EP1032766A1

EP1032766A1 - Lüfterrad

Info

Publication number: EP1032766A1
Application number: EP98962382A
Authority: EP
Inventors: Hermann Stahl; Erwin Wolf
Original assignee: Hermann Stahl GmbH
Current assignee: Hermann Stahl GmbH
Priority date: 1997-11-21
Filing date: 1998-11-21
Publication date: 2000-09-06
Anticipated expiration: 2018-11-21
Also published as: WO1999027258A1; EP1032766B1; US6386831B1; DE19751729A1; DE19751729C2; DE59803561D1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lüfterrad für einen Turbolader. Das Lüfterrad (1) besteht aus einem Grundkörper mit einer zentralen Drehachse (5), der aus zwei etwa deckungsgleich einander gegenüberliegenden Deckscheiben (2, 3) zusammengesetzt ist, zwischen deren einander zugewandten Stirnseiten (12, 13) Lüfterschaufeln (6) angeordnet sind. Die Lüfterschaufeln (6) sind einteilig an zumindest einer Deckscheibe (2, 3) angeformt und weisen eine axiale Anlagefläche (30) auf, an der eine gegenüberliegende axiale Anlagefläche (31) der anderen Deckscheibe (2, 3) anliegt. Im Bereich der Anlageflächen (8, 9) sind Befestigungsmittel zur unlösbaren Verbindung der Deckscheiben (2, 3) untereinander vorgesehen. Um ohne Auswuchten das Lüfterrad (1) herzustellen, bestehen die Deckscheiben (2, 3) aus einem prägefähigen Material und die Lüfterschaufeln (6) sind axial aus dem Material einer Deckscheibe (2, 3) ausgeprägt, wobei die Kante (22a, 22b) zwischen der Ebene der Deckscheibe (2, 3) und der etwa rechtwinklig zur Ebene der Deckscheibe (2, 3) stehenden Seitenwand (19a, 19b) einer Lüfterschaufel (6) sowie die Kante (21a, 21b) zwischen der Seitenwand (19a, 19b) der Anlagefläche (30, 31) mit einem Radius (R1, R2) von etwa 0,5 bis 2 mm gerundet ist.

Description

Lüfterrad

Die Erfindung betrifft ein Lüfterrad zum Fördern einer Luftmasse, insbesondere für einen Turbolader, Lüfter oder dgl. nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiges bekanntes Lüfterrad ist aus der DE 85 18 403 bekannt. Es besteht aus zwei zueinander etwa parallelen Deckscheiben, zwischen denen die Lüfterschaufeln angeordnet sind. An einer Deckscheibe sind Rinnen angeformt, welche an der anderen Deckscheibe anliegen und so Lüfterschaufeln bilden. Zur Verbindung der Deckscheiben werden diese im Bereich der Anlageflächen verklebt, verschweißt oder mit Fremdnieten verbunden. Die so gebauten Lüfterräder sind vor Inbetriebnahme auszuwuchten, da regelmäßig durch Toleranzen, Materialanhäufungen usw. Unwuchten auftreten, die bei den hohen Einsatzdrehzahlen im Turbolader von z.B. 20.000 1/min egalisiert werden müssen. Die Herstellung derartiger Lüfterräder ist daher teileaufwendig, arbeitsintensiv und teuer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lüfterrad der gattungsgemäßen Art derart auszubilden, daß es in wenigen einfachen Fertigungsschritten hergestellt und ohne Auswuchten einsatzfertig zusammengebaut werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Anwendung von einem prägefähigem Material, wie zum Beispiel tiefziehfähigem Blech, nämlich Stahlblech, Edelstahlblech, Aluminiumblech oder dergleichen, erlaubt bei der Herstellung der Deckscheiben zugleich die Lüfterflügel über einen Teil oder über ihre gesamte axiale Höhe zu prägen. Durch dieses spanlose Umformen und Stanzen wird die Materialmenge nicht verändert, so daß ein abschließendes Auswuchten entfallen kann. Aufgrund der einteiligen Ausbildung der Lüfterschaufel mit der Deckscheibe sind nur wenige Befestigungspunkte notwendig. Das Lüfterrad ist aus nur zwei Teilen axial zusammengesetzt, wobei eine axiale Anlagefläche der einen Deckscheibe an einer axialen Anlagefläche der anderen Deckscheibe fest anliegt. Alle dem Luftstrom ausgesetzten Kanten sind gerundet, so daß bei geringer Geräuschentwicklung eine hohe Förderleistung gegeben ist.

