den Flansch oder die Welle und von dort über den Flansch auf den Impeller. Dadurch ist eine Kraftübertragung im Bereich der stärksten Verbindungen gesichert.
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Alternativ oder zusätzlich kann es zweckmäßig sein, wenn der Impeller an seinem Innenumfang verteilt radial vorstehende Vorsprünge aufweist, die durch das Einsetzen des Rotorkörpers plastisch verformt werden und eine Zentrierung des Rotorkörpers bewirken. Die Vorsprünge können beispielsweise als axial verlaufende Rippen ausgebildet sein, die beim Spritzguss des Impellers gebildet werden. Die Rippen können sich beim Einsetzen des Rotorkörpers leicht plastisch verformen, da seitlich genug Freiraum vorhanden ist, in den der Kunststoff ausweichen kann. Die Rippen bewirken dadurch eine Zentrierung des Impellers am Rotorkörper. Bei der Montage entstehen jedoch keine Spannungen im Impeller selbst, da die gesamte Energie durch die plastische Verformung der Rippen abgeleitet wird. Der Impeller kann daher nicht Reißen oder Brechen. Zusätzlich wirken die Rippen zur Geräuschdämmung.
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Für die Verwendung des Lüfterrades in einem Elektromotor kann an dem Rotorkörper ein Antriebsmagnet oder mehrere Antriebsmagnete befestigt werden.
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Die Erfindung umfasst auch ein Lüfterrad nach dem Oberbegriff des Anspruch 1, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Impeller und der Rotorkörper eine Spiel- oder Übergangspassung aufweisen und der Impeller und/oder der Rotorkörper Mittel zur Fixierung des Impellers am Rotorkörper aufweisen.
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Damit der Impeller bei einer Spielpassung auf dem Rotorkörper hält, kann der Rotorkörper am Impeller befestigt werden. Der Rotorkörper kann dazu beispielsweise mit dem Impeller punktweise verschweißt werden.
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In einer zweckmäßigen Ausführung der Erfindung weist der Rotorkörper Öffnungen auf, in die entsprechende Vorsprünge des Impellers eingreifen. Die Vorsprünge werden zum Fixieren des Impellers am Rotorkörper durch Wärmeeintrag plastisch verformt. Die Vorsprünge am Impeller können im Spritzguss geformt werden oder sie können auch mit einem Heißdorn, der durch den Impeller gedrückt wird, gebildet werden. Die plastische Verformung erfolgt so, dass die Öffnung zumindest teilweise überdeckt und hintergriffen wird.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist der Impeller wenigstens einen Vorsprung auf, der in eine entsprechende Öffnung des Rotorkörpers eingreift und der durch Wärmeeintrag plastisch verformbar ist.
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Alternativ oder zusätzlich weist der Impeller am Innenumfang axial verlaufende, radial vorstehende Vorsprünge auf, die durch das Einsetzen eines Rotorkörpers plastisch verformbar sind.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigt:
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1 einen erfindungsgemäßen Lüfter,
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2 eine Schrägansicht des Lüfterrades des Lüfters der 1,
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3 eine Welle mit aufgesetztem Flansch gemäß einem ersten Verfahrensschritt,
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4 ein Schnitt durch den an die Welle angespritzten Impeller gemäß einem zweiten Verfahrensschritt,
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5 einen Schnitt durch den Rotorkörper und
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6 einen Schnitt durch das fertige Lüfterrad gemäß einem dritten Verfahrensschritt.
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Die 1 zeigt einen Schnitt durch einen im Ganzen mit 1 bezeichneten erfindungsgemäßen Lüfter. Der Lüfter 1 hat einen Elektromotor 2 als Drehantrieb. Der Motor 2 hat einen Stator 3 und einen Rotor 4. Der Stator 3 weist einen Statorkörper 5 mit mehreren Statorpolen 6 auf, an denen jeweils wenigstens eine Statorwicklung 7 angeordnet ist. Der Rotor 4 wird durch ein erfindungsgemäßes Lüfterrad (2) gebildet.
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Das Lüfterrad 4 weist einen Rotorkörper 8 aus Metall aus. Der Rotorkörper 8 ist topfförmig ausgebildet, so dass er den Stator 3 übergreift. An der Innenseite des Rotorkörpers 8 ist ein Ringmagnet 9 angeordnet, der als Antriebsmagnet gegenüber den Statorpolen 6 angeordnet ist.
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Das Lüfterrad 4 wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt, das im Wesentlichen drei Verfahrensschritte beinhaltet. Die einzelnen Verfahrensschritte sind mit Bezug auf die 3 bis 6 näher erläutert.
