DE3311793A1

DE3311793A1 - Nabe fuer ventilatoren, laufraeder oder dgl. und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE3311793A1
Application number: DE19833311793
Authority: DE
Inventors: Stig 42174 Västra Frölunda Hallerbäck
Original assignee: SKF Kugellagerfabriken GmbH
Current assignee: SKF GmbH
Priority date: 1982-03-31
Filing date: 1983-03-31
Publication date: 1983-10-20
Also published as: DK159665B; IT1163189B; IT8320351A0; DK146583A; SE455010B; IT8320351A1; DK159665C; DK146583D0; US4565493A; SE8202045L

Description

SKF KUGELLAGERFABRIKEN GMBH Schweinfurt, 1983-03-23

- SE 82 008 DE TPA.vh.tr

Nabe für Ventilatoren, Laufräder oder dgl, und Verfahren zu ihrer Herstellung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Nabe für Ventilatoren, Laufräder oder dgl. gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.

Die Befestigung der Naben von Ventilatoren, Laufrädern oder dgl. auf einer Maschinenwelle erfolgt im allgemeinen durch Festsetzen der Nabe auf der Mantelfläche der Maschinenwelle. Eine drehfeste Verbindung der Nabe mit der Maschinenwelle kann durch Schrauben, durch Preßsitz . oder durch irgend eine andere Befestigungsart erfolgen, wobei die Verdrehsicherheit der Nabe auf der Maschinenwelle im allgemeinen durch Keile verbessert wird, die in eine entsprechende Keilnut in der Bohrungssitzfläche der Nabe eingreifen. Die entsprechende Nabe-Welle-Verbindung darf übrigens keine

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Schwachstellen aufweisen, sie darf sich auch nicht lösen, wenn die Umgebungstemperaturen veränderlich sind. Größere Temperaturänderungen können aber bei Ventilatoren wegen der veränderlichen Temperatur des durch den Ventilator bewegten Strömungsmittels vorkommen. Diese Temperaturänderungen ändern die Sitzqualität bzw. die Festigkeit der Nabe-Welle-Verbindung nur dann nicht, wenn die Nabe und die Welle aus ein und demselben Werkstoff hergestellt sind. Falls die Nabe und die Welle aus Werkstoffen bestehen, die einen unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten aufweisen, kann der Sitz der Nabe auf der Welle infolge unterschiedlicher Wärmedehnung zwischen Welle und Nabe sich ändern und lockern.

Maschinenwellen werden im allgemeinen aus Stahl gefertigt. Die zugehörige Nabe wird jedoch in vielen Fällen, z.B. bei Ventilatoren, aus einem Gieß- oder Druckgießwerkstoff in einem Stück wirtschaftlich gefertigt. Die entsprechenden Gießwerkstoffe, z.B. Aluminium oder Kunststoff, besitzen einen größeren Wärmedehnungskoeffizienten als Stahl. Kunststoffe haben überdies einen schädlichen "Kriecheffekt", wenn diese höheren Belastungen ausgesetzt sind. Wegen dieses Kriecheffektes wird die Sitzfestigkeit der Naben aus Kunststoff, welche zum Übertragen von Kräften und Drehmomenten notwendig ist, im Laufe des Betriebes herabgesetzt. Deshalb sind besondere Sicherheitsvorkehrungen nötig, wenn Ventilatoren mit zugehöriger Nabe aus Kunststoff hergestellt und auf einer Maschinenwelle aus Stahl festgesetzt werden. Ein Lockerwerden der Nabe-Welle-Verbindung kann nämlich vor allem bei hohen Umfangsgeschwindigkeiten des Ventilators katastrophale Folgen haben. Wegen dieser Gefahren war es bisher üblich, die

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Nabe, wenn diese aus Kunststoff hergestellt wurde, relativ dick und klobig zu gestalten. Dickwandige Naben machen jedoch beim Gießen Schwierigkeiten und verursachen außerdem hohe Materialkosten. Überdies werden durch solche dickwandigen Naben aus Kunststoff die Schwierigkeiten nicht überwunden, welche durch den Kriecheffekt und die relativ große Wärmedehnung des Kunststoffs entstehen.

