ROTORFLÜGEL FÜR EINEN AXIALVENTILATOR

Beschreibung

[0001] Axialventilatoren werden für die Belüftung von Bauwerken, insbesondere Hochhäusern oder Tunnels, eingesetzt und dienen dazu, Frischluft oder Umluft durch das Bauwerk zu befördern. Ein wichtiger Aspekt für die Betriebssicherheit besteht darin, dass die Axialventilatoren auch im Brandfall (d.h. bei Temperaturen von 400°C und darüber) noch zuverlässig arbeiten sollen, um beispielsweise die Entrauchung eines Tunnels zu gewährleisten.

[0002] Eine herkömmliche Lösung zur Herstellung der Betriebssicherheit im Brandfall wird in DE 197 55 615 A1 beschrieben. Danach weist der Stator an der einen zylinderförmigen Hohlraum zur Rotation des Rotors bildenden Gehäuseinnenwand einen statischen Schleifring auf, der aus einem wärmebeständigen, aber sich bei Reibung mit den härteren Rotorflügeln verschleißenden Werkstoff besteht. Dehnen sich die Rotorflügel bei hohen Temperaturen in radialer Richtung so weit aus, dass sie in Kontakt mit dem statischen Schleifring kommen, so schleift sich dieser ab und ermöglicht so einen Weiterbetrieb des Axialventilators zur Entrauchung des Bauwerks.

[0003] Eine weitere herkömmliche Lösung ist in DE 44 23 447 A1 beschrieben. Hier befindet sich das abschleifbare Material nicht in Form eines statischen Schleifrings am Ventilatorgehäuse, sondern ist an den Flügelspitzen des Rotors angebracht. An den radial außen liegenden Enden der Rotorflügel werden Deckel aus einem Kunststoff aufgeschraubt, der bereits bei Temperaturen von ca. 100°C aufschmilzt. Die Gesamtlänge der Rotorflügel in radialer Richtung wird durch das Aufschmelzen soweit verkürzt, dass trotz der wärmebedingten radialen Längenausdehnung der Rotorflügel kein bremsender Schleifkontakt mit dem Statorgehäuse entsteht. Außerdem sollen die aufschmelzenden Deckel innerhalb der Rotorflügel verlaufende Kühlkanäle öffnen und so eine Durchströmung der Rotorflügel mit einem Kühlmedium ermöglichen.

[0004] US 2011/211964 A1 bildet die Basis für die zweiteilige Form des vorliegenden Anspruchs 1. Das Dokument beschreibt einen Rotorflügel aus Edelstahl mit einer aufsteckbaren Endkappe aus einem thermoplastischen Kunststoff.

[0005] Nachteilig an den herkömmlichen Lösungen ist, dass deren Herstellungsverfahren relativ aufwendig sind und sie sich in der Praxis als wenig tauglich erwiesen haben. Es besteht daher weiterhin Bedarf an einem Rotorflügel, dessen radiale Länge sich in fertigungstechnisch einfacher Weise auf einen optimalen Wirkungsgrad für den Normalbetrieb des Axialventilators einstellen lässt und der auch im Notfallbetrieb bei den in einem Brandfall auftretenden hohen Temperaturen einen sicheren Weiterbetrieb des Axialventilators ermöglicht.

[0006] Diese Aufgabe wird durch den im Anspruch 1 definierten Axialventilator-Rotorflügel gelöst. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen.

[0007] Erfindungsgemäß weist der Rotorflügel einen an der Nabe des Rotors zu befestigenden Grundkörper und eine am radial außen liegenden Ende des Grundkörpers ansteckbare Kappe auf, wobei das Material der Kappe Aluminium ist oder Aluminium enthält und einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist als das Material des Grundkörpers. Insbesondere kann die Kappe aus einem weicheren und damit leichter und genauer bearbeitbaren Material (vorzugsweise Aluminium) gefertigt sein, als der Grundkörper, der vorzugsweise als ein Stahlhohlprofil ausgebildet ist.

