DD235900A1 - Verstellmechanismus fuer ventilatorschaufeln - Google Patents

Abstract

Die Erfindung ist einsetzbar zur Verstellung von Ventilatorschaufeln waehrend des Laufes bei luftgekuehlten Waermeuebertragern in Chemieanlagen. Ziel der Erfindung ist es, den Verschleiss der Verbindungselemente an den Beruehrungsflaechen auszuschliessen und die Lebensdauer sowie Funktionsfaehigkeit des Ventilators zu erhoehen. Die Aufgabe besteht darin, durch eine beruehrungslose Kraftuebertragung der Antriebselemente zwischen diesen und den Uebertragungselementen die mechanische Reibung zu eliminieren. Dies wird dadurch erreicht, dass die Ventilatorschaufel mit einem Uebertragungselement in Verbindung steht, welches verfahrbar in der Nabenspeiche lagert und am Umfang des die Ventilatornabe konzentrisch umschliessendes Schubringelementes befestigt ist, dem im Winkel zueinander versetzte stationaer auf den Aussen- oder Innenflaechen desselben vorgesehene Linearmotoren zugeordnet sind, wobei die Ventilatornabe in axialer Verlaengerung mittels Stege eine in Kammern unterteilte Feststelleinrichtung stuetzt. Anwendungsgebiet der Erfindung: Verstellung von Ventilatorschaufeln waehrend des Laufes bei luftgekuehlten Waermeuebertragern. Figur

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung ist einsetzbar für berührungslose Kraftübertragungen an stehenden und rotierenden Bauteilen, speziell für Verstellungen von Ventilatorschaufeln während des Laufens bzw. im Stillstand vorrangig bei luftgekühlten Wärmeübertragern in Chemieanlagen. Sie kann aber auch für jede andere Art von Lüftern, wie z.B. auch für Verstellpropeller für Schiffantriebe herangezogen werden, wo sich eine Veränderung des Flügelwinkels in Abhängigkeit zur Medienfördermenge erforderlich macht. >

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannt sind gemäß OS 1428 252 Verstellmechanismen für Ventilatorschaufeln, wo ein Stellantrieb ortsfest angeordnet und auf einer Ventilatornabe drehbar gelagert ist. Zum Überführen einer um die Ventilatorachse umlaufenden Bewegung des Stellantriebs in eine zur Ventilatorachse koaxiale Linearbewegung ist die auf der Antriebswelle befestigte Führungshülse über eine äußere Keilverspannung mit der in einem ortsfesten Gewinde drehbaren Gewindehülse längs verschiebbar und drehfest verbunden. Die drehbare Gewindehülse hat ihrerseits eine Verbindung zu dem mit dem Laufrad umlaufenden Verstellkörper.

Der Verstellkörper wiederum besitzt eine Verstellplatte, die den Flügelhebel zur Flügelverstellung betätigt.

Nachteilig bei dieser Lösung wie bei vielen anderen in derTechnik bekannten bleibt die separate Anordnung des Stellantriebs auf der verlängerten Ventilatorachse, wobei der Stellantrieb teilweise mit dreht und teilweise nicht, d. h. an der Drehung gehindert werden muß, so daß hieraus eine Vielzahl von Einzelelementen resultieren, die die Abgrenzung zwischen der Rotationsbewegung der Ventilatornabe und dem Bewegungsablauf des Stellantriebs erforderlich macht. Derartige Lösungen bedingen einen komplizierten konstruktiven Aufbau des Verstellmechanismus und sind eine wesentliche Ursache für dessen Störanfälligkeit.

Eine andere Lösung nach OS 1428075 sieht vor, die Verstellkräfte über den Mechanismus des Verstellaggregates mittels eines Verstellbolzens in die Verstellscheibe einzuleiten und über die in dieser geführten sowie im Laufrad gelagerten Führungsholme, das Laufrad einschließlich dessen Lagerung zum Verstellaggregat zurückzuführen.

Auch hier erweist sich als negativ, daß die Schubkräfte des Verstellmechanismus im wesentlichen durch sich berührende Elemente übertragen werden, so daß hier infolge der nicht zu vermeidenden mechanischen Reibung ein Verschleiß sowie eine hohe Abnutzung der Bauteile hingenommen werden muß, eine negative Erscheinung, die insgesamt die Lebensdauer der Verstelleinrichtung beeinträchtigt.

