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Die Erfindung betrifft ein Radialturbomaschinengehäuse mit einem einen Mediumeintritt und einen Mediumaustritt aufweisenden Spiralgehäuse, in dem wenigstens ein antreibbares, drehbares mehrere Schaufeln aufweisendes Laufrad mit einer ersten Drehachse lagerbar ist, und das ferner zumindest teilweise eine Doppelwand aus einem Innenblech und einem Außenblech besitzt, wobei das Innenblech und das Außenblech über gefügte Abstandshalter auf gleichbleibendem Abstand gehalten werden.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Radialturbomaschinengehäuses, das zumindest teilweise eine Doppelwand aus einem Innenblech und einem Außenblech besitzt, wobei das Innenblech und das Außenblech über gefügte Abstandshalter auf gleichbleibendem Abstand gehalten werden.
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Radialturbomaschinen finden als Radialventilatoren, Radialgebläse, Radialverdichter oder Radialpumpen Verwendung. Die Erfindung wird hier vornehmlich für einen Radialventilator beschrieben. Charakteristisch für einen Radialventilator ist ein in einem Spiralgehäuse drehbar gelagertes, angetriebenes Laufrad, das mit einer Mehrzahl von gleichmäßig über den Umfang verteilten Schaufeln bestückt ist, sowie ein mit einem axialen, parallel zur Drehachse des Laufrades verlaufenden Lufteintritt als Mediumeintritt und einem am Umfang des Spiralgehäuses angebrachten radialen bzw. tangentialen Luftaustritt als Mediumaustritt am Spiralgehäuse. Die Schaufeln sind üblicherweise entgegen der Drehrichtung schräg ausgerichtet und in ihrer Fläche planeben oder in Drehrichtung vorwärts oder rückwärts konvex gekrümmt, wobei durch den Abstand zwischen zwei Schaufeln ein Kanal gebildet ist, der beidseitig offen ist. Der Radialventilator kann auch mehrstufig ausgeführt sein.
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Insbesondere ist die erfinderische Anordnung für industriell eingesetzte Radialventilatoren nutzbar mit einem Laufraddurchmesser über 400 mm. In der Regel ist bei derartigen Radialventilatoranordnungen auf einer Seite des Radialventilators ein aus Blechen oder Profilen gebildeter Bock vorhanden, der dem Spiralgehäusegröße angepasst und mit diesem verschweißt oder verschraubt wird. Das bedeutet, dass der Mediumaustritt bereits vor der Verbindung den örtlichen Gegebenheiten angepasst ausgerichtet werden muss. Der dazu notwendige Aufwand ist in der Konstruktion, der Fertigung und der Monate Vorort sehr hoch. Im Grunde muss jede Radialventilatoranordnung neu konstruiert werden und das Spiralgehäuse, insbesondere der dazu gehörende Mediumaustritt, die Antriebsanordnung und der dazu passende Bock aufeinander abgestimmt werden.
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Um das Spiralgehäuse nachträglich in seiner Ausrichtung einstellbar zu machen, ist es nützlich, wenn das Spiralgehäuse möglichst leicht ausgeführt ist, aber dennoch eine erhöhte Steifigkeit besitzt. Hier sind bereits doppelwandige Spiralgehäuse im Einsatz. Deren Fertigung ist aber außerordentlich schwierig und aufwändig, denn zwischen die Innenwand und die Außenwand werden in der Regel in schweißtechnisch komplizierter Art und Weise Lamellen oder Stege eingeschweißt, die als Abstandhalter fungieren. Diese Art von Abstandhaltern wird zwischen dem Außen- und dem Innenblech mit dem Außen- und Innenblech verbunden, was entweder nur an den Rändern eines Bleches möglich ist oder nach sehr teuren Schweißrobotern oder Fügeautomaten verlangt. Deshalb ist es bislang üblich, Versteifungsbleche auf der Oberfläche des Gehäuseblechs anzubringen, was eine anschließende Bearbeitung durch Anstrich, Lackierung oder Beschichtung sehr erschwert.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, die Fertigung eines zumindest teilweise doppelwandigen Radialturbomaschinengehäuses, insbesondere eines Radialventilatorgehäuses, bei gleichzeitiger Beibehaltung oder sogar Erhöhung der Steifigkeit zu vereinfachen. Eine weitere Aufgabe ist eine bessere Nacharbeitungsmöglichkeit zu schaffen.