Zweckmäßig sind die Deckscheiben im Bereich der Anlageflächen formschlüssig miteinander verbunden. Vorteilhaft sind nur im Bereich der Anlageflächen Verbindungsstellen vorgesehen.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung können an der Anlagefläche der einen Deckscheibe Fixieröffnungen angefertigt werden. An der gegenüberliegenden Anlagefläche der zweiten Deckscheibe werden Fixierwarzen beispielsweise durch Ziehen oder Fließpressen angeformt. Bei der Ausrichtung der Deckscheiben zueinander greifen die Fixierwarzen in die gegenüberliegende Fixieröffnung, die vorteilhaft auf der Nietkopfseite eine Ansenkung haben, wodurch eine lagerichtige Zuordnung der Teile gewährleistet ist. Da die Fixierwarzen und Fixieröffnungen ausschließlich in den Anlageflächen der Lüfterschaufeln vorgesehen sind, ist zugleich die richtige Drehlage der Deckscheiben zueinander bestimmt, so daß alle gleichmäßig über den Umfang verteilten Lüfterschaufeln der einen Deckscheibe an den zugeordneten Anlageflächen der anderen Deckscheibe anliegen. Zweckmäßig werden die Fixierwarzen durch Fließpressen zu Nietbolzen ausgeformt, mit denen die Deckscheiben im Bereich der Anlageflächen unlösbar miteinander verbunden werden. Da bei dieser Verbindungstechnik kein Material hinzugefügt wird, entfallen sonst notwendige Auswuchtmaßnahmen.

Zweckmäßig sind die Lüfterschaufeln durch die Wände einer geprägten Sicke gebildet, wobei die Sicke zugleich zur Versteifung der Deckscheibe beiträgt. Die Sicken sind vorteilhaft endseitig geschlossen und erstrecken sich in radialer Richtung über nur einen Teil des Radius der Deckscheibe. Die radialen Enden der Sicken bzw. der Lüfterschaufeln haben eine gerundete Stirnseite.

Vorteilhaft ist eine Deckscheibe insbesondere auf der dem Luftstrom zugewandten Innenseite mit einer waffelartigen oder schuppenartigen Prägung versehen. Damit kann eine bessere Strömung des von dem Lüfterrad geförderten Luftstromes erzielt werden. Die waffelartige Prägung vermeidet ferner Spannungen in der Deckscheibe, wodurch deren plane verzugsfreie Form gewährleistet wird. Auch bei großer Drehzahl treten keine Unwuchten auf. Die schuppenartige Prägung macht auch eine nachträgliche Planierung der Deckscheibe nach Ausprägen der die Lüf erschaufel bildenden Sicken entbehrlich und kann darüber hinaus strömungstechnische Vorteile bieten und auftretende Wärme abführen. Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung, in der nachfolgend im einzelnen beschriebene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Lüfterrad,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Deckscheibe des Lüfterrades mit ausgeprägten Teilen der Lüfterschaufeln,

Fig. 4 in vergrößerter Darstellung die Einzelheit Z aus Fig. 2 mit Fixierwarzen zur Lageausrichtung,

Fig. 5 in vergrößerter Darstellung die Einzelheit 7 aus

Fig. 2 mit zu Nietbolzen ausgeführten Fixierwarzen und einer Nietiochansenkung auf der Nietkopfseite,

Fig. 6 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit Z aus Fig. 2 mit durch Durchsetzfügen formschlüssig verbundenen Deckscheiben,

Fig. 7 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit Z in Fig. 2 mit durch Eigenmaterial vernieteten Deckscheiben unterschiedlicher Stärken.

In Fig. 1 ist in Draufsicht ein Lüfterrad 1 zur Förderung einer Luftmasse gezeigt, wie es insbesondere in einem Turbolader Verwendung findet. Das erfindungsgemäße Lüfterrad ist auch in anderen technischen Gebieten vorteilhaft einsetzbar, z.B. als Ventilator, Kühlluftgebläse o. dgl.. Das Lüfterrad 1 besteht im wesentlichen aus zwei deckungsgleich zueinander liegenden, im Ausführungsbeispiel parallelen Deckscheiben 2 und 3, die jeweils eine zentrale Öffnung 4, 40 zur Befestigung auf z.B. einer Nabe aufweisen. Die zentralen Öffnungen 4, 40 liegen koaxial zur Drehachse 5 des Grundkörpers bzw. des Lüfterrades 1. Die Deckscheiben 2, 3 haben vorteilhaft gleiche Materialstärke; im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 7 sind unterschiedliche Materialstärke (Fig. 2) gezeigt, wobei die kleinere Öffnung 40 in der z. B. dickeren Deckscheibe 3 vorgesehen sein kann. Zur Befestigung auf dem Ende einer Welle 41 greift diese durch die größere Öffnung 4 in das Lüfterrad 1 ein und liegt mit einer Ringschulter 42 an der Deckscheibe 3 an. Durch die Öffnung 40 der Deckscheibe 3 ragt ein Gewindeabschnitt 43 der Welle 41, auf dem eine Befestigungsmutter 44 aufgeschraubt ist und das Lüfterrad 1 auf der Welle 41 drehfest festliegt.

