DE2609006A1

DE2609006A1 - Verfahren zur herstellung von werkstuecken insbesondere von ventilatorfluegeln, kompletten ventilatorlaufraedern und anderen koerpern

Info

Publication number: DE2609006A1
Application number: DE19762609006
Authority: DE
Inventors: Karl Frank
Original assignee: Mueller & Co Helios App
Current assignee: Mueller & Co Helios App
Priority date: 1976-03-04
Filing date: 1976-03-04
Publication date: 1977-09-08
Also published as: DK125776A; BE841856A; ZA764360B; GB1549052A; FR2342834B1; DE2609006B2; FR2342834A1; US4248817A; NL7603432A; NL170174C; ES446651A1; JPS52107069A

Description

Betreff: Fa. Helios Apparatebau KG Müller & Co.

722o Schwenningen /Neckar,Pcsbfach 154

Verfahren zur Herstellung von Werkstücken insbesondere von Ventilatorflügeln, kompletten Ventilatorlaufrädern und anderen Körpern

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von insbesondere achssymmetrischen Körpern mit armierten Harzflächen, wobei ein Kern mit Armierüngsmitteln umwickelt wird und der so entstandene umwickelte Kern in eine Form eingelegt wird, worauf flüssiges Kunstharzgemisch unter Wirkung einer Druckdifferenz in den Formhohlraum gegeben wird, das die Armierung tränkt, worauf nach dem Aushärten des Kunstharzes der Ventilatorflügel aus der Form genommen wird.

Ein derartiges Verfahren ist durch die DL-PS loo o58 bekannt geworden. Dort wird das Kunstharzgemisch unter der Wirkung von

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Überdruck aus einem Vorratsgefäß in den Formhohlraum eingebracht»

Für die Herstellung von derartigen Ventilatorflügeln aus
Glasfaser verstärktem Kunststoff ist es wichtig, daß der
Ventilatorflügel einen möglichst hohen Glasanteil hat, um
den beim Betrieb auftretenden Zentrifugal-Kräften gut wi^derstehen zu können. Dies gilt insbesondere für Flügel von Großventilatoren mit Durchmessern beispielsweise zwischen 1 und
Io m_f Außerdem ist eine sehr intensive Verbindung zwischen
der Armierung, d.h. den Glasfasern und dem Kunstharz wichtig, ebenfalls um die angestrebte hohe Belastbarkeit zu erreichen. Bei dem genannten bekannten Verfahren läßt sich jedoch die
insbesondere für Großventilatoren notwendige BElastbarkeit
nicht optimal erreichen, weil wegen des Einbringens des flüssigen Kunstharzgemisches unter Überdruck in die Hohlform nicht
vollständig dafür gesorgt werden kann, daß Gaseinschlüsse in
der HOhIform und der Armierung entfernt verden. Derartige Gaseinschlüsse schwächen aber den Querschnitt des betreffenden
Ventilatorflügels und setzen damit seine Belastbarkeit herab. Dieser Nachteil wird noch dadurch verstärkt, daß bei dem bekannten Verfahren ein vorgeschäumter Kunststoffkern verwendet wird, der somit notwendigerweise in hohem Maße Gaseinschlüsse enthält.

Die Erfindung schafft hier Abhilfe. Ihr liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Herstellung von Werkstücken

insbesondere von Ventilatorflügeln , kompletten Ventilatorinsbesondere
laufrädern und anderenVachssymmetrischen Körpern vorzuschlagen,

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bei dem hochbelastbare insbesondere Ventilatorflügel und Ventilatorlaufräder wirtschaftlich herstellbar sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das Kunstharzgemisch mittels Unterdruck in den Formhohlraum eingebracht wird.

Dadurch kann eine sehr intensive Verbindung zwischen Glasfaser bzw. Armierung und Kunstharz erzielt werden. Des weiteren kann dadurch der größtmögliche Glasanteil im Werkstück untergebracht werden, bis etwa 80 Gewichtsteile Glas. Beim geschilderten bekannten Verfahren werden vergleichsweise nur etwa 2o bis 3o% Glasfasergewichtsanteile erreicht. Der hohe Glasfaseranteil bringt einen minimalen Materialaufwand in den Wandstärken des Werkstückes und läßt andererseits maximale Festigungswerte erreiche. Je hohler der Glasanteil ist, desto höher ist nämlich die mechanische Festigkeit. Dem Werkstück können damit sehr hohe Zugbeanspruchungen durch Zentrifugalkräfte zugemutet werden. Es bleibt dabei formstabil und besteht keine Bruchgefahr. Danach hergestellte Ventilatorflügel verbinden also ein sehr geringes Gewicht mit hoher mechanischer Festigkeit. Die Flügelblätter laufen mit einer Geschwindigkeit bis loo m pro Sekunde und mehr um. Die auftretenden Zentrifugalkräfte sind umso größer, je mehr Masse vorhanden ist. Mit dem geschilderten Verfahren wird ein relativ sehr leichtes

Flügelblatt hergestellt, das gleichzeitig aus einem Stück bees
steht, so daßTeine sehr hohe Standfestigkeit und Lebensdauer hat.

