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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schaufelrad für Axialventilatoren oder Radial- bzw. Diagonallüfter, umfassend mehrere Schaufeln und ein Trägerteil, an dem die Schaufeln angeordnet sind, wobei das Trägerteil und/oder die Schaufeln aus Kunststoff bestehen, sowie ein Ventilator- bzw. Gebläsegehäuse zur Aufnahme eines derartigen Schaufelrades.
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Bei hohen Brandschutzanforderungen mit hohen Festigkeitsanforderungen werden in der Regel Schaufelräder aus Metall eingesetzt.
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Schaufelräder aus Kunststoff unterliegen je nach Anwendung unterschiedlichen Brandschutzanforderungen wie z. B. nach der Vorschrift UL94 „Tests for Flammability of Plastic Materials for Parts in Devices and Applications” der Underwriters Laboratories (UL), welche ein Verfahren zur Beurteilung und Klassifizierung der Brennbarkeit von Kunststoffen beschreibt und inhaltsgleich in die Normen IEC/DIN EN 60695-11-10 und -20 übernommen wurde. Entsprechend diesen Normen werden unter festgelegten Versuchsbedingungen mit offener 50-Watt- oder 500-Watt-Flamme Tests an Prüfkörpern mit vorgeschriebener Abmessung durchgeführt. Dabei werden die Brennzeit und bei den sogenannten V-Prüfungen auch das Abfallen brennender Teile bewertet. Insbesondere müssen dabei die Kunststoffschaufelräder die Anforderungen V-0 und V5A nach UL94 erfüllen. Hierbei bedeuten: a) V-2: Verlöschen einer vertikal eingespannten Probe innerhalb von 30 Sekunden nach Einwirkung einer 50 Watt-Flamme; b) V-1: wie V-2, wobei jedoch kein brennendes Abtropfen von Kunststoffschmelze zulässig ist und c) V-0: wie V-1, jedoch mit einem Verlöschen der Flamme innerhalb von 10 Sekunden. Die Kunststoffschaufelräder, welche also die Klassifizierung V-2 erfüllen müssen, werden zusätzlich mit der 500-Watt-Flamme geprüft, wobei die dementsprechenden Klassifizierungen folgende Bedeutung haben: d) 5VB: Verlöschen einer vertikal eingespannten Probe nach fünfmaliger Beflammung für je fünf Sekunden, wobei kein Abtropfen zulässig ist; e) 5VA: wie 5VB, wobei ein zusätzlicher Test an einer horizontal eingespannten Platte erfolgt und weder ein Abtropfen noch die Bildung von Brandlöchern mit einem Durchmesser > 1 mm zulässig sind.
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Kunststoffe wie z. B. Polypropylen oder Polyamid mit einem Glasfaseranteil und mit einem Zusatz aus einem Flammschutzmittel haben mechanisch schlechtere Eigenschaften als Kunststoffe, die nur Glasfaseranteile enthalten. Aus diesem Grunde erreichen Schaufelräder aus Kunststoff, bei denen das Kunststoffmaterial ein Flammschutzmittel enthält, so dass diese Kunststoffräder die Anforderung nach UL94 (V-0; V5A) erfüllen, nicht die gleiche Betriebsdrehzahl, wie Kunststoffschaufelräder, bei denen das Kunststoffmaterial kein Flammschutzmittel enthält.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ausgehend von Schaufelrädern aus Kunststoff, diese derart auszugestalten, dass sie höchsten Brandschutzanforderungen genügen und insbesondere die Kriterien der Klassifizierungen V-0 und V5A nach UL94 erfüllen, wobei jedoch diese Kunststoffschaufelräder die gleiche Betriebsdrehzahl erreichen sollen, wie Kunststoffschaufelräder aus dem gleichen Material, wenn das Kunststoffmaterial kein Flammschutzmittel enthält.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass das Trägerteil und/oder die Schaufeln des Schaufelrades vollständig oder teilweise mit einer als Brandschutzbeschichtung wirkenden Intumeszenz-Beschichtung versehen sind. Die Forderungen nach UL94 (V-0; V5A) können so erfüllt werden. Da das Material des jeweiligen Grundkörpers von Trägerteil und/oder Schaufeln, auf dem sich jeweils die Beschichtung befindet, von Flammschutzmittelzusätzen frei bleiben kann, wird dadurch die Festigkeit dieser Bauteile und damit die erzielbare Maximaldrehzahl nicht gemindert.
