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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Herstellung eines Ringlüfters,
bei dem Schaufeln in vorgegebener Anzahl und Ausrichtung an bzw.
in einer Nabe montiert und anschließend ein Außenring auf den Schaufelenden
befestigt wird.
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Es sind verschiedene Verfahren zur
Herstellung von Ringlüftern
bekannt, die in unterschiedlichen technischen Aggregaten als robuste
und kostengünstige
Luftstromerzeuger eingesetzt werden, beispielsweise in transportablen
Raumheizgeräten und
insbesondere als Kühlluftgebläse in Kraftfahrzeugen.
Bei herkömmlichen
Verfahren zur Herstellung von Ringlüftern für Kühlsysteme von Personenkraftwagen
werden die Schaufeln und der Außenring meist
als einstückige
Kunststoff-Formteile hergestellt (vgl.
DE 3 304 297 C2 ). Durch
den als Luftleitelement wirkenden Außenring werden wegen Wegfall
der Vielzahl von gesonderten Luftspalten zwischen den Schaufelspitzen
und der Gehäusewandung
die Strömungsverhältnisse
und damit auch Geräuschemissionen
erheblich verbessert. Nachteilig ist jedoch, daß für unterschiedliche Lüftertypen,
die sich hinsichtlich ihrer Abmessungen, der Schaufelformen, der
Schaufelanzahl etc. voneinander unterscheiden, jeweils gesonderte
Schaufelkränze
mit angeformtem Außenrad hergestellt
werden müssen,
was die Kosten erhöht und
Variationsmöglichkeiten
beschränkt.
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Bei Verfahren zur Herstellung von
Kühlluftgebläsen gemäß z.B. der
DE 33 04 297 C2 für die Kühlsysteme
von z.B. LKW's werden
die Schaufeln und der Außenring
häufig
aus geformten Blechzuschnitten hergestellt, wobei die äußeren Schaufelenden
durchgehend fest, z.B. mittels Nieten, Schweißen od.dgl. mit dem Außenring
verbunden werden. Die Durchführung
der Richtarbeiten der einzelnen Schaufeln und auch das Herstellen
der Nietverbindungen jedes Schaufelendes am Außenring führt zu einem erheblich Herstellungs-
und Kostenaufwand (vgl. auch
US
818 804 A ).
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Aus der
DD 113 795 A ist ein Verfahren zur Herstellung
eines Ringlüfters
für Kühlsysteme
von Kraftfahrzeugen bekannt, bei dem der Außenring mit den Schaufelenden
radial nachgiebig und um die Schaufelachse winkelbeweglich durch
ballige Zapfen verbunden wird. Die Herstellung der einzelnen Bauteile
und auch ihr Zusammenbau erfordern ebenfalls einen erheblichen technischen
Aufwand und bieten praktisch keine Variationsmöglichkeiten.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein
Verfahren zur Herstellung eines Ringlüfters zu schaffen, das auf technisch
einfache Weise eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten des hergestellten
Ringlüfters
gestattet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Aus Kosten- und auch betriebstechnischen Gründen sollten
die Schaufeln und auch der Außenring
als Spritzgußteile
aus einem geeigneten Kunststoff ausgebildet sein.
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Bei einer technologisch und kostenmäßig besonders
zweckmäßiges Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
werden die z.B. im Spritzgußverfahren
hergestellten Kunststoff-Schaufeln
mit ihren jeweiligen Füßen in die
entsprechenden Aufnahmen in der Nabe eingesetzt und nach Einstellung
der gewünschten
Schaufelwinkel durch Zusammenspannen der Nabenteile im formschlüssigen Klemmsitz
fixiert. Ein Außenring
aus vorzugsweise Kunststoff mit mindestens einem Innenwulst von etwa
bogenförmigem
Querschnitt wird z.B. nach dem Spritzgußverfahren hergestellt, wobei
die beim Spritzgießen
gebildeten Angüsse
an der Innenfläche des
Außenrings
stufen- oder noppenförmige Anschlagelemente
für die
eingebauten Schaufeln bilden. Die Nabe mit dem montierten Schaufelkranz wird
in einer Halterung verdrehbar eingespannt und die Schaufelenden
werden mittels eines im Abstand des Radius des Außenringes
positionierten Werkzeugs spanend bearbeitet. Anschließend werden
der Außenring
und die Schaufelenden durch axiale Relativbewegung unter Erhalt
eines Preßsitzes
zusammengefügt,
wobei der Ringwulst am Außenring
in die ausgearbeiteten Kerben der Schaufelenden in dauerhaften Druckeingriff
gelangt.
