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Die Erfindung betrifft ein die Luftströmung reversierendes Axialgebläse nach dem Oberbegriff, welches bei Wechsel der Richtung des Antriebsmoments eine selbsttätige Verstellung der Schaufeln bis zu 180° gegen Anschläge bewirkt und dadurch mit hoher Effizienz arbeitet.
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Ein solches Gebläse läßt sich vorzugsweise zur regenerativen Rückgewinnung von Energie bei der Lüftung von Gebäuden einsetzen.
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Hierzu wird bei periodischer Umkehrung der Strömungsrichtung ein Wärmespeicher mit warmer Luft beladen und mit kalter Luft entladen, somit ist bei tiefer Außentemperatur eine Vorwärmung und bei hoher Außentemperatur eine Vorkühlung der Zuluft möglich.
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Bei der Belüftung von Wohnräumen muss ein solches Gebläse mit geringem Geräusch laufen.
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Oft wird eine kompakte Bauweise gefordert, um den Wärmespeicher samt Gebläse in der Öffnung einer Mauer bündig unterzubringen.
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Auch sind zwei solcher Gebläse, gegenläufig betrieben, zur reversierbaren Tunnelbelüftung geeignet, wobei eine starke Luftströmung zu erzeugen ist.
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Ebenfalls Deckenlüfter, in dieser Art reversierbar, lassen sich vorteilhaft einsetzen.
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Bei der gezeigten Ausführung nimmt die Drehlagerung der äußeren Nabe die volle Baulänge ein, so daß ein Motor sich außerhalb der Nabe befinden muß, wodurch die gesamte Einbaulänge des Gebläses sich nachteilig erhöht.
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Auch erscheint die Anordnung zweier Lagerstellen mit Kugellagern aufwendig.
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Desweiteren fehlen Einrichtungen zur Kompensation des Fliehkraftmoments sowie zur Sicherung der Schaufelstellung bei schwankendem Antriebsmoment.
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Außerdem ist das Gebläse für den Einsatz in Wohngebäuden weniger geeignet, da der gezeigte starre Nocken beim Reversieren störende Geräusche erzeugt.
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Die
DE-PS 963810 zeigt in
5 ein Axialgebläse mit einer Drehlagerung der Nabe
3 auf einer Nabenbuchse
30 als Gleitlagerung. Hier ist die Nabe selbst Teil der Drehlagerung, welche sich in Längsrichtung der Welle ausdehnt.
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Einseitige axiale Lagerkräfte werden von einem radialen Ansatz 30a aufgenommen, während der Stift 14 als axiale Halterung dient.
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Von Nachteil sind Aufwand zur Herstellung, einseitige axiale Gleitlagerung und Platzbedarf in Längsrichtung der Welle 1. Außerdem besteht keine Sicherung gegen Verlust von Schmierstoff unter Fliehkraft.
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In der
DE-OS 100 30497A1 wird ein reversierbares Axialgebläse mit verstellbaren Schaufeln beschrieben unter Nutzung eines besonderen Stellantriebs, der, wie auch die Leitschaufeln, aufwendig ist.
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Die
DE-PS 10 2007 059 038 B3 befasst sich mit einer Wells-Turbine mit verstellbaren Schaufeln und mit der Kompensation des Fliehkraftmoments.
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Hierzu werden Zusatzgewichte 19, 20 lotrecht zur Profilsehne 11 und mit Querabstand zur Drehachse 5 angeordnet, derart, daß ein reduziertes Fliehkraftmoment mit dem Luftkraftmoment ins Gleichgewicht gebracht wird.
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Für reversierbare Axialgebläse ist jedoch diese Anordnung der Gewichte nicht zwingend, wie noch zu erläutern.
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In der
DE-GM 8906274 U1 ist ein Laufrad auf einer Motorwelle an zwei beabstandeten Stellen drehbar gelagert, wodurch sich die Baulänge nachteilig vergrößert.
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Ein zentrales Tellerrad trägt einen ungefederten Anschlag- Nocken zur Festlegung der Schaufelstellung, welche durch Reibung infolge Fliehkraft gesichert wird.
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Die
DE-GM 7818539 U1 zeigt eine mittels Kegelrädern synchrone Verstellbarkeit der Schaufeln eines Axialgebläses von Hand und Sicherung der Schaufelstellung durch eine Schraube und eine rauhe Scheibe.
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Die
DE-OS 2241768 A beschreibt eine weit weniger als 180° verstellbare Laufschaufel mittels Hebel, auf den ein nicht näher erläutertes Stellglied einwirkt. Gegengewichte kompensieren das Fliehkraftmoment.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Axialgebeläse mit bis zu 180° verstellbaren Schaufeln baulich zu vereinfachen, kompakt zu gestalten, die Schaufelstellung im Betrieb zu sichern sowie Schlaggeräusche beim Reversieren zu verhindern.
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Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.
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Die Erfinder haben erkannt, dass bei einem reversierbaren Axialgebläse eine flach bauende, scheibenförmige Drehlagerung der Nabe vorteilhaft ist. Dadurch werden Aufwand und Baulänge verringert.