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Die Aufgabe wird hinsichtlich des erfindungsgemäßen Radialturbomaschinengehäuses durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst und insbesondere dadurch, dass die Abstandhalter rohrförmig mit einer senkrecht zum Außenblech angeordneten Achse ausgebildet sind und an einem Ende einen Kragen oder einen Deckel aufweisen, der eine an der Innenseite des Außenblechs anliegende Fläche besitzt, wobei die Fügung zwischen dem Außenblech und der Fläche durch Öffnungen im Außenblech erfolgt ist.
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Bei dem Radialturbomaschinengehäuse handelt es sich in der Regel um ein Spiralgehäuse. Die Realisierung einer Doppelwandung war bislang außerordentlich kompliziert bis unmöglich. Erst durch die Verwendung von rohrförmigen Abstandshaltern mit Deckel oder Kragen ist eine einfache und besonders steife Konstruktion mühelos möglich. Denn der Ort der Fügung wird von außen zugänglich gemacht.
Dabei kann der rohrförmige Teil des Abstandshalters einen runden, ovalen oder rechteckigen Querschnitt aufweisen.
Das Außen- und Innenblech können relativ dünn sein, denn durch die rohrförmigen Abstandshalter wird die Wandung fast genauso steif wie bei einem dickeren Vollmaterial.
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Es ist von Vorteil, wenn die Fügung zwischen dem Außenblech und der Fläche als Punktschweißverfahren erfolgt ist.
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Es reicht eine kleine Öffnung in der Außenwand, um mit einer Punktschweißung den Abstandhalter bzw. dessen Deckel- oder Kragenfläche mit dem Außenblech zu verschweißen. Zur Sicherheit können natürlich auch mehrere Punktschweißungen durch weitere Öffnungen erfolgen, wobei durch alle die unterhalb des Außenblechs liegende Fläche des Abstandshalters erreichbar sein muss. Ein schönes ästhetisches Bild bietet ein kleiner Kranz von Öffnungen. Wenn das die Oberfläche des Außenblechs überragende Fügemittel eingeebnet ist, ist die ganze Außenfläche besonders glatt und kann gut lackiert oder beschichtet werden.
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Bevorzugt sind die Abstandhalter in Abständen von 80 mm bis 300 mm zueinander angeordnet.
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Versuche haben gezeigt, dass dieser Abstandsbereich der Abstandhalter für einen steifen Aufbau des Radialventilatorgehäuses ausreicht. Genaue Anordnungen in diesem Bereich lassen sich über Finite-Elemente-Methoden genauer festlegen.
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Vorteilhafterweise weisen zumindest die Seitenwände eine Doppelwand auf. Zusätzlich oder alternativ können aber auch die Spiralgehäusedeckel eine Doppelwand aufweisen.
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In den neuen Radialventilatoranordnungen sind bei dem Spiralgehäuse, in denen diese Doppelwände eingesetzt werden, ein Rückwanddeckel auf der Seite der Antriebsanordnung und ein Saugwanddeckel auf der Saugseite mit dem Mediumeintritt vorgesehen. Diese Deckel sind also an den Seitenwänden des Spiralgehäuses angebracht und bilden dadurch einen Teil des Spiralgehäuses. Wenn eine Höheneinstelleinrichtung mit wenigstens einem Deckel des Spiralgehäuses verbunden ist, können Verbindungselemente gelöst werden und die Seitenwände des Spiralgehäuses können mitsamt dem Mediumaustritt gegenüber dem Spiralgehäusedeckel verdreht werden. Anschließend werden die Verbindungselemente wieder fixiert. Dadurch kann auf einfache Weise auch die Lage des Mediumaustritts den örtlichen Gegebenheiten angepasst werden. Bei dem Drehvorgang ist es sinnvoll a) leichte Seitenwände zu nutzen, um die Drehung leichter vollziehen zu können, und b) steife Gehäusedeckel zu haben, denn diese tragen quasi das restliche Gehäuse. Bei der Lieferung einer Radialventilatoranordnung ist es häufig noch nicht eindeutig geklärt, wie die weiterführenden Abluftleitungen verlaufen. Die Flansche müssen aber aufeinander passen. Somit vereinfacht die Erfindung in starker Form den Aufwand, der auf einer Baustelle mit den Anschlüssen getrieben werden muss. Durch eine Höheneinstelleinrichtung kann zudem die passende Aufstellung des Spiralgehäuses in Relation zu der Antriebsanordnung schnell realisiert werden. In diesem Fall kann der die Antriebsanordnung stützende Bock als modulares Bauteil in einer Form gegossen sein und eine vordefinierte Höhe aufweisen.
