EP2401506B1

EP2401506B1 - Ventilatorschaufel und befestigungsmittel dafür

Info

Publication number: EP2401506B1
Application number: EP10706538.5A
Authority: EP
Inventors: Henrik Witt
Original assignee: W & S Management & Co KG GmbH
Current assignee: W & S Management & Co KG GmbH
Priority date: 2009-02-26
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2020-04-22
Anticipated expiration: 2030-02-26
Also published as: DE102009010748A1; US8827652B2; CN105889120A; KR20110126715A; WO2010097225A1; KR101820828B1; US9856888B2; AU2010219156A1; CN102333960A; DK2401506T3; ES2787232T3; AU2010219156B2; EP2401506A1; US20110311365A1; US20140377074A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Befestigungsmittel zum Befestigen eines Schaufelabschnitts einer Ventilatorschaufel, insbesondere eines Entrauchungsventilators, an einer Ventilatornabe.
Die Erfindung betrifft gleichermaßen eine Ventilatorschaufel, insbesondere für Entrauchungsventilatoren, mit Befestigungsmitteln zum Befestigen der Ventilatorschaufel an einer Ventilatornabe sowie mit einem Schaufelabschnitt.
Ventilatoren für U-Bahnen oder Tunnel und/oder geschlossene Fahrzeuggebäude wie zum Beispiel Tiefgaragen, müssen über extrem lange Standzeiten bei unterschiedlichsten Last- und Umgebungsbedingungen zuverlässig arbeiten. Typisch ist die Installation von Ventilatoren in U-Bahnen, Tunneln oder Tiefgaragen für einen Betrieb über mehrere Jahre oder Jahrzehnte ausgelegt. Insbesondere beim Einsatz von Ventilatoren als Entrauchungsventilator in U-Bahnen oder Tunneln bestehen seitens des Metro- oder Tunnelbetreibers Anforderungen an die Betreibbarkeit des Ventilators bei hohen Temperaturen, wie sie insbesondere in Brandfällen auftreten. Die Anforderungen sind zum Teil gesetzlich vorgegeben.
Andererseits besteht, wie allgemein üblich, das Bestreben, Ventilatoren möglichst günstig und materialsparend herzustellen. Allgemein bestehen Ventilatoren ihrem Grundaufbau nach aus einer Ventilatornabe, an welcher radial eine Anzahl gattungsgemäßer Ventilatorschaufeln angebracht ist. Die Befestigung der gattungsgemäßen Ventilatorschaufeln erfolgt mit Hilfe von gattungsgemäßen Befestigungsmitteln, die meist als Schaufelsockel ausgestaltet sind.
Vor dem Hintergrund der oben geschilderten allgemeinen Anforderungen an Ventilatoren sind verschiedene Ventilatoren bekannt. Um das Gewicht gering zu halten, sind Ventilatoren bekannt, deren Ventilatorschaufeln massiv aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gegossen sind. Nachteilig an aus Aluminium gefertigten Ventilatorschaufeln ist jedoch deren begrenzte Einsatzbarkeit bei Temperaturen oberhalb etwa 300 °C. Die Zugfestigkeit von Aluminium nimmt bei den genannten Temperaturen stark ab, so dass das Aluminium allmählig zu fließen beginnt. Selbst spezielle Aluminiumlegierungen, wie Sandgusslegierung, vermögen diese Unzulänglichkeit nicht wesentlich zu verbessern. Als Folge dieser nachteilhaften Eigenschaft von Aluminium können sich aus Aluminiumguss hergestellte Ventilatorschaufeln bei hohen Temperaturen, wie sie bei zum Beispiel bei Bränden auftreten können, sich aus der Nabe lösen.
Aufgrund dieser Unzulänglichkeit von aus Aluminium gefertigten Ventilatorschaufeln werden im Stand der Technik für Entrauchungsventilatoren bei hohen Belastungen, also bei hohen Drehzahlen und/oder bei großen Schaufellängen, massiv aus Stahl gegossene Ventilatorschaufeln verwendet. Ventilatoren mit massiven Stahlgussschaufeln sind jedoch mit Nachteil sehr schwer.