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Bei der erfindungsgemäßen Drehlagerung sitzt ein flacher Ring fest auf einem Zentralrad, welches in einer Fassung drehbar gehalten wird, an der die Nabe befestigt ist.
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Ein Kippmoment von der Nabe erzeugt ein axiales Kräftepaar an der Ringscheibe, wobei die Kräfte und der durch die axiale Lagerluft mögliche Kippwinkel mit vergrößertem Durchmesser des Rings abnehmen.
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Der vergrößerte Durchmesser der Lagerung hat zusätzlich den Vorteil, dass unter Schmierstoff die viskose Drehdämpfung stärker wirksam ist. Dadurch wird die Geschwindkeit der Schaufelverstellung, damit auch die Aufprallenergie an den Anschlägen, bzw. die Geräuschentwicklung verringert.
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In einer ersten Ausführung kann der Ring, innerhalb einer Fassung drehbar, mit dieser eine Gleitlagerung bilden.
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In abgewandelter Ausführung ist der Ring ein einzelnes Rillenkugellager. Bei diesem kann jedoch die Lagerluft bzw. der Kippwinkel zu groß sein. Es hat sich überraschend herausgestellt, daß das Axialspiel des Rillenkugellagers zwecks Reduzierung der Lagerluft ohne Verlust an Leichtgängigkeit reduziert werden kann, indem an mindestens drei am Umfang in etwa gleich verteilten Stellen der Außenring radial nach innen vorgespannt wird.
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Bei der Schaufelstellung an einem Anschlag tendiert im Blasbetrieb ein Fliehkraftmoment die Schaufel unerwünscht in die Rotorebene zurückzudrehen. Daher wird die völlige Kompensation des Fliehkraftmoments mit Gewichten vorgeschlagen.
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Dadurch werden im stationären Betrieb, d. h. bei konstantem, auch geringem Antriebsmoment, die Schaufeln sicher an den Anschlagstellungen gehalten.
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Die Erfinder haben ferner erkannt, daß im Unterschied zum Stand der Technik, bei dem Gewichte senkrecht zur Profilsehne offenbart sind, das Fliehkraftmoment bei dem erfindungsgemäßen Axialgebläse auch bei einer deutlichen Abweichung von der senkrechten Anordnung der Gewichte vollständig kompensiert werden kann.
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Die ist möglich durch die zwei festgelegten, spiegelbildlich gleichen Winkelstellungen der Schaufeln zur Rotorebene.
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Das relativ kleinste Gewicht ergibt sich bei dessen Ausrichtung unter 45° zur Rotorebene.
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Es genügt, nur ein Gewicht je Kegelrad einzusetzen. Da die Kegelräder im Eingriff mit dem Zentralrad sich alle synchron verstellen, wird Unwucht vermieden. Im instationären Betrieb, wenn der Luftstrom des Gebläses geregelt werden soll, bei wechselndem Gegendruck, muss bekanntlich die Drehzahl ständig verändert werden.
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Das hierbei zeitweise wegfallende Antriebsmoment führt dazu, dass der Motor von der Nabe mitgeschleppt wird, was sich per Prinzip wie eine Reversierung auswirkt und die Schaufeln unerwünscht verstellt.
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Alternativ oder ergänzend zur Kompensation des Fliehkraftmoments, insbesondere zur weiteren Sicherung der Schaufelstellung im instationären Betrieb, lassen sich die Schaufelwellen mit den Kegelrädern unter Fliehkraft gegen Bremsflächen andrücken, wodurch die Schaufelstellung blockiert ist.
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Als Bremsflächen sind besonders Gummischeiben geeignet, da diese unter geringem Andruck beim Reversieren wenig Reibung und Verschleiß, jedoch mit wachsendem Andruck ein progressives Reibverhalten zeigen.
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Unter Verzicht auf Leitschaufeln lassen sich zwei erfindungsgemäße Axialgebläse auch gegenläufig betreiben. Hierbei ist zu beachten, dass die Schaufelstellungen der Gebläse aufeinander abgestimmt sind.
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Eine hohe Effizienz ist bei dieser Betriebsart, wie an sich bekannt, durch die Umsetzung der Drallströmung in zusätzliche Druckerhöhung gegeben.
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Anhand der folgenden schematischen 1 bis 4 wird die Erfindung näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 ein Axialgebläse im Längsschnitt mit einem Ring zur Gleitlagerung der Nabe.
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2 in Anlehnung an 1 den Teilbereich eines Längsschnitts mit einem Ring zur Wälzlagerung der Nabe.
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3 einen Querschnitt längs Linie A..A von 2 mit einem vorgespannten Wälzlager.
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4 in Anlehnung an 1 eine Ansicht in Richtung der Schaufelwelle mit Gewicht und dessen Größenverlauf.
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In 1 umfasst ein Axialgebläse 1 Schaufeln 2 (eine dargestellt), getragen von jeweils einer Schaufelwelle 3, welche in der Nabe 4 drehbar gelagert ist.
