DE10104170A1 - Fan wheel for conveyance or compression of process gases is constructed of identical preformed fiber segments joined to form a ring between annular fiber disc preforms - Google Patents
Fan wheel for conveyance or compression of process gases is constructed of identical preformed fiber segments joined to form a ring between annular fiber disc preformsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Lüfterrad sowie ein Verfahren zu dessen Herstel lung gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 11.The invention relates to a fan wheel and a method for its manufacture development according to the preamble of claims 1 and 11.
Ein solches Lüfterrad findet beispielsweise bei der Förderung oder Verdichtung von Prozessgasen eine Anwendung.Such a fan wheel takes place, for example, when conveying or compressing Process gases an application.
Die bis jetzt verwendeten Lüfterräder werden aus Stahl oder Aluminium in Form einer Schweißkonstruktion oder eines Gußteils hergestellt.The fan wheels used up to now are made of steel or aluminum in the form of a Welded construction or a cast part made.
Da die Fördermengen, Fördergeschwindigkeiten bzw. Druckdifferenzen zwischen Ein gang und Ausgang des Lüfterrads immer größer werden, steigen auch die Belastun gen für die Lüfterräder an, wodurch Stahl und Aluminium an ihre maximale Bela stungsgrenzen stoßen.Since the delivery rates, delivery speeds and pressure differences between one The speed and output of the fan wheel increase, so do the loads suitable for the fan wheels, whereby steel and aluminum reach their maximum load limits.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lüfterrad zu schaffen, das den Anforde rungen an die gewünschten Fördermengen und Fördergeschwindigkeiten genügt, den auftretenden Druckdifferenzen standhalten und zudem kostengünstig hergestellt wer den kann. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren aufzuzei gen, mit dem ein solches Lüfterrad hergestellt werden kann.The invention has for its object to provide a fan wheel that the requirement the desired delivery rates and delivery speeds is sufficient withstand occurring pressure differences and, moreover, who can be manufactured inexpensively that can. The invention is also based on the object of recording a method gene with which such a fan wheel can be produced.
Die Aufgabe wird, das Lüfterrad betreffend, durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. The task is, regarding the fan wheel, by the features of the claim 1 solved.
Die Aufgabe wird, das Verfahren betreffend, durch die Merkmale des Patentan spruchs 11 gelöst.The task is, regarding the method, by the features of the patent Proverb 11 resolved.
Das erfindungsgemäße Lüfterrad ist aus Segmenten und Ringscheiben zusammen gefügt, und aus einem faserverstärkten Kunststoffe gefertigt. Dieses Lüfterrad weist gegenüber einem Lüfterrad, das aus Stahl oder Aluminium hergestellt ist, eine erheb lich höhere spezifische Festigkeit auf. Das ist von besonderer Bedeutung für die dy namischen Belastungen, denen diese Lüfterräder ausgesetzt sind. Das erfindungsge mäße Lüfterrad weist eine niedrigere Dichte und damit ein geringeres Gewicht auf, als ein Lüfterrad vergleichbarer Größe aus Metall. Durch das geringere Gewicht, erfährt das erfindungsgemäße Lüfterrad auch eine geringere Belastung durch die Zentrifugal kräfte. Damit ist eine weitere Erhöhung der Fördermenge beispielsweise durch eine größere Bauform oder eine Erhöhung der Drehgeschwindigkeit des Lüfterrads gegen über einem bekannten Lüfterrad aus Stahl oder Aluminium möglich.The fan wheel according to the invention is composed of segments and ring disks added, and made of a fiber-reinforced plastic. This fan wheel has compared to a fan wheel, which is made of steel or aluminum, a considerable Lich higher specific strength. This is particularly important for the dy Namely loads to which these fan wheels are exposed. The fiction moderate fan wheel has a lower density and thus a lower weight than a fan wheel of comparable size made of metal. Because of the lower weight the fan wheel according to the invention also has a lower centrifugal load forces. This is a further increase in the delivery rate, for example by a larger design or an increase in the speed of rotation of the fan wheel against possible via a known fan wheel made of steel or aluminum.