Aus der DE 10 2004 010 397 A1 bzw. EP 1 571 346 A2 ist eine Schaufel für das Laufrad eines Ventilators bekannt, bei welcher ein aus einem zähen, hochfesten Werkstoff bestehendes inneres Tragteil von einem Außenteil aus Aluminium oder einer vergleichbaren Leichtmetall Legierung derart umgossen ist, dass es darin eingebettet ist. Das innere Tragteil besteht seinerseits aus zwei Platten, welche durch in jeder Platte ausgeformte Schlitze derart ineinandergesteckt sind, dass sie in Blickrichtung der Schaufelachse unter einem rechten Winkel zueinander stehen. Die bekannte Schaufel wird mit der Nabe verbunden, indem sie zwischen zwei Nabenkörpern durch Pressung eingespannt wird. Dazu müssen mit Nachteil die beiden Nabenkörper als Gussteile vorliegen oder sie müssen kostenaufwendig als Schweißkonstruktion ausgestaltet sein. Dies ist insbesondere bei der Einzelfertigung großer Ventilatoren oder bei Kleinserien ungünstig.
Aus der DE30 15 208 A1 ist ein Laufrad für Ventilatoren, dessen Schaufeln als glasfaserverstärkte Kunststoffteile ausgebildet sind, in denen je ein Stahlkem verankert ist, bekannt.
Aus der CH 324 300 A ist ein Gebläselaufrad mit Flügeln aus Kunststoff und ein Verfahren zu dessen Herstellung vorbekannt.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Befestigungsmittel zum Befestigen eines Schaufelabschnitts einer Ventilatorschaufel, insbesondere eines Entrauchungsventilators, an einer Ventilatornabe sowie eine Ventilatorschaufel der Eingangs genannten Art anzugeben, die die genannten Probleme vermeiden. Insbesondere sollen mit den erfindungsgemäßen Befestigungsmitteln und der erfindungsgemäßen Ventilatorschaufel eine hohe Zugkraftfestigkeit auch bei hohen Temperaturen und Umlaufgeschwindigkeiten gewährleistet werden, wobei die Befestigungsmittel und Ventilatorschaufeln möglichst gewichtsparend gefertigt sein sollen. Außerdem sollen die Befestigungsmittel kostengünstig herstellbar sein, um insbesondere auch für Einzelfertigungen wirtschaftlich geeignet zu sein.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Befestigungsmittel zum Befestigen eines Schaufelabschnitts einer Ventilatorschaufel eines Entrauchungsventilators an einer Ventilatornabe gelöst, wobei das Befestigungsmittel einen zur Herstellung einer zugfesten Verbindung mit einem Schaufelabschnitt einer Ventilatorschaufel ausgebildeten Verbindungsabschnitt aufweist, weicher im Wesentlichen im Innern des Schaufelabschnitts anordenbar ist, wobei das Befestigungsmittel einen sich in radialer Richtung an den Verbindungsabschnitt anschließenden Sockelabschnitt mit einem im Wesentlichen radial verlaufenden länglichen Befestigungselement zum Befestigen der Ventilatorschaufel an der Ventilatornabe aufweist, wobei das Befestigungsmittel im Wesentlichen aus Stahl hergestellt ist und wobei der Sockelabschnitt einen ersten konischen Abschnitt, einen zweiten konischen Abschnitt und einen sich an die konischen Abschnitte in radialer Richtung als Verlängerung anschließenden Keilabschnitt aufweist, wobei der zweite konische Abschnitt zwischen dem ersten konischen Abschnitt und dem Keilabschnitt angeordnet ist und wobei der zweite konische Abschnitt einen geringerem Durchmesser als der erste konische Abschnitt aufweist.
Mit Vorteil wird also erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Befestigungsmittel zumindest im Herstellungsprozess separat von der eigentlichen Ventilatorschaufel auszugestalten. Dies ermöglicht mit Vorteil die Wahl eines für die Zwecke der Befestigung der Ventilatorschaufel an der Ventilatornabe optimierten Werkstoffs sowie, unabhängig davon, die Wahl eines für den Ventilatorschaufelbereich optimierten Werkstoffs. Insbesondere kann mit Vorteil das Befestigungsmittel aus einem Werkstoff mit
hoher Warmzugfestigkeit und gutem Zeitstandverhalten bei hohen Temperaturen gewählt werden. Hierfür kann gleichzeitig für die Ventilatorschaufel ein besonders leichter Werkstoff gewählt werden, ohne dass dadurch die Stabilität des Ventilators insgesamt beeinträchtigt wird. Besonders günstig ist es erfindungsgemäß, wenn die Befestigungsmittel zum Vergießen mit einem Schaufelabschnitt einer Ventilatorschaufel ausgestaltet sind. In diesem Falle können die erfindungsgemäßen Befestigungsmittel zum Befestigen von massiven Gussventilatorschaufeln an den entsprechenden Ventilatornaben verwendet werden. Das Eingießen des Verbindungsabschnitts des erfindungsgemäßen Befestigungsmittels in die Ventilatorschaufel stellt eine feste Verbindung der Ventilatorschaufel mit den Befestigungsmitteln und somit indirekt mit der Ventilatornabe sicher.
