EP3473861B1

EP3473861B1 - Laufrad und verfahren zum herstellen desselben

Info

Publication number: EP3473861B1
Application number: EP18200615.5A
Authority: EP
Inventors: Hans-Joachim Ring; Philipp Kellner
Original assignee: Piller Blowers and Compressors GmbH
Current assignee: Piller Blowers and Compressors GmbH
Priority date: 2017-10-23
Filing date: 2018-10-16
Publication date: 2023-10-04
Anticipated expiration: 2038-10-16
Also published as: EP3473861C0; DE102017124746B3; EP3473861A1; CN109695591A

Description

Die Erfindung betrifft ein Laufrad für einen Ventilator oder einen Verdichter sowie ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Laufrads für einen Ventilator oder Verdichter.
Derartige Laufräder können in unterschiedlichster Weise hergestellt werden.
Eine Möglichkeit zur Herstellung derartiger Laufräder sind reine Schweißkonstruktionen, bei welcher die Bauteile des Laufrads aus Blechen vorgefertigt und anschließend verschweißt werden, wobei die Zugänglichkeit aufgrund der innen liegenden Schweißstellen große Probleme bereitet.
Eine andere Möglichkeit zum Herstellen derartiger Laufräder sind Gussverfahren, wobei der Guss nachbearbeitet und Imperfektionen durch Reparaturschweißen behoben werden müssen, was insbesondere Probleme im Bereich des Laufradinnenraums, insbesondere im Bereich der Schaufelkanäle bereitet.
Eine andere Möglichkeit sind spanende Verfahren, wobei spanende Verfahren primär bei offenen Laufrädern zum Einsatz kommen und bei geschlossenen Laufrädern massive Probleme bereiten.
Beispielsweise offenbart die WO 2006/133363 A2 eine Laufradeinheit, welche einen ersten Hauptkörper und einen zweiten Hauptkörper umfasst, wobei der erste Hauptkörper zumindest einen wesentlichen Teil einer Laufradscheibe und einer Laufradabdeckung sowie eine Vielzahl von Laufradflügeln ausbildet und der zweite Hauptkörper einen Restteil der Laufradscheibe oder der Laufradabdeckung ausbildet. GB 632,475 offenbart ein Turbinenrad umfassend eine Vielzahl von Einzelteilen, darunter Laufradflügel, einen oberen einhüllenden Abschnitt und einen unteren einhüllenden Abschnitt, einen flachen Einlassmantelring, einen zylindrischen Auslassmantelring sowie einen zentralen Sicherheitsring, wobei all diese Einzelbestandteile miteinander verschweißt sind. Ein weiteres Beispiel für ein Laufrad ist in CN1205399 beschrieben.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Laufrad mit einfachem Aufbau zu schaffen, das sich insbesondere auch mit einfachen und kostengünstigen Verfahrensschritten herstellen lässt.
Diese Aufgabe wird bei einem Laufrad der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Laufrad einen Laufradgrundkörper aufweist, welcher einen Laufraddeckel und an dem Laufraddeckel einstückig angeformte Laufradschaufeln umfasst und dass an dem Laufradgrundkörper ein Laufradboden durch Verschweißen desselben mit dem Laufradgrundkörper gehalten ist und dass der Laufradboden aus mehreren mit dem Laufradgrundkörper verschweißten Bodensegmenten gebildet ist.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist somit darin zu sehen, dass die Verwendung mehrerer Bodensegmente es in einfacher Weise erlaubt, an dem Laufradgrundkörper einen Boden durch einen von außerhalb des Laufrads, insbesondere einer Außenseite der Bodensegmente, erfolgenden Schweißprozesses zu fixieren.
Hinsichtlich der Ausbildung des Laufradgrundkörpers wurden in diesem Zusammenhang keine näheren Angaben gemacht.
So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass der Laufradgrundkörper Laufradschaufeln umfasst, die sich zwischen dem Laufraddeckel und dem Laufradboden bis zu Austrittsöffnungen des Laufrads erstrecken.
Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Laufradgrundkörper eine Nabe umfasst, die insbesondere einstückig an diesen angeformt ist.
Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Laufradgrundkörper als Laufradschaufeln Laufradhauptschaufeln aufweist, die insbesondere im Bereich ihrer eintrittsseitigen Enden mit der Nabe verbunden sind und sich ausgehend von diesen bis zu austrittsseitigen Enden erstrecken.
Ferner ist für die Effizienz des Laufrades von Vorteil, dass der Laufradgrundkörper als Laufradschaufeln Laufradzwischenschaufeln aufweist, die zwischen den Laufradhauptschaufeln liegen und sich ausgehend von in einem radialen Abstand von der Nabe angeordneten eintrittsseitigen Enden bis zu austrittsseitigen Enden erstrecken.
Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Laufradgrundkörper eine an dem Laufraddeckel angeordnete Eintrittsdüse aufweist, durch welche das zu fördernde Medium in das Laufrad eintritt.
Die Eintrittsdüse könnte beispielsweise an den Laufraddeckel angeschweißt sein.
Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass die Eintrittsdüse einstückig an den Laufraddeckel angeformt ist.
Hinsichtlich der Ausbildung der den Laufradboden bildenden Bodensegmente wurden im Zusammenhang mit der bisherigen Beschreibung der erfindungsgemäßen Lösung keine näheren Angaben gemacht.