Der in Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Nabe für Ventilatoren, Laufräder oder dgl. zu schaffen, welche mit einer verhältnismäßig geringen Masse von Gießwerkstoff wirtschaftlich herstellbar ist und welche auf der Mantelfläche einer Maschinenwelle aus einem Werkstoff mit unterschiedlichem Wärmedehnungskoeffizienten auch dann genügend sicher festgesetzt werden kann, wenn im Betrieb Temperaturänderungen in der Umgebung von Nabe und Maschinenwelle vorkommen.

Mit der Erfindung ist eine Nabe geschaffen, welche im Gießverfahren wirtschaftlich herstellbar ist. Durch die vorgespannte Wendel, die vorzugsweise aus Stahl besteht, ist in der Nabe ein relativ steifes und festes Element inkorporiert, welches die Wärmedehnungseigenschaften der Nabe im wesentlichen bestimmt, d.h. die Nabe verändert ihre Abmessungen infolge Wärmedehnung genauso, wie wenn diese vollständig aus dem Werkstoff der Wendel bestünde. Zum Beispiel können Wendel und Maschinenwelle aus Stahl gefertigt werden, so daß sich ein sicherer Festsitz der Nabe auf der Maschinenwelle auch dann ergibt, wenn als Gießwerkstoff ein Kunststoff mit einem wesentlich größeren Wärmedehnungskoeffizienten als Stahl verwendet wird und die Umgebung von Nabe und Maschinenwelle im Betrieb unterschiedliche Temperaturen annimmt. Überdies

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ergibt sich eine vorteilhafte Ersparnis an Gießwerkstoff für die Nabe. Die Nabe kann relativ dünnwandig ausgeführt werden, ohne daß die Sicherheit ihres Festsitzes auf der Maschinenwelle darunter leidet. Schließlich hat die Maß~ nahme nach Anspruch 2 zur Folge, daß die Wendel einfach und wirtschaftlich hergestellt werden kann.

Die zusätzliche Maßnahme nach Anspruch 3 hat zur Folge, daß die einzelnen Windungen der Wendel auch nach dem Aufschieben der Wendel auf den Zapfen der Gießform einen gleichmäßigen axialen Abstand voneinander haben. Beim Fertiggießen der Nabe kann also der Gießwerkstoff in den Spalt zwischen den einzelnen Windungen eindringen, so daß die Windungen der Wendel im Gießwerkstoff vollständig eingebettet werden.

Mit der Maßnahme nach Anspruch 4 ist ein Verfahren zum Herstellen der erfindungsgemäßen Nabe für Ventilatoren, Laufräder oder dgl. geschaffen, das wegen des einfachen Aufbaus der Gießform mit zugehörigem Zapfen wirtschaftlich anwendbar ist. Beim Fertiggießen der Nabe in der Gießform werden die Windungen der Wendel zumindest· zum größten Teil vom Gießwerkstoff umschlossen. Nach dem Fertiggießen der Nabe besitzt die Wendel in der Nabe eine Vorspannung.

Mit der Maßnahme nach Anspruch 5 wird der Vorteil erzielt, daß die Wendel an ihrem gesamten Umfang einen gleichmäßigen kleinen Abstand von der Bohrungssitzfläche der Nabe erhält, so daß sich in der Nabe eine rotationssymmetrische Verspannung des Gießwerkstoffes durch die Wendel ergibt.

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Die aus einem Gießwerkstoff hergestellte Nabe für Ventilatoren, Laufräder oder dgl. der Erfindung sowie ein für die Herstellung dieser Nabe geeignetes Verfahren werden im folgenden anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen, welche in den Zeichnungen dargestellt sind, näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Nabe mit

zylindrischer Bohrungssxtzfläche,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Nabe mit kegeliger Bohrungssxtzfläche und einer in dieser festgesetzten, die Nabe mit der Maschinenwelle verbindenden Klemmhülse,

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Herstellverfahrens für die erfindungsgemäße Nabe und

Fig. 4 ' einen teilweisen vergrößerten Längsschnitt durch eine Wendel.