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Insbesondere ist es wichtig/ daß die Luftanströmkante des Flügels im Vergleich zu den bekannten zweiteiligen Flügelblättern, die an dieser Kante zusammengeleimt werden, und leicht aufplatzen, eine nahezu unbegrenzte Lebensdauer hat.

Eine andere Möglichkeit der Leitung des Verfahrens um Blasenbildung zu verhindern, und um einen hohen Glasfaseranteil zu erreichen, besteht noch darin, daß das Kunstharzgemisch im Schleuderverfahren durch Zentrifugalkraft in den Formhohlraum eingebracht wird.

Bei dieser Ausführung ist es auch möglich, ähnlich wie bei dem Unterdruckverfahren, daß das Kunstharz so eingebracht wird, daß eine Blasenbildung vermieden wird, und trotzdem auch bei geringen

en
Wandstärken höchste Festigkeit erreicht werden.

Gemeinsam diesen beiden Verfahren ist noch, daß als Kern ein unter Einwirkung vonWärme aus der Form ausschmelzbarer Kern verwendet wird.

Man wird in der Regel als Kunstharz Epoxyd-Harze oder Polyester-Harze mit einem Härter verwenden. Die Glasfaserverstärkung ist im Kunststoff eingebracht bzw. wird getränkt. Entsprechend der Wärmeentwicklung bei der Aushärtung ist ein Kernmaterial vorgesehen, welches bei diesen TEmperaturen nicht schmilzt. Sind diese Harze ausgehärtet, dann sind Temperaturen von 2oo bis 3oo° häufig erforderlich, um das ausgehärtete Harz zu beschädigen.Es wird nun ein Kernmaterial verwendet, z.B. ein wachsartiges Material, dessen

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Schmelztemperatur höher ist, als die Aushärtetemperatur des Kunstharzes und dessen Schmelztemperatur niedriger ist, als die Temperatur, bei welcher das ausgehärtete Harz Schaden erleiden würde. In besonders einfacher Weise kann man also dann den Kern durch Ausschmelzen entfernen, dadurch sind sehr viel weniger bewegte Massen vorhanden, was für etwaige Unwuchten und die Reduzierung der Zentrifugalkräfte sehr wichtig ist, und das Herstellungsverfahren außerordentlich vereinfacht.

Dieser Wachskern kann ohne Lufteinschlüsse hergestellt werden, wodurch wegen der erwähnten Beziehungen die Festigkeit des danach hergestellten Ventilatorflügeis weiterhin erhöht wird. Ein Ventilatorflügel, dessen Festigkeit erhöht ist, kann wiederum eine geringere Wandstärke haben und damit kleineren Zentrifugalkräften ausgesetzt sein.

Es wird bevorzugt, wenn die Anströmkante desVentilatorflügeis einstückig gegeossen und zusätzlich armiert wird, beispielsweise durch Hinterlegung einer zusätzlichen Glasfasermatte.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert, aus dem sich weitere wichtige Merkmale ergeben.

Es zeigt:

Fig. 1 schematisch einen Schnitt durch eine Anige zur Herstellung eines Ventilatorflügels mittels Unterdruck;

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen nach dem Verfahren hergestellten Ventilatorflügel; 70 9836/0381

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Fig. 3 eine Ansicht eines dabei verwendeten Wachskernes; Fig. 4 perspektivisch eine Ansicht eines Ventilatorflügels;

Fig. 5 schematisch einen Schnitt durch eine Anlage zur Herstellung von VEntilatorflügeln im Schleudergußverfahren bwz. durch Zentrifugalkraft;

Fig. 6 schematisch einen Schnitt durch eine Anlage zur Herstellung eines Ventilatorlaufrades.

Fig. 1 zeigt eine vakuumdichte Gießkammer 1, in der mehrere Hohlformen 2 untergebracht werden können. In die Gießkammer mündet eine Leitung 3 mit einem Ventil 4, deren anderes Ende mit einer Vakuumpumpe verbunden werden kann. Von der Leitung 3 zweigt weitere Leitung 5 mit einem weiteren Ventil 6 ab. In die Leitung 5 ist außerdem ein Manometer 7 eingesetzt. Mit der Leitung 5 ist eine Mischkammer B verbunden, in die von einemGetriebemotor 9 angetriebener Rührflügel Io eingesetzt sind. Im konischen Aüslaßende ll der Mischkammer S befindet sich ein Gießventil 12.