Weitere erfinderische Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.Further inventive features are characterized in the dependent claims.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von schematischen Zeichnungen näher er läutert.The invention is based on schematic drawings he he purifies.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Lüfterrad aus faserverstärktem Kunststoff, Fig. 1 shows an inventive impeller made of fiber-reinforced plastic,
Fig. 2 und 3 zwei flächige Bauelemente für die Ausbildung eines Segments, Fig. 2 and 3, two flat elements for the formation of a segment,
Fig. 4 das Zusammenfügen von zwei Bauelementen gemäß der Fig. 2 und 3 zu einem Segment, Fig. 4 shows the assembly of two devices according to the Figs. 2 and 3 to a segment,
Fig. 5 ein fertiges Segment, Fig. 5 a ready segment,
Fig. 6 zwei dauerhaft zusammengefügte Segmente. Fig. 6 two permanently joined segments.
Fig. 1 zeigt ein Lüfterrad 1, das aus Segmenten 2 und Ringscheiben 3 aufgebaut ist. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Lüfterrad 1 elf Segmente 2 und zwei Ringscheiben 3 auf. Die Segmente 2 und die Ringscheiben 3 sind so aus gebildet und zusammengefügt, dass ein Lüfterrad 1 mit elf Kanälen 4 beispielsweise für den Gastransport gebildet wird. Die Kanäle 4 sind vom Zentrum 1Z des Lüfterrad 1 durchgängig bis zum äußeren Rand des Lüfterrads 1 geführt. Alle Kanäle 4 sind an den Seiten durch gekrümmte schaufelförmige Begrenzungsflächen 4S voneinander getrennt. Das erfindungsgemäße Lüfterrad 1 ist nicht auf die Anzahl von elf Kanälen 4 beschränkt, vielmehr kann es auch mit mehr oder weniger Kanälen 4 ausgebildet wer den. Jedes Segment 2 wird erfindungsgemäß aus zwei flächigen Bauelementen 5 und 6 zusammengefügt, wie sie in den Fig. 2 und 3 dargestellt sind. Fig. 1 shows a fan wheel 1 , which is composed of segments 2 and 3 washers. In the exemplary embodiment shown here, the fan wheel 1 has eleven segments 2 and two annular disks 3 . The segments 2 and the annular disks 3 are formed and joined together in such a way that a fan wheel 1 with eleven channels 4 is formed, for example for gas transport. The channels 4 run continuously from the center 1 Z of the fan wheel 1 to the outer edge of the fan wheel 1 . All channels 4 are separated from one another on the sides by curved blade-shaped boundary surfaces 4 S. The fan wheel 1 according to the invention is not limited to the number of eleven channels 4 , rather it can also be formed with more or fewer channels 4 . According to the invention, each segment 2 is assembled from two flat components 5 and 6 , as shown in FIGS. 2 and 3.