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Dabei können die Angüsse an der
Innenwandung des Außenringes
so gestaltet und positioniert werden, daß sie als Fixieranschläge für die Schaufelblattenden
wirken und ein Verdrehen der Schaufelenden sowie auch Rutschbewegungen
des Außenringes
verhindern.
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Um die Festigkeit der Verbindung
der Schaufelenden mit dem Außenring
auch unter extremen Bedingungen im Langzeitbetrieb z.B. in heißen Klimazonen
zu gewährleisten,
können
zusätzliche
Fixiermittel installiert werden, welche die Funktion der Schnappverbindung
unterstützen
und/oder ergänzen.
Diesem Zweck dient das im Patentanspruch 3 angegebene Spannelement.
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Durch die winkelverstellbare Montage
der einzelnen Schaufelfüße an der
Nabe kann eine gewünschte
Schrägstellung
der Schaufelblätter
auf einfache Weise gewählt
werden, was die Herstellung verschiedener Lüftertypen bzw. Ausführungen
mit technisch gleichen Mitteln ermöglicht. Ferner kann die Anzahl
an unterschiedlichen Naben für
verschiedenartige Lüfter
dadurch verringert werden, daß die Füße der jeweils
unterschiedlichen Schaufeln gleich ausgebildet sind.
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Bei den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellten Ringlüftern
wird eine feste und spaltfreie Fixierung der Schaufelenden an der
Innenwand des Außenrings
durch den Schnappverschluß zweckmäßig dadurch
erreicht, daß der
Außenring mindestens
einen inneren Ringwulst enthält,
der im Preßsitz
in mindestens eine an jedem Schaufelende ausgebildete Kerbe eingreift,
wobei im übrigen
die Schaufelenden in großflächiger gleichmäßiger Druckanlage
an der Innenwand des Außenringes
gehalten sind. Zum Erzielen dieser gleichmäßigen Druckanlage der Schaufelenden
ist es notwendig, daß ihre
Stoßflächen in
der gewählten
Schaufel-Schrägstellung
dem zylindrischen Verlauf der Innenwand des Außenringes genau folgen. Die
Formgebung der Stoßflächen erfolgt
auf technische einfache Weise durch spanende Bearbeitung. Hierzu
wird ein vormontierter Schaufelkranz in einem dem Innenradius des
Außenringes
entsprechenden Abstand von einem Walzenfräser oder einem entsprechenden Spanwerkzeug
montiert und in Drehung versetzt, so daß die Enden der Schaufeln nacheinander
unter gleichzeitiger Ausformung der Kerbe vom Walzenfräser bearbeitet
werden und ihre Stoßflächen die
der Ringform des Außenringes
entsprechende Kontur erhalten.
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Eine feste und auf einfache Weise
einstellbare Fixierung der Schaufeln an der Nabe wird erreicht, indem
die Schaufelfüße als vorzugsweise
zylindrische oder konische Zapfen ausgebildet sind, die in entsprechend
geformten Aufnahmen in der Nabe sitzen und durch geeignete Mittel
in gewählten
Winkelstellungen arretiert werden. Zweckmäßig erfolgt die Arretierung
der Schaufelfüße durch
Klemmung. Eine besonders geeignete Möglichkeit der gleichzeitigen Klemmfixierung
aller Schaufelfüße zeichnet
sich dadurch aus, daß die
Nabe aus zwei scheibenförmigen profilierten
Bauteilen, aus z.B. Leichtmetall-Guß, besteht, die jeweils etwa
halbzylindrische Aufnahmen für
die Schaufelfüße aufweisen
und z.B. durch Schrauben axial zusammengespannt werden, wodurch
entsprechende Klemmkräfte
auf die in diesen Aufnahmen eingeführten Schaufelfüße ausgeübt werden.
