DE3520218C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Laufrad für ein Radialgebläse nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der GB-13 28 082 ist ein Laufrad bekannt, das eine Tragscheibe mit mittig angeordneter Nabe, eine Deckscheibe und eine Vielzahl von Laufschaufeln, die sich zwischen der Tragscheibe und der Deckscheibe erstrecken, aufweist. Der Außendurchmesser der Tragscheibe ist geringer als der Innendurchmesser der Deckscheibe.

Zur Herstellung solcher Laufräder stehen verschiedene an sich bekannte Verfahren zur Verfügung. Bei einem davon werden die Nabe, die Tragscheibe und die Schaufeln als Baueinheit ausge­ bildet, während die Deckscheibe gesondert hergestellt und mit der Baueinheit beispielsweise durch Lösungsmittel­ schweißen verbunden wird. Bei einem weiteren Verfahren werden Nabe, Tragscheibe und Deckscheibe durch Preß­ formung eines Metallblechs separat hergestellt und mit­ einander durch Punktschweißen bei der Montage verbun­ den. Diese bekannten Verfahren zur Herstellung von Lauf­ rädern haben einige Nachteile.

Die Montage der Teile, die Verwendung der Lösungsmit­ telverschweißung oder der Einsatz der Punktschweißung und dergleichen führen unvermeidbar zu Änderungen zwischen den einzelnen gefertigten Laufrädern. Wenn die Nabe, die Tragscheibe und die Schaufeln als eine Baueinheit ausge­ bildet werden und die Deckscheibe separat hergestellt und mit der Baueinheit verbunden wird, haben diese Verfah­ ren den Nachteil, daß aufgrund einer Schrumpfung eine aus­ reichende Dimensionsgenauigkeit bezüglich der Verbindungsflächen, nicht eingehalten werden kann. Dies ergibt eine unzureichende Verbindung und führt zu einer Verringerung der Festig­ keit des Laufrads, wodurch die Betriebssicherheit verrin­ gert wird. Um diesen Nachteil zu vermeiden, muß das Lauf­ rad spanabhebend nachbearbeitet werden, um die abschließende Abmessungsgenauigkeit zu erhalten. Der damit verbundene Nachteil wird mit zunehmender Lauf­ radgröße immer schwerwiegender. Beim Spritzgießen ist es erforderlich, eine geteilte Form für die Herstellung der Schaufeln zu verwenden, die sich radial von der Mitte des Laufrads zu ihrem Außenumfang erstrecken. Bei der Ausformung der Schaufeln unter Einsatz der geteilten Form müssen die Schaufeln aus der Form entfernt werden, wobei mit den Abschnitten der Schaufeln begonnen wird, die sich am äußeren Umfang des Laufrades befinden und die sukzes­ sive vertikal bewegt werden. Dadurch wird der Aufbau der Form kompliziert und der Aufwand für die Form groß.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, das Laufrad der gattungsgemäßen Art so auszubilden, daß es bei hohem Wirkungsgrad eine hohe Festigkeit auf­ weist, geräuscharm betrieben und einfach hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird ausgehend von dem gattungsgemäßen Lauf­ rad durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße Laufrad läßt sich mit einfachen Guß­ formen in einem Spritzgießverfahren herstellen. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der fluiddruckbeaufschlagten Oberflächen der Schaufelvorderseiten an der Trennfläche des Laufrads werden Geräusche erzeugende Turbulenzen des Luftstroms und Spannungskonzen­ trationen vermieden, die zum Schaufelbruch führen könnten.

Durch die Weiterbildungen gemäß den Unteransprüchen 2 und 3 läßt sich der mittlere äußere Durchmesser der Lauf­ schaufeln erhöhen, wodurch ein höherer Wirkungsgrad des Laufrades erreicht wird.

Anhand von Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht des Grundprofils eines einteiligen Laufrads,

Fig. 2 den Schnitt XIV-XIV von Fig. 1,

Fig. 3 ein Diagramm des Profils und der Stärke einer Laufschaufel eines Laufrads mit großem Durchmesser,

Fig. 4 den Schnitt der Schaufel am Punkt X von Fig. 3,

Fig. 5 den Schnitt der Schaufel am Punkt Y von Fig. 3,

Fig. 6 den Schnitt der Laufschaufel am Punkt Z von Fig. 3,

Fig. 7 einen Vertikalschnitt eines einteiligen Laufrades mit einem Nabenring,

Fig. 8 eine Draufsicht des Nabenrings von Fig. 7.

Fig. 1 und 2 zeigen eine Ausführungsform eines Laufrads mit geraden Laufschaufeln, die in einem Stück mit Hilfe eines Paars von einfach gebauten Formen hergestellt werden können.