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Hierbei besteht die Intumeszenz-Beschichtung vorzugsweise aus einer Polymer-Bindemittelmatrix, in der ein Intumeszenz-Flammschutzmittel eingebunden ist. Als Polymermaterial der Bindemittelmatrix wird zweckmäßigerweise Polypropylen oder Polyamid verwendet.
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Die Intumeszenz-Beschichtung kann als Lack oder als Beschichtung durch Tauchen, Spritzen oder dergleichen aufgebracht werden.
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Das Wirkprinzip einer derartigen Intumeszenz-Beschichtung besteht darin, dass unter Hitzeeinwirkung zunächst ein Aufschäumen erfolgt, d. h. es entsteht eine Isolierungsschicht als Hitzebremse, so dass eine geschäumte Ascheschicht gebildet wird, welche die Sauerstoffzufuhr und somit die Flammenausbreitung behindert. Weiterhin liegt eine endotherme Wirkung durch Hydrate vor, die durch Wasserdampffreisetzung eine Kühlung bewirken. Zudem entsteht ein Expansionsdruck, wodurch eventuelle Spalte versiegelt werden können. Somit wird durch die Intumeszenz-Beschichtung im Brandfall eine Dämmschicht ausgebildet.
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Vorteilhafterweise umfasst die Zusammensetzung einer erfindungsgemäßen Intumeszenz-Beschichtung Polyalkohole, die als Kohlespender bei der Ausbildung der als Hitzebremse wirkenden Isolierungsschicht fungieren, Ammoniumpolyphosphat zur Erzielung einer endothermen Wirkung sowie als Säurespender und/oder Melaminharze als Treibmittel.
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Insbesondere eignen sich als Flammschutzmittel organische Triphosphate (Phosphorsäureester). Als Flammschutzmittel eignet sich beispielweise insbesondere auch DOPO (9,10-Dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthren-10-oxid).
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Hierbei handelt es sich um ein halogenfreies Flammschutzmittel, das insbesondere mit Epoxidharzen verwendet werden kann.
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Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Gehäuse mit einer Gehäusewandung zur Aufnahme eines Schaufelrades gemäß der Erfindung, wobei die Gehäusewandung vollständig oder teilweise mit der erfindungsgemäßen Intumeszenz-Beschichtung als Brandschutz-Beschichtung versehen ist.
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Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten und werden an Hand der in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Schaufelrades für einen Axialventilator,
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2 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Schaufelrades für einen Radial- bzw. Diagonallüfter,
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3 einen Axialschnitt durch ein erfindungsgemäßes Gehäuse zur Aufnahme eines Schaufelrades für ein Radial-Gebläse gemäß 2,
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4 eine Detailansicht im Schnitt gemäß IV-IV in 1, 2 und 3.
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In den 1 bis 4 sind gleiche Teile bzw. funktionsgleiche Teile mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Sofern bestimmte beschriebene und/oder aus den Zeichnungen entnehmbare Merkmale des erfindungsgemäßen Schaufelrades oder seiner Bestandteile nur im Zusammenhang mit einem Ausführungsbeispiel beschrieben sind, sind diese aber auch gemäß der Erfindung unabhängig von diesem Ausführungsbeispiel als Einzelmerkmal oder aber auch in Kombination mit anderen Merkmalen des Ausführungsbeispiels wesentlich und werden als zur Erfindung gehörig beansprucht.