So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass die den Laufradboden bildenden Bodensegmente sich zwischen jeweils zwei einander benachbarten oder in einer Umlaufrichtung aufeinanderfolgenden Laufradhauptschaufeln erstrecken.
Insbesondere ist dabei jedes der Bodensegmente durch ein Zuschnittteil aus Flachmaterial gebildet, welches an die Laufradhauptschaufeln in Kammbereichen angrenzende Hauptschaufelanschlusskonturen aufweist.
Vorzugsweise ist zur Verbindung zwischen dem Laufradgrundkörper und den Bodensegmenten vorgesehen, dass jedes Bodensegment längs der Hauptschaufelanschlusskonturen mit dem Kammbereich der Laufradhauptschaufeln verschweißt ist.
Hinsichtlich der Ausbildung der den Laufradboden bildenden Bodensegmente wurden im Zusammenhang mit der bisherigen Beschreibung der erfindungsgemäßen Lösung keine näheren Angaben für den Fall, dass Laufradzwischenschaufeln vorhanden sind, gemacht.
So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass die den Laufradboden bildenden Bodensegmente sich zwischen jeweils zwei einander benachbarten Laufradhauptschaufeln und der mindestens einen zwischen den Laufradhauptschaufeln liegenden Laufradzwischenschaufel erstrecken.
Insbesondere ist dabei jedes der Bodensegmente durch ein Zuschnittteil aus Flachmaterial gebildet, welches an die Laufradhauptschaufeln in Kammbereichen angrenzende Hauptschaufelanschlusskonturen aufweist und an einen Kammbereich der mindestens einen Laufradzwischenschaufel angrenzende Zwischenschaufelanschlusskonturen aufweist.
Vorzugsweise ist zur Verbindung zwischen dem Laufradgrundkörper und den Bodensegmenten vorgesehen, dass jedes Bodensegment längs der Hauptschaufelanschlusskonturen mit dem Kammbereich der Laufradhauptschaufeln und längs den Zwischenschaufelanschlusskonturen mit dem Kammbereich der mindestens einen Laufradzwischenschaufel verschweißt ist.
Ferner ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass das Bodensegment längs einer Nabenanschlusskontur mit einem sich zwischen den Laufradhauptschaufeln ersteckenden Umfangsbereich der Nabe verschweißt ist.
Besonders günstig ist es, wenn die Bodensegmente durch eine I-Naht mit den Kammbereichen der Laufradhauptschaufeln und gegebenenfalls dem Kammbereich der mindestens einen Laufradzwischenschaufel verschweißt sind.
Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass das Laufrad eine den Laufradboden im Bereich um die Nabe stabilisierende Stützscheibe aufweist, die insbesondere die Verbindung zwischen den Bodensegmenten und der Nabe noch zusätzlich stabilisiert.
Eine derartige Stützscheibe ist vorzugsweise nach Verschweißen der Bodensegmente mit dem Laufradgrundkörper auf den Laufradboden aufgesetzt und insbesondere durch Schweißen sowohl mit der Nabe als auch mit dem Laufradboden verbunden, um einerseits die Materialstärke des Laufradbodens möglichst gering zu halten und andererseits die Verbindung mit der Nabe noch zusätzlich zu verbessern.
Darüber hinaus ist bei der erfindungsgemäßen Lösung vorzugsweise vorgesehen, dass der Laufradgrundkörper einen an einem austrittsseitigen Randbereich des Laufraddeckels angeformten Versteifungsring aufweist.
Der Versteifungsring könnte beispielsweise durch Verschweißen mit dem Laufradgrundkörper verbunden sein.
Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn der Versteifungsring einstückig an den Laufradgrundkörper angeformt ist.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung noch ein Verfahren zum Herstellen eines Laufrads für einen Ventilator oder einen Verdichter, bei welchem erfindungsgemäß ein Laufradgrundkörper, umfassend einen Laufraddeckel und an den Laufraddeckel einstückig angeformte Laufradschaufeln durch eine Fräsbearbeitung eines Rohlings hergestellt wird und erfindungsgemäß an dem Laufradgrundkörper ein Laufradboden durch Verschweißen von mehreren Bodensegmenten mit dem Laufradgrundkörper fixiert wird.
Der Vorteil dieser Lösung ist darin zu sehen, dass der Laufradgrundkörper durch eine Fräsbearbeitung hergestellt werden kann und dabei insbesondere ein einfacher Zugang zu dem bodenseitig noch offenen Innenraum des Laufrads gegeben ist und dass andererseits der Laufradboden durch das Verschweißen der Bodensegmente in einfacher Weise hergestellt werden kann.
Ferner ist es günstig, wenn die Bodensegmente nacheinander, mit dem Laufradgrundkörper verschweißt werden, so dass dadurch ein einfacher Herstellungsprozess für den Laufradboden mit einfachen Mitteln realisiert werden kann.
Hinsichtlich der Herstellung des Laufradgrundkörpers wurden im Zusammenhang mit den bisherigen Verfahrensschritten keine näheren Angaben gemacht.