Die Bauelemente 5 und 6 werden aus Geweben, Gelegen, geflochtenen oder gewirk ten Faserstrukturen in Form von zwei oder dreidimensionalen aus Glasfasern, Kohlen stofffasern oder Aramidfasern gefertigten Faserverstärkungshalbzeugen ausgeschnit ten. Jedes der beiden Bauelemente 5 und 6 hat ein spezielles Profil. Beiden gemein sam ist ein Mittelteil 5M, 6M. Die Mittelteile 5M, 6M der beiden Bauelemente 5, 6 ha ben die gleiche Geometrie und sind gleich groß. Sie haben, wie die Fig. 1 bis 6 zeigen, die Form eines Rechtecks, und bilden zusammen die Schaufelflächen 4S des Lüfterrads 1. An jede Längsseite eines jeden Mittelteils 5M, 6M schließt sich jeweils ein Ansatz 5Z, 6Z an. Die Ansätze 5Z, 6Z sind bei jedem Bauelement 5, 6 gleich groß. Sie sind bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel spiegelsymmetrisch zur Längsachse des Mittelteils 5M, 6M ausgebildet. Sie bilden mit dem jeweiligen Mittelteil 5M, 6M eine Einheit. Die Unterteilung in die Ansätze 5Z, 6Z und das Mittelteil 5M, 6M wird bei jedem Bauelement 5, 6 nur durch eine Naht 5N, 6N bewirkt. Hierdurch wird das Zusammenfügen der Segmente zu dem Lüfterrad 1 erleichtert.The components 5 and 6 are cut out of fabrics, scrims, braided or knitted fiber structures in the form of two or three-dimensional semi-finished fiber reinforcement made from glass fibers, carbon fibers or aramid fibers. Each of the two components 5 and 6 has a special profile. Common to both is a central part 5 M, 6 M. The central parts 5 M, 6 M of the two components 5 , 6 ha have the same geometry and are the same size. They have, as shown in FIGS. 1 to 6 show the shape, of a rectangle, and together form the blade surfaces of the fan 4 S. 1 On each long side of each middle part 5 M, 6 M there is an extension 5 Z, 6 Z. The approaches 5 Z, 6 Z are the same size for each component 5 , 6 . In the embodiment shown here, they are mirror-symmetrical to the longitudinal axis of the central part 5 M, 6 M. They form a unit with the respective middle section 5 M, 6 M. The subdivision into the approaches 5 Z, 6 Z and the middle part 5 M, 6 M is effected in each component 5 , 6 only by a seam 5 N, 6 N. This facilitates the joining of the segments into the fan wheel 1 .
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Bauelement 5 weisen die Ansätze 5Z etwa die Form eines Dreiecks auf, dessen Grundlinie die jeweilige Längsseite des Mittelteils 5M bil det. Dieses Dreieck wird durch eine konvex gewölbte Außenkante 5K gebildet, die mit der Längsseite des Mittelteils 5M einen Winkel von etwa 25° einschließt und einer zweiten Außenkante 5 G, die mit dem Mittelteil 5M einen Winkel von etwa 55° ein schließt. Wie Fig. 3 zeigt, haben die Ansätze 6Z des Bauelements 6 etwa das Profil eines Vierecks. Ein Längskante des Vierecks wird durch die Längsseite des Mittelteils 6M mitgebildet. Eine Außenkante 6K des Vierecks ist konvex gewölbt, während die beiden anderen Außenkanten 6V und 6X eine konkave Wölbung aufweisen. Die Au ßenkanten 6K, 6V, 6X sind so geführt, dass der Abstand zwischen der jeweiligen Längsseite des Mittelteils 6M und diesen Außenkanten 6K, 6V, 6X zwischen dem er sten Ende 6A und dem zweiten Ende 6B des Bauelements 6 von einigen Zentimetern auf nahezu null reduziert ist.In the component 5 shown in Fig. 2, the approaches 5 Z have approximately the shape of a triangle, the base line of which the respective long side of the central part 5 M bil det. This triangle is formed by a convexly curved outer edge 5 K, which includes an angle of approximately 25 ° with the longitudinal side of the central part 5 M and a second outer edge 5 G, which forms an angle of approximately 55 ° with the central part 5 M. As Fig. 3 shows, the approaches have 6 Z of the device 6 as the profile of a quadrilateral. A longitudinal edge of the square is formed by the longitudinal side of the middle part 6 M. An outer edge 6 K of the quadrilateral is convex, while the other two outer edges 6 V and 6 X have a concave curvature. The outer edges 6 K, 6 V, 6 X are guided so that the distance between the respective long side of the middle part 6 M and these outer edges 6 K, 6 V, 6 X between the end 6 A and the second end 6 B of the component 6 is reduced from a few centimeters to almost zero.
Da beide Bauelemente 5 und 6 aus einem faserförmigen Werkstoff bestehen, müssen ihre Ränder verfestigt werden, damit diese nicht ausfransen. Die geschieht durch eine Naht 5S, 6S, die in einem Abstand von zwei bis drei Millimetern vom äußeren Rand der Bauelemente 5, 6 ausgebildet wird.Since both components 5 and 6 consist of a fibrous material, their edges must be solidified so that they do not fray. This is done by a seam 5 S, 6 S, which is formed at a distance of two to three millimeters from the outer edge of the components 5 , 6 .