Wie Fig. 2 weiter zeigt, sind zwischen den einander zugewandten Stirnseiten 12 und 13 der Deckscheiben 2 und 3 Lüfterschaufeln 6 vorgesehen, welche leicht in Laufrichtung 7 gewölbt ausgeführt sind (Fig. 1). Die Anordnung ist so getroffen, daß bei in Laufrichtung 7 drehendem Lüfterrad 1 über die zentrale Öffnung 4 der einen Deckscheibe 2 Luft angesaugt wird und radial nach außen strömt. Es handelt sich somit um ein Lüfterrad mit axialer Zuströmung und radialer Abströmung.

Wie aus Fig. 2 zu ersehen, ist eine Lüfterschaufel 6 zumindest über einen Teil 6a, 6b ihrer in Richtung der Drehachse 5 gemessenen Höhe B einteilig mit der Deckscheibe 2 bzw. 3 ausgebildet. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist die Höhe B der Lüfterschaufel 6 zur einen Hälfte B/2 an der Deckscheibe 2 und zur anderen Hälfte B/2 an der Deckscheibe 3 einteilig angeformt. Auch unterschiedliche Breiten der die Lüfterschaufel 6 bildenden Teile 6a, 6b können zweckmäßig sein.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Lüfterschaufeln 6 als geprägte Sicken 10 axial aus dem Material der Deckscheiben 2, 3 geformt, wobei die Deckscheiben 2, 3 aus einem prägefähigen Material wie z.B. einem tiefziehfähigen Blech, Stahlblech oder Edelstahlblech bestehen. Auch sind Gestaltungen aus Aluminiumblechen bzw. Aluminiumlegierungen einfach ausführbar; in Abhängigkeit vom Einsatzfall kann das Material der Deckscheiben 2, 3 auch ein Kunststoff, gegebenenfalls ein kohlefaserverstärkter Kunststoff sein. Die Sicken 10 liegen in ihrer radialen Erstreckung vorteilhaft innerhalb des Innen- bzw. Außendurchmessers der Deckscheibe, wobei die Enden der Sicken 10 geschlossen sind.

Für einen einfachen Zusammenbau ist es zweckmäßig, die Deckscheiben 2 und 3 zur Trennebene 11 in etwa spiegelsymmetrisch gleich auszubilden. Wie Fig. 2 zeigt, bestehen die aus der Deckscheibe 2 einteilig geprägten Sicken 10 aus einem flachen, als Anlagefläche 30 dienenden Boden 8, 9 der über Seitenwände 19a, 19b mit der Deckscheibe 2, 3 verbunden ist. Somit können beim Zusammenfügen des Lüfterrades 1 die Deckscheiben 2 und 3 leicht axial zusammengefügt werden, wobei der Boden 8 einer Lüfterschaufel der einen Deckscheibe 2 an einem Boden 9 einer spiegelsymmetrischen ausgeprägten Lüfterschaufel der anderen Deckscheibe 3 anliegt. Die Böden 8, 9 sind mit einer Breite von 1 bis 10 mm vorzugsweise 2 bis 5 mm ausgebildet. Wie die Fig. 4 und 5 zeigen sind die geprägten Sicken 10 der Luftschaufeln so ausgebildet, daß keine den Luftstrom störenden Kanten auftreten. Entsprechend schließen die Seitenwände 19a, 19b über eine gerundete Kante 21a, 21b an den Boden 8, 9 an. Vorzugsweise ist der innere Radius Rl der Sicke 10 etwa 0,5 bis 2,5 mm, vorzugsweise 0,5 mm, während der äußere, dem Luftstrom ausgesetzte Radius R2 der Kante 21a, 21b etwa 0,5 bis 2 mm, vorzugsweise 1 mm beträgt. In gleicher Weise ist die Kante 22a, 22b zwischen der Seitenwand und der Deckscheibe 2, 3 mit einem äußeren Radius R2 von 0,5 bis 2 mm, vorzugsweise 1 mm und mit einem inneren, dem Luftstrom ausgesetzten Radius Rl von 0,5 bis 2 mm, vorzugsweise 0,5 mm ausgebildet. Dabei kann es vorteilhaft sein, die Kante 21a, 21b stärker zu runden als die Kante 22a, 22b. Die aus der Deckscheibe 2 geprägten Seitenwände 19a der Lüfterschaufeln 6 haben über ihre gesamte radiale Erstreckung vorteilhaft die gleiche axiale Höhe B/2, wobei jede Seitenwand etwa mit einem rechten Winkel 32 zur Ebene der Deckscheibe 2, 3 liegt bzw. etwa rechtwinklig zu einer Ebene, zu der die Drehachse 5 senkrecht liegt. Die Fig. 2 und 3 zeigen, daß die radial äußeren Enden der Lüfterschaufeln 6 aus den nebeneinanderliegenden Stirnseiten 20a, 20b der Sicken 10 der Deckenscheiben 2 und 3 besteht. Jede Stirnseite 20a, 20b ist mit einem Radius von 1 bis 4 mm, vorzugsweise 1 , 5 mm gerundet .