[0008] Schon aufgrund der schieren Größenverhältnisse, wonach die Kappenlänge in radialer Richtung nur ca. 2-5% der üblicherweise ein bis zwei Meter langen Rotorflügel ausmacht, ergibt sich eine einfachere und damit auch genauere Bearbeitbarkeit der Kappen. Sie lassen sich daher individuell auf die Größenverhältnisse in dem zylindrischen Hohlraum des Statorgehäuses abstimmen und (etwa zu Reparatur- oder Wartungszwecken) auch leicht austauschen. So kann der Luftspalt zwischen dem radial außen liegenden Ende jedes Rotorflügels und der Gehäuseinnenwand des Statorhohlraums minimiert und der Wirkungsgrad des Axialventilators im Normalbetrieb maximiert werden. Diese leichtere Bearbeitbarkeit wird durch die Wahl eines weicheren Werkstoffs für die Kappe noch gesteigert, während für den Radialflügel-Grundkörper wegen der besseren Stabilität weiterhin auf einen härteren Werkstoff, vorzugsweise Stahl, zurückgegriffen werden kann, ohne andere Nachteile in Kauf nehmen zu müssen.

[0009] Die Kappe lässt sich in radialer Richtung an den Grundkörper anstecken und abziehen und ragt dabei vorzugsweise mit ihrem radial innen liegenden Abschnitt in das Innere des Grundkörper-Hohlprofils hinein. Durch Bohrlöcher, die sowohl in diesem radial innen liegenden Abschnitt der Kappe als auch im radial außen liegenden Ende des Grundkörpers seitlich, d.h. senkrecht zur Radialrichtung, eingebracht sind, lassen sich zusätzliche Befestigungsmittel, insbesondere Schrauben, Nieten, Stifte oder Bolzen, einbringen, um die Kappe sicher an dem Grundkörper zu befestigen.

[0010] Gemäß einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Kappe und/oder der Grundkörper aus mehreren, vorzugsweise baugleichen, Modulelementen zusammengesetzt. Diese Modulelemente haben in radialer Richtung die gleiche Länge und werden in Umfangsrichtung, d.h. tangential bzw. senkrecht zur Radialrichtung, zusammengesteckt. Das bedeutet eine weitere Vereinfachung des Herstellungsprozesses, weil die einzelnen Bauteile dann kleiner dimensioniert sein können. Außerdem schlägt sich dadurch auch der herstellungstechnisch unvermeidbare Ausschuss einzelner Bauteile weniger stark auf die Produktionskosten nieder.

[0011] Insgesamt lässt sich durch Verwendung des erfindungsgemäßen Rotorflügels in einem Axialventilator der Luftspalt, der zwischen dem radial außen liegenden Ende des Rotorflügels und der Innenwand des zylindrischen Gehäusehohlraums des Stators besteht, in herstellungstechnisch unkomplizierter Weise minimieren und so der Wirkungsgrad des Axialventilators für den Normalbetrieb maximieren. Im Störungsfall, beispielsweise einem Tunnelbrand mit 400°C und darüber, dehnt sich der Werkstoff des Rotorflügel-Grundkörpers (beispielsweise Edelstahl) weniger stark aus als der Werkstoff der daran angesteckten Endkappe (beispielsweise Aluminium). Dadurch wird zum einen weniger schnell das Problem eines aufgrund der wärmebedingten Längenausdehnung seines Werkstoffs am Gehäuse schleifenden Rotorflügels erreicht, als wenn der gesamte Rotorflügel aus dem Material mit höherem Wärmeausdehnungskoeffizienten (beispielsweise Aluminium) hergestellt wäre. Zum Anderen schleifen sich die Endkappen aus dem weicheren Material (üblicherweise Aluminium) im Falle einer wärmebedingten Längenausdehnung des Rotorflügels auch relativ leicht an dem radial gegenüberstehenden Statorgehäuse aus einem härteren Material (üblicherweise aus Edelstahl) ab. So ermöglichen sie einen Weiterbetrieb des Axialventilators auch für den Fall, dass die wärmebedingte Längenausdehnung der Rotorflügel größer wird als der für den Normalbetrieb des Axialventilators eingestellte Toleranz-Luftspalt zwischen den radialen Enden der Rotorflügel und dem gegenüber liegenden Gehäuseabschnitten des Stators.