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Diese neue Ausführungsform des Spiralgehäuses bedeutet auch, dass Spiralgehäuse eine vorgefertigte modulare Bauform haben können. Zumindest die Seitenwände können vorgefertigt sein und nur die Breite des Spiralgehäuses muss entsprechend der Luftförderbedingungen angepasst werden. Bevorzugt ist demnach, dass die Seitenwände modulare Bauteile sind und das Radialturbomaschinengehäuse abhängig vom gewünschten Durchfluss eines Mediums eine Umfangswandung entsprechender Breite besitzt.
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In vorteilhafter Weise ist zwischen Innenblech und Außenblech Dämmstoff eingebracht.
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Ein großer Vorteil der Doppelwandung ist auch, dass der Hohlraum mit Dämmstoffen gefüllt werden kann, um die Schallemission des Ventilators zu mindern. Als Dämmstoff eignen sich unter anderem geschäumte Kunststoffe, geschäumte Elastomere auf Kautschuk-Basis und Mineralwolle.
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Hinsichtlich des Verfahrens zur Herstellung eines Radialturbomaschinengehäuses wird die Aufgabe der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 8 gelöst und insbesondere dadurch, dass rohrförmige Abstandhalter, die zumindest an einem Ende einen Kragen oder einen Deckel mit einer Fläche aufweisen, an der Außenseite des Innenblechs angefügt werden und danach die an der Innenseite des Außenblechs anliegende Fläche durch Öffnungen im Außenblech mit dem Außenblech verbunden werden.
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Die Vorteile, dieses Verfahren anzuwenden, sowie die Merkmale der Ansprüche 9 bis 14 zu nutzen, ergeben sich analog aus der Beschreibung der parallelen Vorrichtungsansprüche.
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Im Folgenden wird die Erfindung mit Hilfe der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen
- 1 eine beispielhafte Radialturbomaschinenanordnung als Radialventilatoranordnung in einer Seitenansicht,
- 2 drei Radialventiltoranordnungen mit unterschiedlichen Antriebsanordnungen jeweils mit zwei verschiedenen Spiralgehäusestellungen,
- 3 eine Radialventilatoranordnung mit einem Spiralgehäuse in drei möglichen Stellungen,
- 4 einen doppelwandigen Rückwanddeckel mit Befestigungselementen,
- 5 eine Detaildarstellung eines Abstandhalters zwischen Innen- und Außenblech,
- 6 ein doppelwandiges Spiralgehäuse,
- 7 ein Seitenteil des Spiralgehäuses mit den Positionen der Abstandhalter,
- 8 einen Saugwanddeckel mit Höheneinstelleinrichtung,
- 9 einen gegossenen Bock aus Beton,
- 10 einen Schnitt durch den Bock zur Darstellung von Kabelkanälen.
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In 1 erkennt man ein Ausführungsbeispiel einer Radialturbomaschinenanordnung in Gestalt einer Radialventilatoranordnung 1, auf die sich auch alle anderen Figuren beziehen.