Besonders günstig für die Warmzugfestigkeit und das Zeitstandverhalten des Ventilators ist es gemäß der Erfindung, wenn die erfindungsgemäßen Befestigungsmittel im Wesentlichen aus Stahl hergestellt sind.
In bevorzugter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Befestigungsmittel ist der Verbindungsabschnitt im Wesentlichen flach und/oder plattenartig und/oder konisch ausgestaltet. Insbesondere eine plattenartige Ausgestaltung des Befestigungsmittels ermöglicht die Herstellung einer zugfesten Verbindung mit der Ventilatorschaufel, wenn das Befestigungsmittel mit der Ventilatorschaufel vergossen wird.
In bevorzugter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Befestigungsmittel wird die zugfeste Verbindung zwischen Schaufelabschnitt der Ventilatorschaufel und dem Verbindungsabschnitt des Befestigungsmittels besonders gesichert gestaltet, wenn mindestens eine der im Wesentlichen in radialer Richtung ausgerichteten Begrenzungen des Verbindungsabschnitts in axialer und/oder radialer Projektion einen kurvigen Verlauf aufweist. Die Verbindung der beispielsweise aus Stahl hergestellten Befestigungsmittel mittels Vergießen mit einem beispielsweise aus Aluminium gefertigten Schaufelabschnitt einer Ventilatorschaufel wird dadurch besonders haltbar ausgestaltet. Beispielsweise können die Kanten Zacken oder ähnliches aufweisen.
Durch die Maßnahme, dass erfindungsgemäß der Verlauf im Wesentlichen eine Sägezahnform aufweist, erhält man beim Vergießen des Befestigungsmittels mit einer Ventilatorschaufel eine Verbindung nach Art von Widerhaken. Zweckmäßig ist die Sägezahnform so orientiert, dass bei den im Betrieb radial nach außen wirkenden Kräften zwischen der Ventilatorschaufel und dem erfindungsgemäßen Befestigungsmittel entgegenwirkt.
Beim Vergießen der erfindungsgemäßen Befestigungsmittel mit einer Ventilatorschaufel erhält man in anderer günstiger Ausgestaltung der Erfindung eine besonders zugfeste Verbindung, indem der Verbindungsabschnitt eine in radialer Richtung veränderliche Breite aufweist.
In anderer günstiger Ausgestaltung der Erfindung ist zu diesem Zweck die Breite des Verbindungsabschnitts zumindest bereichsweise radial nach außen abnehmend ausgestaltet.
Eine weitere Verbesserung der Zugfest und Verbindung zwischen den Befestigungsmitteln und einer Ventilatorschaufel erhält man im Rahmen der Erfindung, wenn der Verbindungsabschnitt Aussparungen, insbesondere Bohrungen aufweist. Beim Vergießen des Befestigungsmittels mit der Ventilatorschaufel wirken die Aussparungen wie Befestigungsösen. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Ausgestaltungen der Aussparungen möglich. Beispielsweise können zwei im Wesentlichen parallel zueinander verlaufende, radial orientierte Reihen von Bohrungen vorgesehen sein. Bei anderen erfindungsgemäßen Befestigungsmitteln hat sich eine einzige Bohrung entlang der radialen Achse des Befestigungsmittels als günstig erwiesen.
Gemäß einer vorteilhaften Variante der Erfindung weist der Verbindungsabschnitt eine Verwindung auf, wobei die Verwindung vorzugsweise an eine Verwindung des Schaufelabschnitts einer Ventilatorschaufel angepasst ist. Auf diese Weise können die Befestigungsmittel erfahrungsgemäß mit Vorteil auch quasi als Skelett für axiale Ventilatorschaufeln mit einer aus aerodynamischen Gründen verwundenen Form eingesetzt werden.
Wenn in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung die Befestigungsmittel einen sich in radialer Richtung an den Verbindungsabschnitt anschließenden Sockelabschnitt mit einem im Wesentlichen radial verlaufenden länglichen Befestigungselement zum Befestigen einer Ventilatorschaufel an einer Ventilatornabe aufweisen, gestaltet sich die Befestigung der Ventilatorschaufel mit Hilfe des erfindungsgemäßen Befestigungsmittels an der Ventilatornabe besonders günstig. Das Befestigungselement kann als Schaufelbolzen mit geradem oder konischem Sitz ausgestaltet sein. Das radial verlaufende Befestigungselement kann als gedrehter Schaufelbolzen ausgestaltet sein. Der Schaufelbolzen kann einstückig mit dem Verbindungsabschnitt des Befestigungsmittels ausgestaltet sein oder mit dem Verbindungsabschnitt zum Beispiel verschweißt sein. Mit Vorteil kann die Nabe daher kostengünstig einteilig ausgestaltet sein, wobei lediglich in radialer Richtung Aufnahmebohrungen zum Einstecken des Sockelabschnitts der erfindungsgemäßen Befestigungsmittel vorgesehen sein müssen. Es kann im Rahmen der Erfindung auch eine Schraubverbindung zwischen dem Sockelabschnitt und den Aufnahmebohrungen realisiert werden. Dazu kann im Bereich des Sockelabschnitts ein Außengewinde ausgeformt sein.