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Weitere Besonderheiten und Vorzüge der Erfindung
lassen sich der Zeichnung und der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen
entnehmen. Es zeigen:
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1 schematisch
den unteren Teil eines Ringlüfters
in perspektivischer Darstellung;
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2 den
Außenring
mit einem Schaufelende im Schnitt;
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3 eine
Naben-Hälfte
mit einem eingespannten Schaufelfuß im Schnitt.
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4 eine
andere Ausführung
des Außenrings
mit einem Schaufelende im Schnitt.
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Der durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte
Ringlüfter
wird vorzugsweise als Kühlgebläse in Kraftfahrzeugen
eingesetzt und besteht aus einer Nabe 1, die auf einer – nicht
dargestellten – Antriebswelle
befestigt wird, aus ei ner Vielzahl von Schaufeln 2 sowie
aus einem an den Enden der Schaufeln 2 befestigten Außenring 3.
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Die Nabe 1 enthält zwei
Formscheiben 4, 5, die in koaxialer Anordnung
durch Schraubbolzen 6 zusammengespannt sind und die jeweils
gegenüberliegende
halbkonische Aufnahmen 7, 8 in ihren verdickten
Endteilen aufweisen, in denen jeweils ein kegelstumpfförmig ausgebildeter
Fuß 9 einer
Schaufel 2 im Klemmsitz festgelegt ist (vgl. 3). Diese Fixierung der Schaufelfüße 9 ermöglicht die
Verwendung verschiedenartiger Schaufeltypen mit jeweils gleich ausgebildeten
Füßen 9 in
gleichen Nabenkonstruktionen sowie auch die Einstellung der Schaufelwinkel,
die – je
nach dem zu fertigenden Gebläse-Typ – verschieden
ist.
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Wie aus 1, 2 und 4 ersichtlich, weist der Außenring 3 an
seiner radial inneren Umfangsfläche einen
Ringwulst 10 auf, an den sich beidseitig je eine um einen
sehr kleinen Winkel von z.B. 1 bis 3° zur Radialebene geneigte Seitenfläche 11, 12 anschließt, wie
dies in 2 dargestellt
ist. Bei dieser in 2 gezeigten
Ausführung
verdickt sich aufgrund der gegensinnigen Neigung der beiden Seitenflächen 11, 12 der
Außenring
in Richtung zum zentral angeordneten Ringwulst 10. Das
Ende jeder Schaufel 2 weist eine Kerbe 13 auf,
deren Form unter Berücksichtigung
der jeweiligen Schrägstellung
der Schaufel an die Form des Ringwulstes 10 des Außenringes 3 angepaßt ist,
so daß der
in 1 und 2 dargestellte formschlüssige Eingriff
zustandekommt. Darüber
hinaus befinden sich die Stoßflächen jedes Schaufelendes
zu beiden Seiten der jeweiligen Kerbe 13 in einer durchgehenden
Druckanlage an den beiden Seitenflächen 11, 12 des
Außenringes.
Wie aus 1 und 2 ersichtlich, überragt
die seitliche Abströmkante 2b der
jeweiligen Schaufel 2 den in Form eines nach radial außen gebogenen
Ringflansches 14 ausgebildeten Endteil des Außenringes 3.
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Durch die vorstehenden Abströmkanten 13 der
Schaufeln 2 und den aufgebogenen Ringflansch 14 des
Außenringes 3 wird
eine nach radial außen gerichtete
Strömungskomponente
der geförderten Luft
erzielt, die sich vorteilhaft auf den angestrebten hohen Kühleffekt
auswirkt. Der anströmseitige
Rand 11a des Außenringes 3 überrragt
die anströmseitigen Randkanten 2a der
Schaufeln 2, wie dies in 2 dargestellt
ist. Dadurch greift der Außenring 3 in
den Kühlergrill
des Kraftfahrzeugs ein und liegt unmittelbar vor dem im Kühlergrill
bzw, in der Kühlerhaube vorgesehenen
kreisförmigen
Ausschnitt, so daß Rückströmungen im
Bereich der Schaufelenden verhindert werden, die bei herkömmlichen
Kühlgebläsen aufgrund
der relativ breiten Spalte zwischen den Schaufelenden und dem Ringausschnitt
entstehen.
