DE4042127A1 - Laufrad - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Laufrad aus Kunststoff für einen Ventilator zur Förderung aggressiver Gase, mit einer Bodenscheibe und einer Deckringscheibe, zwischen denen Schau­ feln angeordnet sind, wobei die Bodenscheibe auf einer auf der Antriebswelle lösbar befestigten ringförmigen Metallnabe fest angebracht ist.

Bei Kunststoffventilatoren zur Förderung aggressiver, insbesondere korrosiver Gase ist es wesentlich, daß mit den Gasen in Berührung kommende Metalloberflächen so weit wie möglich vermieden werden. Andererseits ist die mit der metalli­ schen Antriebswelle in Eingriff befindliche Nabe des Ventila­ torlaufrades aus Metall und daher der Korrosion durch die Gase ausgesetzt.

Es ist bekannt, die Bodenscheibe des Laufrades an die Metallnabe anzuschrauben. In diesem Falle muß die freie Metall­ fläche der Nabe anschließend kunststoffbeschichtet werden und auch die Köpfe der Schrauben müssen mit Kunststoffplättchen abgedeckt werden. Diese Methode ist aufwendig, und die Kunst­ stoffbeschichtung der Metallflächen kann leicht schadhaft werden.

Aus der DE-OS 30 26 775 ist es bekannt, die Nabe eines Kunststofflaufrades auf einen metallischen Ringkörper aufzugießen, wobei Bohrungen in der Zylinderwand des Ringkörpers seine feste Verankerung in der Kunststoffnabe bewirken sollen. Dieser metallische Ringkörper liegt nach dem Eingießen an den Stirn­ flächen frei und ist daher dem Angriff korrosiver Gase ausge­ setzt. Das Aufgießen ist schwierig, da der Ringkörper auch innen kunststoffbeschichtet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Laufrad aus Kunststoff für einen Ventilator zur Förderung korrosiver Gase zu schaffen, dessen Metallnabe vor Korrosion durch die zu fördernden Gase geschützt ist. Darüber hinaus soll die Verankerung zwischen der Bodenscheibe und der Metallnabe der­ art ausgebildet sein, daß auch bei rauhem Betrieb, z. B. bei starken Drehmomentstößen die Kunststoff/Metall-Verbindung nicht gelöst oder schadhaft wird. Schließlich soll das Laufrad ein­ fach zu fertigen sein. Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Laufrad erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf der Metallnabe außen­ seitig ein Flansch angeformt ist, auf dem Verzahnungsflächen ausgebildet sind, und die Außenseite der Metallnabe mit dem Flansch in eine Kunststoffnabe der Bodenscheibe eingebettet ist. Durch den Flansch auf der Metallnabe wird die Berührungs­ fläche zwischen Metall und Kunststoff vergrößert. Durch die gegenseitige Verzahnung in Umfangsrichtung zwischen dem Metall­ flansch und dem umgebenden Kunststoff wird der Festigkeit der gegenseitigen Verbindung verbessert. Durch die Kunststoffein­ bettung wird die Metallnabe vor Korrosion geschützt. Dabei sind auch die Stirnflächen der Metallnabe wenigstens teilweise eingebettet. Zur Herstellung wird in die Bodenscheibe durch Spritzgießen die Metallnabe direkt eingespritzt. Das Laufrad wird aus dieser Bodenscheibe, der ringförmigen Deckscheibe und den Schaufeln durch Schweißen hergestellt.

Nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Bodenscheibe an dem den Flansch einbettenden Teil der Kunststoffnabe angeformt. Der bei Drehmomentstößen besonders beanspruchte Bereich am Übergang von der Kunststoffnabe zur Bodenscheibe wird durch den eingebetteten Metallflansch ver­ stärkt und gesichert.

Vorzugsweise ist der Flansch an dem abtriebseitigen Ende der Metallnabe ausgebildet. So wird vermieden, daß die Nabe unerwünscht weit in das Laufrad hineinragt.

Bei einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Laufrades sind die Verzahnungsflächen auf dem Flansch durch Ausnehmungen am Flanschrand gebildet. Die Ausnehmungen können unterschied­ liche Form haben, beispielsweise keilförmig oder kastenförmig sein. Die Ausnehmungen werden bei dem Umspritzen der Metallnabe mit Kunststoff ausgefüllt und bewirken die Verzahnung zwischen Metall und Kunststoff.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung sind die Verzahnungsflächen als Durchbrechungen des Flansches ausgebil­ det. Diese Durchbrechungen können z. B. zylindrische Bohrungen sein, jedoch ist auch jede andere Querschnittsform der Durch­ brechung möglich.

Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laufrades können die Verzahnungsflächen durch Vertiefungen auf den radialen Seitenflächen des Flansches gebildet sein. Auch hierdurch erfolgt ein erhöhter gegenseitiger Eingriff zwischen Flansch und Kunststoff, so daß eine dauerhafte Ver­ bindung gewährleistet ist. Die drei genannten Verzahnungs­ möglichkeiten können alternativ oder in irgendeiner Kombination miteinander Anwendung finden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die ringför­ mige Metallnabe durch eine Spannhülse auf der Antriebswelle des Laufrades lösbar befestigt. Durch diese Art der Befestigung wird eine ausreichende Flächenpressung erreicht, so daß eine zusätzliche Nut/Feder-Verbindung zwischen der Metallnabe und der Welle nicht erforderlich ist.

Zweckmäßigerweise weist bei dieser Ausführungsform die ringförmige Metallnabe eine kegelstumpfförmige Innenfläche auf, ist in diesem Nabenteil mit kegelstumpfförmiger Innen­ fläche eine mit Längsschlitz versehene Spannhülse mit kegel­ stumpfförmiger Außenfläche eingesetzt und sind in der lnnen­ fläche und der genannten Außenfläche sich ergänzende Teilge­ windegänge ausgebildet, in die Schrauben einschraubbar sind, wodurch die Spannhülse auf der Antriebswelle befestigt wird. Bei dieser Anbringung kann das Laufrad mühelos wieder von der Antriebswelle gelöst werden, wenn man die Schrauben aus ihren Gewinden entfernt und ggfs. in andere Gewinde umsetzt.

Bei dieser Ausführungsform ist zweckmäßigerweise die kegelstumpfförmige Innenfläche antriebseitig in der Metall­ nabe ausgebildet und in Richtung zur Abtriebseite der Metall­ nabe kegelig erweitert, und ist ferner in der Metallnabe abtriebseitig eine zylindrische Innenfläche ausgebildet und durch eine radiale Stufe von der genannten kegelstumpfförmigen Innenfläche nach außen abgesetzt. Diese innere Ausbildung der ringförmigen Metallnabe ermöglicht eine leichte Montage des Laufrades auf der Antriebswelle. Insbesondere sind die Schrau­ ben für die Betätigung des Spannsystems leicht zugänglich.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist an der ab­ triebseitigen Stirnfläche der Kunststoffnabe ein ringförmiger Vorsprung ausgebildet, dessen Außenfläche kegelstumpfförmig mit kleinem Öffnungswinkel, z. B. 10°, ist. Dieser Vorsprung kann zum Aufsetzen einer Kappe oder Einsetzen eines Stopfens dienen, um dadurch das lnnere der Metallnabe und das Spann­ system von den das Laufrad durchströmenden korrosiven Gasen abzuschirmen.

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Laufrades ist auf der Außenseite der Kunststoffnabe ein koaxialer ring­ förmiger Vorsprung mit vorzugsweise kegelstumpfförmiger Innen­ fläche ausgebildet. Dieser zur Innenfläche des Ventilatorgehäu­ ses gerichteter Vorsprung kann zur Abdichtung gegenüber dem Gehäuse dienen, indem beispielsweise auf den Vorsprung eine Dichtungsmanschette aufgesteckt wird oder aber an dem Gehäuse wenigstens ein diesen Vorsprung überlappender ringför­ miger Vorsprung ausgebildet ist. Dadurch werden die Antriebs­ welle und die Antriebsseite der Metallnabe und des Spannsystems von den korrosiven Gasen abgeschirmt.

Geeignete Kunststoffe für die Herstellung des Laufrades sind Polyvinylchlorid, nachchloriertes Polyvinylchlorid, Poly­ vinylidenfluorid, Polypropylen oder schwer entflammbares Poly­ propylen.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 einen Axialschnitt einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laufrades auf der Antriebswelle, wobei das äußere Teil des Rades weggebrochen ist;

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-IlI der Fig. 1;

Fig. 4 einen Schnitt entsprechend der Fig. 2 einer zweiten Ausführungsform des Laufrades mit geänderter Flansch­ ausbildung; und

Fig. 5 einen Schnitt entsprechend der Fig. 2 einer dritten Ausführungsform des Laufrades mit geänderter Flansch­ ausbildung.