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Wie häufig üblich besitzt die Radialventilatoranordnung 1 ein Spiralgehäuse 2 mit Seitenwänden 18, bei dem man in 1 allerdings lediglich auf die Umfangswand 19 blickt. In dem Spiralgehäuse ist ein Laufrad 5 mit Schaufeln gelagert, die durch den Ausschnitt in dem Deckel der Revisionsöffnung angedeutet ist. Ferner umfasst das Spiralgehäuse 2 einen Lufteintritt 3 und einen Luftaustritt 4, sowie einen Rückwanddeckel 13 und einen Saugwanddeckel 14. Sowohl die Seitenwände 18 als auch die Spiralgehäusedeckel 13, 14 können vorteilbringend doppelwandig ausgeführt sein. Genauere Darstellungsbeschreibungen finden sich zu den 4 bis 7.
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Die Drehachse 12 des Laufrads fluchtet mit der Drehachse 11 der Antriebswelle 8. Zur Realisierung dieser Anordnung ist das Spiralgehäuse 2 unter anderem mit einer Höheneinstellvorrichtung 15 verbunden. Diese ist aus später beschriebenen Gründen vorzugsweise an einem Spiralgehäusedeckel 13, 14 angebracht.
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Innerhalb der Antriebsanordnung 6 ist die Antriebswelle 8 mit einem Getriebe 9 (in diesem Beispiel ein Riementrieb) und einem Motor 7 gekoppelt. Das Lager 32 der Antriebswelle 8 als auch der weitere Umfang der Antriebsanordnung 6 ist von einem Bock 10 auf einem Grundrahmen 30 getragen.
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Der Bock 10 ist als modulares Bauteil aus einem gießbaren und aushärtbaren Baustoff gebildet. Besonders gut eignet sich Beton oder verstärkter Beton, weil dieser besonders preiswert ist und einen stabilen Bock garantiert. Für die vielen unterschiedlichen Baugrößen von Radialventilatoranordnungen für die Industrie zwischen 400 mm und 1500 mm Laufraddurchmesser benötigt ein produzierendes Unternehmen nur wenige unterschiedliche Gussformen, denn in Kombination mit der Höheneinstellvorrichtung 15 lassen sich alle Kundenwünsche realisieren. In dem Entwicklungsprojekt reichten 3 oder 4 Baugrößen des Bockes 10 aus, um das ganze industrielle Spektrum abzudecken. Eingegossene oder am Bock angebrachte Befestigungselemente 33 erlauben die Verbindung mit anderen Bauteilen, beispielsweise auch mit dem Spiralgehäuse bzw. dessen Rückwanddeckel. Hinzu kommt, dass an dem Bock geschickt Aussparungen angebracht sind, die viele verschiedene Antriebsanordnungen realisierbar machen.
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Einige Beispiele zeigt 2, die in sechs Teilzeichnungen unterteilt ist. Teilzeichnungen mit dem Buchstaben a besitzen als Antriebsanordnung 6 einen Motor mit angekuppelter Antriebswelle 8, Teilzeichnungen mit dem Buchstaben b weisen zusätzlich das zwischengeschaltete Riemengetriebe (wie in 1) auf und Teilzeichnungen mit dem Buchstaben c zeigen einen Direktantrieb. Der zweite Index, also 1 oder 2, unterscheidet Spiralgehäuse 2, die um eine senkrechte Achse um 180° gedreht sind, dass man die Luftaustrittseite also von einer linken auf eine rechte Seite verlegen kann und damit drehrichtungsunabhängig macht. Somit sind bereits viele Varianten von Radialventilatoranordnungen realisierbar. Lediglich für die Variante a ist ein zweiter Bock 10a im Einsatz, der den Motor trägt. Dieser Bock 10a kann ebenfalls als modulares Bauteil in wenigen genormten Größen bevorratet werden, wenn ein Kunde eine diesbezügliche Antriebsanordnung wünscht. Der in allen Variationen genutzte Bock 10 ist bei einem Durchmesser des Spiralgehäuses 2 stets gleich.