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1 zeigt eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Schaufelrades 1 für einen Axialventilator. Dieses Schaufelrad 1 besteht aus einem Trägerteil 2, das im dargestellten Ausführungsbeispiel becherförmig ausgebildet ist, und aus einer im Querschnitt – abgesehen von optional vorhandenen Verstärkungsrippen usw. – im Wesentlichen kreisförmigen Umfangswandung 3 besteht und aus einem endseitigen Bodenteil 4. Dieses Trägerteil 2 bildet den Rotor eines elektrischen Außenläufermotors. Am äußeren Umfang der Umfangswandung 3 sind Schaufeln 5 umfangsgemäß, vorzugsweise in gleichen Abständen, angeordnet. Das Trägerteil 2 kann auch nur aus einem von der Umfangswandung gebildeten Ringteil bestehen, das auf den Rotor eines Außenläufermotors aufgepresst wird.
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Das Trägerteil 2 sowie die Schaufeln 5 sind vorzugsweise aus Kunststoffmaterial, wie beispielsweise einem glasfaserverstärkten Polyamid oder einem glasfaserverstärktem Polypropylen, ausgebildet und werden vorzugsweise einstückig in einem Spritzgießverfahren hergestellt. Auf seiner Oberfläche ist das Schaufelrad 1 ganzflächig oder teilweise mit einer erfindungsgemäßen Intumeszenz-Beschichtung 6 als Brandschutzbeschichtung nach UL94 (V-0; V5A) versehen. Diese Intumeszenz-Beschichtung 6 umfasst vorzugsweise eine Polymer-Bindemittelmatrix und ein in diese Matrix eingebundenes Intumeszenz-Flammschutzmittel, wobei zusätzlich Füllstoffe mit enthalten sein können.
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Es liegt ebenfalls im Rahmen der Erfindung, wenn das Trägerteil 2 und die Schaufeln 5 nicht einstückig, sondern als separate Bauteile ausgebildet sind und beispielsweise über Schraubverbindungen oder dergleichen miteinander verbunden sind.
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Der Glasfaseranteil in dem für die Herstellung des Trägerteils 2 und der Schaufeln 5 verwendeten Kunststoffmaterials beträgt vorzugsweise maximal 50 Masse-%.
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In 4 ist zu erkennen, dass die erfindungsgemäße Intumeszenz-Beschichtung 6 beidseitig auf den Schaufeln 5 aufgebracht werden kann. Der aus Kunststoff bestehende Grundkörper der Schaufel ist darin mit dem Bezugszeichen G bezeichnet. Bei dem Trägerteil 2 ist die Intumeszenz-Beschichtung 6 vorzugsweise beidseitig am Trägerteil 2 vorhanden.
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Die Intumeszenz-Beschichtung 6 besitzt vorzugsweise eine Schichtdicke d von 50 μm bis 500 μm, so dass gilt: 50 μm ≤ d ≤ 500 μm. Die erfindungsgemäße Intumeszenz-Beschichtung 6 kann beispielsweise als Lack aufgetragen sein oder aber die Intumeszenz-Beschichtung 6 kann insbesondere in einem Spritz- oder Tauchverfahren aufgebracht werden. Als Flammschutzmittel wird insbesondere ein Phosphorsäureester verwendet, wobei beispielsweise auch Ammoniumpolyphosphat zur Anwendung kommen kann. Weiterhin ist es erfindungsgemäß möglich, als halogenfreies Flammschutzmittel beispielsweise 9,10-Dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthren-10-oxid zu verwenden, für welches auch die Bezeichnung DOPO üblich ist. Hierbei ist es von Vorteil, wenn als Bindemittel ein multifunktionelles Epoxidharz Verwendung findet.
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Die Wirkungsweise eines derartigen erfindungsgemäßen Flammschutzmittels beruht auf drei unterschiedlichen Abläufen, und zwar: Zunächst wird eine schwerentzündliche Karbon-Schicht ausgebildet, die eine Schutzschicht darstellt und somit die Menge des brennbaren Materials verringert. Eine zweite Wirkung entsteht durch die sogenannte Intumeszenz, wobei durch bei der Reaktion unter Hitzeeinwirkung freiwerdende Gase eine voluminöse Schutzschicht ausgebildet wird. Die dritte Wirkung beruht darauf, dass Radikale, insbesondere phosphoroxidische Radikale (PO), freigesetzt werden, die bei Hitze entstehen und den radikalischen Verbrennungsablauf inhibierend beeinflussen.
