DE2621761C3 - Laufrad für Ventilatoren und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Laufrad für Ventilatoren mit einer die Kraft von der Welle auf den Schaufelkranz übertragenden Radnabe und einer den Schaufelkranz tragenden Radscheibe, die mit der Nabe unter Zwischenschaltung einer Ringscheibe und mittels plastischer Verformung eines Nabenhalses fest verbunden ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zu dessen Herstellung. Bei derartigen Laufrädern dient die Nabenverbindung zur Drehmomentenübertragung von der Antriebswelle auf das eigentliche Ventilatorrad und dessen Schaufelkranz, sie muß nicht nur das während des Betriebes, beispielsweise bei einem Ventilator auftretende normale Antriebsmoment übertragen, sondern darüberhinaus auch das in der Regel um ein vielfaches höhere, beispielsweise das zwei- bis dreifach höhere Anfahrmoment.

Bei einem offenkundig vorbenutzten bekannten Laufrad dieser Art wird die Radscheibe, im Bereich von deren Außenumfang der Schaufelkranz befestigt ist, entweder unmittelbar oder über eine erste Unterlegscheibe gegen eine Nabenschulter gelegt, dann wird eine Zwischenscheibe an der Radscheibe angesetzt und dieses aus zwei oder drei Scheiben bestehende Paket dadurch auf die Nabe axial befestigt, daß der Nabenhals mit einer Bördelnietung versehen wird, wobei die Radscheibe zwischen der Nabenschulter und der Zwischenscheibe bzw. dem umgebördelten Rand gepreßt und somit mit der Nabe in Drelirichtung kraft- bzw. reibschlüssig verbunden wird. Nachteilig an dieser bekannten Verbindung zwischen Nabe und Radscheibe ist daß sie auf Güte und Qualität hin nur schwer zu kontrollieren ist weil das Maß der elastischen Verformung der Bördelnietung und die Höhe der dabei aufgewendeten Nietkräfte nur sehr schwer zu beurteilen ist und die entsprechenden Werte bei der Massenfertigung nur schwer ausreichend konstant gehalten werden können. Es kam deshalb insbesondere beim Anfahren derartiger Gebläseräder mit Drehstrommotoren, die ein hohes Anfahrmoment erzeugen, bei einigen Produkten immer wieder vor, daß das Laufrad gegenüber der Nabe durchrutscht Dies bedeutet daß bei der bekannten Nabenverbindung insoweit eine relativ starke Streuung vorhanden ist die technisch und wirtschaftlich nicht vertretbar ist. Man hat zwar versucht, diese Streuung in der Qualität des Kraftschlusses dadurch zu vermindern, daß die Einzelteile sorgfältig von öl, Fett u. dgl. gereinigt werden und daß der Stanz- und Schnittgrad an der Unterlegscheibe und der Zwischenscheibe und der Radscheibe nicht zu groß wird bzw. an der richtigen Stelle beim Zusammensetzen des Gebläserades angeordnet ist um zu verhindern, daß die die Kraftübertragung bestimmende ursprüngliche Reibungskraft während des Betriebes nicht verringert werden kann. Dies sind jedoch Maßnahmen, die erhebliche Zeit und damit Kosten verursachen, so daß die bekannte Nabenverbindung dann niclii mehr wirtschaftlich herstellbar ist. Es wurde ferner versucht zur Verringerung dieser Streuung die Nietkräfte beim Zusammensetzen der Einzelteile zu erhöhen, jedoch ist einer solchen Erhöhung eine Grenze gesetzt, da sich sonst die Passung der Nabenbohrung verengen oder in sonstiger Weise verformen würde. Bekannt ist es insbesondere bei Naben mit einem Tellerflansch ferner, diesen an die Radscheibe anzunieten oder anzuschrauben. Diese Verbindung ist jedoch sehr aufwendig und teuer, da dann einerseits die Nabe sehr viel mehr an Zerspanungsarbeit erfordert, so daß sie nicht mehr ein billiges Automatendrehteil sein kann und andererseits das Annieten oder Anschrauben selbst ebenfalls wesentlich zeit- und damit kostenaufwendiger ist.