Wie aus Fig. 1 und 2 zu ersehen ist, hat das Laufrad eine Nabe 31, die im Mittelabschnitt des Laufrads für die Über­ tragung eines Motordrehmoments angeordnet ist, eine Tragscheibe 32 mit einer konvexen Oberfläche auf der Seite der Nabe 31, um eine Verformung aufgrund von Zentrifugalkräften zu verhindern, eine Deckscheibe 34 sowie eine Vielzahl von Laufschaufeln 33.

Durch einen nicht gezeigten Motor wird das Laufrad in Richtung des Pfeils 8 in Fig. 1 gedreht. Die dabei angesaugte Luft 7 strömt in das Laufrad, was durch die Stromlinien 1 bis 5 in Fig. 2 angedeutet ist.

Die Tragscheibe 32 hat einen Außendurchmesser D ₄, der kleiner ist als der Innendurchmesser D ₃ der Deckscheibe 34. Die Deckscheibe 34 bildet einen maximalen äußeren Durchmesser D ₇ des Laufrads. Die Vielzahl von Laufschaufeln 33 bilden eine regelmäßige Anordnung und haben eine Li­ nie 35, welche eine Trennfläche der Form anzeigt, die einen minimalen Durchmesser D ₆ und einen maximalen Durchmesser D ₅ hat. Diese Durchmesser stehen zu dem Außendurchmesser D ₄ der Tragscheibe 32 und dem Innendurch­ messer D ₃ der Deckscheibe in folgender Beziehung:

D ₃ ≧ D ₅ ≧ D ₆ ≧ D ₄.

Bei einer Ausführungsform, bei der das oder die Gleichheits­ zeichen gelten, haben in der Praxis die Laufschaufeln 33 eine geringe Höhe, so daß das Laufrad leicht aus den For­ men nach der Ausformung entfernt werden kann und keine Gefahr besteht, daß die Formen verschleißen oder beschä­ digt werden. Die Möglichkeit der Benutzung des Gleich­ heitszeichens oder der Gleichheitszeichen hängt vom jewei­ ligen Material ab.

Wenn das Laufrad einen großen Außendurchmesser hat, gilt die folgende Beziehung zwischen dem minimalen Durchmesser D ₆ und dem maximalen Durchmesser D ₅ der Trennfläche der Formen, der Außendurchmesser D ₄ der Tragscheibe 32 und dem Innendurchmesser D ₃ der Deckscheibe 34:

D ₃ ≧ D ₅ < D ₆ ≧ D ₄.

Die Trennfläche der Form im Bereich der Laufschaufeln hat die Gestalt eines Drei­ eckskonus. Gemäß Fig. 1 wird die Gestalt eines jeden Teils so bestimmt, daß eine bewegliche Form für die Deckschei­ benseite und eine ortsfeste Form für die Tragscheiben­ seite benutzt werden kann. Es ist jedoch keine Beschrän­ kung, da die Gestalt eines jeden Teils auch so getroffen werden kann, daß die ortsfeste Form für die Deckscheiben­ seite und die bewegliche Form für die Tragscheibenseite benutzt werden kann. Für diesen Fall gilt die zuvor er­ wähnte Beziehung ebenfalls.

Bei der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform können die Nabe, die Tragscheibe, die Laufschaufeln und die Deckscheibe als Einheit mit Hilfe eines Paars von Formen von einfachem Aufbau hergestellt werden. Dies ver­ hindert Änderungen in der Leistung und der Festigkeit aufgrund von betrieblichen Änderungen. Diese Ausführungs­ form ermöglicht weiterhin, den Herstellungsaufwand zu verringern, da Montagevorgänge nicht erforderlich sind.