Darüber hinaus sind noch Verstellmechanismen bekannt, welche auf dem pneumatischen Prinzip arbeiten, somit die gleichen Nachteile wie die voran beschriebenen Mechanismen aufweisen und zusätzlich gereinigte sowie trockene Druckluft benötigen.

Hieraus resultieren zusätzliche verschleißbehaftete Einrichtungen und Kosten für die Bereitstellung bzw. Zuführung dieser Druckluft.

Ziehder-Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist eine Verstelleinrichtung, mit der der bisherige in Erscheinung tretende Verschleiß sowie die die hohe Abnutzung der Verbindungselemente an ihren Berührungsflächen nicht mehr in Erscheinung tritt, des weiteren die Lebensdauer einschließlich die Funktionsfähigkeit des Ventilators erhöht und durch einen einfachen konstruktiven Aufbau der Materialeinsatz bei gleicher Funktionsfähigkeit des Lüfters reduziert wird.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist ein Verstellmechanismus, der eine berührungslose Kraftübertragung vom Kraftantrieb zum Übertragungsmechanismus bei minimalem Einsatz der nachgeordneten Verbindungselemente garantiert und die mechanische Reibung zwischen den Antriebs- und Übertragungselementen völlig ausschließt. Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß unter geringem Luftspalt die Linearmotoren zu dem die Ventilatornabe konzentrisch umschließenden Schubringelementangeordnetsind,dadurch eine berührungslose Kraftübertragung möglich und der Kraftfluß von diesem über diverse Zwischenglieder auf die Ventilatorschaufeln übertragen wird. Das Schubringelement ist so ausgeführt, daß dieses eine Rotations- aber auch gleichzeitig eine Translationsbewegung gewährleistet. Letztere wird auf die in den Führungen der Ventilatornabenspeichen eingebrachten Führungselemente, von dort auf die in diesen gelagerten Übertragungsglieder weitergegeben und über einen Kurbelhebel, der sich als seitliche Auslenkung einer am unteren Ende der Ventilatorschaufel befindlichen Lagerung darstellt, auf die Ventilatorschaufel übertragen. Die Arretierung oder gesteuerte Veränderung des Einstellwinkels der Ventilatorschaufel während der Rotation des gesamten Ventilators wird durch eine in zwei Kammern unterteilte mitdrehende Feststelleinrichtung ermöglicht.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nun an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert: Im vorgeschriebenen Abstand sind zum rotierenden Schubringelement 6 an der den Ventilatorantrieb tragenden Ventilatorkonstruktion, im gleichen Abstand zueinander befestigt, als Primärteil Linearmotoren 5 angebracht. Wahlweise können auch die Linearmotoren 5 auf der Außen- oder Innenseite des Schubringelementes 6 vorgesehen sein. Nach dem zu erzielenden Effekt richtet sich ihre Anzahl. Die Linearmotoren 5 sind zueinander in einem bestimmten Winkelbereich angeordnet und besitzen zu dem die Ventilatornabe 2 konzentrisch umschließenden Schubringelement 6 als Sekundärteil einen Luftspalt. Das Schubringelement 6 kann infolge seiner Zuordnung zur Ventilatornabe 2 eine Rotationsbewegung um die Ventilatornabenachse, gleichzeitig jedoch infolge der Wirkung der Linearmotoren 5 und den durch diese hervorgerufenen elektromagnetischen Kraftfluß eine Translationsbewegung in Richtung Ventilatornabenachse vollführen. Das Schubringelement 6 kann als einseitig geöffneter Hohlzylinder aber auch'kollektorartig ausgeführt sein. Zur Verstärkung des Kraftfeldes der Linearmotoren 5 kann im Öffnungsbereich des als Hohlzylinder ausgebildeten Schubringelementes 6 ein sogenanntes Jochblech 19 angebracht sein. Die Anzahl der Jochbleche 19 richtet sich nach der der Linearmotoren 5. Die Jochbleche 19 werden auf der Innenseite des Schubringelementes 6 vorgesehen, so daß sich das Schubringelement 6 zwischen den Linearmotoren 5 und den Jochblechen 19 bewegt. Liegt ein kollektorartiges Schubringelement 6 vor, so sind die einzelnen Lamellen durch einen Spalt getrennt und in diesem Bereich durch isolierendes Material verbunden. Die Lamellen bilden dann in ihrer Anordnung das Schubringelement 6, wobei^die Lamellen und die sie trennenden Spalte parallel zur Schubringelementenachse verlaufen und einseitig zum Führungselement 7 isoliert von einer ringförmigen Halterung aufgenommen werden. An jener Halterung sind nunmehr die Führungselemente 7 gekoppelt. Handelt es sich um.ein Schubringelement 6 in der Ausführung eines geöffneten Hohlzylinders, dann sind die Führungselemente 7 an dessen Stirnfläche stationär angebracht, wobei deren freies Endein einem Kugelgelenk 9 mündet, in das wiederum das Übertragungselement 10 eingreift. Analog der Anzahl der Nabenspeichen 14 ist die von Übertragungselement 10, Kugelgelenk 9 und Führungselement 7. Sämtliche Führungselemente 7 lagern in den Führungen 8 der Nabenspeichen 14. Die Übertragungselemente 10 stehen ihrerseits mit einem Kurbelhebel 11 in Verbindung, der als seitliche Auslenkung der Flügellagerung 3 anzusehen ist, so daß über diese Bauelemente insgesamt eine Kraftübertragung auf die Ventilatorschaufel 4 möglich wird. In axialer Fortsetzung zur Ventilatornabe 2 befindet sich die Feststelleinrichtung 12. Sie wird im wesentlichen von einem in Ventilatornabenachse verschiebbaren Stützkäfig 15 eingeschlossen, der über die Verbindungselemente 13 beispielsweise mit dem Führungselement 7 verankert sein kann. Im Inneren des Stützkäfigs 15 befinden sich die mit Medium gefüllten Kammern 16; 18, welche über zwei Bohrungen 21 im Separatgehäuse 17, in denen federnd gelagerte und durch diametrale Anschläge arretierte Kugeln 22 angeordnet sind, miteinander in Verbindung stehen. Des weiteren ist das Separatgehäuse 17 mittels geeigneter Stege 20 fest an der Ventilatornabe 2 befestigt.