Weiterhin ist aus der DE-GM 18 25 374 eine verdrehsichere Verbindung einer Nabe aus Metall mit einem für eine Drehbewegung bestimmten Teil, z. B. einer Riemenscheibe unter Vermittlung einer Radscheibe bekanntgeworden, bei der die Radscheibe am Innenumfang nach innen offene radiale Nuten aufweist, in die Ausformungen am Nabenhals eingreifen. Bei dieser bekannten Anordnung ist wie bei der Veröffentlichung »Causes for Failure ...« S. 131 in der US-Zeitschrift Maschine Design vom 3. April 1975 eine zuverlässige Verbindung zwischen Nabe und Radscheibe nicht immer zu erreichen, ganz abgesehen davon, daß auch die Herstellungskosten relativ hoch sind. Aus der DE-PS 16 02 435 ist außerdem eine Nabenverbindung für eine Keilriemenscheibe bekannt geworden, bei der eine Verstärkungsscheibe zwischengeschaltet ist, die mit dem Rohling für die Keilriemenscheibe durch Punktschweißen verbunden ist und zusammen mit diesem Ausnehmungen aufweist, in die Vorsprünge der durch Kaltschmieden hergestellten Nabe eingreifen, wobei dann die Nabe durch Aufnieten unter Zuhilfenahme einer bereits vorher fertiggestellten Bohrung befestigt wird. Dieses Herstellungsverfahren ist relativ umständlich, außerdem sind die hier verwendeten

Zwischenscheiben oder Verstärkungsscheiben vorgeformt, was wiederum bei den Herstellungskosten zu Buche schlägt, und dies ist u. a. auch dadurch bedingt, daß es sich hier um Teile für die Großserienfertigung handelt

Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, bei Ventilator-Laufrädern der eingangs genannten Art eine Nabenverbindung zu schaffen, bei der optimale "Festigkeitseigenschaften bei einfacher, wenig kostspiiliger Herstellungsart erzielt werden können.

