DE4205925C2 - Laufradschaufel für ein Gebläse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Laufradschaufel für ein Gebläse nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, welches in einer Klimaanlage oder in einem Klimage­ rät o. dgl. verwendet wird.

Als eine der Techniken zur Geräuschverringerung ist ein Verfahren bekannt, bei welchem ein poröses Material als Material für die Schaufeln eines Laufrades verwendet wird. Ein Beispiel eines Mehrschaufelgebläses (ungeprüfte japani­ sche veröffentlichte Patentanmeldung Nr. Sho 63-3 21 196) ist in Fig. 1 dargestellt. Gemäß Fig. 1 sind bei dem Laufrad 1 eines Gebläses zwischen einem ortsfesten oberen Rahmen 2 und einer unteren Scheibe 3 Schaufeln 4 angeordnet durch Befesti­ gen, Einpassen oder Schweißen. Die Schaufeln 4 sind vollstän­ dig aus porösem Material gebildet, beispielsweise aus porösen Metallen, porösen synthetischen Harzen und porösen kerami­ schen Werkstoffen.

Fig. 2 ist eine Schnittansicht einer der Schaufeln 4 der Fig. 1. Gemäß Fig. 2 sind in dem Abschnitt 4a der Schaufel 4 zahlreiche Löcher gebildet, die eine Verbindung von der unteren Fläche zur oberen Fläche der Schaufel 4 bil­ den. Dadurch wird ein Teil der gemäß dem Pfeil A1 entlang der unteren Fläche der Schaufeln strömenden Luft über die zahl­ reichen Löcher zu der oberen Fläche der Schaufeln 4 geleitet, wie es durch die Pfeile A2 dargestellt ist. Die Luftströmung entlang der Grenzschichtfläche der Schaufeln 4, die relativ niedrige Geschwindigkeit hat, wird durch die Luftströme A2 beschleunigt. Die Luftströme A2 sind dahingehend wirksam, entlang der oberen Fläche der Schaufeln 4 eine gleichmäßige oder gleichförmige Luftgeschwindigkeitsverteilung B1 hervor­ zurufen. Daher ist ein Ablösen der Luftströmung von der Flä­ che der Schaufeln 4 verhindert und Geräusche als Folge von Turbulenzen der Luftströmung A3 sind verringert.

Bei der oben genannten Ausführung ist jedoch das poröse Material, über welches die obere Fläche und die untere Fläche der Schaufeln 4 in Verbindung miteinander stehen, schwierig zu gestalten bzw. zu formen im Vergleich mit üblichen nicht-porösen Materialien, und es hat unzureichende Festigkeit. Wenn die Schaufeln des Gebläses mit solchen Materialien hergestellt werden, kann Dimensionsgenauigkeit der Flächengestalten der Schaufeln 4, insbesondere Genauigkeit der Stirngestalten und Endgestalten, die sich durch die Luft drehen, vergleichsweise schlecht erhalten werden und eine vorbestimmte Leistung kann als Folge dieses verwendeten Mate­ rials, welches aus Körnern gebildet ist, nicht erhalten wer­ den. Zusätzlich zu der Schwierigkeit der Formung müssen die Schaufeln mit dem Rahmen o. dgl., der aus nicht-porösem Mate­ rial gebildet ist, verbunden werden durch Befestigen, Anpas­ sen oder Einpassen oder Verschweißen, und zwar nach der For­ mung. Daher erfordert es Zeit, das Laufrad zusammenzufügen, und die Kosten werden beträchtlich hoch. Darüber hinaus be­ steht bei dem fertigen Gebilde immer noch ein Mangel an Fe­ stigkeit. Wie oben bereits erwähnt, bestehen viele Probleme bei der praktischen Verwendung von üblichen Schaufeln aus po­ rösem Material.

Die US-PS 37 79 338 beschreibt eine Laufradschaufel eines Verdichters, bei der die relativ zur Laufrichtung vor­ dere und hintere Kante der Schaufel porös ausgebildet sind und ein mittlerer Bereich durchgängig ausgebildet ist. Da­ durch soll die Erzeugung von Schall durch flukturierende Oberflächenkräfte aufgrund von Turbulenzen an den Oberflächen verringert werden.