In Fig. 1 ist eine Nabe für einen Ventilator dargestellt, welche an ihrem Umfang mit Ventilatorflügeln 2 einstückig verbunden ist. Sowohl die Nabe 1 als auch die mit dieser verbundenen Ventilatorflügel 2 sind im vorliegenden Fall aus einem spritzgießfähiger«. Kunststoff als Gießwerkstoff hergestellt. In der Nabe 1 ist eine Wendel 4 aus Stahl dicht unter der Bohrungssxtzfläche 3 der Nabe 1 eingegossen, welche die Nabe 1 versteift und welche unter radialer Vorspannung im Kunststoff sitzt. Die Wendel 4

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hat an ihrem Umfang einen kleinen radialen Abstand von der Bohrungssitz fläche, der einige Zehntel Millimeter beträgt. Die einzelnen Windungen der Wendel 4 haben einen kleinen axialen Abstand voneinander. Der Kunststoff der dünnwandigen Nabe 1 besitzt ein relativ kleines Volumen, so daß dieser gegenüber der Wendel 4 aus Stahl relativ nachgiebig ist. Die große Wärmedehnung des Kunststoffs^der einen großen Wärmedehnungskoeffizienten aufweist, wird durch die kleinere Wärmedehnung des Werkstoffs (Stahl) der versteifenden. Wendel 4 rückgängig gemacht.

In Fig. 1 ist mit unterbrochenen Linien eine herkömmliche Nabe dargestellt, wie sie ohne eine versteifende Wendel aussehen müßte, um einen festen Sitz auf der Maschinenwelle (nicht gezeigt) zu bewerkstelligen. Aus dieser Darstellung geht hervor, daß mit der durch die Wendel 4 versteiften Nabe ein beträchtlicher Teil des Gießwerkstoffes (Kunststoff) eingespart ist.

Der Wärmedehnungskoeffizient der Wendel 4 aus Stahl ist ungefähr so groß wie der Wärmedehnungskoeffizient des Werkstoffs (Stahl) der Maschinenwelle. Der ursprünglich eingestelle Sitzcharakter zwischen Nabe 1 und Maschinenwelle wird deshalb nicht geändert, wenn Nabe und Maschinenwelle im Betrieb eine Erwärmung oder eine Abkühlung erfahren.

Fig. 2 zeigt eine abgeänderte Nabe 1, bei der die Bohrungssi tzf Lache der Nabe 1 kegelig ausgebildet ist. Mittels einer Klemmhülse 7 ist die Nabe 1 auf der Maschinenwelle 6 mit Preßsitz festgesetzt. Die Klemmhülse 7 kann entsprechend den Angaben im schwedischen Patent SE 412 792 ausgebildet sein.

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In Fig. 3 ist ein Verfahren zum Herstellen der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Naben schematisch angegeben Vor dem Fertiggießen der Nabe 1 in der in Fig. 3 gezeigten Gießform 10 wird die Wendel 4 auf die Mantelstützfläche des Zapfens 8 axial aufgeschoben. Zum Erzielen einer bestimmten radialen Vorspannung der Wendel 4 in der fertiggegossenen Nabe 1 hat die Mantelstützfläche des Zapfens 8 einen etwas größeren Durchmesser D₁ als der Durchmesser D" der Bohrung der Wendel 4. Die Mantelstützfläche des Zapfens 8 wird durch am Umfang des Zapfens 8 angeordnete Längsrippen 9 gebildet. Diese Längsrippen 9 halten die Wendel 4 in einem gleichmäßig kleinen Abstand von dazwischen angeordneten zylindrischen bzw. kegeligen Mantelflächenabschnitten des Zapfens 8. Beim Fertiggießen der Nabe 1 wird die Bohrungs sitzfläche der Nabe 1 durch die Mantelflächenabschnitte des Zapfens 8 angeformt. Dabei wird der Gießwerkstoff, z.B. Kunststoff, in den Gießraum gedrückt bzw. hineingespritzt, welcher zwischen dem Zapfen 8 mit auf dieser aufgesetzten Wendel 4 und der Wandung der Gießform 10 gebildet ist, so daß die einzelnen Windungen der Wendel 4 im Gießwerkstoff eingebettet werden.

