EP1571346A2 - Schaufel für das Laufrad eines Ventilators - Google Patents

Schaufel für das Laufrad eines Ventilators Download PDF

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EP1571346A2
EP1571346A2 EP05004501A EP05004501A EP1571346A2 EP 1571346 A2 EP1571346 A2 EP 1571346A2 EP 05004501 A EP05004501 A EP 05004501A EP 05004501 A EP05004501 A EP 05004501A EP 1571346 A2 EP1571346 A2 EP 1571346A2
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EP
European Patent Office
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blade
support member
item
slot
plate
Prior art date
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Withdrawn
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EP05004501A
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English (en)
French (fr)
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EP1571346A3 (de
Inventor
Helmut Dipl.-Ing. Bronowski
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Howden Axial Fans GmbH
Original Assignee
Howden Ventilatoren GmbH
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Publication date
Application filed by Howden Ventilatoren GmbH filed Critical Howden Ventilatoren GmbH
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/32—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
    • F04D29/38—Blades
    • F04D29/388—Blades characterised by construction

Definitions

  • the invention relates to the field of axial fans or axial fans.
  • Such Fans are used, for example, in road tunnels.
  • Such a Axial fan usually consists of a rotor and a housing with a Nachleitapparat.
  • the rotor has a number of blades.
  • each Shovel consists of an airfoil and a blade foot.
  • the scoop has considerable forces to transmit once through the winningaille the impeller are determined, but mainly by the Centrifugal force of the rotating masses.
  • the scoop can be different Materials exist and are made in different ways. in the This case is about cast buckets.
  • the inventor has recognized that the blade at certain temperatures lengthens and thereby grinds with its free end to the housing inner wall, so that the above rules are no longer met.
  • DD 2003 062 discloses polyurethane foam rotor blades for air coolers of Chemical plants.
  • the blade is without centric core manufactured, and a zugtragendes element, especially expanded metal, with Three-dimensional guiding elements forms the blade root.
  • the features, which are known from this document are in the preamble of claim 1 summarized.
  • the invention is based on the object, a blade of the above described type for axial fans to be designed so that they are also at extreme temperature conditions over a longer period of time their still Retains dimensional stability, so that the official regulations are observed can.
  • the solution not only fulfills the task in a perfect way. she is also easy to realize, and the effort is limited.
  • the blade shown in Figure 1 is part of a not shown here Rotor of an axial fan.
  • the blade comprises an airfoil 1 as well a blade foot 2.
  • the blade is made of one inner support member and an outer part 3 constructed.
  • the supporting part in turn exists from a first item 4 and a second item 5.
  • these two items 4, 5 enclosed by the material of the outer part by casting.
  • the outer part 3 can be poured onto the support member. Of course, it is also possible to pour the support member into the outer part, depending on which of the two parts is made first.
  • the two items 4 and 5 are worked out of plates, for example by punching or by cutting in the laser process, or as castings produced.
  • the items 4 and 5 are made of a very tough and high-strength material.
  • the enveloping outer part 3 however, consists of aluminum or one comparable light alloy.
  • the strength of the outer part 3 is thus less than that of the supporting part.
  • the two items 4 and 5 are after their mutual assembly under a arranged at right angles to each other.
  • the connection between the two Parts 4 and 5 is a plug or weld connection.
  • the two plate-shaped items 4 and 5 by pouring to produce an integral form.
  • the two parts 4 and 5 are each with a slot Mistake.
  • slot 4.1 of the first item 4 and in FIG 7 slot 5.1 of item 5.
  • the first item 4 a fir-tree-like shape has. It has several bulges 4.2 and 4.3 and Holes, of course, are enveloped by the material of the airfoil 1 and provide an intimate connection between the support member and outer part. Also more Contours of the first item are conceivable, for example a Sawtooth contour, a sine contour, or simply a triangle contour with the (rounded) tip of the triangle in the upper region of the airfoil 1, in Figure 1 seen.
  • the two items 4 and 5 of the support member generally extend over the entire highly stressed part of the blade root 2.
  • the part 4 extends but not necessarily over the entire length of the airfoil 1.
  • a Extension up to half or up to two-thirds depends on the given Stress of the respective airfoil from.
