DE202006011898U1

DE202006011898U1 - Ventilatorschaufel

Info

Publication number: DE202006011898U1
Application number: DE202006011898U
Authority: DE
Original assignee: Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
Current assignee: Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
Priority date: 2006-08-03
Filing date: 2006-08-03
Publication date: 2007-12-13
Anticipated expiration: 2016-08-04
Also published as: PT2047107E; EP2047107A1; DE502007006253D1; CN101473141A; US20090324413A1; ATE495368T1; CN101473141B; WO2008015233A1; EP2047107B1; ES2356398T3; US8167564B2

Abstract

Ventilatorschaufel für Axialventilatoren mit einem Schaufelkörper (1), bestehend aus einem inneren Einlegeteil (3) und einem dieses teilweise umhüllenden äußeren Schaufelformteil (2), das aus einem Material geringerer Festigkeit besteht als das Einlegeteil (3), dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegeteil (3) als eine im Wesentlichen der Form des Schaufelkörpers (1) angepasstes flächiges Metallteil ausgebildet ist, das im Ventilatorschaufel-Fußbereich (7) einen unbeschichteten ebenen Befestigungsabschnitt (4) aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ventilatorschaufel für einen Axialventilator mit einem Schaufelkörper bestehend aus einem inneren Einlegeteil und einem dieses teilweise umhüllendes äußeres Schaufelformteil, das aus einem Material geringer Festigkeit besteht als das Einlegeteil.
Eine derartige Ventilatorschaufel ist aus der EP 1 571 361 A2 bekannt. Hierbei besteht das Einlegeteil aus zwei plattenförmigen Einzelteilen, die zueinander senkrecht angeordnet sind. Durch diese Ausbildung des Einlegeteils muss der Schaufelkörper eine relativ große Dicke aufweisen, um das Einlegeteil vollständig zu umschließen. Hierdurch entstehen hohe Materialkosten und zudem wird hierdurch die Fliehkraft des rotierenden Schaufelrades erhöht, was zu einer erhöhten Kräftebelastung führt. Zudem ist die Herstellung und Vormontage der zwei plattenförmigen Einzelteile aufwändig.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Ventilatorschaufel zu schaffen, die einerseits eine kostengünstige Herstellung und Montage ermöglicht und praktisch in Schaftlängsrichtung bei Rotation im Wesentlichen keinen Materiallängungen unterliegt.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass das Einlegeteil als ein im Wesentlichen der Form des Schaufelformteils angepasstes flächiges Metallteil ausgebildet ist, das im Ventilatorschaufel-Fußbereich einen unbeschichteten ebenen Befestigungsabschnitt aufweist. Das Schaufelformteil ist erfindungsgemäß als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet. Erfindungsgemäß steht der Befestigungsabschnitt nicht gegenüber der äußeren Ventilatorschaufelkontur vor, sondern der Befestigungsabschnitt ist in der Schaufelkontur integriert. Durch die ebene flächige Ausbildung des Befestigungsabschnittes wird eine leichte Montage der erfindungsgemäßen Ventilatorschaufel unter gleichzeitiger Ausrichtung ermöglicht. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung besteht das erfindungsgemäße Ventilatorschaufelrad in seinem Inneren mit einem großen Anteil aus dem Einlegeteil selber, das relativ dünn ausgebildet werden kann, z. B. kann es aus einem 2 mm dicken Stahlblech hergestellt sein. Die Kunststoffumspritzung ist dabei derart, dass eine Abdeckung des Stahlteils erreicht wird, jedoch das Kunststoffvolumen gering gehalten werden kann. Vorzugsweise ist der Befestigungsabschnitt etwa mittig im Ventilatorblatt-Fußbereich angeordnet und erstreckt sich unmittelbar vom Rand des Fußbereiches in das Schaufelformteil. Hierdurch ist eine sehr gleichmäßige Krafteinleitung in das Ventilatorschaufelrad möglich und die Antriebs- und Fliehkräfte werden unmittelbar von dem Einlegeteil aufgenommen, wodurch eine kräftemäßige Entlastung des Schaufelformteiles aus Kunststoff erreicht wird, so dass dieses keine Längungen im Betrieb erfährt.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Ventilatorrad unter Verwendung der erfindungsgemäßen Ventilatorschaufel.