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Zuerst wird ein Flansch 10 auf einer Welle 11 befestigt (3). Beide Teile bestehen vorzugsweise aus Metall und werden mit einer Pressverbindung miteinander verbunden. Alternativ oder zusätzlich können die Welle 11 und der Flansch 10 auch verschweiß, verlötet, verklebt oder anderweitig dauerhaft verbunden werden.
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Die so gebildete Einheit aus Welle 11 und Flansch 10 wird dann in einem Einlege-Spritzgussprozess mit einem Kunststoff-Impeller 12 umspritzt (4). Der Flansch 10 weist an seinem Umfang eine Riffelung 13 auf, in die der Kunststoff des Impellers 12 eingreift. Dadurch wird eine drehfeste Verbindung zwischen Flansch 10 und Impeller 12 erzeugt, die auch größere Drehmomente übertragen kann. Der Impeller 12 umschließt ein Ende der Welle 11, wobei dieser Teil des Kunststoffes kein Drehmoment übertragen muss.
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Der Impeller 12 hat eine Ausnehmung 14 zum Einsetzen des Rotorkörpers 8. Der Rotorkörper 8 wird vorzugsweise lose mit einer Spielpassung in den Impeller 12 eingesetzt (5 und 6). Dabei entstehen keine Spannungen im Impeller 12, so dass keine Gefahr besteht, dass der Kunststoff reißt oder bricht. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass keine großen Flächen umspritzt werden müssen, an denen sich Spannungen oder Risse bilden können, wie dies im Stand der Technik der Fall ist.
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Der Rotorkörper 8 wird auf einen Rand des Flanschs 10 aufgeschoben oder aufgepresst, wobei der Rand einen Kragen 18 aufweist, welcher über den Rotorkörper 8 umgeformt wird, um den Rotorkörper kraft- und formschlüssig zu fixieren (6).
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In 6 ist eine alternative oder zusätzliche Befestigungsmethode gezeigt. Hier werden Rotorkörper 8 und Impeller 12 miteinander verbunden. Zur Befestigung des Rotorkörpers 8 am Impeller 12 weist der Rotorkörper 8 an seinem Boden mehrere Öffnungen 15 auf, in die zylinderförmige Vorsprünge 16 des Impellers 12 eingreifen. Diese Vorsprünge 16 werden dann auf der Innenseite des Rotorkörpers 8 warm verformt, beispielsweise verschweißt, so dass die Öffnung 15 überdeckt wird und eine feste Verbindung zum Rotorkörper 8 entsteht. Die Vorsprünge 16 können dabei bereits beim Spritzguss gebildet werden oder erst später beispielsweise mit einem Heißdorn direkt durch die Öffnungen 15 gedrückt werden. Daneben sind noch weitere Befestigungsmöglichkeiten denkbar.
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Statt einer Spielpassung können der Impeller 12 und der Rotorkörper 8 auch eine Übergangspassung aufweisen, wobei die Maße so gewählt sind, dass die Einpresskraft gering genug ist, dass keine Spannungen und Risse im Impeller 12 entstehen können.
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Zusätzlich oder alternativ können am Innenumfang des Impellers 12 radial vorstehende, axial verlaufende Rippen 17 angeordnet sein, die sich beim Einsetzen des Rotorkörpers 8 in die Ausnehmung 14 plastisch verformen und somit einen festen Sitz des Rotorkörpers 8 bewirken, ohne dass der Impeller 12 an sich verformt wird. Diese Rippen können dazu dienen Rotorkörper 8 und Impeller 12 zueinander zu zentrieren und zusätzlich die Geräuschentwicklung zu minimieren.
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Um eine weitere Verbesserung der Drehmomentübertragung zu gewährleisten, kann der Rotorkörper 8 einen Formschluss mit dem Flansch 10 aufweisen.
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Das erfindungsgemäße Lüfterrad 4 ist nicht auf die Verwendung mit einem Elektromotor 2 beschränkt. Es kann auch beispielsweise mit einem Verbrennungsmotor oder einem indirekten Antrieb beispielsweise über einen Riemen angetrieben werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lüfter
- 2
- Elektromotor
- 3
- Stator
- 4
- Rotor/Lüfterrad
- 5
- Statorkörper
- 6
- Statorpol
- 7
- Statorwicklung
- 8
- Rotorkörper
- 9
- Antriebsmagnet
- 10
- Flansch
- 11
- Welle
- 12
- Impeller
- 13
- Riffelung
- 14
- Ausnehmung
- 15
- Öffnung
- 16
- Vorsprung
- 17
- Rippen
- 18
- Kragen