  • the composite construction according to the invention achieves the following:
  • Said groove 2.1 of the blade root 2 is made of the two individual parts 4 and 5 of the support member formed. This is advantageous because the material of this Items, as mentioned, are of high strength, so they are the ones on this Reliably and reliably absorb occurring high loads can.
  • FIG 9 is an alternative embodiment of the two items 4, 5, which form the support part, shown.
  • the two items 4, 5 in its lower region, which forms the blade root 2, in axial section a barrel-shaped area, in particular for fastening the Items 4 and 5 are used in the casting base and removed after casting.
  • the item 5 in turn has a centrally located slot 5.1 in Axial direction, the at the lower or radially inner end accessible for the Item 4 ends. At this lower end, the slot is 5.1 by two Tabs 5.2 narrowed.
  • the item 4 has accordingly at its lower or radially inner End centered a recess 4.4, which is sized in size, that the two projections 5.2 of the item 5 in this recess 4.4 can intervene.
  • a single projection 5.2 execute or the recess 4.4 not consistently perform.
  • two recesses 4.4 arranged on opposite Side of the item 4 may be provided, or in the provision of only one single projection 5.2, a single recess 4.4 on only one side of the Part 4 be provided.
  • the embodiment shown with the Recess 4.4 and the projections 5.2 at the bottom of the items 4 and 5 has the advantage that only a comparatively small expansion of the slot 5.1 when plugging the two items 4 and 5 is required, as long as the projections 5.2 are not yet snapped into the recess 4.4.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaufel für das Laufrad eines Axialventilators zum Fördern eines Gases; - mit einem Schaufelblatt (1) und einem Schaufelfuß (2); - mit wenigstens einem inneren Tragteil (4,5) aus einem Material hoher Festigkeit und einem das innere Tragteil (4,5) umhüllende Außenteil (3), das die Außenfläche der Schaufel bildet und aus einem Material besteht, das eine geringere Festigkeit als das Material des Tragteils aufweist; - das Tragteil (4,5) ist vom Material des Außenteils durch Gießen umschlossen; - das Tragteil erstreckt sich wenigstens über einen wesentlichen Teil des Schaufelfußes (2) und - das Tragteil umfasst zwei plattenförmige Einzelteile (4,5); - die Einzelteile (4,5) sind in einem Schnitt quer zur Schaufellängsachse (A-A) gesehen senkrecht zueinander angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Axial-Ventilatoren oder Axial-Lüfter. Solche Ventilatoren werden beispielsweise in Straßentunneln eingesetzt. Ein solcher Axialventilator besteht in der Regel aus einem Rotor und einem Gehäuse mit einem Nachleitapparat. Der Rotor weist eine Anzahl von Schaufeln auf. Jede Schaufel besteht aus einem Schaufelblatt und einem Schaufelfuß.
Die Schaufel hat erhebliche Kräfte zu übertragen, die einmal durch die Förderarbeit des Laufrades bestimmt werden, jedoch überwiegend durch die Fliehkraft der rotierenden Massen. Die Schaufel kann aus verschiedenen Materialien bestehen und auf verschiedene Weise hergestellt werden. Im vorliegenden Falle geht es um gegossene Schaufeln.
Beim Betrieb von Axialventilatoren kann es zu extremen Betriebsbedingungen kommen, die von solchen Ventilatoren ohne Ausfall der Funktion beherrscht werden müssen. Ein besonderer Extremfall liegt zum Beispiel dann vor, wenn es in einem extern belüfteten Tunnel zu einem Brand kommt. Gemäß amtlicher Sicherheitsvorschriften muss ein Ventilator bei extrem hohen Temperaturen von beispielsweise 400 Grad über eine längere Zeitspanne hinweg noch voll betriebsfähig bleiben. Bei Gussschaufeln aus Aluminiumlegierungen ist dies jedoch für derartige Temperaturen ab einer bestimmten Beanspruchung nicht mehr gewährleistet.
Der Erfinder hat erkannt, dass sich die Schaufel bei bestimmten Temperaturen längt und dadurch mit ihrem freien Ende an der Gehäuse-Innenwand schleift, so dass die genannten Vorschriften nicht mehr erfüllt werden.
DE 42 34 292 A1 offenbart einen Axiallüfter mit Kunststoffschaufeln, welche durch Spritzgießen mit einem Ringflansch aus Metall verbunden sind. Solche Axiallüfter sind aufgrund der gewählten Materialien nicht ausreichend hitzebeständig zum Einsatz beispielsweise in Straßentunneln.