Vorteilhafte Ausbildungen der erfindungsgemäßen Vernitlatorschaufel sind in den Unteransprüchen enthalten und an Hand der in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Ansicht auf eine erfindungsgemäße Ventilatorschaufel,
2 eine Ansicht auf die Ventilatorschaufel gemäß 1, jedoch in einem Längsschnitt oberhalb des Einlegeteils,
3 das Einlegeteil gemäß 2 als Einzeldarstellung,
4 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Einlegeteils,
5 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Ventilatorrades,
6 eine Einzelansicht eines erfindungsgemäßen Ventilatorrades gemäß 5
Eine erfindungsgemäße Ventilatorschaufel besteht aus einem Schaufelkörper 1, der aus einem Einlegeteil 3 und einem dieses teilweise umhüllenden äußeren Schaufelformteil 2 gebildet ist. Das Einlegeteil 3 ist in dem Schaufelformteil 2 eingebettet und vollständig umschlossen bis auf seinen unbeschichteten Befestigungsabschnitt 4. Das Schaufelformteil 2 ist vorzugsweise als Kunststoffspritzteil hergestellt und das Einlegeteil 3 wird beim Spritzvorgang des Kunststoffspritzteils gleichzeitig umspritzt. Als Kunststoffmaterial wird insbesondere ein Polyamid-Kunststoff oder Polypropylen oder Polybutylenterephthalat (PBT) verwendet. Erfindungsgemäß kann es zweckmäßig sein, wenn das Einlegeteil 3 vor dem Umspritzen mit einer Primerschicht als Haftvermittler versehen ist. Wie sich aus 1 ergibt, bleibt der Befestigungsabschnitt 4 unbeschichtet, so dass hier das aus Metallblech bestehende Einlegeteil 3 unter unmittelbarer Anlage an einem Befestigungsflansch einer Nabe eines Ventilatorrades befestigt werden kann. Zur Befestigung weist der Befestigungsabschnitt 4 eine Bohrung 5 auf, durch die die erforderliche Befestigungsschraube 26 hindurchgesteckt werden kann. Weiterhin sind Ausrichtausnehmungen 6 im Befestigungsabschnitt 4 ausgebildet, in die angepasste Vorsprünge 24 am Befestigungsflansch 22 der Ventilatornabe 21 hineinpassen, siehe 5 und 6. Der Befestigungsabschnitt 4 ist eben und flächig ausgebildet, so dass die Anlage an dem entsprechenden Befestigungsflansch vollflächig möglich ist. Wie aus den 1 und 2 zu erkennen ist, ist der Befestigungsabschnitt 4 etwa mittig im Ventilatorschaufel-Fußbereich 7 angeordnet und erstreckt sich unmittelbar vom Rand 8 des Fußbereiches 7 in das Schaufelformteil 2 hinein. Das Einlegeteil 3 ragt somit mit seinem Befestigungsabschnitt 4 nicht über den Rand 8 heraus, sondern ist innerhalb des Schaufelformteiles 2 integriert. Wie insbesondere aus 4 zu erkennen ist, ist das Einlegeteil 3 ausgehend vom Befestigungsabschnitt 4 als gewölbtes Formteil ausgebildet. Hierbei ist eine Wölbung sowohl in Richtung der Längsachse Y-Y als auch in Richtung der Quer-Achse X-X vorhanden. Eine entsprechende Wölbung besitzt auch die erfindungsgemäße Ventilatorschaufel. Da der Befestigungsabschnitt 4 eben ausgebildet ist, wird dieser von einem gegensinnig gewölbten Übergangsbereich 10 umfasst. Weiterhin ist in den Fig. zu erkennen, dass das Einlegeteil 3 im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Versteifungsrippen 12 aufweist. Diese Versteifungsrippen 12 verlaufen speichenartig vom Umfang des Befestigungsabschnittes 4 in Richtung der Längserstreckung bzw. der Längsachse Y-Y des Schaufelkörpers 1 bzw. des Einlegeteils 3. Diese Versteifungsrippen 12 sind in das Material des Einlegeteils 3 eingeprägt. Vorteilhafterweise besteht das Einlegeteil 3 aus einem Stahlblech mit einer Dicke von beispielsweise 2 mm. Weiterhin ist zu erkennen, dass das Einlegeteil 3 mehrere in seiner Fläche ausgebildete Durchbrechungen 13 aufweist, die insbesondere kreisförmig oder aber ellipsenförmig ausgebildet sein können. Durch diese Durchbrechungen 13 kann beim Umspritzen mit dem Kunststoffmaterial des Schaufelformteils 2 das Kunststoffmaterial hindurchtreten, so dass eine Durchverbindung des Kunststoffs beidseitig des Einlegeteils 3 erfolgt.
