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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Axial-Ventilator mit Laufschaufeln nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Es sind derartige Axial-Ventilatoren bekannt, bei denen die Laufschaufeln ein Strömungsprofil aufweisen. Dabei ist die Orientierung der Laufschaufeln auf der Laufradnabe einstellbar, indem die Laufschaufeln um ihre Längsachse drehbar sind. Dabei sind die Laufschaufeln über Holmen an der Laufradnabe gelagert.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Konstruktion eines Axial-Ventilators vorzuschlagen, mit der die Einstellbarkeit der Laufschaufeln möglichst einfach durchführbar ist.
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Diese Aufgabe wird nach der vorliegenden Erfindung gemäß Anspruch 1 gelöst, indem an den Holmen der Laufschaufeln jeweils ein Kegelritzel angeordnet ist, wobei die Kegelritzel in ein Kegelrad mit einem Planetengetriebe auf der Verstellantriebswelle eingreifen.
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Die Verstellantriebswelle ist die Ausgangswelle des Verstellmotors, über den die Orientierung der Laufschaufeln eingestellt wird. Davon zu unterscheiden ist die Antriebswelle des Antriebsmotors, über die der Axial-Ventilator in Rotation versetzt wird.
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Dabei erweist es sich als vorteilhaft, dass die Verstellung der Laufschaufeln synchronisiert erfolgt. Dadurch ergibt sich in vorteilhafter Weise ein einheitliches Strömungsbild.
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Durch die Konstruktion lassen sich die Laufschaufeln insbesondere auch um große Winkel drehen. Es ist konstruktionsbedingt möglich, die Laufschaufeln vollständig um 360 Grad um ihre Längsachse einstellbar zu verdrehen. Selbstverständlich lassen sich dabei auch kleinere Winkel einstellen.
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Dadurch wird es beispielsweise möglich, einen Reversierbetrieb des Axial-Ventilators bei optimiertem Wirkungsgrad und optimiertem Leistungsvermögen für beide (entgegengesetzte) Förderrichtungen zu erreichen (Vorwärts- und Rückwärtsbetrieb).
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Dazu werden vorteilhaft asymmetrische und profilierte Laufschaufeln verwendet.
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Diese Konstruktion kann für regelbare Ventilatoren verwendet werden, bei denen eine Laufschaufelverstellung während des Betriebes erfolgt, oder auch für Ventilatoren mit zwei Stellungen der Laufschaufeln- eine für Vorwärtsbetrieb und eine für Reversierbetrieb.
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Bei dem Wechsel zwischen Vorwärtsbetrieb und Reversierbetrieb müssen die Ventilatoren bei Störfällen wie beispielsweise beim Auftreten von Brand, Schlagwetter und Explosion schnell reagieren und auf Reversierbetrieb umschalten, um Menschenleben zu retten. Dies gilt insbesondere für:
- – Bewetterung von Gruben und bei Schlagwetter
- – Axiale Tunnelventilatoren zur Be- und Entlüftung von Tunneln mit einer geeigneten Förderrichtung für den Brandfall
- – Strahlventilatoren mit je einem Betriebspunkt für Vorwärtsbetrieb und Reversierbetrieb bei Tunnel mit Gegenverkehr und entsprechende Schaltung bei Tunnelbrand.
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Bei der Ausgestaltung nach Anspruch 2 erfolgt die Einstellung der Orientierung der Laufschaufeln mittels eines hydraulischen Verstellmotors. Das Antriebsmoment des hydraulischen Verstellmotors hält die Laufschaufeln während des Betriebs des Axial-Ventilators in der richtigen Förderstellung.
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Die Ausgestaltung mit dem hydraulischen Verstellmotor hat den Vorteil, dass ein hydraulischer Motor gute Leistungsdaten aufweist bei einem vergleichsweise geringen Gewicht.
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Bei der Ausgestaltung nach Anspruch 3 wird das Rückstellmoment der Laufschaufeln zumindest teilweise durch Ausgleichsgewichte kompensiert.