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Die vorstehend beschriebenen Bauteile
des radial inneren Ringwulstes 10 und der Kerben 13 an den
Schaufelenden bilden eine Schnappverbindung, durch welche die Schaufeln
in Verbindung mit der Druckanlage ihrer Stoßflächen an den Seitenflächen 11, 12 des
Außenringes 3 mechanisch
fest mit dem Außenring
verbunden werden können.
Zur Herstellung dieser Verbindung werden die Schaufeln 2 in den
jeweils vorgegebenen Winkelstellungen in bzw. an der Nabe 1 montiert.
Anschließend
wird der Außenring 3 in
Achsrichtung des Schaufelkranzes auf die vorbearbeiteten Enden der
Schaufeln aufgeschoben, bis der innere Ringwulst 10 in
die Kerben 13 an den Schaufelenden im Formschluß eingreift.
Zur Erzielung der dauerhaften Druckanlage der Stoßflächen der
Schaufelenden an den Flächen 11, 12 zu beiden
Seiten des Ringwulstes 10 des Außenringes 3 kann der
Außenring
während
des Fügevorganges, d.h.
beim Aufschieben auf den Schaufelkranz, in einem jeweils erforderlichen
Ausmaß elastisch
aus seiner ursprünglichen
Ringform in eine geringfügig
polygonähnliche
Form in dem Maße
verformt werden, daß der
Ringwulst auf den radial entsprechend vorstehenden Stoßflächen der
Schaufelenden gleitet, bis er in die jeweilige Kerbe einrastet.
Das Bestreben des Außenringes
zur elastischen Rückverformung erzeugt
dann die dauerhaften Andruckkräfte.
Begünstigt
wird dieser Einschiebevorgang durch die in 2 dargestellte Querschnittsform des Außenringes 3.
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Die Ausführung nach 4 entspricht weitgehend dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel,
was durch Verwendung der gleichen Bezugszeichen dokumentiert wird.
Der Außenring 3 hat
hier oberhalb des Ringwulstes zusätzlich eine äußere Ringnut 15 in
seiner Außenwand,
in der ein Spannelement 16 festgelegt ist. Dieses Spannelement 16 wird
von einem ringförmigen
Spannseil aus dehnfesten harten Drähten gebildet und übt auf den
Außenring 3 eine
nach radial innen wirkende Kraft aus, die einen dauerhaften sicheren
Eingriff des inneren Ringwulstes 10 in den Kerben 13 der
Schaufelenden unterstützt.
Dieses zusätzliche
Spannelement 16 gewährleistet
eine ausreichende Festigkeit der Schnappverbindung 10, 13 auch
unter ungünstigen Betriebsbedingungen,
beispielsweise bei hohen Temperaturen und unterschiedlichen Wärmedehnungs-Koeffizienten der
eingesetzten Materialien. Statt des dargestellten Spannseils können als
Spannelement auch andere geeignete Mittel, z.B. Flachseile, Bänder, Wickelbandagen
od.dgl. verwendet werden, die nach ihrem Aufbringen einen Druck
auf den Außenring 3 ausüben und
dessen Aufweiten verhindern.