Die vorliegende Erfindung bezweckt, die oben ge­ nannten Probleme bei üblichen Schaufeln zu lösen. Es ist da­ her ein Zweck der Erfindung, eine Laufradschaufel für ein Ge­ bläse zu schaffen, die mit hoher Produktivität einfach herzu­ stellen ist und darüber hinaus kein Problem hinsichtlich der Festigkeit besteht, obwohl die Schaufel aus porösem Material gebildet ist, um eine Geräuschverringerung zu erzielen.

Dies wird durch eine Laufradschaufel gemäß Anspruch 1 erreicht. Die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 sind dabei aus der US-PS 37 79 338 bekannt. Die Unteransprüche 2 bis 4 beschreiben bevorzugte Weiterentwicklungen der Laufrad­ schaufel von Anspruch 1.

Gemäß der obigen Beschreibung wird ein poröser Teil in einem Abschnitt, beispielsweise einem Abschnitt, der kein Umfangsabschnitt ist, von Schaufeln verwendet zusammen mit einem nicht-porösen Teil, der aus einem massiven Harz und vorzugsweise aus dem gleichen oder einem analogen Material besteht, in dem anderen Abschnitt der Schaufeln, beispiels­ weise im Bereich der Umfangskanten der Schaufeln, und beide Teile werden zu einer Einheit gebildet bzw. geformt. Wenn bei dieser Ausführung ein Luftstrom durch die Fläche des porösen Teils hindurchgeht, tritt er ein und tritt er aus, beispiels­ weise tritt er ein auf der Seite der Schaufel, auf welcher höherer Druck herrscht, und er tritt aus auf der Seite der Schaufel, auf welcher niedrigerer Druck herrscht. Dies bedeu­ tet, daß beide Seiten der Schaufeln miteinander in Verbindung stehen. Daher sind übermäßige Druckänderungen, die an der Schaufelfläche erzeugt werden, begrenzt, und demgemäß sind Geräusche als Folge von Druckänderungen verringert. Weiterhin sind die Nach­ teile des porösen Teils als Folge mangelnder Festigkeit ausge­ glichen durch den im Umfangsbereich vorhandenen Teil, der an­ ders als der poröse Teil der Schaufeln ist, beispielsweise aus massivem Harz besteht, welches an den Umfangskanten der Schau­ feln vorhanden ist, wodurch das Festigkeitsproblem gelöst wird.

Da weiterhin für den porösen Teil und den nicht­ porösen Teil Basismaterialien gleicher Qualität ausgewählt sind, sind der poröse und der nicht-poröse Teil, welche die Schaufeln darstellen, in zufriedenstellender Weise harmonisiert und fest aneinander gebunden bzw. fest miteinander verbunden, so daß eine solche Ausführung vom Standpunkt der Festigkeit aus vorteilhaft ist.

Da ferner die Formteile für den porösen Teil und den nicht-porösen Teil nebeneinander vorgesehen sind, um den porösen Teil und den nicht porösen Teil zu einer Einheit zu bilden, kann jeder der Bestandteile oder Bauteile bequem herge­ stellt werden und die Kosten für die Form sind verringert im Vergleich zu den Kosten einer großen Form. Weiterhin ist die Bearbeitbarkeit bei der Formung zu einer Einheit gut und ein Laufrad für ein Gebläse, welches wenig Geräusche erzeugt, kann in kurzer Zeit und mit geringen Kosten erhalten werden. Indem außerdem wenigstens etwa am Umfangsabschnitt des porösen Teils ein Formdruck oder Formteildruck ausgewählt wird, der höher als der oder gleich dem Formungsdruck (nämlich dem Druck der Spritzformung) des massiven Harzes ist, um die beiden Teile zu einer Einheit zu bilden, wird das geschmolzene nicht-poröse massive Harz daran gehindert, während der Formung in das poröse Material einzudringen.

Weiterhin sind im Fall, daß eine bewegliche Form, welche den porösen Teil der Schaufeln preßt, auf den Bereich nahe der Umfangsabschnitte des porösen Teils begrenzt gebildet ist, betreffende Bestandteile der Schaufeln bequem herzustel­ len, und es ist möglich, die Kosten zu verringern und die Bear­ beitbarkeit zu verbessern.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

Fig. 1 ist eine schaubildliche Ansicht eines übli­ chen Laufrades eines Gebläses.

