DE3637464A1 - Heissgas-radialventilator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Heißgas-Radialventilator der im Oberbe­ griff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Heißgas-Ventilatoren, wie sie bspw. im Industrieofenbau Verwendung finden, werden üblicherweise aus hochwarmfesten Stählen gefertigt. Solche Stähle haben jedoch eine mit zunehmender Temperatur abnehmenden Festigkeit und erfordern deshalb besondere Konstruktionen. So werden Heißgas-Radialventilatoren in der Regel mit radial endenden oder nur wenig nach vorne gekrümmten Schaufeln ausgeführt, weil bei diesen Bau­ formen die durch die Fliehkraft bedingten Spannungen am geringsten sind. Aus strömungstechnischen Gründen wären jedoch in allen interes­ sierenden Anwendungsfällen, insbesondere auch für Hochtemperatur-Ra­ dialventilatoren für Industrieöfen, Schaufeln günstiger, die in der Art von üblichen Hochleistungs-Ventilatoren nach hinten gekrümmt sind. Bei Verwendung der üblichen, warmfesten Stahllegierungen scheidet jedoch diese besonders geeignete Bauform aus Festigkeitsgründen aus.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Heißgas-Radial­ ventilator der angegebenen Gattung zu schaffen, bei dem die oben er­ wähnten Nachteile nicht auftreten.

Insbesondere soll ein Heißgas-Radialventilator geschaffen werden, der trotz strömungsgünstig gestalteter Schaufeln bei extrem hohen Tempera­ turen betrieben werden kann.

Dies wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des An­ spruchs 1 angegebenen Merkmale erreicht.

Zweckmäßige Ausführungsformen werden durch die Merkmale der Unteran­ sprüche definiert.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen auf folgenden Überle­ gungen: Keramische Werkstoffe haben eine extrem hohe Temperaturbe­ ständigkeit, so daß bspw. Räder von Abgas-Turboladern für Kraftfahr­ zeug-Motore, insbesondere im Rennsport, bereits aus keramischen Werk­ stoffen gefertigt werden. Solche Räder haben einen Durchmesser von etwa 100 bis 200 mm.

Größere Bauteile können zur Zeit aus keramischen Werkstoffen noch nicht hergestellt werden, da die für eine solche Fertigung erforderliche Sintertechnik für Bauteile mit großen Abmessungen zur Zeit und auch in näherer Zukunft noch nicht zur Verfügung steht.

Unter Berücksichtigung dieser Einschränkungen wird deshalb vorgeschla­ gen, die besonders extrem belasteten Schaufeln eines Heißgas-Radial­ ventilators aus hochtemperaturbeständigen, keramischen Werkstoffen herzustellen und diese Schaufeln in eine Verbundkonstruktion einzufü­ gen, bei der die Rückenscheibe und die Deckscheibe des Ventilators aus metallischem Werkstoff bestehen. Die Schaufeln können formschlüssig, insbesondere in Profilstücken, zwischen Rückenscheibe und Deckscheibe gehalten werden, so daß bei der Profilgebung der Schaufeln nur die aerodynamischen Bedingungen, nicht jedoch Festigkeits-Einschränkungen, berücksichtigt werden müssen.

Dadurch wird die Gestaltung eines strömungsgünstigen, bei extrem hohen Temperaturen arbeitenden Heißgas-Radialventilators möglich, der mit hohem Druckgewinn im Laufrad arbeitet und deshalb im Hinblick auf den Einbau wesentlich weniger empfindlich ist als die bisher üblichen Hochtemperatur-Heißgas-Ventilatoren mit radial endenden oder gar gegen die Drehrichtung gekrümmten Schaufeln.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform werden die Vorderkanten der Schaufeln durch Rohre mit kreisförmigen Querschnitt gebildet, welche die aus keramischem Werkstoff hergestellten Schaufeln halten und zu­ gleich Rückenscheibe und Deckscheibe miteinander verbinden. Durch die bei üblicher Ausführung kaum realisierbare gute Abrundung, die mit Hil­ fe von Formstücken aus keramischen Werkstoffen erreicht wird, läßt sich eine Strömungsablösung an der Deckscheibe vermeiden. Dadurch wird eine wesentlich breitere Ausführung der Ventilator-Räder möglich als bei den bisher üblichen Hochtemperatur-Ventilatoren.

Durch die beanspruchten Maßnahmen lassen sich also die bisher üblichen Gestaltungsregeln für Hochleistungs-Radialventilatoren ohne Probleme auch bei extrem hohen Temperaturen arbeitenden Heißgas-Radialventi­ latoren verwenden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles un­ ter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen axialen Schnitt durch einen Teil eines Radial­ ventilators,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie A-A von Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie B-B von Fig. 1, und

Fig. 4 eine Ansicht einer Schaufel.

Der aus den Figuren ersichtliche, allgemein durch das Bezugszeichen 10 angedeutete Heißgas-Radialventilator weist eine Rückenscheibe 12 und eine Deckscheibe 14 auf, die aus einer hochwarmfesten metallischen Su­ perlegierung hergestellt sind. Zwischen die Rückenscheibe 12 und die Deckscheibe 14 sind Schaufeln 16 eingesetzt, die in Bezug auf die durch den Pfeil 18 in Fig. 2 angedeutete Drehrichtung des Ventilators 10 nach hinten gekrümmt sind.