In der Darstellung in Fig. 4 ist eine Wendel 4 gezeigt, deren einzelnen Windungen in axialer Richtung weisende wellenförmige Ausbuchtungen 11 besitzen. Jede Ausbuchtung 11 berührt die benachbarte Windung an jeweils einer eng begrenzten Stelle 12. Die Ausbuchtungen 11 bewirken, daß sich die benachbarten Windungen der Wendel 4 an eng begrenzten Stellen 12 ihres Umfanges berühren und gegenseitig arretieren . Der Gießwerkstoff kann beim Gießen der Nabe 1 zwischen den Windungen leicht eindringen und diese umschließen und einbetten.

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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, vielmehr kann diese innerhalb des Erfindungsgedankens, der in den Ansprüchen niedergelegt ist, abgewandelt werden.

Leerseite

Claims

SKF KUGELLAGERFABRIKEN GMBH Schweinfurt, 23.03.1983

SE 82 008 DE TPA.vh.tr

Nabe für Ventilatoren, Laufräder oder dgl, und Verfahren zu ihrer Herstellung

Patentansprüche

Aus Gießwerkstoff hergestellte Nabe für Ventilatoren, Laufräder oder dgl. mit einer Bohrungssitzfläche zum Festsetzen der Nabe auf einer Maschinenwelle, deren Werkstoff gegenüber dem Gießwerkstoff einen unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß dicht unter der Bohrungssitzfläche (3) der Nabe (1) eine die Nabe (1) wesentlich versteifende, verspannende Wendel (4) eingegossen ist, deren Windungen zumindest abschnittweise einen kleinen gegenseitigen Abstand voneinander haben und deren Werkstoff einen Wärmedehnungskoeffizienten aufweist, der ungefähr so groß wie der Wärmedehnungskoeffizient des Werkstoffs der Maschinenwelle (6) ist.

Nabe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Windungen der Wendel (4) mit in axialer Richtung wellenförmige*»Ausbuchtungen (11), welche die benachbarte Windung an jeweils einer eng begrenzten Stelle (12) berühren, versehen sind.

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3. Nahe nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendel (4) aus Stahl gefertigt ist.

4. Verfahren zum Herstellen einer Nabe für Ventilatoren, Laufräder oder dgl. mit einer Bohrungssitzfläche zum Festsetzen der Nabe auf einer Maschinenwelle nach einem der Ansprüchel bis 3, bei dem die Nabe in.einer Gießform mit einem Gießwerkstoff mit einem gegenüber dem Werkstoff der Maschinenwelle unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten fertiggegossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendel (4) vor dem Fertiggießen der Nabe (1) in der'Gießform (10) auf die Mantelstützfläche eines Zapfens (8), welche zum Erzielen einer bestimmten radialen Vorspannung der Wendel (4) in der Nabe (1) einen etwas größeren Durchmesser (D₁) als der Durchmesser (D„) der Bohrung der Wendel (4) aufweist, aufgeschoben wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (8) an seinem Umfang mit mehreren, die Mantelstützfläche des Zapfens (8) bildenden Längsrippen (9) versehen wird, welche die Wendel (4) in einem kleinen Abstand von dazwischen angeordneten zylindrischen oder kegeligen Mantelflächenabschnitten des Zapfens (8), welche die Bohrungssitzfläche der Nabe (1) anformen, halten.