In der Mischkammer 8 befindliches Kunstharzgemisch gelangt beim öffnen des Ventils 12 über ein Rohr 13 in die Eingußöffnung 14 der HOhIform 2.

Die HOhIform 2 ist zweiteilig aufgebaut. An die Elngußöffnung 14 schließt sich ein Eingußkanal 15 an, der in die Unterseite des Hohlraumes 16 der Hohlform 2 einmündet. Die beiden

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Hälften der HOhlform 2 sind durch eine ringsum laufende Dichtschnur 17 abgedichtet.

Vor dem Eingießen des Kunstharzes in den Hohlraum 16 wird ein entsprechend profilierter Wachskern 18 (vergl. Fig. 3) hergestellt, der als Vorformling in seinen Dimensionen um einige Millimeter kleiner ist, als der später fertige Flügel. Das Differenzmaß wird mit Glas bzw. Harz ausgefüllt. Hierzu wird der Wachskern 18 in ansich bekannter Weise mit Glasfaser bewickelt. Dieses Teil, evtl. mit einem an der Nabe 19 (vergl. Fig. 4) eingelegten Befestigungsring 2o aus Metall wird in den Hohlraum 16 eingesetzt. Anschließend wird die Gießkammer 1 über die Leitung 3 evakuiert, wobei das Ventil 4 geöffnet ist. Das in der Zwischenzeit verflüssigte Kunstharzgemisch in der Mischkammer 8 wird dann durch öffnen des Gießventils 12 und gegebenenfalls des Ventils 6 über die Eingußöffnung 14 und den Eingußkanal 15 in den Hohlraum 16 gebracht, wo es die Armierung, d.h., die Glasfasern, intensiv tränkt. Dabei steigt das Kunstharzgemisch von der unten vorgesehenen Holmseite des Flügels zur Flügelblattspitze nach oben. Nach dem Aushärten des Gemisches sind alle Glasfaserteile intensiv getränkt.

Als Harzgemisch wird ein Gemisch aus Kunstharz, HÄrter und Beschleuniger verwendet. Vor dem Vorgießen wird diese Mischung aufbereitet und entgast. Damit wird verhindert, daß Gaseinschlüsse in die Hohlräume der Form kommen.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch ein derartiges Flüge 1-

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profil. Es ist ersichtlich, daß eine Außenhaut 21 aus intensiv getränkter Glasfaser hergestellt wird. Gegebenenfalls wird das Profil durch einen Doppel-T-Träger der ebenfalls aus mit Kunstharz intensiv getränkter Glasfaser besteht, hergestellt. Die Flügelanströmkante 23 wird einstückig hergestellt und kann durch eine hinterlegte Glasfasermatte 24 verstärkt sein.

Fig. 4 zeigt das fertige Teil nämlich einen Ventilatorflügel 25r dessen Nabe 26 an ihrem Ende den Befestigungsring 2o trägt.

,Der Vorformling 18 wurde mit Glasfasergewebe oder Glasfasermatten und Rowingsträngen umwickelt. Die Glasfaserstränge oder Rowings werden paralleljzur Hauptlastrichtung angelegt, d.h. vom Befestigungsholm über den Anschlußflansch in Richtung Blattebene bis zur Flügelspitze. Das einzelne Flügelblatt selbst wird dabei an seiner Nabe gehalten, d.h. der Holm steckt in einer Bohrung. Der Befestigungsflansch wird mittels Spannringen an der Nabe festgehalten. Dadurch wird erreicht, daß die Zentrifugalkräfte im Anschlußflansch richtig aufgenommen werden. Im übrigen wird der Vorformling rundum mit diesen Glasfaserteilen umwickelt. Dadurch wird rundum in den beiden Deck-

b]±tschichten und an den Flügelkanten sowie an der Luftströmkante eine hohe mechanische Festigkeit erreicht, sowie weiterhin die für die aerodynamische Wirkung notwendige Blattprofilierung undBlattverwindung.

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Das anschließende Ausschmelzen des Wachskernes 18 erfolgt in einer Wärmekammer. Das geschmolzene Wachs tritt durch eine geeignete Öffnung aus. Bei diesem Vorgang wird das Flügelblatt qualitativ verbessert/da das Kunstharz unter dem Temperatureinfluß völlig aushärtet und seine beste mechanische Festigkeit erhält.