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Kegelräder 6 (eines dargestellt) befinden sich auf den Schaufelwellen 3 (eine dargestellt) im Eingriff mit einem auf der Welle 7 eines Motors 8 sitzendem Zentralrad 9. Auf diesem sitzt ein Ring 10 innerhalb einer Fassung 11, eine drehbare Gleitlagerung bildend. An der Fassung 11 ist die Nabe 4 befestigt.
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Die freie Stirnfläche des Zentralrades 9 trägt einen Hebel 12 zur Festlegung der beiden Stellungen der Schaufeln 2 gegen zwei Anschläge 13 (einer dargestellt), wobei die Anschläge und/oder der Hebel nachgiebig federnd sind.
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Gewichte 16, (eines dargestellt), sitzen in den Kegelrädern 6, zur Kompensation des Fliehkraftmoments.
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In weiterer Ausführung können Bremsflächen 17 zur Blockierung der Schaufelstellung vorgesehen sein.
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Wie ersichtlich, kann sich der Motor 8 größtenteils in Nabe 4 befinden, so dass die Einbaulänge des Axialgebläses erheblich reduziert wird.
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In 2 ist die Drehlagerung einer Nabe 104 mit einem Ring als einzelnes Kugellager 110 ausgeführt. Dessen Innenring sitzt auf einem Zentralrad 109, während der Außenring von einer Fassung 111 umgeben ist, welche die Nabe 104 trägt.
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In 3 befinden sich zwischen der Fassung 111 und dem Außenring des Kugellagers 110 mindestens drei Vorsprünge 20, 21, 22, die in etwa gleichmäßig am Umfang verteilt sind.
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Damit wird der Außenring radial gegen die Kugeln auf Druck vorgespannt, so dass sich im Bereich der Vorsprünge die Lagerluft verringert.
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Ein Vorsprung 20 in 3 kann auch als Stellschraube 23 in der Fassung 111 (gestrichelt dargestellt), ausgeführt sein, wodurch die Vorspannung nach Maßgabe des Kippwinkels und/oder des Drehmoments vom Kugellager 110 einstellbar ist.
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Da die Vorsprünge den Außenring im 10-μm-Bereich beständig verformt halten sollen, müssen Fassung 111 und Kugellager 110 zur Vermeidung von wechselnder Vorspannung aus Werkstoffen der gleichen Wärmedehnung bestehen, vorwiegend aus Stahl.
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Bei Verwendung eines Zentralrads 109 (2) aus Kunststoff lässt sich das Kugellager 110 mit einem im Querschnitt elastischen O-Ring 114 o. dgl. in einer Umlaufnut des Zentralrads 109 zentrieren. Der Innenring des Kugellagers 110 wird mit einem Sicherungsring 115 fixiert.
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Eine Zentrierung der Fassung 111 (2) auf der Nabe 104 bei unterschiedlichen Werkstoffen ist mit einem O-Ring 130 in einer ringförmigen Halterung 131 möglich, die auf der Nabe befestigt ist.
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Derartige elastische Zentrierungen können bei Bedarf auch in 1 eingesetzt werden.
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In 1 und 2 ist ersichtlich, dass kein Verlust an Schmierstoff unter Fliehkraft entsteht, wegen der radial nach innen übergreifenden Fassungen 11 und 111 sowie deren dichter Anlage an den Naben 4 und 104.
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In 4 hat die Schaufel 2 beim Reversieren rechtsdrehend die Rotorebene B..B durchlaufen und die gezeigte Position am Anschlag erreicht. Das Fliehkraftmoment MF versucht die Schaufel 2 in die Rotorebene B..B zurück zu drehen. Dagegen wirkt ein gleich großes Kompensationsmoment MK, erzeugt mittels Gewicht 16 auf dem Kegelrad 6 unter dem Winkel PHI = 45°.
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Ein Polardiagramm zeigt die relative Größe G des Gewichts 16 in Abhängigkeit vom Winkel PHI, vom Mittelpunkt des Kegelrads 6 aus gemessen. Erkennbar ist ein breiter Sektor G beiderseits von PHI = 45°, in dem ein Gewicht 16 mit erträglicher Zunahme angeordnet werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Axialgebläse
- 2
- Schaufeln
- 3
- Schaufelwelle
- 4, 104
- Nabe
- 5
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- 6
- Kegelrad
- 7
- Welle
- 8
- Motor
- 9, 109
- Zentralrad
- 10, 110
- Ring
- 11, 111
- Fassung
- 12
- Hebel
- 13
- Anschlag
- 114, 130
- O-Ring
- 115
- Greifring
- 16
- Gewicht
- 17
- Bremsflächen
- 18
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- 19
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- 20
- Vorsprung
- 21
- Vorsprung
- 22
- Vorsprung
- 23
- Stellschraube
- 24
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- 131
- Halterung
- MF
- Fliehkraftmoment
- MK
- Kompensationsmoment
- A..A
- Schnittfläche in 2
- B..B
- Rotorebene in 4
- PHI
- Winkel
- G
- Gewichtsgröße