[0012] Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Axialventilators von schräg oben,

Fig. 2 eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht des Axialventilators gemäß Fig. 1,

Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt A der Fig. 2, und

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines radialen Endabschnitts eines aus mehreren Modulbauteilen zusammengesetzten Rotorflügels.

[0013] Der in Fig. 1 dargestellte Axialventilator 10 weist einen Stator 20 mit einem Sockel 21 und einem trommelartigen Gehäuse 22 auf, in dessen zylindrischem Hohlraum 23 ein Rotor 30 um eine Drehachse 24 drehbar gelagert ist. Der Rotor 30 wird von einer Motoreinheit (nicht gezeigt) angetrieben. Er weist mehrere radialsymmetrisch an einer Nabe 31 befestigte Rotorflügel 32 auf, deren Aufbau im folgenden anhand der Fig. 2 bis 4 näher erläutert wird.

[0014] Die Fig. 2 zeigt eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht des Axialventilators 10 der Fig. 1. Man sieht die Außenwand des trommelartigen Gehäuses 22 sowie (in dem ausgeschnittenen Bereich) den Rotorflügel 32. Dieser weist, wie in der Fig. 3 genauer dargestellt ist, einen Grundkörper 33 aus einem Stahlhohlprofil und eine Ansteck-Kappe 34 aus Aluminium auf.

[0015] Wie in der Fig. 4 besser dargestellt, besteht die Kappe 34 aus einem radial innen liegenden ersten Abschnitt 35 und einem radial außen liegenden zweiten Abschnitt 36. Der radial innen liegende erste Abschnitt 35 ist in seiner Querschnittsfläche quer zur radialen Richtung so bemessen, dass er zu den InnenAbmessungen des Grundkörper-Hohlprofils 33 in der Querschnittsebene quer zur radialen Richtung korrespondiert. Dadurch lässt sich der erste Abschnitt 35 passgenau und formschlüssig in das radial nach außen offene Ende des Grundkörper-Hohlprofils 33 einstecken.

[0016] Der zweite Abschnitt 36 der Kappe 34 ist in der Querschnittsebene quer zur radialen Richtung wiederum so dimensioniert, dass er genau mit den AußenAbmessungen des Grundkörper-Hohlprofils 33 in der quer zur radialen Richtung liegenden Ebene korrespondiert. Dadurch fluchten die Außenflächen des zweiten Abschnitts 36 mit den Außenflächen des Grundkörper-Hohlprofils 33 und ergeben so eine insgesamt geschlossene und glatte Außenfläche des Rotorflügels 32.

[0017] Die Kappe 34 kann wiederum insgesamt aus zwei Bauteilen 34a und 34b zusammengesetzt sein, die beide in radialer Richtung gleich lang sind und in Umfangsrichtung zusammengefügt werden. Ebenso kann das Grundkörper-Hohlprofil 33 aus zwei solchen Bauteilen zusammengesetzt sein, wobei in der Figur 4 zur besseren Übersichtlichkeit nur eines dieser Bauteile 33a dargestellt ist.

[0018] Die Befestigung der Kappe 34 an dem Grundkörper-Hohlprofil 33 erfolgt durch Einstecken des ersten Kappenabschnitts 35 in den radial äußeren Endabschnitt des Grundkörper-Hohlprofils 33. Zusätzlich weisen sowohl der radiale Endabschnitt des Grundkörpers 33 als auch der erste Abschnitt 35 der Kappe 34 miteinander fluchtende Bohrlöcher 37, 38 auf. Die Bohrlöcher 37, 38 sind seitlich, d.h. in einer senkrecht zur Radialrichtung verlaufenden Ebene, angeordnet. Durch sie können geeignete Befestigungsmittel eingeführt werden.