So ist vorzugsweise vorgesehen, dass der an den Laufradgrundkörper durch Fräsbearbeitung Laufradhauptschaufeln angeformt werden, deren eintrittsseitige Enden insbesondere an einer Nabe des Laufradgrundkörpers ansetzen und die sich bis zu austrittsseitigen Enden erstrecken.
Ferner ist zusätzlich noch vorgesehen, dass an dem Laufradgrundkörper durch Fräsbearbeitung Laufradzwischenschaufeln angeformt werden, die sich ausgehend von einem im Abstand von der Nabe angeordneten eintrittsseitigen Ende bis zu einem austrittsseitigen Ende erstrecken, wobei die außenseitigen Enden vorzugsweise nahe der Außenkonturen des Laufraddeckels und des Laufradbodens liegen.
Hinsichtlich des Einsetzens der Bodensegmente wurden im Zusammenhang mit den bisherigen Ausführungen keine näheren Angaben gemacht.
So sieht eine besonders günstige Lösung vor, dass die Bodensegmente zwischen einander benachbarten oder in einer Umlaufrichtung aufeinanderfolgenden Laufradhauptschaufeln eingesetzt werden.
Dadurch besteht die Möglichkeit, in einfacher Weise die Bodensegmente mit den Laufradhauptschaufeln zu verbinden.
Eine diesbezüglich besonders günstige Lösung sieht vor, dass die Bodensegmente mit Kammbereichen der Laufradhauptschaufel verschweißt werden.
Damit ist eine einfache und insbesondere stabile Verbindung zwischen den Bodensegmenten und den Laufradhauptschaufeln realisierbar.
Insbesondere wird das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt, dass beginnend mit einem Bodensegment die Bodensegmente mit dem Laufradgrundkörper verschweißt werden.
Um die Bodensegmente zuverlässig relativ zu den Laufradhauptschaufeln exakt positionieren zu können, ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Bodensegmente vor einem Einschweißen derselben an den Kammbereichen der Laufradhauptschaufeln durch Schweißpunkte fixiert werden.
Zur Fixierung zwischen den Bodensegmenten und den Kammbereichen der Laufradhauptschaufeln ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Bodensegmente mit einer durchgehenden Schweißnaht entlang ihrer Hauptschaufelanschlusskonturen mit den Laufradhauptschaufeln verschweißt werden.
Hinsichtlich des Einsetzens der Bodensegmente bei vorhandenen Laufradzwischenschaufeln wurden im Zusammenhang mit den bisherigen Ausführungen keine näheren Angaben gemacht.
So sieht eine besonders günstige Lösung vor, dass die Bodensegmente zwischen einander benachbarten Laufradhauptschaufeln und mindestens einer zwischen diesen Laufradhauptschaufeln liegenden Laufradzwischenschaufel eingesetzt werden.
Dadurch besteht die Möglichkeit, in einfacher Weise die Bodensegmente mit den Laufradhauptschaufeln und der Laufradzwischenschaufel zu verbinden.
Eine diesbezüglich besonders günstige Lösung sieht vor, dass die Bodensegmente mit Kammbereichen der Laufradhauptschaufel und einem Kammbereich der mindestens ein zwischen den Laufradhauptschaufeln liegenden Laufradzwischenschaufel verschweißt werden.
Damit ist eine einfache und insbesondere stabile Verbindung zwischen den Bodensegmenten und den Laufradhauptschaufeln sowie der zwischen diesen liegenden Laufradzwischenschaufel realisierbar.
Insbesondere wird das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt, dass beginnend mit einem Bodensegment die Bodensegmente mit dem Laufradgrundkörper verschweißt werden.
Um die Bodensegmente zuverlässig relativ zu den Laufradhauptschaufeln und der Laufradzwischenschaufel exakt positionieren zu können, ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Bodensegmente vor einem Einschweißen derselben an den Kammbereichen der Laufradhauptschaufeln und der Laufradzwischenschaufeln durch Schweißpunkte fixiert werden.
Zur Fixierung zwischen den Bodensegmenten und den Kammbereichen der Laufradhauptschaufeln und der Laufradzwischenschaufel ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Bodensegmente mit einer durchgehenden Schweißnaht entlang ihrer Hauptschaufelanschlusskonturen mit den Laufradhauptschaufeln und ihrer Zwischenschaufelanschlusskonturen mit der jeweiligen Laufradzwischenschaufel verschweißt werden.
Hinsichtlich der Herstellung der Bodensegmente zum Einschweißen in den Laufradgrundkörper wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.
Eine besonders vorteilhafte Verbindung zwischen den Bodensegmenten und den Kammbereichen der Laufradhauptschaufeln und der Laufradzwischenschaufeln sieht vor, dass die Bodensegmente mit den Kammbereichen der Laufradhauptschaufeln und gegebenenfalls der Laufradzwischenschaufeln durch I-Nähte mit dem Laufradgrundkörper verschweißt werden.
Das Verschweißen erfolgt vorzugsweise durch Laserstrahlschweißen oder Elektronenstrahlschweißen.
Um die Bodensegmente präzise herzustellen, ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Bodensegmente durch Drahterodieren aus einem Flachmaterial hergestellt werden muss.
