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Die Erfindung betrifft ein Lüfterrad, das ungeachtet seiner Beschränkung auf nur eine Antriebsdrehrichtung und der dadurch eingeschränkten Anforderungen an die zugehörige Antriebseinheit den Anforderungen nach entgegengesetzten Förderrichtungen und nach Variabilität im Fördervolumen, insbesondere in Abhängigkeit von einer axialen Belastung des Lüfterrades, gegebenenfalls aber auch jeweils gewählten, frei einstellbaren axialen Belastung des Lüfterrades, gerecht wird.
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Erreicht wird dies durch eine konstruktive Ausgestaltung des Lüfterrades mit einer koaxial zur Antriebseinheit liegenden, bevorzugt zumindest einen Teil der Antriebseinheit aufnehmenden und umschließenden sowie spielbehaftet axial verschiebbaren und mit Drehspiel angetriebenen Nabe. In dieser Nabe sind die radialen Lüfterflügel um ihre Flügelachsen drehbar gehalten und gegen zur Antriebseinheit lagefeste und axial zueinander beabstandete Antriebsbahnen, entsprechend der lastabhängig axialen Verstellung der Nabe zur Antriebseinheit antriebsverbunden abstützbar. Das Drehspiel der Nabe zur Antriebseinheit ist dabei auf ein Schaltfenster, gegebenenfalls auch dämpfend und/oder temperaturabhängig, beschränkt, und zwar bezogen auf eine zur Umlaufebene des Lüfterrades senkrechte Querebene als Umschlagebene, über die die Lüfterflügel um ihre Drehachse verdrehbar zwischen entgegengesetzten Förderrichtungen, nämlich Saug- oder Blasrichtung umgestellt werden.
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Zu der im Drehspiel begrenzten Antriebsverbindung der Nabe zur Antriebseinheit ist im Rahmen der Erfindung ein Stelltrieb vorgesehen, und zwar in der axialen Verbindung zwischen der Antriebseinheit und dem Nabenkopf liegend, wobei zum Nabenkopf drehfest und zusammen mit dem Nabenkopf entsprechend dem Axialspiel zwischen Nabe und Antriebseinheit axial verschieblich ein Schaltstern vorgesehen ist.
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Dieser Schaltstern liegt im axialen Überdeckungsbereich zu zwei Ringscheiben, die mit der Antriebseinheit, insbesondere einem Antriebsteil der Antriebseinheit dreh- und lagefest verbunden sind und gegenüber denen der Schaltstern im Rahmen des vorgesehenen Axialspieles der Nabe zum Antriebsteil axial verstellbar ist. Diese Ringscheiben sind miteinander nicht nur lagefest verbunden, sondern bezüglich ihres Innenumfangs jeweils auch mit gleichen mäanderförmigen Strukturen versehen, zu denen seitens des Schaltsterns eine gegenläufig mäanderförmige Struktur umfangsseitig vorgesehen ist.
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Durch das Zusammenwirken der mäanderförmigen, deckungsgleich liegenden Strukturen der Ringscheiben und der mäanderförmigen, umfangsseitigen Struktur des Schaltsterns sind in Umfangsrichtung radiale Eingriffsbereiche gegeben, die entsprechend einem in Umfangsrichtung gegebenen Drehversatz zwischen den ringseitig und sternseitig gegebenen, radial überlappenden Begrenzungsflächen die Verdrehung des Schaltsterns gegen die Ringscheiben ermöglichen und begrenzen, und damit jeweils entsprechende, beim Axialversatz des Schaltsternes jeweils gleichzeitig anzufahrende Schaltfenster festlegen.
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Entsprechend der jeweiligen Schaltfenstergröße und der durch diese Größe festgelegten Verdrehbarkeit zwischen Nabe und Antriebseinheit ist der Umschaltvorgang in der Umstellung von Drehen auf Saugen, oder umgekehrt, auf einen verhältnismäßig kleinen Drehbereich begrenzt, der ausreichend ist, einen weitgehend ungehinderten axialen Übergang des Schaltsterns aus einer zu einer der Ringscheiben gegebenen gleichen Ebenenlage auf die Ebene der anderen Ringscheibe zu ermöglichen.