[0019] Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung einen Rotorflügel 32 für einen Axialventilator 10, der aus einem Grundkörper 33 aus Stahl und einem an dessen radiales Ende angesteckten Kappe 34 aus Aluminium zusammengesetzt ist. Aufgrund der besseren mechanischen Bearbeitbarkeit der kleinen Aluminiumendkappe 34 gegenüber dem großen Stahl-Hohlprofil des Grundkörpers 33 lässt sich der Luftspalt 25 zwischen dem radialen Ende des Rotorflügels 32 und der gegenüber liegenden Gehäusewand 22 des Stators 20 leichter genau einstellen. Die radiale Länge des Rotorflügels 32 wird dann so bemessen, dass der Luftspalt 25 im Normalbetrieb des Axialventilators 10 minimal und damit der Wirkungsgrad maximal wird. Im Brandfall dehnt sich der Grundkörper 33 des Rotorflügels 32 aufgrund des niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten von Stahl weniger stark aus als die Aluminiumendkappe 34. Folglich tritt ein Schleifen der Rotorflügel 32 an der Innenwand des Stator-Gehäuses 22 durch wärmebedingte Längenausdehnung der Rotorflügel 32 erst bei höheren Temperaturen auf, als wenn der gesamte Rotorflügel 32 aus Aluminium besteht. Für den Fall eines schließlich doch auftretenden Schleifkontakts reibt sich die Aluminium-Endkappe 34 ab, so dass auch in diesem Fall ein Weiterbetrieb des Axialventilators 10 möglich bleibt.

Bezugszeichenliste

10	Axialventilator
20	Stator
21	Sockel
22	Trommel-Gehäuse
23	zylindrischer Hohlraum
24	Drehachse
25	Luftspalt
30	Rotor
31	Nabe
32	Rotorflügel
33	Grundkörper aus Stahl-Hohlprofil
33a	Grundkörper-Modulteil
34	Kappe aus Aluminium
34a,b	Kappen-Modulteile
35	erster Kappenabschnitt
36	zweiter Kappenabschnitt
37, 38	Bohrlöcher

Ansprüche

1. Rotorflügel (32) für einen Axialventilator (10), mit
einem an einer Nabe (31) des Rotors (30) zu befestigenden Grundkörper (33), der vorwiegend oder vollständig aus einem ersten Material hergestellt ist, und
einer an das radial nach außen weisende Ende des Grundkörpers (33) ansteckbaren Kappe (34), die vorwiegend oder vollständig aus einem zweiten Material hergestellt ist,
wobei das zweite Material einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist als das erste Material,
dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material Aluminium ist oder Aluminium enthält.

2. Rotorflügel (32) nach Anspruch 1, wobei das zweite Material eine geringere Härte als das erste Material aufweist.

3. Rotorflügel (32) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Material ein Stahl ist.

4. Rotorflügel (32) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die an den Grundkörper (33) angesteckte Kappe (34) in radialer Richtung 1-10%, vorzugsweise 3-5%, der Gesamtlänge des Rotorflügels (32) ausmacht.

5. Rotorflügel (32) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Grundkörper (33) als Hohlprofil ausgebildet ist, in das sich die Kappe (34) in radialer Richtung formschlüssig hineinstecken und wieder herausziehen lässt.

6. Rotorflügel (32) nach Anspruch 5, wobei die Kappe (34) einen in das Grundkörper-Hohlprofil (33) einsteckbaren ersten radialen Abschnitt (35) und einen über das Ende des Grundkörper-Hohlprofils (33) hinausragenden zweiten radialen Abschnitt (36) aufweist.

7. Rotorflügel (32) nach Anspruch 6, wobei in dem ersten radialen Abschnitt (35) der Kappe (34) ein oder mehrere Bohrlöcher (37) vorgesehen sind, die bei angesteckter Kappe (34) unter entsprechenden ein oder mehreren Bohrlöchern (38) im radialen Endabschnitt des Grundkörpers (33) zu liegen kommen und zur Aufnahme von Befestigungsmitteln ausgelegt sind.