DD 2003 062 offenbart Laufschaufeln aus Polyurethanschaum für Luftkühler von Chemieanlagen. Um ein minimales Eigengewicht sowie hohe Festigkeit bei geringen Kosten zu erreichen, wird die Laufschaufel ohne zentrischen Kern gefertigt, und ein zugtragendes Element, speziell Streckmetall, mit dreidimensionalen Leitelementen bildet den Schaufelfuß. Die Merkmale, welche aus diesem Dokument bekannt sind, sind im Oberbegriff von Anspruch 1 zusammengefasst.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaufel der eingangs beschriebenen Art für Axialventilatoren derart zu gestalten, dass sie auch bei extremen Temperaturbedingungen über eine längere Zeitspanne hinweg noch ihre Formstabilität beibehält, so dass die amtlichen Vorschriften eingehalten werden können.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
Die Lösung erfüllt nicht nur die gestellte Aufgabe in vollkommener Weise. Sie ist auch leicht zu verwirklichen, und der Aufwand hält sich in Grenzen.
Die Erfindung ist anhand der Zeichnungen, in welchen ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, beispielhaft erläutert. In den Zeichnungen ist im einzelnen folgendes dargestellt:
Figur 1
zeigt eine Schaufel in Draufsicht (mit den sichtbar gemachten eingegossene Tragteilen).
Figur 2
zeigt einen Schnitt A - A der Schaufel.
Figur 3
zeigt einen Schnitt B - B der Schaufel.
Figur 4
zeigt einen Schnitt D - D der Schaufel.
Figur 5
zeigt ein erstes Teil eines Tragteiles.
Figur 6
zeigt das erste Tragteil in einer Seitenansicht.
Figur 7
zeigt das zweite Teil des Tragteiles.
Figur 8
zeigt das zweite Tragteil in einer Seitenansicht.
Figur 9
eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des ersten und des zweiten Tragteils für eine Schnappverschluss-Verbindung der beiden Teile.
Die in Figur 1 dargestellte Schaufel ist Bestandteil eines hier nicht gezeigten Rotors eines Axialventilators. Die Schaufel umfasst ein Schaufelblatt 1 sowie einen Schaufelfuß 2.
Wie man genauer aus den Figuren 2, 3 und 4 erkennt, ist die Schaufel aus einem inneren Tragteil und einem Außenteil 3 aufgebaut. Das Tragteil seinerseits besteht aus einem ersten Einzelteil 4 und einem zweiten Einzelteil 5. Dabei sind diese beiden Einzelteile 4, 5 vom Material des Außenteiles durch Gießen umschlossen. Man könnte auch sagen, dass das Tragteil in das umhüllende Außenteil 3 eingebettet ist. Das Außenteil 3 kann dabei auf das Tragteil aufgegossen sein. Selbstverständlich ist es auch möglich, das Tragteil in das Außenteil einzugießen, je nachdem, welches der beiden Teile zuerst gefertigt wird.
Die beiden Einzelteile 4 und 5 sind aus Platten herausgearbeitet, beispielsweise durch Stanzen oder durch Schneiden im Laserverfahren, oder als Gussteile hergestellt. Die Einzelteile 4 und 5 bestehen aus einem sehr zähen und hochfesten Werkstoff.
Der umhüllende Außenteil 3 hingegen besteht aus Aluminium oder einer vergleichbaren Leichtmetall Legierung. Die Festigkeit des Außenteils 3 ist somit geringer als die des Tragteils.
Am Schaufelfuß 2 erkennt man eine umlaufende Hohlkehle 2.1. Die Schaufel wird bei der Montage zwischen zwei Nabenkörpern unter Pressung eingespannt. Die Nabenkörper weisen entsprechende Wulste auf, die ein zur Hohlkehle 2.1 kongruentes Profil haben (hier nicht gezeigt).
Die beiden Einzelteile 4 und 5 sind nach ihrer gegenseitigen Montage unter einem rechten Winkel zueinander angeordnet. Die Verbindung zwischen den beiden Einzelteilen 4 und 5 ist eine Steck- oder Schweißverbindung. Selbstverständlich ist es alternativ möglich, die beiden plattenförmigen Einzelteile 4 und 5 durch Gießen in eine integrale Form herzustellen.