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Die erfindungsgemäß verwendeten Bindemittel für die Bindemittelmatrix umfassen beispielsweise Polyurethane, Silikonkautschuke, Silikonharze, Phenolharze, Melaminharze, Epoxidharze, Polyvinylazetate, Harnstoff-Aldehydharze und/oder auch z. B. Polypropylen.
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Anorganische Füllstoffe, die innerhalb der Intumeszenz-Beschichtung enthalten sein können, sind beispielsweise Siliciumdioxid, Siliciumcarbid, Titandioxid, Natriumborat, Zinkborat und/oder Natriumphosphat.
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In 2 ist eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Schaufelrades 7 für ein Radialgebläse dargestellt. Dieses Schaufelrad besteht aus den Schaufeln 8, die zwischen einer Deckscheibe 9 und einer Bodenscheibe 10 angeordnet sind, wobei die Bodenscheibe 10 und die Deckscheibe 9 jeweils das Trägerteil bilden. Erfindungsgemäß sind sowohl die Schaufeln 8, als auch die Bodenscheibe 10 und die Deckscheibe 9 vorzugsweise vollflächig an ihrer gesamten Oberfläche mit einer erfindungsgemäßen Intumeszenz-Beschichtung 6, wie zu 1 und 4 bereits beschrieben, versehen. Hierbei bestehen die Schaufeln 8 sowie die Bodenscheibe 10 und die Deckscheibe 9 aus einem Kunststoffmaterial, wie beispielsweise Polyamid oder Polypropylen, das vorzugsweise glasfaserverstärkt ist. Die Schaufeln 8, die Bodenscheibe 10 und die Deckscheibe 9 können einstückig oder aus mehreren Teilen zusammengefügt bestehen und durch Spritzgießverfahren hergestellt sein. Das Aufbringen der Intumeszenz-Beschichtung 6 erfolgt auch bei dieser Ausführungsform wie zu 1 beschrieben.
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In 3 ist beispielhaft ein elektromotorisch angetriebenes Radialgebläse 11 mit einem Schaufelrad 7 ähnlich der in 2 dargestellten Ausführung gezeigt. Ein derartiges Radialgebläse 11 besteht im Wesentlichen aus einem Gebläsegehäuse 12, dem Schaufelrad 7, bestehend aus den Schaufeln 8, der Bodenscheibe 10 und der Deckscheibe 9 und einem Elektromotor 13. Das Gebläsegehäuse 12 setzt sich zusammen aus einer Umfangswandung 15, einer in der Ebene senkrecht zu einer Motorwelle 16 angeordneten, vorderen Stirnwandung 17 mit einer Einlassöffnung 18, einer zwischen dem Schaufelrad 7 und dem Elektromotor 13 angebrachten, hinteren Stirnwandung 19 sowie einer an der hinteren Stirnwandung 19 angebrachten, den Motor 13 umschließenden Abdeckkappe 20. Der Motor 13 ist als Außenläufermotor ausgebildet, wobei ein Stator 21 von einem Rotor 22 umschlossen wird, der über eine Motorwelle 16 das Schaufelrad 7 antreibt.
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Das Gebläsegehäuse 12 besteht aus einem Kunststoffmaterial, wie beispielsweise einem glasfaserverstärkten Polyamid oder Polypropylen. Auf seiner Oberfläche ist das Gebläsegehäuse 12 ganz oder teilweise mit einer erfindungsgemäßen Intumeszenz-Beschichtung 6 versehen. Was die Zusammensetzung und das Aufbringen der Intumeszenz-Beschichtung 6 betrifft, so kann voll auf die Ausführungen zu 1 verwiesen werden.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungen. Ferner ist die Erfindung bislang auch noch nicht auf die in den Ansprüchen 1 und 14 definierten Merkmalskombinationen beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmalen definiert sein. Dies bedeutet, dass grundsätzlich praktisch jedes Einzelmerkmal der unabhängigen Ansprüche weggelassen bzw. durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann. Insofern sind die Ansprüche lediglich als ein erster Formulierungsversuch für eine Erfindung zu verstehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Normen IEC/DIN EN 60695-11-10 und -20 [0003]