Zur Lösung der obigen Aufgabe, ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die zwischen der Radscheibe und der Radnabe am Nabenhals sitzende Ringscheibe im Bereich ihres Außenumfangs mit der Radscheibe über Niete verbunden ist und an ihrem Innenumfang sich in radialer Richtung erstreckende, nach innen hin offene Nuten aufweist, in die Material des Nabelhalses durch Stauchen hinein verdrängt ist Bei der e» /indungsgemäßen Anordnung werden somit die Vorzüge der formschlüssigen Verbindung mit derjenigen der kraftschlüssigen Verbindung kombiniert, es werden optimale Festigkeitseigenschaften mit relativ geringen Herstellungskosten erzielt Die erfindungsgemäße Nabenverbindung schafft somit eine Kraftübertragung mittels Formschluß, was ohne weiteres auch in der Großserienfertigung in gleichbleibender Güte erzielbar ist Überraschende Verschlechterungen hinsichtlich der möglichen Kraftübertragung sind dabei nicht möglich, so daß die Nabenverbindung auch nach einer erheblichen Anzahl von Betriebsstunden nach wie vor die geforderten bzw. auftretenden Anfahrmomente aushalten kann. Die erfindungsgemäße Nabenverbindung ist jedoch nicht nur zuverlässiger, sondern auch fester. Auch hinsichtlich der Mindest-Momentwerte ergibt sich eine wesentliche Verbesserung, die das 2—3fache betragen kann, weiterhin zeichnet sich die Erfindung durch geringe Streubreite des übertragbaren Moments aus. Man kann nunmehr Automatendrehteile verwenden, also wird die Herstellung billiger und auch der Nietvorgang ist im Vergleich zu den bekannten Naben verbindungen nicht teurer, während die Zwischenscheibe demgegenüber billiger hergestellt werden kann, da eine Nachbearbeitung z. B. durch Entgraten nicht mehr notwendig ist. Der gesamte Nietvorgang kann nach wie vor in einem Arbeitsgang vollzogen werden, außerdem können die zur Nabenverbindung benötigten Nietkräfte wesentlich kleiner sein, so daß bei gleichem Nabenaußendurchmesser die Nabenbohrung, die von der Antriebswelle durchdrungen wird, größer werden kann, ohne daß die Gefahr besteht, daß sich die Passung dieser- Nabenbohrung während des Nietvorganges verändert. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß durch die Nietverbindung zwischen der Zwischenscheibe und der Radscheibe eine Erhöhung der Steifigkeit der Radscheibe und damit eine höhere zulässige Drehzahl vor dem Auftreten von Flatterschwingungen möglich ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Ringscheibe mit Nietansätzen und die Radscheibe an den diesen entsprechenden Stellen mit entsprechenden Bohrungen versehen werden, daß die Radscheibe und die mit Nietansätzen in die Bohrungen der Radscheibe eingreifende Ringscheibe zusammengelegt und gegen eine Nabenschulter gepreßt werden und daß dann ein Schälnietstempel gegen den Nabenhals drückt, wobei als Gegenlager Kopfmacher die freien Enden der Nietansätze verformen. Die Anwendung von Hohlnietansätzen ist aus der DE-OS 22 08 499 bekanntgeworden, jedoch geht es dort um die Verbindung von zwei Teilen für die Herstellung von Riemenscheiben für Reibriemen zum Antrieb von Lichtmaschinen in Kraftfahrzeugen, was mit der vorliegenden Erfindung nichts weiter zu tun hat Das erfindungsgemäße Verfahren hingegen bringt den Vorteil einer einfachen, wenig zeit· und arbeitsaufwendigen Herstellung von Ventilator-Laufrädern mit sich; ίο in einem einzigen Arbeitsgang können alle Bestandteile zur Herstellung einer Nabenverbindung hoher Zuverlässigkeit zusammengefügt werden.

Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen axialen Längsschnitt entsprechend der Linie 1-1 der F i g. 2 durch ein Ventilator-Laufrad gemäß einem Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung, F i g. 2 eine Ansicht in axialer Richtung gemäß Pfeil II der Fig. 1,

F i g. 3a u. b jeweils eine Ansicht ähnlich F i g. 2, jedoch in vergrößerter Darstellung und nur von einer Hälfte u. zw. vor bzw. nach den Nietvorgängen und Fig.4a u. b einen Schnitt längs der Linie IVa-IVa bzw.IVMVf)derFig.3abzw.b.

Die in der Zeichnung dargestellte erfindungsgemäße Nabenverbindung 11 dient zur formschlüssigen Kraftübertragung von einer mit einer Antriebswelle 18 verbundenen Nabe 12 auf das eigentliche Laufrad 13 eines Ventilators, das aus einer Radscheibe 14 und einem Kranz von Schaufeln 16 im Bereich des Außenumfangs der Radscheibe besteht, deren eines Ende an der Radscheibe 14 und deren anderes Ende bei beispielsweise axial ansaugenden Ventilatoren an einem Ring 17 befestigt ist.

Es versteht sich, daß statt der beim dargestellten Radialgebläse verwendeten geschlossenen Radscheibe 14 auch eine speichenförmige Radscheibe, also keine volle Radscheibe, z. B. bei der Ausbildung als to Axialgebläse vorgesehen sein kann. Wesentlich ist die erfindungsgemäße Verbindung 11 zur formschlüssigen Kraftübertragung von der Nabe 12 über eine Zwischenscheibe 28 auf das Laufrad 13 bzw. die Radscheibe 14, wobei die Nabe 12 in bekannter Weise mit der nur strichpunktiert dargestellten Antriebswelle 18 beispielsweise mittels einer radialen Klemmschraube 19 und/oder eines in einer Keilnut 20 der Nabe 12 angeordneten Keils drehfest verbunden werden kann.