Sofern eine Längsrippe 22 eingebaut sein soll, muß der Vorformling 18 entsprechend ausgestaltet werden. Eine derartige Verrippung bringt eine optimale mechanische Festigkeit. Von großer Bedeutung ist es dabei, daß das ganze Werkstück einschließlich Verstärkungsrippen aus einem homogenen Teil aus Glasfaser verstärktem Kunststoff gefertigt ist, d.h., es sind keine weiteren metallischen Einlagen zur Herstellung solcher Verrippungen notwendig. Die Verrippung 22 soll sich von starken Dimensionen auf der Flanschseite beginnend zur Flügelspitze hin konisch verjüngen.

Mittels des Ringes 2o kann man die Rowingsstränge oder Glasfasern besser einlegen und positionieren. Der Ring kann aber auch entfallen

Die Herstellung eines Wachskernes als Vorformling ist wirtschaftlicher und billiger als die Herstellung eines geschäumten Kernes. Außerdem ändert ein geschäumter Kern während des Gießvorganges seine Oberfläche, so daß das gegossene Werkstück Lunkerbildung, Blasen und ähnliches aufweist.

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In Fig. 5 ist die Herstellung eines Ventilatorflügeis bzw. gleichzeitig mehrerer Flügel im Schleudergußverfahren gezeigt. Ein Motor 3o treibt dabei über eine Welle 31, denSchleudertisch 32. Auf dem Schleudertisch ist die zweiteilige Form 33,34 befestigt, wobei diese Formen den Hohlraum 35 für die herzustellenden Ventilatorflügel bilden. Der etwa eingelegte Kern ist nicht dargestellt. Wird das Kunstharzgemisch in Pfeilrichtung 36 in den Trichter 37 gegossen, so wird in ansich bekannter Weise beim Drehen des Schleudertisches 32 das Harz in Pfeilrichtung 38 abgeschleudert und füllt die Form von außen nach innen, wobei immer die Luft so entweichen kann, daß im Werkstück keinerlei Blasen oder Lunker vorhanden sind.

In der Fig. 6 bezeichnen die gleichen Zahlen die gleichen Teile. Bei dieser Ausführung ist ein Ventilatorlaufrad 39 vorhanden, welches erfindungsgemäss hergestellt wird.

Nach Abheben der Formhälten 33,34 voneinander ist das Werkstück entformbar.

Das Verfahren nach der Erfindung kann mit Vorteil auch für die Herstellung anderer Werkstücke Verwendung finden, wobei diese Werkstücke bevorzugt Hohlräume haben, die vorher mit einem Wachskern gefüllt werden, der anschließend ausgeschmolzen wird.

Insbesondere nach dem Verfahren nach Fig. 6 lassen sich nur achssymmetrische Werkstücke herstellen.

Die Erfindung findet auch Anwendung bei allen anderen Körpern, seien sie hohl, voll oder auch unsymmetrisch.

709836/0381 Patentansprüche

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Claims

P_a_t_e_n_t_a_n_s_p__r_ü_c_h_e_

I 1.j Verfahren zur Herstellung von Werkstücken insbesondere von Ventilatorflügeln, kompletten VEntilatorlaufrädern, und anderen

Körpern, mit armierten Harzflächen , wobei ein

Kern mit Armierungsmitteln umwickelt wird und der so entstandene umwickelte Kern in eine Form eingelegt wird, worauf flüssiges Kunstharzgemisch unter Wirkung einer Druckdifferenz in den Formhohlraum gegeben wird, das die Armierung tränkt, worauf nach dem Aushärten des Kunstharzes das Werkstück aus der Form genommen wird, da durch gekennzeichnet, daß das Kunstharzgemisch mittels Unterdruck in den Formhohlraum (16) eingebracht ist.
2. Verfahren zur HerstellungvonWerkstücken insbesondere von Ventilatorflügeln, kompletten Ventilatorlaufrädern und anderen achssymmetrischen Körpern, mit armierten Harzflächen, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunstharzgemisch im Schleuderverfahren durch Zentrifugalkraft in den Formhohlraum (35,39) eingebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß al s Kern ein unter Einwirkung von Wärme aus der Form ausschmelzbarer Kern (18) verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 und 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Anströmkante (23) des Ventilatorflügels einstückig gegossen und zusätzlich armiert ist.

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ORIGlNAL INSPECTED
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, und 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Flügelblatt bzw. das komplette Ventilatorlaufrad aus einem einzigen, homogenen Stück gefertigt ist.
6. Flügelblatt für Ventilatoren, hergestellt nach dem Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Verstärkungsrippen einstückig mit dem Flügelblatt sind.

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