In anderer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung schließt sich an den gegenüber dem ersten konischen Abschnitt verjüngten zweiten konischen Abschnitt in radialer Richtung ein Abstützsitz an. Der Abstützsitz kann in Weiterbildung der Erfindung als zylindrischer Sitz ausgestaltet sein und insbesondere starr mit dem ersten und/oder zweiten konischen Abschnitt verbunden sein. Bei der Montage einer erfindungsgemäßen Ventilatorschaufel an einer Nabe durch einfaches Einstecken des Sockelabschnitts in geeignete Öffnungen innerhalb der Nabe dient der Abstützsitz mit Vorteil dazu, eine Vorspannung des Verbindungsabschnitts relativ zu dem Schaufelabschnitt zu verhindern. Um zu verhindern, dass die Ventilatorschaufel bei der Befestigung an der Ventilatornabe mit Hilfe des erfindungsgemäßen Befestigungsmittels eine Vorspannung erhält, kann im Rahmen der Erfindung der Sockelabschnitt mit einer Gegenmutter zum Verschrauben der Befestigungsmittel mit einer Ventilatornabe versehen sein. Entscheidend ist, dass die Gegenmutter fest mit dem Befestigungsmittel verbunden ist, damit ein Vorspannungsverlust der Ventilatorschaufel wirksam vermieden wird.
In anderer günstiger Ausgestaltung der Erfindung ist das Befestigungsmittel radial nach außen, insbesondere im Wesentlichen konisch, verjüngt ausgestaltet. Auch diese Maßnahme führt, insbesondere beim Vergießen mit einer Ventilatorschaufel, zu einer zugfesten Verbindung zwischen diesen Bauteilen.
Dabei kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Breite des Verbindungsabschnitts zumindest bereichsweise radial nach außen abnehmend ausgestaltet sein. Beispielsweise kann der Befestigungsabschnitt die Form einer flachen Platte mit den Konturen eines Tannenbaums haben.
Die der Erfindung zu Grunde gelegte Aufgabe wird gleichermaßen gelöst durch eine Ventilatorschaufel, insbesondere für Entrauchungsventilatoren, mit Befestigungsmitteln zum Befestigen der Ventilatorschaufel an einer Ventilatornabe sowie mit einem Schaufelabschnitt, bei der die Befestigungsmittel im Wesentlichen aus einem anderen Werkstoff als der Schaufelabschnitt hergestellt sind. Durch diese Maßnahme kann ein Werkstoff mit besonders hoher Warmzugfestigkeit und gutem Zeitstandverhalten bei höheren Temperaturen für das Befestigungsmittel gewählt werden. Andererseits kann für den Schaufelabschnitt ein Werkstoff gewählt werden, der nach anderen Kriterien, beispielsweise zur Reduzierung des Gewichtes, ausgewählt ist.
Insbesondere kann in bevorzugter Ausführung der Erfindung die Ventilatorschaufel mit Befestigungsmitteln versehen sein, die nach einem der Ansprüche 1 bis 13 ausgestaltet sind.
Bevorzugt sind im Rahmen der Erfindung die Befestigungsmittel mit dem Schaufelabschnitt vergossen ausgestaltet.
Bei einer für Entrauchungsventilatoren besonders geeigneten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Ventilatorschaufel ist der Schaufelabschnitt aus einem Werkstoff mit einer im Vergleich zu Stahl geringeren Dichte, insbesondere Aluminium, hergestellt. Das Gewicht des Ventilators lässt sich dadurch gering halten bei gleichzeitiger Beibehaltung einer erforderlichen hohen Zugfestigkeit bei hohen Temperaturen.
Die Erfindung wird in einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf eine Zeichnung beispielhaft beschrieben, wobei weitere vorteilhafte Einzelheiten den Figuren der Zeichnung zu entnehmen sind. Funktionsmäßig gleiße Teile sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren der Zeichnung zeigen im Einzelnen:

Figur 1: Eine erfindungsgemäße Ventilatorschaufel mit einem erfindungsgemäßen Befestigungsmittel in einer Teilaufrissansicht;
Figur 2: das erfindungsgemäße Befestigungsmittel der Ventilatorschaufel aus Figur 1 in (a) einer Draufsicht und (b) einer Seitenansicht;
Figur 3: Eine andere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Befestigungsmittels mit einer angeschweißten Gegenmutter;
Figur 4: Eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Befestigungsmittels in perspektivischer Ansicht mit konischem Sitz;
Figur 5: Eine weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Befestigungsmittels mit Senkmutter;
Figur 6: Axialschnitt durch eine Ventilatornabe mit einer darin montierten erfindungsgemäßen Ventilatorschaufel.