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Entsprechend ist der Umschaltvorgang also nicht mit hohen Stellkräften verbunden, zumal die mit der Umschaltung einhergehende Verdrehung der Lüfterflügel um ihre Drehachsen bei schlagartigen Umschaltvorgängen massekraftabhängig durch ein trägheitsbedingtes Überschwingen der Umschaltebene begünstigt wird.
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Ferner kann die Anzahl der Schaltfenster abgestimmt auf die jeweilige Form der mäanderförmigen Konturierung gewählt werden, die im Hinblick auf eine zur Drehachse symmetrische Abstützung zumindest zwei in Bezug auf die Drehachse einander gegenüberliegende Schaltfenster bedingt und im Hinblick auf eine leichtgängige axiale Verschiebung des Schaltsternes gegen die Ringscheiben auch angepasste Führungsflanken aufweisen kann.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung und den Zeichnungen. Es zeigen:
- 1 eine Explosionsdarstellung des Nabenbereiches des Lüfterrades mit angedeuteter Lage für einen der zur Nabe radialen Flügel des Lüfterrades und mit vom Drehantrieb für das Lüfterrad abgezweigtem Stelltrieb zur Verdrehung der Lüfterflügel um ihre Flügelachsen,
- 2 eine schematisierte Querschnittsdarstellung des in 1 als Explosionszeichnung veranschaulichten Lüfterrades, radial längs der Achse eines Flügels gesehen,
- 3 und 5 Schemaansichten von bei gleicher Drehrichtung auf entgegengesetzte Richtungen fördernden Lüfterrädern mit auf entgegengesetzt quer zur Umlaufebene des Lüfterrades ausgerichteten Lüfterflügeln, und es veranschaulichen
- 4 und 6 korrespondierend zu den Flügelstellungen gemäß 3 und 5 die Funktion des absätzig arbeitenden Stelltriebes zur Verdrehung der Lüfterflügel um ihre Flügelachsen und dessen absätzig aufeinanderfolgende Arbeitsschritte in Abwicklungen.
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Das Lüfterrad gemäß 2, das in 1 in einer perspektivischen Explosionsdarstellung detailliert gezeigt ist, ist insgesamt mit 1 bezeichnet und umfasst als Teil einer Antriebseinheit 2 einen zur Drehachse 3 koaxialen Antriebsteil 4. Zu diesem Antriebsteil 4 kann, eine Antriebseinheit 2 bildend, ein jeweiliger motorischer, gegebenenfalls auch elektromotorischer Antrieb integriert, oder auch direkt oder indirekt verkuppelt vorgesehen sein.
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In beiden Ausgestaltungsformen ist der Antriebsteil 4 bevorzugt mit zwei in Richtung der Drehachse 3 des Lüfterrades 1 koaxial einander gegenüberliegenden ringförmigen Antriebsbahnen 6 und 7 versehen, die die einander gegenüberliegenden Seitenwände eines radial nach außen offenen Ringkanales 24 bilden, in den die zapfenartigen, in der Nabe 5 gelagerten Fußteile 12 der radialen Lüfterflügel 8 des Lüfterrades 1 mit radialem Spiel hineinragen. Bevorzugt sind die in den Ringkanal 24 hineinragenden Enden der zapfenartigen Fußteile 12 durch Antriebselemente, wie Ritzel 10 gebildet, die bei Kraftübertragung zu einer der Antriebsbahnen 6, 7 gegen die andere Antriebsbahn 7,6 freiliegen.
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Entsprechend dieser Auslegung ist der Antriebsteil 4 in Richtung der Drehachse 3 im Rahmen eines axialen Spieles S verschieblich, das alternativ eine Antriebsabstützung des Ritzels 10 gegen eine der einander gegenüberliegenden Antriebsbahnen 6, 7 ermöglicht.
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Durch diesen Eingriff des bevorzugt durch ein Ritzel 10 gebildeten Endes des zapfenartigen Fußteiles 12 zwischen die Antriebsbahnen 6 und 7 und die jeweilige Antriebsabstützung zu einer dieser Antriebsbahnen 6, 7 sind die Lüfterflügel 8 um ihre Flügelachsen 9 drehbar. Diese Drehbarkeit der Lüfterflügel 8 um ihre Flügelachsen 9 ermöglicht bei gleichbleibender Drehrichtung des Lüfterrades 1 die Umstellung auf entgegengesetzte Förderrichtungen, so dass beispielsweise zwischen einem Arbeitsbetrieb mit Ansaugung eines Luftstromes durch einen vorgelagerten Kühler 11, einem „Saugbetrieb“, und einem „Blasbetrieb“ umgeschaltet werden kann, bei dem über das Lüfterrad 1 ein blasend gegen den Kühler 11 gerichteter Luftstrom erzeugt wird, um - beim Blasen gegen den Kühler 11 - den Kühler 11 von angesetzten Verunreinigungen zu befreien.