Die Erfindung wird nun an Hand eines praktischen Ausführungsbeispieles näher erläutert:

Nach Herstellung der Betriebsbereitschaft befindet sich die Ventilatorzone 2 in Rotation und damit bewegen sich gleichzeitig die Nabenspeichen 14 einschließlich die Führungselemente 7 sowie durch deren stationäre Anbringung das Schubringelement 6 um die Ventilatorachse 1. Synchron hierzu sind Übertragungselement 10, Kurbelhebel 11, Ventilatorlagerung 3, Ventilatorschaufel 4 inklusive die Feststelleinrichtung 12 mit all ihren Bauteilen in Drehbewegung um die Ventilatorachse 1. Die einzig feststehenden Bauelemente sind somit die Linearmotoren 5. Bei gewollter Veränderung des Ventilatorschaufelwinkels zur Anströmrichtung wird eine axiale Verschiebung des Schubringeiementes 6 zur Ventilatorachsel erforderlich. Dies wird erreicht, indem die geschalteten Linearmotoren 5 in Funktion treten und berührungslos einen elektromagnetischen Kraftfluß.zum Schubringelement 6, dem Sekundärteil, herstellen. Verstärkt wird das Kraftfeld der Linearmotoren 5 durch die konträr der Linearmotoren 5 durch die konträr der Linearmotoren 5 vorgesehenen Jochbleche 19. Somit erhält das Schubringelement 6 zur Rotationsbewegung eine zusätzliche Bewegung in Richtung Ventilatorachse 1, die auf die Ventilatorschaufeln 4 mit Hilfe der zwischengeschalteten Verbindungselemente übertragen wird.

Innerhalb dieses Prozesses bekommt die Feststelleinrichtung 12 eine dominierende Bedeutung zugesprochen. So wird mit der Bewegung des Schubringelementes 6 der Stützkäfig 15 in Ventilatomabenachse verfahren. Bei dieser Bewegung schlägt er am Faltenbalg der Kammer 16 an, so daß es in dieser zu einem Druckanstieg kommt. Dabei wird eine der zwei in den Bohrungen 21 des Separatgehäuses 17 befindlichen Kugeln 22 durch Anschlag fixiert, während die andere durch den Druckanstieg die Federkraft überwindet, in Vorschubrichtung aus der bisherigen Position gedrängt wird und so den Mediumfluß für diese Bohrung 21 freigibt, wodurch dasselbe von der Kammer 16 in die Kammer 18 gelangt. Im Rahmen dieses Vorganges übertragen die am Stützkäfig 15 der Feststelleinrichtung 12 vorgesehenen Verbindungselemente 13 jene Bewegung auf die Ventilatorschaufel 4, was eine Winkelverstellung derselben bewirkt. Sie findet mit der Beendigung der Vorschubbewegung des Linearmotors 5 ihren Abschluß, so daß in dieser Stellung die Ventilatorschaufel 4 arretiert wird.