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Zum Erhalt der großflächigen Druckanlage der
Stoßflächen der
Schaufelenden an den Innenflächen
des Außenringes
ist es erforderlich, daß die Stoßfläche jeder
Schaufel entsprechend der Schaufel-Schrägstellung und/oder der Schaufelwölbung bearbeitet
wird, so daß diese
Fläche
der durch den Außenring
vorgegebenen zylindrischen Kontur folgt. Eine technisch einfache
Bearbeitung der Schaufelenden zeichnet sich erfin dungsgemäß dadurch
aus, daß die
Schaufelenden mittels eines spanenden Werkzeuges in Form eines drehangetriebenen
Walzenfräsers
bearbeitet werden, der in einem dem Radius des Außenringes
entsprechenden Abstand von der Achse eines vormontierten Schaufelkranzes
angeordnet ist. Durch eine Verdrehung dieses Schaufelkranzes gelangen
die Endteile der jeweiligen Schaufeln in den Arbeitsbereich dieses
Walzenfräsers
und werden – unabhängig von
ihrer jeweiligen Form und Stellung – genau zu der der Innenfläche des
Außenringes
entsprechenden Kontur bearbeitet. Durch spezielle Gestaltung des
Walzenfräsers
ist auch die gleichzeitige Herstellung der jeweiligen Kerben 13 an
den Schaufelenden in einem einzigen Arbeitsgang möglich.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt,
deren Einzelmerkmale in gleicher oder geänderter Ausgestaltung miteinander
kombiniert werden können.
Statt des einzigen Ringwulstes 10 und der nur einen Kerbe 13 an jedem
Schaufelende können
auch jeweils mehrere dieser Elemente vorgesehen sein, wodurch sich
ggf. die Festigkeit der Schnappverbindung insbesondere auch gegenüber Beanspruchungen
in Umfangsrichtung erhöht.
Obwohl die Schaufeln 2 und auch der Außenring 3 zweckmäßigerweise
als Kunststoffteile, insbesondere Spritzgußteile, ausgebildet sind, können hierfür auch geformte
Blechzuschnitte Verwendung finden. Die Ausbildung des Außenrings
als Walzblech hat den Vorteil, daß der Ringwulst 10 in
einen endlosen Blechstreifen vorab eingewalzt werden kann, wobei
dieser Blechstreifen dann in die jeweils gewünschten Längen quergeschnitten wird und
die Blechstreifenzuschnitte nach Biegen zu einem Ring mit ihren
beiden Stoßkanten
verschweißt
werden. Ferner können
die Schaufeln 2 und/oder auch der Außenring 3 als Leichtmetall-Formteile
ausgeführt sein.
Es ist auch möglich,
zumindest einen der Ringwulste 10 als eigenständigen Ring
auszubilden und ihn an der Innenwand des Außenringes durch geeignete Mittel,
wie Schrauben, Nuten, Kleben, Löten
od. dgl., vor oder insbesondere auch nach seinem Aufziehen auf den
Schaufelenden dauerhaft zu befestigen. Als zusätzliches Fixierelement kann
ein solcher Ring 18 beispielsweise im Bereich der Einströmkanten
der Schaufeln nachträglich
eingebaut werden, um den vorderen Teil der Schaufel am Außenring
zu fixieren. Bei dieser in 4 in
Strichlinien dargestellten Variante wird je eine zweite Kerbe 19 im
Bereich der einströmseitigen
Schaufelenden zweckmäßig zusammen
mit der mittleren Kerbe 10 durch den beschriebenen spanenden
Bearbeitungsvorgang hergestellt und nach dem vorstehend beschriebenen
Zusammenbau von Schaufelkranz 1, 2 und Außenring 3 wird
der Fixierring 18 in eine vordere Ausdrehung 20 des
Außenrings 3 so
eingeführt
bzw. eingedrückt, daß der vorstehende
Ringwulst des Fixierringes 18 in einem Preßsitz in
den Kerben 19 der Schaufelenden aufgenommen ist. Falls
erforderlich kann der Fixierring 18 anschließend noch
durch geeignete Mittel , wie Klebstoff oder Schrauben bzw. Nieten 21,
am Außenring 3 befestigt
werden. Die Montage der zusätzlichen
Fixiermittel 15, 16 bzw. 18 bis 21 erhöht zwar den
Herstellungsaufwand geringfügig,
empfiehlt sich aber für
soche Ringlüfter,
die unter kritischen Bedingungen, z.B. hohen Temperaturschwankungen,
hohen Beschleunigungen und Verzögerungen
beim An- und Auslauf usw., betrieben werden.