DE19707557A1 - Schaufelrad für eine von einem Medium durchströmte Maschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Schaufelrad für eine von einem Medium durchströmte Maschine. Als Medium kommen eine Flüssigkeit oder Gas in Betracht. Bei der Maschine handelt es sich beispielsweise um einen hydrodynamischen Retarder oder um eine Kupplung oder um einen Lüfter. Das Schaufelrad kann beispielsweise ein Rotorschaufelrad oder ein Statorschaufelrad sein.

Hydrodynamische Maschinen sind seit langem bekannt. Auf DE 43 11 356 A1 wird verwiesen. Derartige Maschinen umfassen als wesentliche Komponenten ein Rotorschaufelrad, ein Statorschaufelrad sowie ein Gehäuse. Die beiden Schaufelräder sind aus einem Grundkörper aufgebaut sowie aus einer Mehrzahl von Schaufeln. Die beiden Schaufelräder bilden miteinander einen ringförmigen Arbeitsraum, der häufig einen annähernd kreisförmigen Querschnitt aufweist. Die Schaufeln sind über den Umfang eines jeden Schaufelrades verteilt angeordnet. Dabei sind sie meist gegen eine achssenkrechte Ebene geneigt. Der Arbeitsraum ist mit einem Arbeitsmedium beispielsweise mit Öl, füllbar. Handelt es sich um eine hydrodynamische Bremse und ist der Arbeitsraum mit Arbeitsmedium gefüllt, so befindet sich die Bremse in einem Zustand, in dem sie ihre Bremsfunktion ausüben kann.

Der große Vorteil solcher hydrodynamischer Maschinen besteht darin, daß sie verschleißfrei arbeiten. Hydrodynamische Bremsen haben außerdem den besonderen Vorteil gegenüber mechanischen Bremsen, daß sie auch bei Dauerbetrieb mit zur Verfügung stehender Kühlleistung nicht ermüden. Wegen der gestiegenen Sicherheitsanforderungen im Straßenverkehr werden daher hydrodynamische Bremsen immer häufiger eingesetzt. Da somit Retarder in großen Stückzahlen hergestellt werden, besteht das Bedürfnis nach einer besonders rationellen Fertigung. Die bisher bekannten Retarder sind derart aufgebaut, daß die Fertigung verhältnismäßig aufwendig und teuer ist. Die Schaufelräder von hydrodynamischen Maschinen wurden bisher meist im Gußverfahren hergestellt. Dies ist deshalb aufwendig, weil zum Erzeugen der Schaufeln für die Zwischenräume zwischen einander benachbarten, schräg angeordneten, geraden Schaufeln Gießkerne vorgesehen werden müssen. Außerdem kann eine Nachbearbeitung notwendig werden, da der Wirkungsgrad nur dann gut ist, wenn die Oberfläche des Arbeitsraumes glatt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schaufelrad der eingangs genannten Art derart zu gestalten, daß es im Aufbau noch einfacher als bisher ist, daß die Montage der Einzelelemente noch leichter als bisher erfolgen kann, daß das Schaufelrad die notwendige Festigkeit aufweist, und daß die strömungsführenden Elemente hydrodynamisch optimal gestaltet sind.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Damit haben die Erfinder eine verblüffend einfache Art einer Schaufelradgestaltung geschaffen.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Retarder. Dabei ist auf einer Retarderwelle 1 ein Rotorschaufelrad 2 befestigt. Koaxial zum Rotorschaufelrad ist ein Statorschaufelrad 3 angeordnet. Ein Gehäuse 4 ist einteilig mit dem Statorschaufelrad 3 gebildet.

Fig. 2 ist eine perspektivische Teilansicht des Rotorschaufelrades 2 gemäß Fig. 1. Wie man sieht, umfaßt das Rotorschaufelrad 2 eine Vielzahl von Schaufeln 2.1. Diese sind in den Grundkörper 2.2 des Statorschaufelrades eingesetzt. Der Grundkörper 2.2 bildet zu diesem Zwecke einen Hohlraum, der in einem achsparallelen Schnitt wenigstens annähernd halbkreisförmig ist.

Jede Schaufel 2.1 weist eine Vorderkante 2.1.1 auf, ferner eine konvexe Hinterkante 2.1.2, die der Kontur des Hohlraumes des Grundkörpers 2.2 folgt.

Gemäß der Erfindung ist jede Schaufel 2.1 mit einem Schenkel 2.1.3 versehen. Dieser Schenkel ist einteilig mit der Schaufel 2.1. Der Schenkel 2.1.3 erstreckt sich von der betreffenden Schaufel, deren Bestandteil er bildet, bis zur benachbarten Schaufel.

Ist die Schaufel aus Blech hergestellt, beispielsweise durch Ausstanzen, so wird der Schenkel beispielsweise durch Abkröpfen erzeugt. Hierbei kann der Schenkel wie in Fig. 2 einteilig ausgeführt oder wie in Fig. 2a aus mehreren Lappen bestehend ausgeführt sein.

Im vorliegenden Falle ist die gesamte Innenfläche des Grundkörpers 2.2 von den genannten Schenkeln 2.1.3 der Schaufeln 2.1 ausgekleidet. Dies hat den Vorteil, daß der Kreislauf nicht mit hydrodynamischen Störstellen behaftet ist. Die Innenfläche des Grundkörpers 2.2 ist von der Arbeitsflüssigkeit nicht berührt wird, da die Strömungsführung durch die Innenflächen der Schenkel 2.1.3 übernommen wird.