Es kann zweckmäßig sein, die aus der Deckscheibe 2 und 3 zu Lüfterschaufeln geprägten Sicken 10 unterschiedlich auszuführen, so zum Beispiel mit unterschiedlichen radialen Längen, mit unterschiedlichen in Umfangsrichtung gemessenen Höhen oder mit über die radial Länge abnehmender bzw. zunehmender Breite. Die an den Böden 8, 9 ausgebildeten Anlageflächen 30, 31 liegen parallel zu einer Trennebene 11; die Drehachse 5 steht senkrecht auf der Trennebene 11. Die Hohe der geprägten Sicken 10 entspricht etwa der Höhe B/2 des Schaufelteils 6a, 6b der Lüfterschaufel 6 und beträgt maximal 1 bis 10 mm, vorzugsweise etwa 5 mm. Die in Umfangsrichtung gemessene Erstreckung P (Fig. 1) einer Sicke 10 entspricht etwa der in Umfangsrichtung gemessenen Dicke d (Fig. 3) einer Lüfterschaufel 6.

Die Deckscheiben 2, 3 sind im Bereich der Anlageflächen 30 und 31 der Lüfterschaufeln 6 unlösbar fest miteinander verbunden, wodurch die beiden Deckscheiben 2, 3 mit den einteilig ausgeprägten Sicken 10 eine gemeinsame unlösbare Baueinheit bilden. Um eine lagerichtige Ausrichtung der Deckscheiben 2 und 3 zueinander zu gewährleisten, ist an einer Anlagefläche 30 eine Fixierwarze 35 (Fig. 4) angeformt, die in eine entsprechende Fixiervertiefung bzw. Fixieröffnung 36 in der anderen Anlagefläche 31 eingreift. In dieser deckungsgleich ausgerichteten Lage werden die Deckscheiben 2, 3 im Bereich der Anlageflächen 30, 31 miteinander verbunden.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 sind die Fixierwarzen zu Nietbolzen 17 ausgeformt. An der einen Anlagefläche 30 der Lüfterschaufel 6 ist der Nietbolzen 17 vorgesehen, der durch eine entsprechende Nietöffnung 16 in der Anlagefläche 31 des anderen Teils greift und zur unlösbaren Verbindung der Deckscheiben 2 und 3 zu einem Nietkopf 18 verformt wird. Vorteilhaft ist die Nietöffnung 16 auf dem dem Nietkopf 18 zugewandten Ende mit einer Ansenkung 14 versehen. Dadurch kann die Länge des Nietbolzens 17 kürzer ausgeführt sein, so daß dessen Austreiben aus dem Material der Deckscheibe sicher möglich ist. Dieses Vernieten mit Eigenmaterial ist im Hinblick auf Auswuchtkriterien bei einfacher Herstellung vorteilhaft. < Pf DJ tr* Φ $: 53 01 DJ 03 M J DJ C tr* f < d N b d iQ 01 er Ό 33 φ P- DJ d d: P O P- d Ω 3 P- Φ 3 o 3 3 d: d: o 3 *: < 3 Φ Φ d d Φ P-