Die in Drehrichtung des Ventilators 10 gesehen vorderen Kanten der Schaufeln 16 werden durch Rohre 20 mit kreisförmigem Querschnitt ge­ bildet, welche die aus keramischem Werkstoff hergestellten Hauptteile der Schaufeln 16 halten und gleichzeitig Rückenscheibe 12 und Deck­ scheibe 14 miteinander verbinden.

Wie man in dem achsnormalen Schnitt A-A nach Fig. 2 erkennt, werden die Schaufeln 16 auf der Rückenscheibe 12 (und in entsprechender Wei­ se auf der Deckscheibe 14) durch der Schaufelkontur angepaßte Blech­ ausschnitte 22 fixiert, die auf die Rückenscheibe 12 bzw. auf die Deck­ scheibe 14 aufgeschweißt sind.

Wie man ebenfalls in Fig. 2 erkennt, sind an die aus einem metalli­ schen Werkstoff, insbesondere einer hochwarmfesten, metallischen Su­ perlegierung, hergestellten Rohre 20 Flachprofile 24 angeschweißt, die in eine Nut an der Vorderkante des Hauptteils der Schaufeln 16 einge­ schoben sind. Dadurch werden also die aus keramischem Werkstoff herge­ stellten Hauptteile der Schaufeln 16 zwischen dem Flachprofil 24 des Rohrs 20 einerseits und dem Blechausschnitt 22 andererseits gehalten.

Wie man in Fig. 1 erkennt, befinden sich solche Blechausschnitte 22 sowohl an der Rückenscheibe 12 als auch an der Deckscheibe 14, so daß die Schaufeln 16 formschlüssig fixiert sind.

Fig. 4 zeigt eine Ansicht einer Schaufel 16, aus der man ihre strö­ mungsgünstig gekrümmte Profilierung erkennt.

Vor der Deckscheibe 14 ist eine übliche Einlaufrundung des Laufrades vorgesehen. Diese Einlaufrundung kann aus Formstücken 26 aus kerami­ schem Werkstoff bestehen. Diese werden von den Rohren 20 einerseits und den Schaufeln 16 andererseits durch Formschluß in ihrer Position ge­ halten. Bei der Werkstoffauswahl wird man bei der beschriebenen Aus­ führungsform der Formstücke insbesondere auf Formbeständigkeit und ge­ ringe Dichte achten, da die Festigkeitsbeanspruchung im Gegensatz zu den Schaufeln gering ist.

Der Grundgedanke dieses Radialventilators liegt also in der weitgehen­ den Verwendung von Bauteilen aus keramischem Werkstoff, die mit den heute üblichen Sinter-Techniken gefertigt werden können und die durch Bauteile aus hochwarmfesten, metallischen Superlegierungen gehalten sind. Dadurch lassen sich die Gestaltungsregeln für Hochleistungs-Ra­ dialventilatoren auch bei Hochtemperatur-Heißgas-Radialventilatoren anwenden. Dabei werden sowohl hochbelastete Teile wie z.B. die Schau­ feln aber auch schwer aus metallischen Superlegierungen zu fertigende Teile, wie z.B. die Einlaufrundung aus geeigneten Keramikmaterial her­ gestellt.

Claims (11)

1. Heißgas-Radialventilator

• a) mit einer Rückenscheibe,
• b) mit einer Deckscheibe, und
• c) mit zwischen Rückenscheibe und Deckscheibe angeordneten Schaufeln,
• d) wobei Deckscheibe und Schaufeln zumindest teilweise aus hochwarmfestem Material bestehen, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
• e) die Rückenscheibe (12) und die Deckscheibe (14) sind aus hochwarm­ festen metallischen Superlegierungen hergestellt;
• f) die Hauptteile der Schaufeln (16) bestehen aus hochtemperaturfesten keramischen Werkstoffen; und
• g) die Schaufeln (16) sind formschlüssig zwischen Rückenscheibe (12) und Deckscheibe (14) gehalten.

2. Heißgas-Radialventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (16) profiliert sind.

3. Heißgas-Radialventilator nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (16), bezogen auf die Drehrichtung, nach hinten gekrümmt sind.

4. Heißgas-Radialventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Rückenscheibe (12) und Deckscheibe (14) durch Pro­ filstäbe (20) aus metallischem Werkstoff, die gleichzeitig die Vorder­ kanten der Schaufeln (16) bilden, miteinander verbunden sind.

5. Heißgas-Radialventilator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilstäbe (20) durch Rohre mit kreisförmigem Querschnitt gebildet werden.

6. Heißgas-Radialventilator nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilstäbe (20) mit der Rückenscheibe (12) und der Deckscheibe (14) verschweißt sind.

7. Heißgas-Radialventilator nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (16) an den Profilstäben (20) durch Formteile (24) gehalten sind.

8. Heißgas-Radialventilator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilstäbe (20) ein angeschweißtes Flachprofil (24) aufwei­ sen, das in einer Nut an der Vorderkante der Schaufeln (16) angeordnet ist.

9. Heißgas-Radialventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an die Rückenscheibe (12) und die Deckscheibe (14) der Schaufelkontur angepaßte Blechausschnitte (22) zur Halterung der Schaufeln (16) angeschweißt sind.

10. Heißgas-Radialventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaufrundung des Ventilatorrades durch gut gerundete Formstücke (26) aus keramischem Werkstoff gebildet ist, die von den Profilstäben (20) einerseits und den Schaufeln (16) anderer­ seits in ihrer Lage gehalten sind.

11. Heißgas-Radialventilator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckscheibe (14) im Schnitt Stufenform hat, und daß die Form­ stücke (16) als Segmente in die Deckscheibe (14) eingelegt sind.