Die Figur 1 zeigt schematisch in einer Draufsicht eine Ventilatorschaufel 1 mit einem Schaufelabschnitt 2 und einem Befestigungsteil 3. Die Darstellung ist eine Teilaufrisszeichnung. Im folgenden wird mit Radialrichtung stets eine Radialrichtung bezogen auf eine Ventilatorschaufel, entsprechend einer Längsachse des Schaufelabschnitts 2 in Figur 1 verstanden. Ebenso wird mit Axialrichtung die Axialrichtung des vollständigen Ventilators verstanden. Der Figur 1 ist daher zu entnehmen, dass das Befestigungsteil 3 sich im Innern des massiven Schaufelabschnitts 2 befindet. Zur Herstellung der Ventilatorschaufel 1 wird das Befestigungsteil 3 beim Gießen des Schaufelabschnitts 2 mit dem Schaufelabschnitt 2 vergossen.
Das Befestigungsteil 3 ist mit dem Schaufelabschnitt 2 derart vergossen, dass ein Sockelabschnitt 4 aus der radialen Innenstirnfläche des Schaufelabschnitts 2 herausragt. Mit dem Sockelabschnitt 4 wird die Ventilatorschaufel 1 üblicherweise in eine nicht dargestellte Ventilatornabe eingesetzt und dort befestigt. In dem Ausführungsbeispiel besteht der Schaufelabschnitt 2 der Ventilatorschaufel 1 im Wesentlichen aus Aluminium. Andererseits besteht das Befestigungsteil 3 sowie der Sockelabschnitt 4 des Befestigungsteils 3 aus Stahl. Das Befestigungsteil 3 ist somit aus einem wesentlich zugfesteren Werkstoff als der Schaufelabschnitt 2 hergestellt. Das Befestigungsteil 3 wirkt somit als inneres Stahlskelett, welches eine ausreichende Zugfestigkeit beim Betrieb der Ventilatorschaufel 1 sicherstellt. Insbesondere ist die Warmzugfestigkeit des aus Stahl gefertigten Befestigungsteils 3 bei Temperaturen um etwa 300 °C oder auch 400 °C sichergestellt. Demgegenüber weist der aus Aluminium gefertigte Schaufelabschnitt 2 bei den genannten Temperaturen nur noch unzureichende Warmzugfestigkeit auf. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Befestigungsteil 3 aus einem weichen Stahl, etwa der Festigkeitsklasse 5.6 nach DIN ISO 898 Teil 1 1988 besteht. Härtere Stähle, etwa der Festigkeitsklasse 8.8, haben sich demgegenüber als zu spröde erwiesen. Bezugnehmend auf die Figuren 2 bis 5 wird nachstehend die besondere, erfindungsgemäße Ausgestaltung des Befestigungsteils 3 in verschiedenen Ausgestaltungen erläutert.
In Figur 2 ist das Befestigungsteil 3 der Ventilatorschaufel 1 gemäß Figur 1 (a) in einer Draufsicht entsprechend der Perspektive aus Figur 1 sowie (b) in einer gegenüber der Ansicht nach Teil (a) der Figur 2 um 90 Grad um die Längsachse gedrehten Ansicht dargestellt. Aus den beiden Ansichten (a) und (b) der Figur 2 ist ersichtlich, dass das Befestigungsteil 3 aus einem Verbindungsabschnitt 5 und einem Sockelabschnitt 4 besteht. Der Verbindungsabschnitt 5 und der Sockelabschnitt 4 bestehen jeweils aus einem weichen Stahl der Festigkeitsklasse 5.6. Der Verbindungsabschnitt 5 hat die Form einer flachen Platte. Die im Wesentlichen in radialer Richtung des Schaufelabschnitts 2 beim Einbau verlaufenden Kanten weisen jeweils eine Anzahl Zacken 6 auf. Insgesamt erinnert die Form des plattenartigen Verbindungsabschnitts 5 aufgrund der Zacken 6 an den Kanten an einen Tannenbaum. Am radial äußersten Ende des plattenartigen Verbindungsabschnitts 5 des Befestigungsteils 3 weist der Verbindungsabschnitt 5 eine abgerundete Spitze 7 auf. Der Verbindungsabschnitt 5 ist asymmetrisch ausgestaltet. Das heißt, entlang einer Radiallinie 8 besteht keine Spiegelsymmetrie.