Um dem Laufradboden eine präzise Form auf seiner Außenseite zu geben ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Laufradgrundkörper mit den eingeschweißten Bodensegmenten durch Überdrehen einer Außenseite des Laufradbodens zum Erzielen einer Planfläche bearbeitet wird, so dass sämtliche durch das Verschweißen auftretende Materialanhäufungen oder auch sonstige Ungenauigkeiten im Bereich der Bodensegmente entfernt werden können.
Zur Verbesserung der Stabilität des Laufradbodens ist vorzugsweise vorgesehen, dass auf den Laufradboden eine Stützscheibe aufgelegt und mit diesem verbunden wird.
Die Stützscheibe könnte beispielsweise mit dem Laufradboden verklebt werden.
Besonders günstig ist es jedoch, wenn die Stützscheibe mit ihrer Außenkontur, insbesondere mit einer Kehlnaht, mit dem Laufradboden verschweißt wird, so dass dadurch eine langzeitstabile Verbindung zwischen der Stützscheibe und dem Laufradboden geschaffen wird.
Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Stützscheibe mit ihrer die Nabe umschließenden Innenkontur, insbesondere mittels einer I-Naht, mit der Nabe verbunden wird.
Hinsichtlich der Ausbildung des Laufradgrundkörpers wurden im Zusammenhang mit den bisherigen Ausführungsbeispielen keine weiteren detaillierten Angaben gemacht.
So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass an dem Laufradgrundkörper im Bereich des Laufraddeckels eine Eintrittsdüse angeordnet wird.
Eine derartige Eintrittsdüse könnte grundsätzlich durch eine Schweißverbindung mit dem Laufradgrundkörper verbunden werden.
Besonders günstig ist es jedoch, wenn die Eintrittsdüse im Zuge der Fräsbearbeitung des Rohlings für den Laufradgrundkörper ausgeformt wird und somit einstückig mit dem Laufradgrundkörper verbunden wird.
Darüber hinaus ist vorzugsweise vorgesehen, dass an dem Laufradgrundkörper eine Nabe des Laufrads angeordnet wird.
Eine derartige Nabe könnte ebenfalls beispielsweise durch Schweißen mit dem Laufradgrundkörper verbunden werden.
Besonders günstig ist es jedoch wenn die Nabe im Zuge der Fräsbearbeitung des Rohlings für den Laufradgrundkörper ausgeformt wird, so dass auch die Nabe einstückig am Laufradgrundkörper angeordnet ist.
Ferner ist zur Stabilisierung des Laufradgrundkörpers, insbesondere des Laufraddeckels des Laufradgrundkörpers, vorgesehen, dass in einem austrittsseitigen Bereich des Laufraddeckels ein Deckelversteifungsring angeordnet wird.
Auch dieser Deckelversteifungsring könnte durch Verschweißen desselben mit dem Laufradgrundkörper verbunden werden.
Besonders günstig ist es jedoch, wenn der Versteifungsring im Zuge der Fräsbearbeitung des Rohlings für den Laufradgrundkörper ausgebildet wird. Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Zeichnungen sowie der Detailbeschreibung eines Ausführungsbeispiels.
In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1: eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Laufrads;
Fig. 2: einen Schnitt längs Linie 2-2 durch einen Laufradgrundkörper des erfindungsgemäßen Laufrads;
Fig. 3: eine Draufsicht auf den Laufradgrundkörper in Richtung des Pfeils A in Fig. 2;
Fig. 4: eine Draufsicht auf den Laufradgrundkörper in Richtung des Pfeils B in Fig. 2;
Fig. 5: eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Bodensegment zur Herstellung eines Laufradbodens des Laufrads;
Fig. 6: eine Draufsicht ähnlich Fig. 4 mit einem ersten in den Laufradgrundkörper eingesetzten Bodensegment;
Fig. 7: einen Schnitt längs Linie 7-7 in Fig. 6;
Fig. 8: einen Schnitt ähnlich Fig. 7 mit eingeschweißten Bodensegmenten;
Fig. 9: eine Draufsicht auf den Laufradgrundkörper gemäß Fig. 6 mit sämtlichen eingeschweißten Bodensegmenten zur Herstellung des Laufradbodens;
Fig. 10: einen Schnitt ähnlich Fig. 2 durch den Laufradgrundkörper mit eingeschweißten Bodensegmenten;
Fig. 11: eine Draufsicht auf den Laufradboden des Laufrads in Richtung des Pfeils C in Fig. 10 jedoch mit einer zusätzlich aufgelegten Stützscheibe und
Fig. 12: einen Schnitt längs Linie 12-12 in Fig. 11 durch das fertige Laufrad.

Ein in Fig. 1 als Ganzes dargestelltes und mit 10 bezeichnetes Laufrad für einen Ventilator oder Verdichter, umfasst einen Laufraddeckel 12 und einen dem Laufraddeckel 12 gegenüberliegenden Laufradboden 14, zwischen denen ein Laufradinnenraum 16 liegt, in welchen durch eine an den Laufraddeckel 12 angeformte Eintrittsdüse 22 ein gasförmiges Medium eintritt, durch zwischen dem Laufraddeckel 12 und dem Laufradboden 14 angeordnete Laufradschaufeln 24 und zwischen den Laufradschaufeln 24 gebildeten Laufradkanälen radial beschleunigt wird und durch radial außen liegende Austrittsöffnungen 26 austritt, wobei die Austrittsöffnungen 26 zwischen einer Außenkontur 32 des Laufraddeckels 12 und einer Außenkontur 34 des Laufradbodens 14 liegen, die jeweils in ungefähr gleichem radialem Abstand zu einer Drehachse 36 des Laufrads 10 verlaufen.