Die prinzipielle Geometrie der Einzelteile 4 und 5 ergibt sich aus den Figuren 5 bis 8. Wie man sieht, sind die beiden Einzelteile 4 und 5 jeweils mit einem Schlitz versehen. In Figur 5 erkennt man Schlitz 4.1 des ersten Einzelteiles 4, und in Figur 7 Schlitz 5.1 von Einzelteil 5. Zum Zusammenstecken werden die beiden Einzelteile derart angeordnet, dass sie - in Blickrichtung der hier nicht gezeigten Schaufelachse gesehen - unter einem rechten Winkel zueinander stehen. Sie werden dann in Richtung der Längsachse der Schaufel ineinander gesteckt.
Aus den Figuren 1 und 5 erkennt man, dass das erste Einzelteil 4 eine tannenbaumartige Gestalt hat. Es weist mehrere Ausbuchtungen 4.2 und 4.3 und Bohrungen auf, die natürlich vom Material des Schaufelblattes 1 umhüllt sind und eine innige Verbindung zwischen Tragteil und Außenteil ergeben. Auch weitere Konturen des ersten Einzelteiles sind denkbar, beispielsweise eine Sägezahnkontur, eine Sinuskontur, oder einfach eine Dreiecks-Kontur mit der (gerundeten) Spitze des Dreiecks im oberen Bereich des Schaufelblattes 1, in Figur 1 gesehen.
Die beiden Einzelteile 4 und 5 des Tragteiles erstrecken sich im allgemeinen über den gesamten hoch beanspruchten Teil des Schaufelfußes 2. Das Teil 4 erstreckt sich aber nicht unbedingt über die gesamte Länge des Schaufelblattes 1. Eine Erstreckung bis zur Hälfte oder bis zu zwei Dritteln hängt von der gegebenen Beanspruchung des jeweiligen Schaufelblattes ab.
Durch die erfindungsgemäße Verbundkonstruktion wird folgendes erzielt:
Es werden alle an der Schaufel auftretenden Kräfte aus Fliehkraft, Achsschub und Antriebsmoment aufgenommen, und zwar selbst dann, wenn Temperaturen von 300 bis 400 Grad Celsius erreicht werden und wenn die Festigkeit der Aluminiumlegierung hierdurch absinkt. Ein Axialventilator, der beispielsweise zur Tunnelbelüftung verwendet wird, wird somit auch im Brandfall noch eine längere Zeitspanne von bis zu 2 Stunden oder mehr funktionsfähig sein, je nach Temperatur.
Die genannte Hohlkehle 2.1 des Schaufelfußes 2 wird aus den beiden Einzelteilen 4 und 5 des Tragteiles gebildet. Das ist vorteilhaft, da das Material dieser Einzelteile, wie erwähnt, von hoher Festigkeit sind, so dass sie die an dieser Stelle auftretenden hohen Beanspruchungen zuverlässig und sicher aufnehmen können.
Durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Schaufel im Bereich des Schaufelfußes 2 wird die günstige aerodynamische Strömungsform der Schaufel nicht beeinträchtigt.
In der Figur 9 ist eine alternative Ausgestaltung der beiden Einzelteile 4, 5, welche das Tragteil ausbilden, gezeigt. Wie man sieht, weisen die beiden Einzelteile 4, 5 in ihrem unteren Bereich, welcher den Schaufelfuß 2 ausbildet, im Axialschnitt einen tonnenförmigen Bereich auf, der insbesondere zur Befestigung der Einzelteile 4 und 5 im Guss-Kokillenfuß dient und nach dem Gießen entfernt wird. Das Einzelteil 5 weist wiederum einen mittig angeordneten Schlitz 5.1 in Axialrichtung auf, der am unteren bzw. radial inneren Ende zugänglich für das Einzelteil 4 endet. An diesem unteren Ende ist der Schlitz 5.1 durch zwei Vorsprünge 5.2 verengt.
Das Einzelteil 4 weist dementsprechend an seinem unteren bzw. radial inneren Ende mittig eine Aussparung 4.4 auf, welche in ihrer Größe derart bemessen ist, dass die beiden Vorsprünge 5.2 des Einzelteils 5 in diese Aussparung 4.4 eingreifen können.