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Vorteilhaft wird dadurch der Verstellmotor entlastet, so dass dieser die erforderlichen Kräfte zur Einstellung der Orientierung der Laufschaufeln während des Betriebs des Axial-Ventilators nicht allein aufbringen muss.
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Gemäß der Ausgestaltung nach Anspruch 4 weist die Laufradnabe eine innere Kammer auf, wobei eine Ölfüllung in der inneren Kammer vorhanden ist, wobei die Laufradnabe weiterhin eine äußere Kammer aufweist, wobei die innere Kammer und die äußere Kammer verbunden sind über mehrere Öffnungen, die jeweils ein Dichtungssystem aufweisen, das einen Teil des Öls durchlässt und einen Teil des Öls zurückhält, wobei durch diese Dichtungssysteme die Lager der Holmen der Laufschaufeln zumindest im laufenden Betrieb des Axial-Ventilators geschmiert werden, wobei die äußere Kammer am radialinneren Endbereich mit der inneren Kammer der Laufradnabe durch Überlaufrohre in Verbindung steht, durch die beim Abstellen des Axial-Ventilators das Öl zumindest teilweise zurück in die innere Kammer der Laufradnabe strömt.
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Vorteilhaft werden durch diese Ausgestaltung die umlaufenden Lager der Holmen der Laufschaufeln sowie die Verstell-Getriebe geschmiert. Dabei ist die Laufradnabe mit einer Ölfüllung versehen. Beim Betrieb des Rotors ist das Öl gleichmäßg verteilt.
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Weiterhin ist die von der Schaufelverstelleinrichtug gebildete innere Kammer der Laufradnabe gegenüber der äußeren Kammer abgedichtet, die durch den schaufelseitigen Hohlraum gebildet wird. Diese Abdichtung erfolgt durch die nur teilweise für das Öl durchlässigen Abdichtungen. Dadurch lässt sich verhindern, dass der in dieser Kammer befindliche Ölvorrat während des Betriebs des Rotors entleert und das gesamte in der inneren Kammer der Laufradnabe befindliche Öl in die äußere Kammer verdrängt wird.
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Durch die Überlaufrohre kann sich bei Stillstand des Rotors das Öl aus der äußeren Kammer in die innere Kammer entleeren und sich wieder (im Wesentlichen vollständig) in der inneren Kammer der Laufradnabe sammeln.
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Dadurch ist eine ausreichende Schmierung gewährleistet und die Vorrichtung vor Überhitzung geschützt.
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1 zeigt einen Axial-Ventilator mit Laufschaufeln 11, wobei die Laufschaufeln 11 ein Strömungsprofil aufweisen. Die Orientierung der Laufschaufeln 11 auf der Laufradnabe 10 ist einstellbar, indem die Laufschaufeln 11 um ihre Längsachse drehbar sind. Die Laufschaufeln 11 sind über Holme 12 an der Laufradnabe 10 gelagert. An den Holmen 12 der Laufschaufeln 11 ist jeweils ein Kegelritzel 13 angeordnet, wobei die Kegelritzel 13 in ein Kegelrad 14 mit einem Planetengetriebe auf der Verstellantriebswelle 15 eingreifen.
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Dadurch sind die Laufschaufeln um ihre Längsachse drehbar und können entweder vor dem Anfahren des Axial-Ventilators oder auch im laufenden Betrieb hinsichtlich ihres Anstellwinkels eingestellt werden. Insbesondere können die Laufschaufeln auch um 180 Grad gedreht werden, so dass die Förderrichtung des Axial-Ventilators umkehrbar ist. Dabei ergibt sich, dass der Wirkungsgrad und die Leistungsdaten für beide Förderrichtungen praktisch gleich sind.