Das Laufrad 10 ist dabei zusammengebaut aus einem in Fig. 2 dargestellten Laufradgrundkörper 42, der durch Fräsbearbeitung aus einem Rohling mit Übermaß hergestellt ist und dabei die Eintrittsdüse 22 und den Laufraddeckel 12 umfasst, der sich ausgehend von der Eintrittsdüse 22 radial zur Drehachse 36 nach außen bis zu der Außenkontur 32 erstreckt (Fig. 3).
Ferner ist an den Laufraddeckel 12 und die Eintrittsdüse 22 der Eintrittsdüse 22 gegenüberliegend eine Nabe 44 einstückig angeformt und durch Fräsbearbeitung des Rohlings ausgebildet (Fig. 2, 4).
Eine Verbindung zwischen dem Laufraddeckel 12 und der Nabe 44 erfolgt insbesondere durch als Laufradhauptschaufeln 46 ausgebildete Laufradschaufeln 24 die ebenfalls einstückig an den Laufraddeckel 12 angeformt sind und durch Fräsbearbeitung des Rohlings ausgeformt werden (Fig. 4).
Diese Laufradhauptschaufeln 46 verlaufen dann auf einer Innenseite 48 des Laufraddeckels von der Eintrittsdüse 22 zugewandten und den Laufraddeckel 12 mit der Nabe 44 verbindenden Innenbereichen 52, die der Eintrittsdüse 22 zugewandte eintrittsseitige Enden 54 (Fig. 2) aufweisen, radial und azimutal längs der Innenseite 48 des Laufraddeckels 12 bis zu austrittsseitigen Enden 56 die nahe oder in geringem Abstand von der Außenkontur 32 des Laufraddeckels enden.
Auch die Laufradhauptschaufeln 46 sind einstückig an den Laufraddeckel 12 angeformt und somit Teil des Laufradgrundkörpers 42.
Zur Stabilisierung des Bereichs zwischen der Eintrittsdüse 22 und dem Laufraddeckel 12 ist der Laufradgrundkörper 42 vorzugsweise noch mit einem einen Übergang zwischen diesen stabilisierenden Versteifungsring 62 versehen und außerdem zur Stabilisierung des Laufraddeckels 12 mit einem radial außenliegenden Deckelversteifungsring 64, versehen welcher sich über einer der Innenseite 48 gegenüberliegenden Außenseite 68 des Laufraddeckels 12 erhebt (Fig. 2, 3).
Wie in Fig. 4 dargestellt, sind vorzugsweise bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Arten von Laufradschaufeln 24 vorgesehen, und zwar sind zwischen den Laufradhauptschaufeln 46, deren Innenbereiche 52 sowohl mit der Eintrittsdüse 22, dem Laufraddeckel 12 und der Nabe 44 verbunden sind und die sich bis zu ihren austrittsseitigen Enden 56 nahe der Außenkontur 32 des Laufraddeckels 12 erstrecken, Laufradzwischenschaufeln 72 angeordnet, deren eintrittsseitige Enden 74 im Abstand von der Nabe 44 angeordnet sind und deren austrittsseitige Enden 76 ebenfalls nahe der Außenkontur 32 des Laufraddeckels 12 liegen.
Auch die Laufradzwischenschaufeln 72 sind dabei einstückig an den Laufraddeckel 12 angeformt und erheben sich von dessen Innenseite 48, wie in Fig. 4 dargestellt, wobei auch die Laufradzwischenschaufeln 72 durch eine Fräsbearbeitung eines Rohlings hergestellt werden.
Zur Bildung des Laufradbodens 14 sind, wie in Fig. 5 dargestellt, Bodensegmente 82 vorgesehen, welche beispielsweise durch Drahterodieren aus einem Flachmaterialstück ausgeschnitten sind und eine einen Bogenabschnitt der Außenkontur 34 des Laufradbodens 14 bildende umfangsseitige Außenkontur 84, von der umfangsseitigen Außenkontur 84 zu der Nabe 44 hin verlaufende einander gegenüberliegende Hauptschaufelanschlusskonturen 86 und 88 aufweisen sowie eine zwischen den Hauptschaufelanschlusskonturen 86 und 88 liegende Nabenanschlusskontur 92 aufweisen.
Ferner verläuft zwischen den Hauptschaufelanschlusskonturen 86 und 88 eine ausgehend von der umfangsseitigen Außenkontur 84 U-förmig radial nach innen verlaufende Nut deren U-förmige Nutränder Zwischenschaufelanschlusskonturen 96, 97, 98 bilden.
Diese Bodensegmente 82 sind, wie in Fig. 6 dargestellt, so zwischen in Umlaufrichtung aufeinanderfolgende Laufradhauptschaufeln 46 eingesetzt, dass, wie nochmals deutlich in Fig. 7 dargestellt, das jeweilige Bodensegment 82 mit seinen Hauptschaufelanschlusskonturen 86 und 88 an Kammbereichen 104 der Laufradhauptschaufeln 46 anliegt, die sich eine dem Laufraddeckel 12 abgewandte Oberkante 102 der Laufradhauptschaufeln 46 anschließen, und zwar an den einander zugewandten Längsseiten 106 und 108 der Kammbereiche 104.