8. Rotorflügel (32) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Kappe (34) aus zwei oder mehreren in Umfangsrichtung verbindbaren Modulteilen (34a, 34b) zusammengesetzt ist.

9. Rotorflügel (32) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Grundkörper (33) aus zwei oder mehreren in Umfangsrichtung verbindbaren Modulteilen (33a) zusammengesetzt ist.

10. Rotorflügel (32) nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Modulteile (33a; 34a, 34b) des Grundkörpers (33) und/oder der Kappe (34) im wesentlichen jeweils baugleich sind.

11. Axialventilator (10) für Lüftungsanlagen, insbesondere zur Be- und Entlüftung eines Tunnels, mit
einem Stator (20),
einem um eine Drehachse (24) relativ zum Stator (20) drehbaren Rotor (30),
wobei der Rotor (30) mindestens einen Rotorflügel (32) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche aufweist.

12. Axialventilator (10) nach Anspruch 11, wobei der Rotor (30) zur Drehung in einem im Wesentlichen zylinderförmigen Gehäuse-Hohlraum (23) des Stators (20) gelagert ist, und die radiale Endspitze der Kappe (34) der Innenwand des Gehäuse-Hohlraums (23) mit einem Luftspalt (25) dazwischen gegenübersteht.

13. Axialventilator (10) nach Anspruch 11 oder 12, wobei das für die Kappe (34) verwendete zweite Material weicher ist als das für die Innenwand des Gehäuse-Hohlraums (23) verwendete Material, so dass sich die Kappe (34) bei Kontakt mit der Innenwand des Gehäuses (22) abschleift.

Claims

1. A rotor blade (32) for an axial fan (10), comprising:

a main body (33) which is to be fastened to a hub (31) of the rotor (30), and which is made predominantly or entirely of a first material; and

a cap (34) which is attachable to a radially outwards pointing end of the main body (33), and which is made predominantly or entirely of a second material,

wherein the second material has a higher thermal expansion coefficient than the first material,

characterised in that the second material is aluminium or contains aluminium.

2. The rotor blade (32) of claim 1, wherein the second material has a lower hardness than the first material.

3. The rotor blade (32) of claim 1 or 2, wherein the first material is a steel.

4. The rotor blade (32) of any preceding claim, wherein the cap (34) attached to the main body (33) contributes in the radial direction 1-10%, preferably 3-5%, to the total length of the rotor blade (32).

5. The rotor blade (32) of any preceding claim, wherein the main body (33) is formed as a hollow profile, into which the cap (34) can be inserted in the radial direction in a form-fit fashion and pulled-out again.

6. The rotor blade (32) of claim 5, wherein the cap (34) has a first radial section (35) which can be inserted into the hollow profile main body (33) and a second radial section (36) which projects beyond the end of the hollow profile main body (33).

7. The rotor blade (32) of claim 6, wherein one or more boreholes (37) are provided in the first radial portion (35) of the cap (34) and, when the cap (34) is attached, the boreholes (37) come to rest under corresponding one or more boreholes (38) in radial end portion of the main body (33) and are designed for receiving fastening means.

8. The rotor blade (32) of any preceding claim, wherein the cap (34) is composed of two or more circumferentially connectable modular parts (34a, 34b).

9. The rotor blade (32) of any preceding claim, wherein the main body (33) is composed of two or more circumferentially connectable modular parts (33a).

10. The rotor blade (32) of claim 8 or 9, wherein the modular parts (33a; 34a, 34b) of the main body (33) and/or the cap (34) are substantially identical in construction.

11. Axial fan (10) for ventilation systems, in particular for ventilation of a tunnel, comprising:

a stator (20);

a rotor (30) rotatable relative to the stator (20) about an axis of rotation (24),

wherein the rotor (30) comprises at least one rotor blade (32) according to any preceding claim.

12. The axial fan (10) of claim 11, wherein the rotor (30) is rotatably mounted in a substantially cylindrical housing cavity (23) of the stator (20), and the radial end tip of the cap (34) faces the inner wall of the housing cavity (23) with an air gap (25) therebetween.