Fig. 3 zeigt das Profil und die Dicke einer Laufschaufel 33 b eines Laufrads mit einem Abschnitt 334 auf der Fluid­ einlaßseite und einem Abschnitt 335 auf der Fluidauslaßsei­ te. Der Abschnitt 334 der Laufschaufel 33 b an der Fluideinlaßseite hat einen Aushebewinkel R _i₁ an der Schaufelvorderseite, der kleiner ist als ein Aushebewinkel R _i₂ an der Schaufelrückseite. Der Abschnitt 335 der Laufschaufel 33 b auf der Fluidauslaßseite hat einen Aus­ hebewinkel R _o₁ an der Schaufelvorderseite, der kleiner ist als ein Aushebewinkel R _o₂ an der Schaufel­ rückseite. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, hat der Abschnitt 334 der Laufschau­ fel 33 b, der sich an der Fluideinlaßseite befindet, an der Stelle X am oberen Ende der Laufschaufel 33 b eine Dicke t _ui , die kleiner ist als eine Dicke t _uo des Abschnitts 335 der Laufschaufel 33 b, der sich an der Fluidauslaßsei­ te befindet. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, hat der Abschnitt 334 der Laufschaufel 33 b, der sich auf der Fluideinlaßseite befindet, an der Stelle Y eine Dicke t _mi , während der Abschnitt 335 der Laufschaufel 33 b auf der Fluidauslaßseite eine Dicke t _mo aufweist. Wie in Fig. 6 gezeigt ist, hat der Abschnitt 334 der Laufschaufel 33 b, der sich auf der Fluideinlaßseite befindet, an der Stelle Z am unteren Ende der Laufschaufel 33 b auf der Fluideinlaßseite eine Dicke t _li , die größer ist als die Dicke t _lo des Abschnitts 335 der Laufschaufel 33 b auf der Fluidauslaßseite. Die Dicke der Laufschaufel 33 b ändert sich an der Trennfläche, die durch die Punkte X, Y und Z geht. Bei dem Laufrad kann der Punkt X am oberen Ende der Laufschaufel 33 b in Koinzidenz mit dem Punkt Y gebracht werden.

Bei der gezeigten Ausführungsform ist ein fluidauslaß­ seitiger Oberflächenteil 335 a an der Schaufelvorderseite auf einer geringeren Höhe als ein fluideinlaßseitiger Oberflächenteil 334 a der Schaufelvorderseite ange­ ordnet. Ein von dem fluidauslaßseitigen Oberflä­ chenteil 335 a und der Trennfläche gebildeter Winkel R _J ist ein stumpfer Winkel, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist.

Bei dieser Ausgestaltung werden Spannungskonzentrationen in dem Laufschaufel­ abschnitt, der der Trennfläche der Formteile entspricht, und die Ausbildung von den Fluidstrom störenden Turbulenzen unterbunden, ohne daß die Dicke der Lauf­ schaufel erhöht werden muß. Somit ergibt sich ein einteilig ausgeformtes Laufrad mit großem Durch­ messer, das ohne großen Aufwand hergestellt und eine hohe Leistung aufweist.

Die in Fig. 7 und 8 gezeigte Ausführungsform eines Laufrads 40 für ein Radialgebläse hat eine Nabe 41, eine Tragscheibe 42, eine Vielzahl von Laufschaufeln 43 und eine Deckscheibe 44, die einteilig durch Spritzgießen ausgeformt sind. Ein oberes und unteres Formteil sind durch eine Trennungsebene 45 geteilt. Ein Nabenring 46 hat an seiner Innenseite einen Ringvorsprung 46 a sowie eine Vielzahl von einzelnen Vorsprüngen 46 b, die ringförmig angeordnet sind. Von dem Ringvorsprung 46 a und den einzel­ nen Vorsprüngen 46 b wird eine Ringnut 46 c begrenzt, die für die Aufnahme eines Endabschnitts 42 a der Tragscheibe 42 geeignet ist. An einem Außenumfang des Nabenrings 46 ist eine Vielzahl von Vorsprüngen 46 d ausgebildet, die eine Vielzahl von Nuten 46 e jeweils für die Aufnahme eines Stirnabschnitts 43 a einer der Laufschaufeln 43 bilden. Die Nuten 46 e sind in der gleichen Richtung wie die Nuten 46 f ausgerichtet, von denen jede von zwei einzelnen Vor­ sprüngen 46 b gebildet wird, so daß der Stirnabschnitt 43 a jeder Laufschaufel 43 in die Nuten 46 e und 46 f einge­ paßt und darin befestigt ist. Die Tragscheibe 42 hat einen Außendurchmesser, der kleiner ist als ein Innendurchmes­ ser der Deckscheibe 44. Die Trennungsebene 45 des oberen und unteren Formteils erstreckt sich von einem äußeren Umfang 45 b des Stirnabschnitts 42 a der Tragscheibe 42 zur Stirnseite 45 a der Laufschaufeln 43. Die Trennungsebene 45 des oberen und unteren Formteils ist so angeordnet, daß sie einen großen Aushebewinkel hat, so daß die Form­ teile leicht voneinander getrennt werden können. Durch einteilige Ausformung von Nabe 41, Tragscheibe 42, Lauf­ schaufeln 43 und Deckscheibe 44 durch Spritzgießen ent­ fällt eine Montage der Teile zu einem Laufrad.