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Die Drehbarkeit des Spiralgehäuses 2 wird dadurch möglich, dass man an beiden Seitenwänden 18 einen Spiralgehäusedeckel anbringen kann, also einen Rückwanddeckel 13 oder einen Saugwanddeckel 14, der gleichbeabstandete Verbindungselemente zum Spiralgehäuse 2, bzw. dessen Seitenwänden 18 aufweist. Dies wird besonders in 3 verdeutlicht.
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Im Vordergrund erkennt man den Bock 10 aus Beton, in den bei Guss für den Transport der Radialventilatoranordnung 1 eine Aussparung 17 für eine Kufe eines Gabelstaplers ausgespart wurde. Der Bock trägt in diesem Fall einen Direktantrieb als Antriebsanordnung 6. Die nicht sichtbare Antriebswelle 8 des Motors 7 treibt das im Spiralgehäuse 2 verborgene Laufrad 5 an, indem sie durch den Rückwanddeckel 13 geführt ist. Dieser Rückwanddeckel 13 besitzt auf einem kreisförmigen Umfang mehrere Verbindungselemente 20 mit gleichem Abstand zueinander, die den Rückwanddeckel 13 mit einer Seitenwand 18 verbinden. In diesem beispielhaften Fall seien die Verbindungselemente Schraubenverbindungen. Durch diese festgelegte Anordnung der Verbindungselemente kann das Spiralgehäuse 2 nicht nur um 180° um eine Senkrechte gedreht werden, weil der nichts sichtbare Saugwanddeckel auf der zweiten Seitenwand die gleiche Rasterung hat, sondern vielmehr können die Seitenwände in diskreten Schritten entsprechend der Verbindungselementeteilung zwischen den Spiralgehäusedeckeln 13 und 14 nach dem Lösen der Schrauben gedreht werden und anschließend neu festgelegt werden. Das hat zur Folge, dass für den Luftaustritt eine bestimmte Richtung festgelegt werden kann, die sich an die Gegebenheiten am Aufstellungsort anpassen kann, ohne dass die Konstruktion der Radialventilatoranordnung verändert werden muss. In übereinander gezeichneter Weise sind beispielhaft drei unterschiedliche Raumpunkte für den einstellbaren Lauftaustritt 4, 4', 4" dargestellt.
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Es ist vorteilhaft, wenn für solche eine variabel einstellbare Radialventilatoranordnung zumindest die Seitenwände 18 und/oder die Deckel 13, 14 besonders leicht, aber auch besonders steif ausgelegt sind. Dazu wählt man eine Doppelwand 22, bei der ein Innenblech 23 und ein Außenblech 24 mittels Abstandshaltern 25 voneinander beabstandet sind. Ist der Raum zwischen dem Innenblech 23 und dem Außenblech 24 zusätzlich mit Dämmstoffen gefüllt, leistet die Radialventilatoranordnung einen sehr großen Beitrag zur Schallreduzierung. Als Dämmstoff eignen sich unter anderen geschäumte Kunststoffe, geschäumte Elastomere auf Kautschuk-Basis und Mineralwolle. Derartige Ausführungsformen mit Doppelwandung 22 werden in den 4, 5, 6 und 7 näher erläutert.
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4 zeigt einen Rückwanddeckel 13, der mit Befestigungselementen 33 an dem Bock 10 drehfest eingehängt werden kann. Das hat den Vorteil, dass der Rückwanddeckel 13 nach dem Lösen der Verbindungselemente 20 immer noch befestigt ist und die Seitenwände 18 des Spiralgehäuses 2 besonders einfach gedreht werden können. 24 Verbindungselemente erlauben entsprechend Drehwinkelveränderungen des Spiralgehäuses in 15°-Schritten.
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6 zeigt alternativ oder zusätzlich ein Spiralgehäuse 2 in doppelwandiger Ausführung. Die Seitenwand 18 besitzt ein Innenblech 23 und Außenblech 24, die über Abstandshalter 25 beabstandet sind. Die beispielhafte Verteilung von rohrförmigen Abstandshaltern 25 erkennt man in 7.