Ferner liegen die Zwischenschaufelanschlusskonturen 96 und 98 ebenfalls an Oberkanten 112 der Laufradzwischenschaufeln 72 angrenzenden Kammbereichen 114 und zwar deren einander abgewandten Längsseiten 116 und 118 an.
Vorzugsweise erfolgt das Einsetzen der Bodensegmente 82 derart, dass eine in dem Laufradinnenraum 16 abgewandte Außenseite 122 der Bodensegmente 82 mit den Oberkanten 102 und 112 der Laufradhauptschaufeln 46 und der Laufradzwischenschaufeln 72 im Wesentlichen fluchtet.
Darüber hinaus liegt die Nabenanschlusskontur 92 an einer Umfangsseite 124 der Nabe 44 an.
Das Fixieren des jeweiligen Bodensegments 82 im Bereich der Hauptschaufelaußenkonturen 86 und 88 und der Zwischenschaufelanschlusskonturen 96, 97 und 98 erfolgt zunächst durch Schweißpunkte und dann erfolgt ein durchgehendes Verschweißen längs der Hauptschaufelaußenkonturen 86 und 88 sowie der Zwischenschaufelanschlusskonturen 96, 97 und 98 mit den jeweiligen Längsseiten 106 und 108 sowie 116 und 118 der jeweiligen Kammbereiche 104 und 114 sowie der Nabenanschlusskontur 92 mit der Umfangsseite 124 der Nabe 44 durch so genannte I-Schweißnähte 126 (Fig. 7, 8).
Wie in Fig. 8 und 9 dargestellt, erfolgt vorzugsweise das Einsetzen der Bodensegmente 82 aufeinanderfolgend bis alle Bodensegmente 82 eingesetzt sind.
Nach Einschweißen sämtlicher Bodensegmente 82 ist im Bereich der Schweißnähte 126 ein Materialauftrag vorhanden, der über die Außenseite 122 der Bodensegmente 82 übersteht.
Zur Beseitigung des Materialauftrags erfolgt im Bereich der Außenseite 122 der Bodensegmente 82 ein Überdrehen der Einheit aus dem Laufradgrundkörper 42 und den eingeschweißten Bodensegmenten 82 zur Erzeugung einer Planfläche 132, die sich über die Außenseiten 122 der Bodensegmente 82 sowie die Oberkanten 102 und 112 der Laufradhauptschaufeln 46 und der Laufradzwischenschaufeln 72 sowie einer Auflagefläche 134 der Nabe 44 erstreckt, wie in Fig. 10 dargestellt, und auf diese Planfläche erfolgt dann, wie in Fig. 11 und Fig. 12 dargestellt, ein Auflegen einer Stützscheibe 142, die sowohl auf der Auflagefläche 134 der Nabe 44 als auch auf den Außenseiten 122 der Bodensegmente 82 und gegebenenfalls den Oberkanten 102 und 112 der Laufradhauptschaufeln 46 und der Laufradzwischenschaufeln 72 aufliegt und mit diesen bündig abschließt.
Die Stützscheibe 142 erstreckt sich dabei ausgehend von einer die Auflagefläche 134 der Nabe 44 radial innen begrenzenden Ringfläche 144 in radialer Richtung zur Drehachse 36 bis in einen Ringbereich 146 der Außenseite 122 des Laufradbodens 14, wobei der Ringbereich 146 sich vom 0,5-fachen des radialen Abstandes der Außenkontur 34 des Laufradbodens 14 bis zum 0,7-fachen desselben erstreckt.
Vorzugsweise weist die Stützscheibe 142 eine Außenkontur 148 auf, welche mittels einer Kehlnaht 152 mit dem Laufradboden 14 verschweißt ist.
Ferner erfolgt ein Verschweißen einer Innenkontur 154 der Stützscheibe 142 mit der Ringfläche 144 vorzugsweise ebenfalls mittels einer I-Naht.
Bei dem erfindungsgemäßen Laufrad sind vorzugsweise der Laufradgrundkörper 42 sowie auch die Bodensegmente 82 aus hochfesten und korrosionsbeständigen metallischen Werkstoffen hergestellt, beispielsweise Titan Grade 5 und/oder hochfeste nicht rostende martensitische Edelstähle.
Das Verschweißen der Bodensegmente 82 erfolgt insbesondere durch einen von der Außenseite der Bodensegmente 82 ausgehenden Schweißprozess, so dass ein Verschweißen im Laufradinnenraum entfällt, vorzugsweise durch Laserstrahlschweißen ohne Zusatzwerkstoff oder Elektronenstrahlschweißen, was dadurch möglich ist, dass die Bodensegmente 82 mit einer geringen Spalttoleranz, beispielsweise von kleiner 0,2 mm, hergestellt werden, so dass durch Laserstrahlschweißen oder Elektronenstrahlschweißen in einfacher Weise von der Außenseite 122 der Bodensegmente 82 ausgeführte I-Nähte längs der Hauptschaufelanschlusskonturen 86 und 88 und der Zwischenschaufelanschlusskonturen 96 und 98 sowie der Nabenanschlusskontur 92 und der Umfangsseite 124 der Nabe 44 realisiert werden.