Die Nabe 12, deren axiale Bohrung 21 mit einer Passung für die Antriebswelle 18 versehen ist, besitzt an ihrem einen axialen Ende einen Hals 22, der vom Hauptteil der Nabe 12 durch eine Ringschulter 23 getrennt ist und in dessen Bereich die Bohrung 21 eine stufenförmige Erweiterung besitzt. Auf den Nabenhals 22 wird die Radscheibe 14 aus profiliertem Blech gesetzt, deren zentrische Bohrung 26 einen dem Außendurchmesser des Nabenhalses 22 entsprechenden Innendurchmesser besitzt. In eingesetztem Zustand liegt die Radscheibe 14 an der Nabenschulter 23 an. Die Radscheibe 14 besitzt ferner mehrere kleinere Bohrungen 27, die auf einem konzentrischen Kreis um ihre zentrische Bohrung 26 gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Über den Nabenhals 22 wird ferner die Zwischenscheibe 28 geschoben, die ringförmig ausgebildet ist und deren zentrische Bohrung 29 einen Innendurchmesser besitzt, der demjenigen der zentrischen Bohrung 26 der Radscheibe 14 bzw. dem Außendurchmesser des Nabenhalses 22 entspricht.

Ferner besitzt die Zwischenscheibe 28 auf einem nahe dem Außenrand verlaufenden konzentrischen Kreis um die Bohrung 29 gleichmäßig verteilt angeordnete Löcher 31, von denen aus axiale Hohlnietansätze 32 einstückig durchgezogen sind, die gegenüber der der Radscheibe 14 zugewandten Fläche 33 der Zwischenscheibe 28 vorstehen. Der Kreis, auf dem die Löcher 31 bzw. die Hohlnietansätze 32 angeordnet sind, entspricht dem Kreis, auf dem die Bohrungen 27 der Radscheibe 14 angeordnet sind; ferner entspricht die Anzahl der Hohlnietansätze 32 und ihr Abstand voneinander den entsprechenden Abmessungen hinsichtlich der Bohrungen 27, und der Außendurchmesser der Hohlnietansätze 32 entspricht dem Innendurchmesser der Bohrungen 27 der Radscheibe 14. Wenn die Zwischenscheibe 28 auf den Nabenhais 22 aufgeschoben wird, dringen die Hohlnietansätze 32 in die Bohrungen 27 der Radscheibe 14 ein. Die Hohlnietansätze 32 sind so lang, daß sie gegenüber der Innenfläche 34 der Radscheibe 14 ein wenig vorstehen, wobei die Zwischenscheibe 28 an der Radscheibe 14 satt anliegt (F i g. 4a). Die Zwischenscheibe 28 besitzt ferner vom Innenumfang ihrer zentrischen Bohrung 29 ausgehende, gleichmäßig verteilt angeordnete Nuten 36. Beim Ausführungsbeispiel ist die Anzahl der Nuten 36 gleich der Anzahl der Hohlnietansätze 32 und es liegen jeweils eine Nut 36 und ein Hohlnietansatz 32 auf einem radialen Strahl. Es versteht sich, daß die Anzahl der Nuten 36 und die der Hohlnietansätze 32 auch ungleich sein kann und daß diese umfangsseitig auch jeweils gegeneinander versetzt sein können.

Zur Herstellung der formschlüssigen Nabenverbindung 11 wird das mit der Nabe 12 und der Zwischenscheibe 28 versehene Laufrad 13 in ein Nietwerkzeug gesetzt, das einen nicht dargestellten Gegenhalter hat, der an der innerhalb des Laufrades 13 liegenden Stirnfläche 38 der Nabe 12 anliegt, dessen strichpunktiert dargestellte Kopfmacher 39 an den freien Enden der Hohlnietansätze 32 anliegen und dessen Stempel 41 der Stirnfläche 42 der Nabe 12 im Bereich des Nabenhalses 22 gegenüberliegt. Der Stempel 21 ist als Schälnietstempel zur partiellen Schälnietung ausgebildet, besitzt eine im wesentlichen zylindrische Form mit einem Innendurchmesser, der kleiner ist als der Außendurchmesser des Nabenhalses 22, und kann mit einem zylindrischen Teil 37 verbunden sein, der im Bereich der Löcher 31 von außen am Zwischenring 28 zur Anlage kommt.