In den Verbindungsabschnitt 5 sind Bohrungen 9 eingebracht. Die Bohrungen sind in zwei in radialer Richtung parallel zueinander verlaufenden Reihen in etwa äquidistant angeordnet.
Der Sockelabschnitt 4 ist mit dem Verbindungsabschnitt 5 verschweißt.
In der Figur 3 ist eine andere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Befestigungsteils 3 gezeigt. Der Aufbau entspricht im Wesentlichen jenem des in Figur 2 gezeigten Befestigungsteils 3. Wohingegen Figur 2 das Befestigungsteil 3 in einer Draufsicht zeigt, ist Figur 3 eine perspektivische Ansicht. Abweichend von dem Befestigungsteil 3 gemäß Figur 2 weist das Befestigungsteil 3 gemäß Figur 3 eine einzige Bohrung 9 auf. Diese befindet sich auf der Radiallinie 8 des Befestigungsteils 3.
Die Zackenform des Verbindungsabschnitts 5 ist an beiden Kanten spiegelsymmetrisch entlang der Radiallinie 8. Der Sockelabschnitt 4 besteht aus einem konischen Abschnitt 10 und einem sich entlang der Radiallinie 8 daran anschließenden weiteren konischen Abschnitt 11 mit geringerem Durchmesser als der konische Abschnitt 10. An dem gegenüber dem konischen Abschnitt 10 verjüngten konischen Abschnitt 11 schließt sich entlang der Radiallinie 8 ein Abstützsitz 12 an. Der zylindrische Sitz 12 ist starr mit dem konischen Abschnitt 11 verbunden. Bei der Montage der Ventilatorschaufel 1 an einer in den Figuren nicht dargestellten Nabe durch Einstecken des Sockelabschnitts 4 in geeignete Öffnungen innerhalb der Nabe dient der zylindrische Sitz 12 dazu, eine Vorspannung des Verbindungsabschnitts 5 relativ zu dem Schaufelabschnitt 2 zu verhindern. Mit Vorteil kann die Nabe daher kostengünstig einteilig ausgestaltet sein, wobei lediglich in radialer Richtung Aufnahmebohrungen zum Einstecken des Sockelabschnitts vorgesehen sein müssen. Es kann im Rahmen der Erfindung auch eine Schraubverbindung zwischen dem Sockelabschnitt und den Aufnahmebohrungen realisiert werden.
Figur 4 zeigt eine weitere Ausgestaltung des Befestigungsteils 3, ebenfalls in einer perspektivischen Ansicht. Der Aufbau des Verbindungsabschnitts 5 entspricht dem des Verbindungsabschnitts 5 des in Figur 3 dargestellten Befestigungsteils 3. Abweichend von dem in Figur 3 gezeigten Befestigungsteil 3 weist der Sockelabschnitt 4 des in Figur 4 gezeigten Befestigungsteils 3 einen konischen Sitzabschnitt 13 auf. Der konische Sitzabschnitt 13 dient analog zu dem zylindrischen Sitzabschnitt 12 der Ausführung gemäß Figur 3 dazu, den Schaufelabschnitt 2 der Ventilatorschaufel 1 ohne Vorspannung mit einer nicht dargestellten Nabe sicher zu verschrauben oder auf andere Weise mit der Nabe zu verbinden.
In Figur 4 ist besonders gut zu erkennen, dass in Verlängerung des konischen Abschnitts 10 des Sockelabschnitts 4 ein in radialer Richtung konisch zulaufender Keilabschnitt 14 zur Befestigung des Verbindungsabschnitts 5 mit dem Sockelabschnitt 4 des Befestigungsteils 3 dient. Der Keilabschnitt 14 ist in radialer Richtung mit einer Aufnahme für den plattenartigen Verbindungsabschnitt 5 versehen. Die Verbindung ist durch Verschweißen hergestellt. Der beschriebene Keilabschnitt 14 ist auch bei den Befestigungsteilen gemäß Figur 2 und Figur 3 vorhanden.
Schließlich zeigt Figur 5 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Befestigungsteils 3. Der grundsätzliche Aufbau entspricht den in den Figuren 2 bis 4 dargestellten Befestigungsteilen 3. An den konischen Abschnitt 10 schließt sich in Richtung des Verbindungsabschnitt 5 eine Senkmutter 15 an. Die Tannenbaumform des Verbindungsabschnitt 5 ist entlang der Radiallinie 8 symmetrisch. Abweichend zu den in den Figuren 2 bis 4 dargestellten Ausführungsformen des Befestigungsteils 3 sind jedoch je Kante nur zwei Zacken vorhanden, welche für sich genommen eine Spiegelsymmetrie entlang einer Axiallinie 16 aufweisen.