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Weiterhin zeigt die 1 eine Ausgestaltung zur Schmierung der umlaufenden Lager der verstellbaren Laufschaufeln sowie der Zahnräder der Verstell-Getriebe. Dabei enthält die Laufradnabe 10, die den Axial-Ventilator antreibt, eine konstante Ölfüllung. Dieses Öl wird beim Anlaufen des Ventilators zunächst in einer inneren Kammer 16 der Laufradnabe 10 verteilt und durchströmt das Verstell-Getriebe. Dabei wird ein Teil des Öls durch einen Haltering 21 zurückgehalten. Der nicht durch den Haltering 21 zurückgehaltene Teil des Öls durchströmt das innere Holmlager 22. In diesem inneren Holmlager 22 wird wiederum ein Teil des Öls zurückgehalten, bevor es das äußere radiale Holmlager 23 erreicht und sich in der äußeren Kammer 17 der Laufradnabe 10 ringförmig verteilt. Die innere Kammer 16 und die äußere Kammer 17 der Laufradnabe 10 sind durch die Wand 18 voneinander getrennt.
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In dieser Wand 18 befinden sich Überlaufrohre 24. Bei Stillstand des Rotors sammelt sich das Öl im unteren Bereich der Laufradnabe 10 und wird aus der äußeren Kammer 17 durch die Überlaufrohre 24 in dem – bei Stillstand des Rotors – unteren Bereich der Laufradnabe 10 in die innere Kammer 16 gedrückt. Bei einem Wiederanlaufen des Rotors wird das Öl dann wieder verteilt wie oben beschrieben.
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Es sind weiterhin noch Ausgleichsgewichte 25 zu sehen. Diese Ausgleichsgewichte wirken einem Rückstellmoment der Schaufeln 11 entgegen. Dadurch wird der Verstellantriebsmotor sowie auch das Verstellgetriebe entlastet, die sonst im laufenden Betrieb des Rotors die Kräfte zur Kompensation der Rückstellmomente der Schaufeln 11 aufbringen müssten.
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2 zeigt einen Axial-Ventilator in einer Draufsicht auf eine Schnittdarstellung bei Stillstand des Rotors. Dabei hat sich das Öl im unteren Bereich des Rotors 10 gesammelt Die Ölfüllung 201 ist in die beiden Kammern 16 und 17 verteilt. Durch diese Ölfüllung 201 wird während des Anfahrens und darüber hinaus die Getriebe- und Lagerschmierung während des Betriebes aufrechterhalten. Beim Abschalten des Axial-Ventilators wird eine Überschussmenge des Öls in die innere Kammer 16 automatisch zurückgeführt und sammelt sich in der unteren Hälfte der Laufradnabe (10).
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Die Verhältnisse sind insbesondere im Zusammenhang mit Anspruch 4 sowie 1 bereits erörtert worden.
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Entsprechend der Darstellung der 3 sind die Laufschaufeln in der Laufradnabe schwenkbar und spielfrei gelagert.
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Der Schwenkbereich 19 der Laufschaufeln kann so groß sein, dass über das Kegelrad 14 die Kegelritzel 13 um 180° und mehr geschwenkt werden können.
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In der Darstellung der 3 ist mit dem Pfeil 301 die Drehrichtung bezeichnet und mit dem Pfeil 302 die Strömungsrichtung.
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Entsprechend der Darstellung der 4 kann die Einstellung der Orientierung der Laufschaufeln derart erfolgen, dass bei Umschalten von Vorwärts- auf Rückwärtsbetrieb und Drehrichtungsumkehr des elektrischen Antriebsmotors zuerst die Laufschaufel 11 mit dem Strömungsprofil um den Winkel β (19) mit 180° und mehr geschwenkt werden kann bis der Betriebspunkt für Reversierbetrieb (20) erreicht ist.
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Es hat sich gezeigt, dass in dem Reversierbetrieb die Fördermengen-Leistung des Axial-Ventilators mehr als 80% der Fördermengen-Leistung im Vorwärtsbetrieb ist und damit einem gemessenen Kennfeld eines Axial-Ventilators im Vorwärtsbetrieb nahezu gleichkommt. Die Förderleistung kann durch die verstellbaren Laufschaufeln wie bei einem Axial-Ventilator mit Laufschaufelverstellung ausgeführt werden.
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In der Darstellung der 4 ist mit dem Pfeil 401 die Drehrichtung bezeichnet und mit dem Pfeil 402 die Strömungsrichtung.