Fig. 2 ist eine Schnittansicht einer Schaufel des Laufrades gemäß Fig. 1.

Fig. 3 ist eine schaubildliche Ansicht eines Lauf­ rades eines Gebläses gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 4 ist eine Schnittansicht einer Schaufel ge­ mäß Fig. 3.

Fig. 5 ist eine schematische Strukturansicht eines gesinterten Harzmaterials in einem porösen Teil der Schaufel.

Fig. 6 ist eine Schnittansicht eines Gebläses, welches ein Laufrad gemäß der Erfindung verwendet.

Fig. 7 ist eine schematische Ansicht zum Erläutern des Pufferprinzips von Druckänderungen in einer Schaufel des Laufrades.

Fig. 8 ist eine schaubildliche Ansicht eines porösen Teils der Schaufeln.

Fig. 9 ist eine schaubildliche Teilansicht einer Form, wobei anhand dieser Darstellung ein Verfahren zum Her­ stellen des Laufrades erläutert wird.

Fig. 10A bis Fig. 10C sind Einzelansichten, welche ein Verfahren zum Herstellen des Laufrades zeigen.

Nachstehend wird eine Ausführungsform eines Gebläses gemäß der Erfindung erläutert.

Fig. 3 ist eine schaubildliche Ansicht eines Laufra­ des für ein Gebläse gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, und Fig. 4 ist eine schaubildliche Teilansicht einer Schaufel des Laufrades gemäß Fig. 3. Wie in den Fig. 3 und 4 darge­ stellt, ist das Laufrad 11 einheitlich gebildet durch eine kegelstumpfförmige Nabe 12, Schaufeln 13, die an den Umfangs­ kanten der Nabe 12 vorgesehen sind, und einen Laufradvorsprung 14. Wie in Fig. 4 dargestellt, ist bei den Schaufeln 13 der we­ sentliche bzw. mittlere Abschnitt aus einem porösen Teil 16 ge­ bildet, der aus PP (Polyproylen), AES (acrylnitrilspezifi­ sches Ethylenpropylenkautschukstyrol) oder einer ähnlichen porösen Substanz besteht, wobei der Teil 16 bzw. das für ihn verwendete Material eine große Anzahl von Verbindungsporen hat, die durch die Hochdruckseitenfläche D1 und die Niederdrucksei­ tenfläche D2 hindurchgehen. Die verbleibenden Abschnitte umfas­ send die Umfangskanten 15, beispielsweise eine vordere Schau­ felkante 15a und eine hintere Schaufelkante 15b, sind aus nicht-porösem synthetischen Harz gebildet, und zwar aus dem gleichen Material wie die Nabe 12, beispielsweise aus Polypro­ pylen o. dgl. Der mittlere Bereich des porösen Teils 16 und die Umfangskanten 15 des nicht-porösen Teils sind zu einer Einheit geformt.

Als ein Material für den porösen Teil 16 wird ein Ma­ terial verwendet (nachstehend als gesintertes Harzmaterial be­ zeichnet), welches gebildet ist durch teilweises Schmelzen und Verschweißen von geschichtetem und erhitztem synthetischen Harzpulver, wobei Verbindungsporen gebildet werden. Eine sche­ matische Ansicht seiner feinen Struktur ist in Fig. 5 darge­ stellt, bei welcher durch eine große Anzahl von Verbindungspo­ ren 17 beide Seiten des porösen Teils, beispielsweise zwischen der Seitenfläche D1 positiven Drucks und der Seitenfläche D2 negativen Drucks sich miteinander in Verbindung befinden. Die Materialien des porösen Teils 16 und der Umfangskante 15 des aus nicht-porösem synthetischen Harz bestehenden Teils bestehen aus dem gleichen synthetischen Harz oder aus analogen syntheti­ schen Harzen, so daß beide Teile gut zu einem Körper verbunden werden können.