13. The axial fan (10) of claim 11 or 12, wherein the second material used for the cap (34) is softer than the material used for the inner wall of the housing cavity (23) so that the cap (34) abrades when coming into contact with the inner wall of the housing (22).

Revendications

1. Pale (32) de rotor pour un ventilateur axial (10), comprenant :

un corps principal (33) qui est destiné à être fixé à un moyeu (31) du rotor (30), et qui est constitué de façon prédominante ou totale d'un premier matériau ; et

une calotte (34) qui peut être fixée à une extrémité pointant radialement vers l'extérieur du corps principal (33), et qui est constituée de façon prédominante ou totale d'un deuxième matériau,

dans laquelle le deuxième matériau a un coefficient de dilatation thermique supérieur au premier matériau,

caractérisée en ce que le deuxième matériau est de l'aluminium ou contient de l'aluminium.

2. Pale (32) de rotor selon la revendication 1, dans laquelle le deuxième matériau a une dureté inférieure au premier matériau.

3. Pale (32) de rotor selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le premier matériau est un acier.

4. Pale (32) de rotor selon une quelconque revendication précédente, dans laquelle la calotte (34) fixée au corps principal (33) contribue dans le sens radial pour 1-10%, préférablement 3-5%, à la longueur totale de la pale (32) de rotor.

5. Pale (32) de rotor selon une quelconque revendication précédente, dans laquelle le corps principal (33) est formé comme un profil creux, dans lequel la calotte (34) peut être insérée dans le sens radial d'une façon par ajustage de forme et ressortie.

6. Pale (32) de rotor selon la revendication 5, dans laquelle la calotte (34) a une première section radiale (35) qui peut être insérée dans le corps principal (33) de profil creux et une deuxième section radiale (36) qui se projette au-delà de l'extrémité du corps principal (33) de profil creux.

7. Pale (32) de rotor selon la revendication 6, dans laquelle un ou plusieurs trous d'alésage (37) sont prévus dans la première partie radiale (35) de la calotte (34) et, lorsque la calotte (34) est fixée, les trous d'alésage (37) viennent reposer sous un ou plusieurs trous d'alésage (38) correspondants dans une partie d'extrémité radiale du corps principal (33) et sont conçus pour recevoir des moyens de fixation.

8. Pale (32) de rotor selon une quelconque revendication précédente, dans laquelle la calotte (34) est composée de deux parties modulaires (34a, 34b) connectables circonférentiellement ou plus.

9. Pale (32) de rotor selon une quelconque revendication précédente, dans laquelle le corps principal (33) est composé de deux parties modulaires (33a) connectables circonférentiellement ou plus.

10. Pale (32) de rotor selon la revendication 8 ou 9, dans laquelle les parties modulaires (33a ; 34a, 34b) du corps principal (33) et/ou de la calotte (34) sont sensiblement identiques en construction.

11. Ventilateur axial (10) pour des systèmes de ventilation, en particulier pour une ventilation d'un tunnel, comprenant :

un stator (20) ;

un rotor (30) rotatif par rapport au stator (20) autour d'un axe de rotation (24),

dans lequel le rotor (30) comprend au moins une pale (32) de rotor selon une quelconque revendication précédente.

12. Ventilateur axial (10) selon la revendication 11, dans lequel le rotor (30) est monté rotatif dans une cavité de logement (23) sensiblement cylindrique du stator (20), et la pointe d'extrémité radiale de la calotte (34) fait face à la paroi intérieure de la cavité de logement (23) avec un intervalle d'air (25) entre celles-ci.

13. Ventilateur axial (10) selon la revendication 11 ou 12, dans lequel le deuxième matériau utilisé pour la calotte (34) est plus tendre que le matériau utilisé pour la paroi intérieure de la cavité de logement (23) de telle manière que la calotte (34) s'abrase lorsqu'elle vient en contact avec la paroi intérieure du logement (22).

Zeichnung