Nach Fig. 1 besteht das Laufrad im wesentlichen aus einer Bodenscheibe 1 und einer Deckringscheibe 2 aus Kunststoff, die über mehrere Kunststoffschaufeln 3 durch Schweißung verbun­ den sind. An der Bodenscheibe 1 ist eine ebenfalls aus Kunst­ stoff bestehende Nabe 1a angeformt, in die ein metallischer Nabenkörper 5 eingebettet ist. Der Nabenkörper 5 weist auf der Abtriebsseite einen Flansch 5a auf, der ebenfalls von der Kunst­ stoffnabe 1a umschlossen ist. Der Rand des Flansches 5a hat eine Mehrzahl von Ausnehmungen 5 ^b, deren Form aus Fig. 2 er­ sichtlich ist. Die Randausnehmungen 5 ^b gewährleisten die feste Verbindung zwischen der Metallnabe 5 und der diese Nabe umhül­ lenden Kunststoffnabe 1a.

Die Metallnabe 5 hat ferner einen antriebseitigen Bereich mit kegelstumpfförmiger Innenfläche 5 ^c. Zwischen der Innen­ fläche 5 ^c und der Antriebswelle 4 ist eine Spannhülse 6 mit einer der Fläche 5 ^c entsprechenden kegelstumpfförmigen Außen­ fläche 6a und einem Längsschlitz 7 (vergl. Fig. 3) eingesetzt. Die Metallnabe 5 enthält zwei Teilgewindebohrungen 5 ^d, und die Spannhülse 6 enthält zwei komplementäre Teilbohrungen 6 ^c ohne Gewinde. Die Teilbohrungen 6 ^c erstrecken sich jedoch von der Innenseite nur über einen Teil, beispielsweise etwa die Hälfte der Länge der Hülse 6 und enden in einer Anschlagfläche, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist. In die aus den komplementären Teil­ bohrungen 5 ^d und 6 ^c bestehenden Bohrungen sind Madenschrauben 8 eingeschraubt. Die Anordnung der Schrauben 8 und des Schlitzes 7 ist aus der Schnittdarstellung der Fig. 3 ersichtlich. Die Spannhülse 6 liegt der Außenfläche der Antriebswelle 4 an. Beim Eindrehen der Schrauben 8 in die Bohrungen 5 ^d/6 ^c stoßen diese schließlich an die Endanschlagflächen der Teilbohrungen 6 ^c, so daß sich beim weiteren Eindrehen der Schrauben die Spannhülse dann in der Fig. 1 nach rechts bewegt, bis sie zwischen der Nabe 5 und der Welle 4 fest eingespannt ist und die kraftschlüssige Verbindung zwischen der Welle 4 und der Nabe 5 und damit dem Laufrad hergestellt ist.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, hat das Spannsystem außer den beiden einander diagonal gegenüberliegenden Bohrun­ gen 5 ^d/6 ^c zwei weitere einander diagonal gegenüberliegende Bohrungen 5 ^k/6 ^b, die ebenso aus komplementären Teilbohrungen zusammengesetzt sind, wobei jedoch abweichend von den Bohrun­ gen 5 ^d/6 ^c die Hülsenteilbohrungen 6 ^b mit Gewinde versehen sind und die Nabenteilbohrungen 5 ^k gewindefrei sind. Diese Bohrungen 5 ^k/6 ^b sind beim Einspannen frei von Schrauben und dienen dazu, die Spannverbindung wieder zu lösen. Hierzu wer­ den die Madenschrauben aus den Bohrungen 5 ^d/6 ^c entfernt und in die Bohrungen 5 ^k/6 ^b eingeschraubt. Wenn die Schrauben dem Endanschlag der Teilbohrungen 5 ^k anliegen, wird die Spann­ hülse 6 beim weiteren Eindrehen aus dem keilförmigen Ring­ spalt zwischen der Nabe 5 und der Welle 4 herausgezogen, so daß die Spannverbindung mühelos auch nach langer Zeit wieder getrennt werden kann.

Die Metallnabe 5 hat am abtriebseitigen Teil eine zylin­ drische Innenfläche 5 ^e, die von der antriebseitigen kegelstumpf­ förmigen Innenfläche 5 ^c durch eine radiale Stufe 5 ^f abgesetzt ist. Durch die innere Erweiterung der Metallnabe von der Kegel­ fläche 5 ^c zur zylindrischen Innenfläche 5 ^e hin ist eine mühelose Montage des Laufrades auf der Welle möglich. Insbesondere sind die Schrauben 8 gut zugänglich.

Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß auch die radialen Stirn­ flächen 5 ⁱ der Metallnabe kunststoffbekleidet sind. Die Kunst­ stoffnabe 1a hat auf der Innenseite einen ringförmigen Vor­ sprung 1 ^b, auf den zum Schutz der Metallteile 4-6,8 eine Kappe (nicht dargestellt) aufgesetzt werden kann. Auf der Kunststoff­ nabe 1a ist ferner außenseitig ein ringförmiger Vorsprung 1 ^c ausgebildet, der zur Abdichtung gegenüber dem Gehäuse bzw. zur Abschirmung der Metallteile 4-6 von dem aggressiven Gas dient. Hierzu kann auf den Vorsprung 1 ^c eine Manschette aufgesetzt werden, oder eine am Gehäuse angebrachte Manschette kann in die Ringausnehmung 1 ^d eingreifen.

Bei der Flanschausführung nach Fig. 4 sind anstelle der in Fig. 2 gezeigten Randausnehmungen 5 ^b in dem Flansch 5a Durchbrechungen 5 ^g in Form zylindrischer Durchgangsbohrungen vorgesehen. Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 enthält der Flansch 5a radial ausgerichtete Rillen 5 ^h, die vorzugsweise auf beiden Seiten des Flansches versetzt angeordnet sind.

Bei der Herstellung der Bodenscheibe 1 durch Spritz­ gießen wird die Metallnabe 5 in der in Fig. 1 gezeigten Form umspritzt. Dabei werden die Ausnehmungen 5 ^b bzw. die Durch­ brechungen 5 ^g bzw. die Rillen 5 ^h mit Kunststoff ausgefüllt, wodurch sich eine haltbare Verankerung der Bodenscheibe 1 und damit des Laufrades auf der Metallnabe 5 ergibt.

Claims (11)

1. Laufrad aus Kunststoff für einen Ventilator zur Förderung aggressiver Gase, mit einer Bodenscheibe (1) und einer Deckringscheibe (2), zwischen denen Schaufeln (3) ange­ ordnet sind, wobei die Bodenscheibe auf einer auf der Antriebswelle (4) lösbar befestigten ringförmigen Metallnabe (5) fest an­ gebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Metallnabe (5) außenseitig ein Flansch (5a) angeformt ist, auf dem Flansch (5a) Verzahnungsflächen ausgebildet sind und die Außenseite der Metallnabe (5) mit dem Flansch (5a) in eine Kunststoffnabe (1a) der Bodenscheibe (1) eingebettet ist.

2. Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenscheibe (1) an dem den Flansch (5a) einbettenden Teil der Kunststoffnabe (1a) angeformt ist.

3. Laufrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (5a) an dem abtriebseitigen Ende der Metall­ nabe (5) ausgebildet ist.

4. Laufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnungsflächen auf dem Flansch (5a) durch Ausnehmungen (5 ^b) am Flanschrand gebildet sind.

5. Laufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnungsflächen durch Durch­ brechungen (5 ^g) des Flansches (5a) gebildet sind.

6. Laufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnungsflächen durch radiale Vertiefungen (5 ^h) auf den Flanschflächen gebildet sind.

7. Laufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Metallnabe (5) durch eine Spannhülse (6) auf der Antriebswelle (4) lösbar befestigt ist.

8. Laufrad nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Metallnabe (5) eine kegelstumpfförmige Innen­ fläche (5 ^c) aufweist, in diesen Nabenteil mit kegelstumpfförmi­ ger Innenfläche (5 ^c) eine mit einem Längsschlitz (7) versehene Spannhülse (6) mit kegelstumpfförmiger Außenfläche (6a) einge­ setzt ist und in der Innenfläche (5 ^c) und der Außenfläche (6a) sich ergänzende Teilbohrungen (5 ^d bzw. 6 ^c) ausgebildet sind, in die Schrauben (8) einschraubbar sind, wodurch die Spannhülse (6) auf der Antriebswelle (4) befestigt wird.

9. Laufrad nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die kegelstumpfförmige Innenfläche (5 ^c) antriebsseitig in der Metallnabe (5) ausgebildet und in Richtung zur Abtriebsseite der Metallnabe erweitert ist und daß in der Metallnabe (5) abtriebsseitig eine zylindrische Innenfläche (5 ^e ausgebildet und durch eine radiale Stufe (5 ^f) von der kegelstumpfförmigen Innenfläche (5 ^c) nach außen abgesetzt ist.

10. Laufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß an der abtriebseitigen Stirnfläche der Kunststoffnabe (1a) ein ringförmiger Vorsprung (1 ^b) ausgebildet ist, dessen Außenfläche kegelstumpfförmig mit kleinem Öffnungs­ winkel ist.

11. Laufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß auf der Außenseite der Kunststoffnabe (1a) ein koaxialer ringförmiger Vorsprung (1 ^c) mit vorzugsweise kegel­ stumpfförmiger Innenfläche ausgebildet ist.