Wenn der Aushebewinkel der Trennfläche groß ist, muß der Durchmesser der Tragscheibe 42 verringert werden, da ein Stirnabschnitt 45 a der Laufschaufel 43 nicht größer als der Innendurchmesser der Deckscheibe 44 gemacht werden kann. Eine Verringerung im Außendurch­ messer der Tragscheibe 42 verringert die Breite eines Abschnitts 53 der Tragscheibe 42, auf dem die Tragscheibe 42 und die Laufschaufeln 43 verbunden sind, so daß sich eine Spannungskonzentration in diesem Abschnitt ergibt. Für ein Radialgebläse gilt allgemein, daß die Leistung des Gebläses und das vom Gebläse geförderte Fluidvolumen um so größer werden, je größer der Außendurchmesser des Laufrads ist. Wenn jedoch der Außendurchmesser des Lauf­ rads übermäßig groß wird, konzentrieren sich die Span­ nungen an den Wurzeln der Laufschaufeln 43 und an der Tragscheibe 42, so daß die Schaufeln 43 brechen. Wenn der Außendurchmesser der Tragscheibe 42 zu klein ist, nehmen die Turbulenzen am Außenum­ fang der Tragscheibe 42 zu, wodurch der Wirkungsgrad ver­ ringert wird und der spezifische Lärm zunimmt. Der Naben­ ring 46 ist deshalb so gebaut, daß er sich von dem Stirn­ abschnitt 42 a der Tragscheibe 42 am längs einer Fluidstromlinie 47 erstreckt. Der Nabenring 46 wird durch Ultraschallschweißung oder Lösungsmittelschweißung ange­ bracht, nachdem der Stirnabschnitt 42 a der Tragscheibe 42 in die Nut 46 c und die Stirnabschnitte 43 a der Vielzahl von Laufschaufeln 43 in die Nuten 46 e und 46 f eingepaßt sind.

Claims (4)

1. Laufrad für ein Radialgebläse, mit

• - einer Deckscheibe (34, 44),
• - einer Tragscheibe (32, 42), deren Außendurchmesser (D ₄) kleiner ist als der Innendurchmesser (D ₃) der Deck­ scheibe (34, 44),
• - einer in der Tragscheibe (32, 44) mittig angeordneten Nabe (31, 41), welche eine Ausnehmung zur Aufnahme und festen Halterung einer drehbaren Welle aufweist,
• - einer Vielzahl von Laufschaufeln (33, 43), welche sich zwischen der Tragscheibe (32, 42) und der Deck­ scheibe (34, 44) erstrecken, mit diesen verbunden und auf einem Kreis in gleichen Winkelabständen ange­ ordnet sind, wobei jede Laufschaufel (33, 43) unter einem bestimmten Winkel zur Radiuslinie geneigt ist und eine fluiddruckbeaufschlagte Schaufelvorderseite und eine dieser gegenüberliegende rückseitige Oberfläche auf­ weist,

dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Laufschaufeln (33, 43), die Tragscheibe (32, 42) und die Deckscheibe (34, 44) zusammen ein durch Spritz­ gießen in einer teilbaren Form gebildetes Teil darstel­ len,
• - daß die Laufschaufeln (33, 43) aus zwei in der Trennflä­ che (35, 45) der Gußformteile aneinandergrenzenden, fluid­ einlaßseitigen (334) und fluidauslaßseitigen Abschnitten (335) aufgebaut sind, die einander entgegengesetzte Aus­ hebewinkel (R i, R o) aufweisen, so daß in der Trennfläche (35, 45) eine Diskontinuität in der Schaufeloberfläche auf­ tritt,
• - daß die Trennfläche (35, 45) bezüglich der Laufschaufeln (33, 43) in einem Bereich liegt, der von dem Außendurch­ messer (D 4) der Tragscheibe (32, 42) und dem Innendurch­ messer (D 3) der Deckscheibe (34, 44) begrenzt wird,
• - daß auf der Schaufelvorderseite der fluidauslaßseitige Oberflächenteil (335 a) tiefer liegt als der fluideinlaß­ seitige (334 a) und
• - daß die beiden Oberflächenteile (334 a, 335 a) durch eine Verbindungsfläche verbunden sind, die mit dem fluidaus­ laßseitigen Oberflächenteil (335 a) einen stumpfen Winkel (R J) bildet.

2. Laufrad nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Naben­ ring (46), der an einem Außenumfang der Tragscheibe (42) und an Stirnflächen (43 a) der Laufschaufeln (43) befestigt ist und einen Außendurchmesser hat, der größer als der Innendurchmesser der Deckscheibe (44) ist.

3. Laufrad nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Außendurchmesser des Naben­ rings (46) im wesentlichen gleich dem Außendurch­ messer der Laufschaufeln (43) ist.