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Eine spezielle, sehr vorteilhafte Möglichkeit zur Bildung der Doppelwand 22 zeigt 5 im Detail. Jeder rohrförmige Abstandshalter 25 wird an ein Innenblech 23 beispielsweise mit Schweißnähten oder Schweißpunkten 29 gefügt. Am anderen Ende des rohrförmigen Abstandhalters 25 besitzt dieser einen Kragen (oder einen Deckel) 27, der eine der Innenseite des Außenblechs 24 zugewandte Fläche 28 aufweist. Diese Fläche 28 wird durch Öffnungen 34 im Außenblech 24 über ein Fügeverfahren mit diesem verbunden. Bis auf diese kleinen, in der Regel Schweißpunkte, die auch eingeebnet werden können, hat man auf der Außenseite des Spiralgehäuses eine vollkommen glatte Oberfläche, die besonders sauber lackiert oder beschichtet werden kann. Der Raum zwischen Innenblech 23 und Außenblech 24 kann beispielsweise mit Mineralwolle 37 zur Schalldämmung gefüllt sein.
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8 zeigt den dem Rückwanddeckel 13 auf der anderen Seite des Spiralgehäuses 2 gegenüberliegenden Saugwanddeckel 14, der ebenfalls doppelwandig sein kann. Er hat die gleiche Aufteilung an Verbindungselementen 20. Ebenfalls 24 Verbindungselemente auf dem gleichen Kreisdurchmesser 21 wie beim Rückwanddeckel. Der Saugwanddeckel 14 ist zusätzlich mit der Höheneinstelleinrichtung 15 verbunden. Damit kann vereinfacht die Drehachse 11 der Antriebswelle und die Drehachse 12 des Laufrades auf die gleiche Höhe gebracht werden.
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Mit 9 und 10 werden zusätzliche Vorteile des Bocks 10 der erfindungsgemäßen Radialventilatoranordnung 1 näher erläutert. So ist es möglich, dass beim Guss Befestigungselemente für Motoren, Getriebe, Wellenlagerungen oder eines Rückwanddeckels des Spiralgehäuses eingebracht werden. Oder es wird vorgesehen, dass nicht ausgegossene Kabelkanäle 36 vorhanden sind, was eine versteckte Kabelführung zu Schaltern, Anschlüssen, Leuchtelementen 35 oder Ähnlichem ermöglicht und das ästhetische Erscheinungsbild verbessert. Als auffälliges Feature kann beispielsweise auch ein durch den Blindstrom der Radialventilatoranordnung beleuchtetes Firmenschild den Funktionszustand anzeigt. Ferner ist es vorteilhaft, wenn in dem Bock direkt beim Guss Aussparungen für die Kufen eines Staplers vorgesehen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Radialventilatoranordnung
- 2
- Spiralgehäuse
- 3
- Lufteintritt, Mediumeintritt
- 4, 4', 4"
- Luftaustritt, Mediumaustritt
- 5
- Laufrad
- 6
- Antriebsanordnung
- 7
- Motor
- 8
- Antriebswelle
- 9
- Getriebe
- 10, 10a
- Bock
- 11
- Drehachse Antriebswelle
- 12
- Drehachse Laufrad
- 13
- Rückwanddeckel, möglicher Spiralgehäusedeckel
- 14
- Saugwanddeckel, möglicher Spiralgehäusedeckel
- 15
- Höheneinstelleinrichtung
- 16
- Aussparung für unterschiedliche Antriebsanordnungen
- 17
- Aussparung für Gabelstaplerkufe
- 18
- Seitenwand Spiralgehäuse
- 19
- Umfangswand Spiralgehäuse
- 20
- Verbindungselement
- 21
- Kreis
- 22
- Doppelwand
- 23
- Innenblech
- 24
- Außenblech
- 25
- Abstandshalter
- 26
- Rohr
- 27
- Kragen, Deckel
- 28
- Fläche
- 29
- Schweißnaht oder Schweißpunkt
- 30
- Grundrahmen
- 31
- Revisionsöffnung
- 32
- Lager Antriebswelle
- 33
- Befestigungselement
- 34
- Öffnung Außenblech
- 35
- Schaltelemente, Elektronik
- 36
- Kabelkanal
- 37
- Dämmstoff, Mineralwolle