Fig. 3a zeigt in einer Explosionsdarstellung eine Anzahl von Schaufeln 2.1 und von Verbindungselementen 2.2. Die genannten Elemente sind in einer solchen Zahl und in einer derartigen Gestalt vorzusehen, daß sie nach Zusammenfügen einen geschlossenen Kranz miteinander bilden.

Dabei können die genannten Teile - Schaufeln 2.1 und Verbindungselemente 2.2 zum Zwecke des Zusammenfügens zu einem Kranz in eine entsprechende Vorrichtung eingelegt werden.

Fig. 3c zeigt den Gegenstand von Fig. 3b im Schnitt I-I.

Fig. 3d zeigt den Gegenstand ausgeführt als gerade geschaufeltes Rad im Schnitt I-I.

Es ist auch bekannt, Schaufelräder als Blechkonstruktion auszuführen. Dabei wird der Grundkörper aus einer Blechplatte ausgestanzt und anschließend in eine Vorrichtung gedrückt, so daß er seine Arbeitsgestalt annimmt; die Schaufeln werden ebenfalls ausgestanzt, in den Grundkörper eingesetzt und festgelötet oder geschweißt.

Fig. 4 zeigt drei zusammengefügte Schaufeln 2.1 mit einem zum Mittelpunkt hin abgekröpften Blechlappen 2.1.4. Durch Verbinden dieser Blechlappen 2.1.4 mit einer Nabe oder einer Welle gelingt es, den Grundkörper 2.2 "wegzurationalisieren". Dies bedeutet eine erhebliche Einsparung am Material, Gewicht und Kosten.

Fig. 5 zeigt in perspektivischer Darstellung fünf zusammengefügte Schaufeln 2.1.

Claims (16)

1. Schaufelrad für eine von einem Medium durchströmte Maschine, zum Beispiel für eine hydrodynamische Maschine oder für ein Gebläse, mit den folgenden Merkmalen:

• 1.1 das Schaufelrad umfaßt einen Kranz, gebildet aus einer Vielzahl von Schaufeln und einer Vielzahl von Verbindungselementen, die beide in Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet sind;
• 1.2 die Verbindung zwischen den Schaufeln und den Verbindungselementen ist direkt oder indirekt durch Schweißen, Löten oder Kleben hergestellt.

2. Schaufelrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln und die Verbindungselemente gemeinsam den mediumführenden Torus des Schaufelrades bilden.

3. Schaufelrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln und die Verbindungselemente wenigstens auf der dem Medium zugewandten Seite einen Überzug aus einem thermoplastischen Material aufweisen.

4. Schaufelrad nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln und die Verbindungselemente auf beiden Seiten einen Überzug aus einem thermoplastischen Material aufweisen.

5. Schaufelrad nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug durch Tauchen in das flüssige Material und durch anschließendes Aushärten hergestellt ist.

6. Schaufelrad nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug zu einem wesentlichen Teil zur Festigkeit des Kranzes beiträgt.

7. Schaufelrad nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement jeweils mit einer von zwei einander benachbarten Schaufeln einteilig ist.

8. Schaufelrad nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement mit zwei einander benachbarten Schaufeln einteilig ist.

9. Schaufelrad nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kranz in einen torusförmigen Grundkörper eingesetzt und daran befestigt ist.

10. Schaufelrad nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kranz alleine das Schaufelrad bildet.

11. Verfahren zum Herstellen eines Schaufelrades für eine von einem Medium durchströmte Maschine, zum Beispiel für eine hydrodynamische Maschine oder für ein Gebläse mit den folgenden Merkmalen:

• 11.1 es wird aus einer Vielzahl von Schaufeln sowie aus einer Vielzahl von Verbindungselementen ein Kranz hergestellt, wobei die Schaufeln und die Verbindungselemente in Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet werden;
• 11.2 die Verbindung zwischen den Schaufeln und den Verbindungselementen wird direkt oder indirekt durch Schweißen, Löten oder Kleben hergestellt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kranz in ein Tauchbad aus thermoplastischen Material eingetaucht und danach abgekühlt wird, um nach dem Aushärten einen Überzug zu bilden.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kranz nach seiner Herstellung in einen Grundkörper eingesetzt und an diesem befestigt wird, um mit diesem zusammen das Schaufelrad zu bilden.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung des Kranzes die Verbindung zwischen den Schaufeln und den Verbindungselemente bezüglich ihrer Festigkeit und/oder ihrer Dichtheit nur eine vorläufige ist und lediglich dazu ausreicht, den Kranz bis zu dessen Einsetzen in den Grundkörper zusammenzuhalten.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zum Bilden des Kranzes ein torusförmiger Hilfskörper vorgesehen wird, in welchem der Kranz oder einzelne Baugruppen des Kranzes zusammengebaut werden.

16. Verfahren zum Herstellen eines Schaufelrades für eine von einem Medium durchströmte Maschine, zum Beispiel für eine hydrodynamische Maschine oder für ein Gebläse, mit den folgenden Merkmalen:

• 16.1 es wird ein torusförmiger Grundkörper als Bestandteil des Schaufelrades hergestellt;
• 16.2 es werden eine Vielzahl von Schaufeln sowie eine Vielzahl von Verbindungselementen in den Hohlraum des Grundkörpers eingebracht, so daß ein Kranz gebildet wird, wobei die Schaufeln und die Verbindungselemente in Umfangsrichtung aufeinander folgen;
• 16.3 die Verbindung zwischen Schaufeln und Verbindungselementen mit dem Grundkörper wird durch Befestigen der Schaufeln und/oder der Verbindungselemente am Grundkörper und gegebenenfalls durch gegenseitiges Befestigen von Schaufeln und Verbindungselementen aneinander hergestellt.