Nach dem die erforderliche Anzahl von Bauelementen 5 und 6 fertig gestellt ist, wer den die Segmente 2 daraus zusammengefügt, wie in Fig. 4 dargestellt. Zur Ausbildung eines jeden Segments 2 werden jeweils ein Bauelement 5 und ein Bauelement 6 so aufeinander gelegt, dass ihre Mittelteile 5M, 6M deckungsgleich aufeinander liegen. Dabei wird das erste Ende 5A des Bauelements 5 gegenüber dem ersten Ende 6A des Bauelements 6A positioniert. Anschließend werden die beiden Mittelteile 5M und 6M dauerhaft zu dem Mittelteil 2M des Segments 2 miteinander verbunden. Hierfür werden bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel die beiden Mittelteile 5M und 6M miteinander vernäht. Es werden beispielsweise eine oder mehrere Nähte 2S in und parallel zu der Längsachse der beiden Mittelteile 5M und 6M ausgebildet. Die Nähte 2S können jedoch auch unter beliebig anderen Winkeln zur Längsachse aus geführt werden (hier nicht dargestellt). Zur Verfestigung des Mittelteils 2M werden im mer noch weitere Nähte 2S vorzugsweise parallel zur ersten Naht 2S ausgebildet. An schließend wird, wie in Fig. 5 dargestellt, das Mittelteil 2M so angeordnet, dass seine Längsachse und die Ansätze 5Z und 6Z horizontal ausgerichtet sind, und zwar so, dass die Ansätze 5Z, 6Z in Ebenen parallel zu den Ringscheiben 3 in Fig. 1 ausge richtet sind. After the required number of components 5 and 6 is completed, who put the segments 2 together, as shown in Fig. 4. To form each segment 2 , a component 5 and a component 6 are placed one on top of the other in such a way that their central parts 5 M, 6 M lie congruently on one another. The first end 5 A of the component 5 is positioned opposite the first end 6 A of the component 6 A. Then the two middle parts 5 M and 6 M are permanently connected to each other to form the middle part 2 M of the segment 2 . For this purpose, the two middle parts 5 M and 6 M are sewn together in the exemplary embodiment shown here. For example, one or more seams 2 S are formed in and parallel to the longitudinal axis of the two middle parts 5 M and 6 M. However, the seams 2 S can also be made at any other angle to the longitudinal axis (not shown here). To strengthen the middle part 2 M, further seams 2 S are preferably formed parallel to the first seam 2 S. At closing, as shown in Fig. 5, the middle part 2 M is arranged so that its longitudinal axis and the approaches 5 Z and 6 Z are aligned horizontally, in such a way that the approaches 5 Z, 6 Z in planes parallel to the Ring discs 3 are aligned in Fig. 1.