Wenn nun das Einzelteil 5 und das Einzelteil 4 ineinander geschoben werden, so dass das Einzelteil 4 den Schlitz 5.1 ausfüllt und das Einzelteil 5 den vergleichsweise kurzen Schlitz 4.1 im Einzelteil 4 ausfüllt, gelangen die Ansätze 5.1 nach einem anfänglichen Auseinanderdrücken (siehe die Doppelpfeile) des unteren Endes des Schlitzes 5.1 beim Zusammenschieben der beiden Einzelteile 4, 5 in einen Eingriff in die Aussparung 4.4 im Einzelteil 4. Es wird somit ein Schnappverschluss gebildet, durch den die beiden Einzelteile 4, 5 nach dem Zusammenfügen in ihrer Längsachse fest zusammengehalten werden, so dass ein Verrutschen der beiden Teile 4, 5 gegeneinander vermieden wird. Dies ist vorteilhaft, da somit die beiden Einzelteile 4, 5 zusammen montiert in eine Gießform eingelegt werden können und mit dem Außenteil 3 (nicht gezeigt) umgossen werden können, ohne dass die Gefahr des Verrutschens besteht.
Selbstverständlich ist es auch möglich, nur einen einzigen Vorsprung 5.2 auszuführen bzw. die Aussparung 4.4 nicht durchgängig auszuführen. Beispielsweise können zwei Aussparungen 4.4 auf entgegengesetzt angeordneten Seiten des Einzelteils 4 vorgesehen sein, oder bei dem Vorsehen nur eines einzigen Vorsprungs 5.2 kann eine einzige Aussparung 4.4 auf nur einer Seite des Einzelteils 4 vorgesehen sein. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Position der Vorsprünge 5.2 und entsprechend der Aussparung 4.4 insbesondere in Axialrichtung zu verändern. Allerdings weist die gezeigte Ausführung mit der Aussparung 4.4 und den Vorsprüngen 5.2 am unteren Ende der Einzelteile 4 und 5 den Vorteil auf, dass nur ein vergleichsweise geringes Aufweiten des Schlitzes 5.1 beim Zusammenstecken der beiden Einzelteile 4 und 5 erforderlich ist, solange die Vorsprünge 5.2 noch nicht in die Aussparung 4.4 eingeschnappt sind.

Claims (4)

  1. Schaufel für das Laufrad eines Axialventilators zum Fördern eines Gases;
    1.1 mit einem Schaufelblatt (1) und einem Schaufelfuß (2);
    1.2 mit wenigstens einem inneren Tragteil aus einem Material hoher Festigkeit und einem das innere Tragteil umhüllende Außenteil (3), das die Außenfläche der Schaufel bildet und aus einem Material besteht, das eine geringere Festigkeit als das Material des Tragteils aufweist;
    1.3 das Tragteil ist vom Material des Außenteils (3) durch Gießen umschlossen;
    1.4 das Tragteil erstreckt sich wenigstens über einen wesentlichen Teil des Schaufelfußes (2);
    gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale
    1.5 das Tragteil umfasst zwei plattenförmige Einzelteile (4, 5);
    1.6 die Einzelteile (4, 5) sind in einem Schnitt quer zur Schaufellängsachse gesehen senkrecht zueinander angeordnet.
  2. Schaufel gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die plattenförmigen Einzelteile (4, 5) des Tragteils aus plattenförmigem Material ausgeschnitten, ausgestanzt oder gegossen sind.
  3. Schaufel gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, das wenigstens ein Einzelteil (4, 5) einen Längsschlitz (4.1, 5.1) aufweist, der in der Längsachse der Schaufel oder parallel hierzu verläuft und derart bemessen ist, dass das andere Einzelteil hierin zur gemeinsamen Übertragung von Schaufelkräften auf die Tragebene einsteckbar ist.
  4. Schaufel gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der das Einzelteil (5) im Bereich des Längsschlitzes (5.1) insbesondere an dessen außen liegenden Ende mit einem oder mehreren Vorsprüngen (5.2) versehen ist, die in den Schlitz (5.1) hineinragen und nach dem Einstecken des anderen Einzelteils (4) in den Längsschlitz (5.1) in wenigstens eine Aussparung (4.4) eingreifen, die in dem anderen Einzelteil (4) insbesondere an dessen axialem Ende vorgesehen ist.
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