Vorzugsweise wird nach dem Einschweißen der Bodensegmente 82 in den Laufradgrundkörper 42 eine Wärmebehandlung durchgeführt, wodurch Schweißeigenspannungen reduziert werden und somit definierte mechanische Eigenschaften erreicht werden, insbesondere dann, wenn das Material zur Herstellung des Laufradgrundkörpers 42 und der Bodensegmente 82 ein nicht rostender martensitischer Edelstahl ist.
Abschließend erfolgt ein Beizen des Laufrades, um schweißbedingte Anlauffarben und aus der Wärmebehandlung resultierenden Zunder zu entfernen und die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern.

Claims

Laufrad (10) für einen Ventilator oder einen Verdichter, wobei das Laufrad (10) einen Laufradgrundkörper (42) aufweist, welcher einen Laufraddeckel (12) und an dem Laufraddeckel (12) einstückig angeformte Laufradschaufeln (24) umfasst, und wobei an dem Laufradgrundkörper (42) ein Laufradboden (14) durch Verschweißen desselben mit dem Laufradgrundkörper (42) gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Laufradboden (14) aus mehreren mit dem Laufradgrundkörper (42) verschweißten Bodensegmenten (82) gebildet ist.
Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Laufradgrundkörper (42) Laufradschaufeln (24) umfasst, die sich zwischen dem Laufraddeckel (12) und dem Laufradboden (14) bis zu Austrittsöffnungen (26) des Laufrads (10) erstrecken.
Laufrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Laufradgrundkörper (42) eine Nabe (44) umfasst, die insbesondere einstückig an diesen angeformt ist, dass insbesondere der Laufradgrundkörper (42) als Laufradschaufeln (24) Laufradhauptschaufeln (46) aufweist, die insbesondere im Bereich ihrer eintrittsseitigen Enden mit der Nabe (44) verbunden sind und sich ausgehend von diesen bis zu austrittsseitigen Enden (56) erstrecken, dass insbesondere der Laufradgrundkörper (42) als Laufradschaufeln (24) Laufradzwischenschaufeln (72) aufweist, die zwischen den Laufradhauptschaufeln (46) liegen und sich ausgehend von in einem radialen Abstand von der Nabe (44) angeordneten eintrittsseitigen Enden (74) bis zu austrittsseitigen Enden (76) erstrecken.
Laufrad nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laufradgrundkörper (42) eine an dem Laufraddeckel (12) angeordnete Eintrittsdüse (22) aufweist, dass insbesondere die Eintrittsdüse (22) einstückig an den Laufraddeckel (12) angeformt ist.
Laufrad nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den Laufradboden (14) bildenden Bodensegmente (82) sich jeweils zwischen zwei einander benachbarten Laufradhauptschaufeln (46) erstrecken, dass insbesondere jedes der Bodensegmente (82) durch ein Zuschnittteil aus Flachmaterial gebildet ist, welches an die Laufradhauptschaufeln (46) in Kammbereichen (104) angrenzende Hauptschaufelanschlusskonturen (86, 88) aufweist, dass insbesondere jedes Bodensegment (82) längs Hauptschaufelanschlusskonturen (86, 88) mit dem Kammbereich (104) der Laufradhauptschaufeln (46) verschweißt ist.
Laufrad nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den Laufradboden (14) bildenden Bodensegmente (82) sich jeweils zwischen zwei einander benachbarten Laufradhauptschaufeln (46) und der mindestens einen zwischen den Laufradhauptschaufeln (46) liegenden Laufradzwischenschaufel (72) erstrecken.
Laufrad nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Bodensegmente (82) durch ein Zuschnittteil aus Flachmaterial gebildet ist, welches an die Laufradhauptschaufeln (46) in Kammbereichen (104) angrenzende Hauptschaufelanschlusskonturen (86, 88) aufweist und an einen Kammbereich (114) der mindestens einen Laufradzwischenschaufel (72) angrenzende Zwischenschaufelanschlusskonturen (96, 98) aufweist, dass insbesondere jedes Bodensegment (82) längs Hauptschaufelanschlusskonturen (86, 88) mit dem Kammbereich (104) der Laufradhauptschaufeln (46) und längs den Zwischenschaufelanschlusskonturen (96, 98) mit dem Kammbereich (114) der mindestens einen Laufradzwischenschaufel (72) verschweißt ist, und/oder dass insbesondere das Bodensegment (82) längs einer Nabenanschlusskontur (92) mit einem sich zwischen den Laufradhauptschaufeln (46) erstreckenden Umfangsbereich (124) der Nabe (44) verschweißt ist.
Laufrad nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodensegmente (82) durch eine I-Naht mit den Kammbereichen (104) der Laufradhauptschaufeln (46) und der mindestens einen Laufradzwischenschaufel (72) verschweißt sind.
Laufrad nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad (10) eine den Laufradboden (14) im Bereich um die Nabe (44) stabilisierende Stützscheibe (142) aufweist.
Laufrad nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laufradgrundkörper (42) einen an einem austrittsseitigen Randbereich des Laufraddeckels (12) angeformten Versteifungsring (64) aufweist, dass insbesondere der Versteifungsring (64) einstückig an den Laufradgrundkörper (42) angeformt ist.