ίο Wenn der Schälnietstempel 41 niedergedrückt wird, ergeben sich, wie aus den F i g. 3b und 4b deutlich ersichtlich ist, durch Stauchen eines Teils der Stirnfläche 42 des Nabenhalses 22 Verformungen 43, die über den Umfang gleichmäßig verteilt angeordnet sind und die in die Nuten 36 der Zwischenscheibe 28 eindringen und diese im wesentlichen ausfüllen. Dadurch ist die formschlüssige Verbindung zwischen Nabe 12 und Zwischenscheibe 28 geschaffen. Im selben Arbeitsgang werden aufgrund der gegen die Kopfmacher 39 wirkenden Kraft des zylindrischen Teils 37 des Stempels 41 die Hohlnietansätze 32 an ihren freien Enden 47 nach außen umgebördelt, wodurch eine formschlüssige Nietverbundung zwischen der Zwischenscheibe 28 und der Radscheibe 14 entsteht. Eine axiale Sicherung der Nabe 12 gegenüber der Zwischenscheibe 28 ergibt sich dadurch, daß die Verformungen 43 vorzugsweise beidseitig zu den nicht verformten Bereichen 44 der Stirnfläche 42 des Nabenhalses 22 einen Übergangsbereich 46 bilden, der über den Innendurchmesser der zentrischen Bohrung 29 der Zwischenscheibe 28 hinaus verformt ist und an der Außenfläche der Zwischenscheibe 28 anliegt. Beim Nietvorgang kann beispielsweise durch am Stempel 41 vorgesehene Führungsstangen, die in die Löcher 31 der Zwischenscheibe 28 eindringen können, erreicht werden, daß der Stempel 41 derart geführt und sichergestellt wird, daß die Verformungen 43 in jedem Falle im Bereich der Nuten 36 der Zwischenscheibe 28 gebildet werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Laufrad für Ventilatoren mit einer die Kraft von der Welle auf den Schaufelkranz übertragenden Radnabe und einer den Schaufelkranz tragenden Radscheibe, die mit der Nabe unter Zwischenschaltung einer Ringscheibe und mittels plastischer Verformung eines Nabenhalses fest verbunden ist dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen der Radscheibe und der Radnabe am Nabenhals sitzende Ringscheibe (28) im Bereich ihres Außenumfangs mit der Radscheibe (14) über Niete (32) verbunden ist und an ihrem Innenumfang sich in radialer Richtung erstreckende, nach innen hin offene Nuten (36) aufweist, in die Material (43) des is Nabenhalses durch Stauchen hinein verdrängt ist

2. Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Nuten (36) und die Niete (32) in radialer Flucht liegen.

3. Laufrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß ein Teil der verdrängten Materialpartien (43) des Nabenhalses an mindestens einem Übergangsbereich (46) auf der Ringscheibe (28) aufliegt

4. Verfahren zur Herstellung einer Nabenverbindung für ein Ventilatorlaufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß die Ringscheibe (28) mit Nietansätzen (32) und die Radscheibe (14) an den diesen entsprechenden Stellen mit entsprechenden Bohrungen versehen werden, daß die Radscheibe (14) und die mit Nietansätzen (32) in die Bohrungen der Radscheibe eingreifende Ringscheibe (28) zusammengelegt und gegen eine Nabenschulter (23) gepreßt werden und daß dann ein Schälnietstempel (41) gegen den Nabenhals (22) drückt, wobei als Gegenlager Kopfmacher (39) die freien Enden der Nietansätze (32) verformen.