Fig. 6 ist eine Schnittansicht eines Gebläses, bei welchem das Laufrad 11 gemäß Fig. 3 verwendet ist. Gemäß Fig. 6 ist das Laufrad 11 derartig abgestützt, daß es von einem Motor 18 angetrieben wird, und es ist in einer vorbestimmten Position relativ zu einer Luftführung 19 angeordnet. Der Motor 18 ist an einem Motorträger 20 angebracht bzw. befestigt. Wenn das Lauf­ rad 11 durch den Motor 18 in einer vorbestimmten Drehrichtung angetrieben wird, wird Luft an der Seite E1 angesaugt und an der Seite E2 abgegeben, wodurch das Gebilde als ein Gebläse arbeitet.

Durch Verwendung eines porösen Teils im wesentlichen Bereich der Schaufeln ist es möglich, Geräusche zu verringern. Wenn das Laufrad 11 gedreht wird, strömt Luft an den vorderen Schaufelkanten 15a des Laufrades 11 ein. Gemäß Fig. 7 strömt die Luft entlang der Hochdruckseitenfläche D1 und der Nieder­ druckseitenfläche D2 der Schaufeln, so daß Luftströme F1 und F2 gebildet werden. Danach strömt die Luft aus den hinteren Schau­ felkanten 15b aus und wird in einer vorbestimmten Richtung ge­ blasen. Zu diesem Zeitpunkt treten an der Schaufelfläche Druckänderungen der Grenzschicht der Ströme oder Druckänderun­ gen auf, die erzeugt werden, wenn ein Übergang von einer lami­ naren Strömung zu einer turbulenten Strömung stattfindet. Wei­ terhin ergeben sich Druckänderungen als Folge der Ablösung der Strömung von den Schaufeln in Abhängigkeit von den Betriebsbe­ dingungen der Schaufeln. Da jedoch eine Teilfläche, welche die Umfangskanten der Schaufeln ausschließt, durch den porösen Teil 16 gebildet ist, werden unerwünschte Druckänderungen, die an der Schaufelfläche erzeugt werden, wenn der Luftstrom durch die Fläche des porösen Teils 16 hindurchgeht, aufgehoben bzw. ver­ ringert als Folge eines nachstehend beschriebenen Prinzips. Da, wie in Fig. 7 dargestellt, die Schaufelfläche auf der Druck­ seite D1 (auf welcher der höhere Druck herrscht) und die Schau­ felfläche auf der Seite D2 negativen Drucks (wo der niedrigere Druck herrscht) durch überfeine bzw. kleine Löcher der Verbin­ dungsporen 17 miteinander in Verbindung stehen und die Luft ge­ mäß den Pfeilen F3 einströmt und ausströmt, werden, wenn der Druck auf der Hochdruckseitenfläche D1 hoch wird, die Luftströ­ mung auf der Seitenfläche D2 negativen Drucks sowie Druckände­ rungen verringert. Wenn umgekehrt der Druck in einem gewissen Bereich der Seitenfläche D2 negativen Drucks hoch wird, strömt die Luft in die Verbindungsporen und strömt aus der Seitenflä­ che D1 hohen Drucks aus. Auf diese Weise sind Druckänderungen vermieden bzw. verringert. Als Ergebnis sind die Geräusche als Folge von Druckänderungen, die an den Schaufelflächen erzeugt werden, verringert, da die Druckänderungen verringert sind.

Wie in Fig. 8 dargestellt, umfaßt der poröse Teil 16, der aus dem gesinterten Harzmaterial besteht, eine Mehrzahl von im wesentlichen halbkreisförmigen Nuten 21, die mit einem nicht-porösen synthetischen Harz gefüllt werden sollen, um die Umfangskante 15 zu bilden, wobei das gleiche Material verwendet wird oder ein analoges Material, wie es für die Nabe 12 verwen­ det wird.

Ein Verfahren zum Herstellen eines Laufrades (Fig. 3) wird nachstehend beschrieben.

Zuerst wird der poröse Teil 16, bestehend aus dem gesinterten Harzmaterial und mit den Nuten 21 gemäß Fig. 8 ver­ sehen, hergestellt. Der Teil 16 kann unter Verwendung einer Form gebildet werden, welche die gleiche Gestalt hat, wenn das gesinterte Harzmaterial gesintert wird, oder der Teil kann aus einem regelmäßigen gesinterten Material modelliert werden durch ein Zuschneidverfahren o. dgl. Danach wird der auf die beschrie­ bene Weise erhaltene poröse Teil 16 aus gesintertem Harzmate­ rial an einer Ausnehmung einer Form 22 für Spritzformung ange­ bracht, wie es in Fig. 9 dargestellt. Zu diesem Zeitpunkt ragen Stifte oder Zapfen 23 zum zeitweiligen Fixieren des porösen Teils 16 in der Ausnehmung der Form 22 vor. Die in dem porösen Teil 16 vorgesehenen Nuten 21 werden mit den Stiften oder Zap­ fen 23 in Eingriff gebracht, um den porösen Teil zeitweilig zu fixieren.