Zur Fertigstellung des Lüfterrads 1 wird jedes Segment 2 mit einem weiteren Segment 2 so verbunden, dass bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel aus elf Seg menten 2 ein Ring gebildet wird. Hierfür werden, wie in Fig. 6 gezeigt, die miteinander zu verbindenden Segmente 2 beispielsweise so angeordnet, dass ihre Mittelteile 2M vertikal ausgerichtet und Ansätze 5Z und 6Z horizontal angeordnet sind. Die Ansätze 5Z mit den konvexen Außenkanten 5K sind dabei nach der ersten und Ansätze 6Z mit den konkaven Außenkanten 6V, 6X sind nach der zweiten Seite des Mittelteils 2M ausgerichtet. Die Mittelteile 2M selbst können auch so ausgerichtet werden, dass zwi schen ihnen und den Ansätzen 5Z und 6Z ein definierter Winkel ausgebildet ist. Jedes Segment 2 wird so positioniert, dass die konvex gewölbten Außenkanten 5K seiner Ansätze 5Z an die konkav gewölbten Außenkanten 6V der Ansätze 6Z eines weiteren Segments 2 angrenzen, und mit diesen dauerhaft verbunden werden können. Die Krümmungsradien der konvex und konkav gewölbten Außenkanten 5K und 6V sind exakt aufeinander abgestimmt, so dass diese Außenkanten 5K und 6V passgerecht zusammengefügt werden können.To complete the fan wheel 1 , each segment 2 is connected to a further segment 2 such that a ring is formed from eleven segments 2 in the exemplary embodiment shown here. For this purpose, as shown in FIG. 6, the segments 2 to be connected to one another are arranged, for example, in such a way that their central parts 2 M are aligned vertically and projections 5 Z and 6 Z are arranged horizontally. The lugs 5 Z with the convex outer edges 5 K are aligned with the first and lugs 6 Z with the concave outer edges 6 V, 6 X are aligned with the second side of the middle part 2 M. The middle parts 2 M itself can also be aligned so that between them and the approaches 5 Z and 6 Z a defined angle is formed. Each segment 2 is positioned so that the convex outer edges of the lugs adjacent its 5 K 5 Z approaches to the concave outer edge 6 V 6 Z of another segment 2, and can be permanently connected to these. The radii of curvature of the convex and concave curved outer edges 5 K and 6 V are exactly matched to one another, so that these outer edges 5 K and 6 V can be joined together to fit.
In Fig. 6 sind beispielhaft zwei in dieser Weise miteinander verbundene Segmente 2 dargestellt. Durch die beiden Segmente 2 wird ein vollständiger Kanal 4 gebildet. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel werden elf solche Segmente 2 wie oben beschrieben mit einander zu einem Ring mit elf Kanälen 4 verbunden, wie in Fig. 1 dargestellt. Auf die beiden Deckflächen der Segmente 2, welche durch die Ansätze 5Z und 6Z gebildet werden, wird jeweils eine der beiden Ringscheiben 3 aufgelegt. Die beiden Ringscheiben 3 sind aus einem gleichen Material gefertigt wie die Bauele mente 5 und 6. Ihre inneren und äußeren Ränder sind ebenfalls durch jeweils eine Naht (hier nicht dargestellt) verfestigt.In FIG. 6, two interconnected in this manner, segments 2 are exemplified. A complete channel 4 is formed by the two segments 2 . In the exemplary embodiment shown here, eleven such segments 2 are connected to one another to form a ring with eleven channels 4 , as shown in FIG. 1. One of the two washers 3 is placed on each of the two cover surfaces of the segments 2 , which are formed by the projections 5 Z and 6 Z. The two washers 3 are made of the same material as the components 5 and 6 . Their inner and outer edges are also each reinforced by a seam (not shown here).
Zusätzlich können, radial oder tangential ausgerichtete Faserbündel (hier nicht darge stellt) zur lokalen Verstärkung auf die Ringscheiben 3 aufgenäht werden. Die beiden Ringscheiben 3 werden mit den Segmenten 2 dauerhaft verbunden. Vorzugsweise werden sie mit den Segmenten 2 ebenfalls vernäht. Anschließend werden die Seg mente 2 und die Ringscheiben 3 mit einem duroplastischen Harz getränkt. Hierfür wird vorzugsweise ein Epoxidharz, ein Polyesterharz, ein Vinylesterharz oder ein Phenolharz (hier nicht dargestellt) verwendet. Das Harz wird anschließend entsprechend den vorgegebenen Bedingungen ausgehärtet. Damit ist das Lüfterrad 1 fertigt gestellt.In addition, radially or tangentially oriented fiber bundles (not shown here) can be sewn onto the ring disks 3 for local reinforcement. The two washers 3 are permanently connected to the segments 2 . They are preferably also sewn to the segments 2 . Then the Seg elements 2 and the washers 3 are impregnated with a thermosetting resin. An epoxy resin, a polyester resin, a vinyl ester resin or a phenolic resin (not shown here) is preferably used for this. The resin is then cured in accordance with the specified conditions. The fan wheel 1 is thus manufactured.
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