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Claims

Ansprüche

Lüfterrad zum Fördern einer Luftmasse, insbesondere für einen Turbolader, einen Lüfter oder dgl., bestehend aus einem Grundkörper mit einer zentralen Drehachse (5), wobei der Grundkörper aus zwei etwa deckungsgleich einander gegenüberliegenden Deckscheiben (2, 3) besteht, zwischen deren einander zugewandten Stirnseiten (12, 13) Lüfterschaufeln (6) angeordnet sind, die einteilig an zumindest einer Deckscheibe (2, 3) angeformt sind und eine axiale Anlagefläche (30) aufweisen, an der eine gegenüberliegende axiale Anlagefläche (31) der anderen Deckscheibe (2, 3)anliegt, und mit im Bereich der Anlageflächen (8, 9) vorgesehenen Befestigungsmitteln zur unlösbaren Verbindung der Deckscheiben (2, 3) untereinander, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckscheiben (2, 3) aus einem prägefähigen Material bestehen und die Lüfterschaufeln (6) axial aus dem Material einer Deckscheibe (2, 3) ausgeprägt sind, wobei die Kante (22a, 22b) zwischen der Ebene der Deckscheibe (2, 3) und der etwa rechtwinklig zur Ebene der Deckscheibe (2, 3) stehenden Seitenwand (19a, 19b) einer Lüfterschaufel (6) sowie die Kante (21a, 21b) zwischen der Seitenwand (19a, 19b) der Anlagefläche (30, 31) mit einem Radius (Rl, R2 ) von etwa 0,5 bis 2 mm gerundet ist.

2. Lüfterrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material ein tiefziehfähiges Blech, insbesondere ein Stahlblech oder Aluminiumblech ist.

3. Lüfterrad nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckscheiben (2, 3) formschlüssig miteinander verbunden sind.

4. Lüfterrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckscheiben (2, 3) über im Bereich der Anlageflächen (30, 31) vorgesehene, aus dem Material der Deckscheiben (2, 3) geformte Fixierwarzen (35) zueinander ausgerichtet sind.

5. Lüfterrad nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fixierwarzen als Nietbolzen (17) ausgebildet sind, die in entsprechende Nietöffnungen (16) der gegenüberliegenden Anlagefläche (31) eingreifen und vernietet sind.

6. Lüfterrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckscheiben (2, 3) im Bereich der Anlageflächen (30, 31) durch Druckfügen oder Durchsetzfügen miteinander verbunden sind.

7. Lüfterrad nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lüfterschaufel (6) aus einer aus der Ebene der Deckscheibe (2, 3) geprägten Sicke (10) gebildet ist.

8. Lüfterrad nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe (B/2) der Sicke (10) 1 bis 10 mm, vorzugsweise 5 mm beträgt.

9. Lüfterrad nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Boden (8, 9) der Sicke (10) die Anlagefläche (30, 31) bildet und eine Breite von etwa 1 bis 10 mm, vorzugsweise etwa 5 mm aufweist.

10. Lüfterrad nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die etwa rechtwinklig zur Ebene der Deckscheibe (2, 3) liegenden Seitenwände (19a, 19b) der geprägten Sicke (10) mit einem äußeren Radius (R2) von etwa 0,5 bis 1 mm an den Boden (8, 9) und mit einem inneren Radius (Rl) von etwa 0,5 bis 1 mm an die Ebene der Deckscheibe (2, 3) anschließen.

11. Lüfterrad nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die endseitig liegende Stirnseite (20a, 20b) der Sicke (10) mit einem Radius von etwa 1 bis 4 mm, vorzugsweise etwa 1,5 mm gerundet ist.

12. Lüfterrad nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckscheibe (2, 3) eine schuppen- oder waffelartige Prägung (25) aufweist, die vorzugsweise auf der inneren Stirnseite (12, 13) der Deckscheibe (2, 3) angeordnet ist.

13. Lüfterrad nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Anlagefläche (30, 31) über die gesamte radiale Länge der Lüfterschaufel (6) erstreckt.

14. Lüfterrad nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil (6a) der Lüfterschaufel (6) einteilig mit der einen Deckscheibe (2) und ein anderer Teil (6b) der Lüfterschaufel (6) einteilig mit der anderen Deckscheibe (3) ausgebildet ist.

15. Lüfterrad nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckscheiben (2, 3) spiegelsymmetrisch gleich ausgebildet sind.

16. Lüfterrad nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckscheiben (2, 3) gleiche Materialstärke haben.