Sämtliche konträren Abläufe der Feststelleinrichtung 12 vollziehen sich bei entgegengesetztem Bewegungsablauf der Linearmotoren 5 analog, indem nun durch Druckaufbau in der Kammer 18 und durch Lüften der bisher festgesetzten Kugel 22 sowie die hierdurch mögliche Freigabe der gesperrten Bohrung 21 das Medium über diese in die Kammer 16 zurückgeführt werden kann. Dabei kommt es zu einer erneuten Verstellung der Ventilatorschaufel 4 in entgegengesetzter Richtung. Durch entsprechende Gestaltung der Austrittsöffnungen für den Mediumfluß wird gleichzeitig die Geschwindigkeit der Drehbewegung der Ventilatorschaufel 4 reguliert.

Die Vorteile der Erfindung liegen in der reibungslosen Kraftübertragung von den Antriebselementen auf die nachgeschalteten Baugruppen, wodurch ein Verschleiß infolge Reibung weitgehendst ausgeschlossen bleibt. Die konstruktive Anordnung der einzelnen Elemente gewährleistet gegenüber herkömmlichen Lösungen einen minimalen Einsatz an beweglichen Übertragungsgliedern, woraus eine wesentliche Erhöhung der Funktions- und Lebensdauer des Finalerzeugnisses resultiert.

Claims (8)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Verstellmechanismusfür Ventilatorflügel, bestehend aus einer Ventilatorschaufel sowie einer über Bewegungsmechanismen mit derselben verbundenen Ventilatornabe, gekennzeichnet dadurch, daß jede Ventilatorschaufel (4) mit dem an ihrer Flügellagerung (3) vorgesehenen Kurbelhebel (11) in ein Übertragungselement (10) eingreift, welches mit einem in der Führung (8) der Nabenspeiche (14) axial verfahrbaren Führungselement (7) gekoppelt, dieses wiederum an der Stirnfläche des die Ventilatornabe (2) konzentrisch umschließenden Schubringelementes (6) befestigt ist, dem spaltdicht in einem bestimmten Winkelbereich zueinander versetzte sowie stationär angebrachte Linearmotoren (5) zugeordnet sind, wobei die Ventilatornabe (2) in axialer Verlängerung mittels der Stege (20) eine in Kammern (16; 18) unterteilte Feststelleinrichtung (12) stützt.
2. 2. Verstellmechanismusfür Ventilatorflügel nach Punkt !,gekennzeichnet dadurch, daß das Übertragungselement (10) mit Hilfe eines Kugelgelenkes (9) im Führungselement (7) verankert ist. ·
3. 3. Verstellmechanismus für Ventilatorflügel nach Punkt ^gekennzeichnet dadurch, daß die Kammern (16; 18) als Faltenbalg ausgeführt und mit dem axial verfahrbaren Stützkäfig (15) verbunden sind.
4. 4. Verstellmechanismus für Ventilatorflügel nach Punkt 1 und 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Kammern (16; 18) miteinander flüssigkeitsleitend durch die in einem Separatgehäuse (17) befindlichen sowie verriegelbaren Bohrungen (21) verbunden sind.
5. 5. Verstellmechanismusfür Ventilatorflügel nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Bohrungen (21) in bestimmterTiefe konträr angeordnete Anschläge aufweisen, an denen sich federnd ausgeführte Kugeln (22) abstützen.
6. 6. Verstellmechanismus für Ventilatorflügel nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Schraubringelement (6) als einseitig geöffneter Hohlzylinder ausgeführt und aus Vollmaterial oder durch Lamellen, die gegeneinander isoliert sind, gebildet wird, deren tangentiale Abmessungen beliebig gewählt sein können.
7. 7. Verstellmechanismus für Ventilatorflügel nach Punkt 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Lamellen einseitig von einer ringförmigen Halterung mit Isolation aufgenommen werden, an der in den vorgegebenen Abständen die Führungselemente (7) befestigt sind, wobei auch auf der Gegenseite die Lamellen in einem Ring mit Isolierung gehalten werden können.
8. 8. Verstellmechanismus für Ventilatorflügel nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß entsprechend der Anzahl der Linearmotoren (5) im Öffnungsbereich des Schubringelementes (6) auf der Innenseite Jochbleche (19) angeordnet sind.