Danach wird die Form 22 geschlossen. Wie in Fig. 10A dargestellt, sind getrennt voneinander ein beweglicher Formteil 22a, der den Abschnitt des porösen Teils 16 festklemmt und formt, und ein Formungsformteil 22b vorgesehen, welcher den nicht-porösen Teil aus massivem Harz formt. Die Formteile 22a und 22b sind entlang der Formfläche vollständig festgelegt. Wie in Fig. 10b dargestellt, werden im weiteren Verlauf der Her­ stellung die Stifte oder Zapfen 23 für zeitweiliges Fixieren des porösen Teils 16 in Richtung der Pfeile G abwärtsbewegt und aus dem Formungsformteil 22b herausgezogen. Danach wird, wie in Fig. 10C dargestellt, ein massives bzw. nicht-poröses Harz 24 in den Formungsformteil 22b eingespritzt, um die Umfangskanten 15 der Schaufeln 13 zu bilden. Gleichzeitig wird massives Harz 24 in die Nuten 21 des porösen Teils 16 eingefüllt, um die Um­ fangskanten 15 und den porösen Teil 16, welche die Schaufeln 13 letztlich bilden, als eine Einheit vorliegen zu haben.

Im Fall des Unterteilens der Form und der Begrenzung eines beweglichen Teiles der Form auf einen Teil, der lediglich dem Umfangsabschnitt des porösen Teils 16 entspricht, können betreffende Teile der Schaufeln bequem hergestellt werden. Dem­ gemäß sind die Kosten für die Form verringert und die Handha­ bung bei der Formung zu einer Einheit ist verbessert. Indem der Formdruck wenigstens im Umfangsabschnitt des porösen Teils 16 gleich oder höher als der Druck in dem Abschnitt 24 aus massi­ vem Harz während der Formung gemacht wird, wird das geschmol­ zene massive Harzmaterial 24 daran gehindert, in unerwünschter Weise in großem Ausmaß in den porösen Teil 16 einzudringen. Weiterhin ist es erwünscht, daß die Qualität der wesentlichen Komponenten der Rohmaterialien des porösen Materials und des massiven Materials ähnlich ist, so daß der poröse Teil 16 und das massive Harz 24, welche zusammen die Schaufeln bilden, gut harmonisiert und fest miteinander verbunden sind, was vom Standpunkt der Festigkeit aus vorteilhaft ist.

Obwohl in Fig. 10 die Form für die Herstellung der Schaufeln dargestellt ist, wird die Nabe 12 gleichzeitig mit den Kantenabschnitten des porösen Teils 16 geformt bzw. gebil­ det.

Claims (4)

1. Laufradschaufel (13) für ein Gebläse, die einen Mittelteil (16) und einen Teil (15), der im Bereich der Schaufelaußenkanten angeordnet ist, aufweist, wobei der Mit­ telteil (16) und der Teil (15) aus unterschiedlichen Mate­ rialien gefertigt und zu einer integralen Einheit geformt sind, und wobei ein poröses Material, das feine bzw. kleine Durchgangslöcher (17) aufweist, die mit beiden Seiten der Schaufel in Verbindung stehen, und ein nicht-poröses Material vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, daß das poröse Material im Mittelteil (16) und das nicht-poröse Material im Teil (15) angeordnet ist.

2. Laufradschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Grundmaterialien des porösen Mittelteils (16) und des nicht-porösen Teils (15) gleiches synthetisches Harz oder Harz mit ähnlichen Eigenschaften aufweisen.

3. Laufradschaufel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das poröse Material aus einem gesinterten Harzpulver besteht.

4. Laufradschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil (15) und der Mittelteil (16) miteinander verpreßt sind.