Die Verteilung der Durchbrechungen 13 ist derart, dass die Mehrzahl der Durchbrechungen 13 zwischen dem Ende der Versteifungsrippen 12 und dem dem Fußabschnitt 7 des dem Schaufelformteil 2 gegenüberliegenden Ende sowie in Drehrichtung des Ventilatorschaufelrades bzw. der Ventilartorschaufel im Bereich zwischen den Versteifungsrippen 12 und der jeweiligen hinteren Längskante 11 der Ventilatorschaufel angeordnet sind. Somit sind die Durchbrechungen 13 derart und dort angeordnet, dass sie in den Bereichen vorhanden sind und eine Durchverbindung des Kunststoffmaterials gewährleisten, wo die größte Kunststoffüberlappung vorhanden ist. Auch sind Durchbrechungen 13 in der unmittelbaren Nachbarschaft des Übergangsabschnittes 10 ausgebildet. Indem die Versteifungsrippen 12 ebenfalls vollständig vom Kunststoffmaterial des Schaufelformteils 2 umschlossen sind, wird auch hier eine form- und kraftschlüssige Verbindung zwischen den beiden Körpern erreicht.
In 2 ist zu erkennen, dass die Anpassung der Form des Einlegeteils 3 und der Form des Schaufelkörpers 1 derart ist, dass die Begrenzungskanten des Schaufelkörpers 1 und des Einlegeteils 3 im Fußbereich 7 aufeinanderfallen und die beiden gegenüberliegenden Begrenzungskanten in Längsrichtung Y-Y des Einlegeteils 3 sowie die entsprechenden Begrenzungskanten des Schaufelkörpers 1 derart zueinander verlaufen, dass zwischen diesen Kanten ausgehend vom Fußbereich 7 ein sich erweiternder Spaltbereich vorhanden ist. Hierbei ist der Spaltbereich 14 im Bereich der in Drehrichtung hinteren Begrenzungskanten 11, 11a sehr viel größer ausgebildet als der Spaltbereich 15 der in Drehrichtung vorderen Längskanten 11b, 11c, d. h. im in Drehrichtung vorderen Bereich des Schaufelkörpers ist nur eine geringe Überlappung des Schaufelformteils 2 gegenüber dem Einlegeteil 3 vorhanden. Zweckmäßigerweise besitzt das Einlegeteil 3 eine maximale Länge l, die etwa 60 % bis 85 %, vorzugsweise ca. 75 % bis 80 % der maximalen Länge L des Schaufelkörpers 1 beträgt. Weiterhin weist das Einlegeteil 3 eine maximale Breite b auf, die 40 % bis 60 %, vorzugsweise 45 % bis 50 % der maximalen Breite B des Schaufelkörpers 1 beträgt.
Erfindungsgemäß wird somit eine Anpassung von Einlegeteil 3 und Schaufelformteil 2 erreicht, die zu einer optimalen Kraftverteilung innerhalb der Ventilatorschaufel führt, so dass Längenveränderungen des Ventilatorschaufelformteils 2 vermieden werden.
Wie sich aus den 5 und 6 ergibt, besteht ein erfindungsgemäßes Ventilatorrad 20 aus einer hohlzylindrischen Nabe 21, an deren Umfang Befestigungsflansche 22 ausgebildet sind. An diesen Befestigungsflanschen 22 sind die erfindungsgemäßen Ventilatorschaufeln befestigt. Die Nabe 21 besteht aus Stahl und kann den Rotor eines Gleichstrommotors bilden. An die Befestigungsflansche 22 sind die erfindungsgemäßen Ventilatorschaufeln mit dem Befestigungsabschnitt 4 befestigt. Die Befestigungsflansche 22 sind umfangsgemäß an die Nabe 21 angeschweißt. Die Befestigungsflansche 22 können zweckmäßigerweise als Stanzteile oder Stanzbiegeteile hergestellt sein. Auf Grund der erfindungsgemäßen Befestigung durch Anschweißen der Befestigungsflansche 22 kann die Größe und Ausrichtung der Schaufelformteile 2 beliebig variiert werden. Die Befestigungsflansche 22 können als Stahlblech-Stanzbiegeteil ausgebildet sein, das aus einem mittleren Anlageabschnitt 27 mit jeweils an seinen Längsseiten 28 umgebogenen Versteifungsstegen 29 besteht. Die Versteifungsstege 29 haben eine im Wesentlichen dreieckförmige Form, wobei die Versteifungsstege 29 zum freien Ende der Anlageabschnitte 27 spitz zulaufen. Es ergibt sich somit eine im Querschnitt U-förmige Ausbildung der Befestigungsflansche 22 insbesondere im unteren Befestigungsbereich, wo sie an die Nabe 21 angeschweißt sind.
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 im Anspruch 1 definierte Merkmalskombination 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 des Anspruchs 1 weggelassen bzw. durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann. Insofern ist der Anspruch 1 lediglich als ein erster Formulierungsversuch für eine Erfindung zu verstehen.