Die erfindungsgemäßen Befestigungsteile in einer der Ausgestaltungen gemäß den Figuren 2 bis 5 sind sehr gut geeignet, eine zugfeste Verbindung mit dem Schaufelabschnitt 2 der Ventilatorschaufel 1 herzustellen.
Die Verbindung zwischen dem Schaufelabschnitt 2 und dem Verbindungsabschnitt 5 entsteht dabei bei der Herstellung der Ventilatorschaufel 1 durch Vergießen. In üblicher Weise wird ein Schaufelabschnitt 2 in einer üblichen Kokille gegossen. Dabei wird das erfindungsgemäße Befestigungsteil 3 in geeigneter Weise in der Kokille platziert. Wenn gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Schaufelabschnitt 2 aus Aluminium gegossen wird, tritt das Aluminium durch die Aussparungen 9, welche die Form von Bohrungen haben, hindurch und bildet beim Erhärten der Gussmasse jeweils bolzenartige Befestigungen des Schaufelabschnitts 2 mit dem Verbindungsabschnitt 5. Ferner entsteht beim Vergießen in den Zwischenräumen der Zacken 6 des Verbindungsabschnitts 5 des Befestigungsteils 3 ein zu den Zacken 6 komplementäres Profil, welches zahnartig mit den Zacken 6 des Verbindungsabschnitts 5 des Befestigungsteils 3 zusammenwirkt.
Beim Betrieb des Ventilators mit der erfindungsgemäßen Ventilatorschaufel 1 übt das aus Stahl gefertigte Befestigungsteil 3 eine Zentripetalkraft in Richtung der Nabe auf den Schaufelabschnitt 2 der Ventilatorschaufel 1 aus. Dadurch wird der Schaufelabschnitt 2 auch bei hohen Drehzahlen sicher an der nicht dargestellten Nabe gehalten. Die Verbindung ist auch bei hohen Temperaturen, zum Beispiel bei 400 °C, noch sicher. Denn die Warmzugfestigkeit von Stahl, etwa der Festigkeitsklasse 5.6, ist im genannten Temperaturbereich noch ausgezeichnet. Die spezielle Formgebung der Zacken 6, die im Falle des Befestigungsteils 3 gemäß Figur 2 eine Neigung nach Art eines Widerhakens aufweist, sichert den Schaufelabschnitt 2 auf diese Weise zuverlässig.
Erfindungsgemäß ist somit ein Befestigungsteil 3 sowie eine Ventilatorschaufel 1 vorgeschlagen, die über einen Temperaturbereich bis mindestens 400 °C zuverlässig einsetzbar sind. Insbesondere ein Einsatz in Entrauchungsventilatoren ist somit mit Vorteil möglich.
Der konische Abschnitt 10 des Sockelabschnitts 4 kann in der nicht dargestellten Nabe mit Madenschrauben gegen Verdrehen gesichert sein. Gemäß dieser Ausführungsvariante ist der konische Abschnitt 10 des Sockelabschnitts 4 abgeflacht zum Eingreifen der Madenschrauben.
Eine in den Figuren nicht gezeigte Ausführung eines erfindungsgemäßen Befestigungsteils 3 mit einem verwundenen Verbindungsabschnitts 5 würde in der Ansicht gemäß Figur 2 (b) eine Verwindung erkennbar machen, welche einer Profilierung des Schaufelabschnitts 2 der Ventilatorschaufel 1 entspricht.
Figur 6 veranschaulicht in einem Axialschnitt durch eine Ventilatornabe 17, wie Ventilatorschaufeln 1 nach der Erfindung mit einem konischen Sitz 13, wie beispielsweise bei dem in Figur 4 gezeigten Befestigungsteil 3 ausgeführt, an der Ventilatornabe 17 befestigt werden. Mit Vorteil ist die Ventilatornabe 17, wie in der Figur 6 zu erkennen, im wesentlichen einteilig ausgebildet. Sie weist zur Aufnahme der Ventilatorschaufeln 1 jeweils eine Bohrung 18 auf. Die Bohrungen 18 lassen sich bei der Herstellung mit Vorteil kostengünstig in die Ventilatornabe 17 einbringen. Dadurch können Ventilatoren mit erfindungsgemäßen Ventilatorschaufeln 1 auch wirtschaftlich ein Einzelfertigung oder in Kleinserien hergestellt werden. Die Ventilatorschaufeln 1 sind von außen in die Bohrungen 18 mit dem Sockelabschnitt 4 eingesteckt, so dass der konische Sitz 13 am Rand der Bohrung 18 aufliegt. Mittels einer Gegenmutter 19 ist der konische Sitz 13 an der Ventilatornabe 17 derart befestigt, dass die Ventilatorschaufel 1 keine Vorspannung aufweist.