Verfahren zum Herstellen eines Laufrads (10) für einen Ventilator oder einen Verdichter, dadurch gekennzeichnet, dass ein Laufradgrundkörper (42), umfassend einen Laufraddeckel (12) und an den Laufraddeckel (12) einstückig angeformte Laufradschaufeln (24) durch eine Fräsbearbeitung eines Rohlings hergestellt wird und dass an dem Laufradgrundkörper (42) ein Laufradboden (14) durch Verschweißen von mehreren Bodensegmenten (82) mit dem Laufradgrundkörper (42) fixiert wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Laufradgrundkörper (42) durch Fräsbearbeitung Laufradhauptschaufeln (46) angeformt werden, deren eintrittsseitige Enden (54) insbesondere an einer Nabe (44) des Laufradgrundkörpers (42) ansetzen und die sich bis zu austrittsseitigen Enden (56) erstrecken, dass insbesondere an dem Laufradgrundkörper (42) durch Fräsbearbeitung Laufradzwischenschaufeln (72) angeformt werden, die sich ausgehend von einem im Abstand von der Nabe (44) angeordneten eintrittsseitigen Ende (74) bis zu einem austrittsseitigen Ende (76) erstrecken.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodensegmente (82) zwischen einander benachbarten Laufradhauptschaufeln (46) eingesetzt werden, dass insbesondere die Bodensegmente (82) mit Kammbereichen (104) der Laufradhauptschaufeln (46) verschweißt werden, dass insbesondere beginnend mit einem Bodensegment (82) die Bodensegmente (82) mit dem Laufradgrundkörper (42) verschweißt werden, und/oder dass insbesondere die Bodensegmente (82) vor einem Einschweißen derselben an den Kammbereichen (104) der Laufradhauptschaufeln (46) durch Schweißheftpunkte fixiert werden, dass insbesondere die Bodensegmente (82) mit einer durchgehenden Schweißnaht entlang ihrer Hauptschaufelanschlusskonturen (86, 88) mit den Laufradhauptschaufeln (46) verschweißt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodensegmente (82) zwischen einander benachbarten Laufradhauptschaufeln (46) und mindestens einer zwischen diesen Laufradhauptschaufeln (46) liegenden Laufradzwischenschaufel (72) eingesetzt werden, dass insbesondere die Bodensegmente (82) mit Kammbereichen (104) der Laufradhauptschaufeln (46) und einem Kammbereich (114) der mindestens einen zwischen den Laufradhauptschaufeln (46) liegenden Laufradzwischenschaufel (72) verschweißt werden, dass insbesondere beginnend mit einem Bodensegment (82) die Bodensegmente (82) mit dem Laufradgrundkörper (42) verschweißt werden, und/oder dass insbesondere die Bodensegmente (82) vor einem Einschweißen derselben an den Kammbereichen der Laufradhauptschaufeln (46) und der Laufradzwischenschaufel (72) durch Schweißheftpunkte fixiert werden, und/oder dass insbesondere die Bodensegmente (82) mit einer durchgehenden Schweißnaht entlang ihrer Hauptschaufelanschlusskonturen (86, 88) mit den Laufradhauptschaufeln (46) und Zwischenschaufelanschlusskonturen (96, 98) mit der, Zwischenschaufel (72) verschweißt werden, und/oder dass insbesondere die Bodensegmente (82) mit den Kammbereichen (104, 114) der Laufradhauptschaufeln (46) und gegebenenfalls der Laufradzwischenschaufel (72) durch I-Nähte mit dem Laufradgrundkörper (42) verschweißt werden, und/oder dass insbesondere die Bodensegmente (82) durch Drahterodieren aus einem Flachmaterial hergestellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Laufradgrundkörper (42) mit den eingeschweißten Bodensegmenten (82) durch Überdrehen einer Außenseite (122) des Laufradbodens (14) zum Erzielen einer Planfläche (132) bearbeitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Laufradboden (14) eine Stützscheibe (142) aufgelegt und mit diesem verbunden wird, dass insbesondere die Stützscheibe (142) in ihrer Außenkontur (148) mit dem Laufradboden (14) verbunden wird, und/oder dass insbesondere die Stützscheibe (142) mit ihrer die Nabe (44) umschließenden Innenkontur mit der Nabe (44) verbunden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Laufradgrundkörper (42) im Bereich des Laufraddeckels (12) eine Eintrittsdüse (22) angeordnet wird, dass insbesondere die Eintrittsdüse (22) im Zuge der Fräsbearbeitung des Rohlings für den Laufradgrundkörper (42) ausgeformt wird und/oder dass insbesondere an dem Laufradgrundkörper (42) eine Nabe (44) des Laufrads (10) angeordnet wird, und dass insbesondere die Nabe (44) im Zuge der Fräsbearbeitung des Rohlings für den Laufradgrundkörper (42) ausgeformt wird, und/oder dass insbesondere an dem Laufradgrundkörper in einem austrittsseitigen Bereich des Laufraddeckels (12) ein Deckelversteifungsring (64) angeordnet wird, dass insbesondere der Deckelversteifungsring (64) im Zuge der Fräsbearbeitung des Rohlings für den Laufradgrundkörper (42) ausgebildet wird.