Claims

Ventilatorschaufel für Axialventilatoren mit einem Schaufelkörper (1), bestehend aus einem inneren Einlegeteil (3) und einem dieses teilweise umhüllenden äußeren Schaufelformteil (2), das aus einem Material geringerer Festigkeit besteht als das Einlegeteil (3), dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegeteil (3) als eine im Wesentlichen der Form des Schaufelkörpers (1) angepasstes flächiges Metallteil ausgebildet ist, das im Ventilatorschaufel-Fußbereich (7) einen unbeschichteten ebenen Befestigungsabschnitt (4) aufweist.
Ventilatorschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaufelformteil (2) als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet ist.
Ventilatorschaufel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsabschnitt (4) etwa mittig im Ventilatorschaufel-Fußbereich (7) angeordnet ist und sich unmittelbar vom Rand des Fußbereiches (7) in das Schaufelformteil (2) erstreckt.
Ventilatorschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegeteil (3) ausgehend vom Befestigungsabschnitt (4) eine gewölbte Kontur sowohl in Schaufelkörperlängs- als auch -querrichtung aufweist und dass der Befestigungsabschnitt (4) von einem hierzu gegensinnig gewölbten Übergangsbereich (10) vom Rand des Fußbereiches (7) ausgehend umschlossen ist.
Ventilatorschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegeteil (3) mindestens eine Versteifungsrippe (12) aufweist, die speichenartig vom Umfang des Befestigungsabschnittes (4) in Richtung der Längsachse (Y-Y) des Schaufelkörpers (1) verläuft.
Ventilatorschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegeteil (3) mehrere in seiner Fläche ausgebildete Durchbrechungen (13) aufweist.
Ventilatorschaufel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl der Durchbrechungen (13) zwischen dem Ende der Versteifungsrippe (12) und dem dem Fußabschnitt (7) gegenüberliegenden Ende des Schaufelkörpers (1) sowie in dem in Drehrichtung der Ventilatorschaufel liegenden Bereich und zwischen der Versteifungsrippe (12) und der in Drehrichtung liegenden Längskante des Schaufelkörpers (1) ausgebildet ist.
Ventilatorschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung der Form des Einlegeteils (3) und der Form des Schaufelkörpers (1) derart aufeinander ist, dass die Begrenzungskanten des Schaufelkörpers und des Einlegeteils (3) im Fußbereich (7) aufeinanderfallen und die beiden gegenüberliegenden Begrenzungskanten (11a, 11c) in Längsrichtung des Einlegeteils (3) und die entsprechenden Begrenzungskanten (11, 11b) des Schaufelkörpers (1) derart aufeinander abgestimmt sind, dass zwischen diesen Kanten ausgehend vom Fußbereich (7) ein sich erweiternder Spaltbereich (14, 15) ausgebildet ist.
Ventilatorschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegeteil (3) eine maximale Länge (l) besitzt, die 60 % bis 85 %, vorzugsweise 75 % bis 80 % der maximalen Länge (L) des Schaufelkörpers (1) beträgt.
Ventilatorschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegeteil (3) eine maximale Breite (b) besitzt, die 40 % bis 60 %, vorzugsweise 45 % bis 50 % der maximalen Breite (B) des Schaufelkörpers (1) beträgt.
Ventilatorrad, bestehend aus einer Nabe (21) und aus an dieser ausgebildeten Befestigungsflanschen (22) befestigten Ventilatorschaufeln, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilatorschaufeln nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgebildet sind und die Befestigungsflansche (22) aus Stahl bestehen und mit der Nabe (21) durch Schweißen verbunden sind.
Ventilatorrad nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsflansche (22) aus Stahlblech als Form- oder Formbiegeteile ausgebildet sind und aus einem ebenen Anlageabschnitt (27) und an dessen beiden gegenüberliegenden Längsseiten (28) abgebogenen Versteifungsstegen (29) bestehen, wobei der Anlageabschnitt der Befestigungsflansche (22) mit dem Befestigungsabschnitt (4) des Einlegeteils (3) zur Anlage kommt.