BEZUGSZEICHENLISTE

1: Ventilatorschaufel
2: Schaufelabschnitt
3: Befestigungsteil
4: Sockelabschnitt
5: Verbindungsabschnitt
6: Zacken
7: Spitze
8: Radiallinie
9: Bohrung
10: konischer Abschnitt
11: konischer Abschnitt
12: zylindrischer Sitz
13: konischer Sitz
14: Keilabschnitt
15: Senkmutter
16: Axiallinie
17: Ventilatornabe
18: Bohrung
19: Gegenmutter

Claims

Befestigungsmittel (3) zum Befestigen eines Schaufelabschnitts (2) einer Ventilatorschaufel (1) eines Entrauchungsventilators an einer Ventilatornabe (17), wobei das Befestigungsmittel (3) einen zur Herstellung einer zugfesten Verbindung mit einem Schaufelabschnitt (2) einer Ventilatorschaufel (1) ausgebildeten Verbindungsabschnitt (5) aufweist, welcher im Wesentlichen im Innern des Schaufelabschnitts (2) anordenbar ist, wobei das Befestigungsmittel (3) einen sich in radialer Richtung an den Verbindungsabschnitt (5) anschließenden Sockelabschnitt (4) mit einem im Wesentlichen radial verlaufenden länglichen Befestigungselement (10, 11) zum Befestigen der Ventilatorschaufel (1) an der Ventilatornabe (17) aufweist und wobei das Befestigungsmittel (3) im Wesentlichen aus Stahl hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Sockelabschnitt (4) einen ersten konischen Abschnitt (10), einen zweiten konischen Abschnitt (11) und einen sich an die konischen Abschnitte (10, 11) in radialer Richtung als Verlängerung anschließenden Keilabschnitt (14) aufweist, wobei der zweite konische Abschnitt (11) zwischen dem ersten konischen Abschnitt (10) und dem Keilabschnitt (14) angeordnet ist und wobei der zweite konische Abschnitt (11) einen geringeren Durchmesser als der erste konische Abschnitt (10) aufweist.
Befestigungsmittel (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Sockelabschnitt (4) ein Außengewinde ausgeformt ist.
Befestigungsmittel (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zylindrischer oder konischer Abstützsitz (12, 13) insbesondere starr mit dem ersten und/oder zweiten konischen Abschnitt (10, 11) verbunden ist.
Befestigungsmittel (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der im Wesentlichen in radialer Richtung (8) ausgerichteten Begrenzungen des Verbindungsabschnitts (5) in axialer und/oder radialer Projektion einen kurvigen Verlauf aufweist, wobei die Begrenzungen des Verbindungsabschnitts (5) vorzugsweise eine Tannenbaumform einnehmen.
Befestigungsmittel (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (5) im Wesentlichen eine Sägezahnform aufweist, wobei der Verbindungsabschnitt (5) vorzugsweise in Bezug auf eine Radiallinie (8) asymmetrisch ausgestaltet ist.
Befestigungsmittel (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (5) eine in radialer Richtung veränderliche Breite aufweist.
Befestigungsmittel (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Verbindungsabschnitts (5) zumindest bereichsweise radial nach außen abnehmend ausgestaltet ist, wobei der Verbindungsabschnitt (5) eine Aussparung, insbesondere eine Bohrung (9), aufweist, die entlang der radialen Achse (8) des Befestigungsmittels (3) angeordnet ist.
Befestigungsmittel (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (5) Aussparungen, insbesondere Bohrungen (9), aufweist, wobei die Bohrungen (9) in zwei in radialer Richtung parallel zueinander verlaufenden Reihen vorzugsweise äquidistant angeordnet sind.
Befestigungsmittel (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (5) eine Verwindung aufweist, wobei die Verwindung vorzugsweise an eine Verwindung des Schaufelabschnitts (2) einer Ventilatorschaufel (1) angepasst ist.
Befestigungsmittel (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sockelabschnitt (4) und der Verbindungsabschnitt (5) im Wesentlichen aus Stahl hergestellt sind, wobei das Befestigungsmittel (3) geeignet ist, von einem Schaufelabschnitt (2) aus Aluminium eingegossen zu werden.
Befestigungsmittel (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sockelabschnitt (4) mit einer Gegenmutter (19) zum Verschrauben des Befestigungsmittels (3) mit einer Ventilatornabe (17) versehen ist.