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Entsprechend den - je nach Arbeitsbetrieb - entgegengesetzten Förderrichtungen und der damit auch über die Lüfterflügel 8 - und deren Lagerung in der Nabe 5 - auf die Nabe 5 wirkenden, in Richtung der Drehachse 3 einander entgegengerichteten Axialkräfte ergibt sich im Spielbereich S eine axiale Verlagerung der Nabe 5 zum Antriebsteil 4. Diese Verlagerung führt dazu, dass die Abstützlage des Ritzels 10 zu den Antriebsbahnen 6, 7 wechselt, verbunden mit einem Wechsel in der Antriebsdrehrichtung des Ritzels 10, und damit auch für den jeweiligen Lüfterflügel 8.
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Sieht das Ausführungsbeispiel die Umstellung der Flügelwinkel in ihrer Förderrichtung unter dem Einfluss aerodynamischer Stellkräfte vor, etwa eingeleitet durch kurzzeitige Unterbrechung z. B. Abschalten des Antriebes, so ist erfindungsgemäß bevorzugt auch vorgesehen, entsprechende Stellimpulse zum Beispiel mittels mechanischer oder elektrischer Stellvorrichtungen auf die Nabe 5 aufzubringen, womit eine jeweils gewollte, also willkürlich eingeleitete Umstellung des Lüfterrades erreicht werden kann. Eine diesbezügliche Stellvorrichtung kann beispielsweise ergänzend, oder auch unabhängig von der aerodynamischen Beaufschlagung zum Einsatz gebracht werden, zum Beispiel zur Festlegung drehzahlabhängiger und/oder temperaturabhängiger Umschaltpunkte.
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Die Umstellung der in der Nabe 5 in der Trennebene zwischen antriebsseitigem Nabenteil 28 und gegenüberliegendem, kopfseitigen Nabenteil 27 gelagerten Lüfterflügel 8 in ihrer Ausrichtung auf die bei „Saugen“ und „Blasen“ entgegengesetzten Förderrichtungen ist in den 3 und 5 veranschaulicht, und zwar durch eine Drehung der Lüfterflügel 8 um ihre Flügelachsen 9, wobei die Umstellung auf entgegengesetzte Förderrichtungen mit einer Drehung der Lüfterflügel 8 um ihre Flügelachsen 9 über einen Drehwinkel in der Größenordnung von etwa 120 bis 150° verbunden sein kann, und wobei die Lüfterflügel 8 bei dieser Drehung jeweils über eine zur Umlaufebene 13 des Lüfterrades 1 senkrechte Querebene, die Umschlagebene 14, schwenken, wie in den Darstellungen gemäß 3 und 5 veranschaulicht.
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Diese Umstellung erfolgt im Ausführungsbeispiel jeweils um einen zum Antriebsteil 4 und zur Nabe 5 konzentrischen, von der Nabe 5 umschlossenen Stelltrieb 15.
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Dieser Stelltrieb 15 umfasst zwei zur Drehachse 3 des Lüfterrades 1 konzentrische und damit auch zur Nabenachse koaxiale Ringscheiben 16, 17, die an ihrem inneren, zu ihrer zentralen Ausnehmung abgrenzenden Ringfang mit jeweils zumindest im Wesentlichen deckungsgleichen, etwa mäanderförmigen Innenkonturierungen 18 versehen sind. Bezüglich ihrer mäanderförmigen Innenkonturierungen 18 sind die Ringscheiben 16, 17 in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt axial lagefest miteinander verbunden. Auf die Innenkonturierung 18 der Ringscheiben 16, 17 abgestimmt ist ein Schaltstern 19 mit einer umfangsseitigen, komplementär mäanderförmigen Außenkonturierung 32.
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Die jeweilige mäanderförmige Konturierung 18 bzw. 32 ergibt sich dadurch, dass die Ringscheiben 16, 17 zum jeweiligen inneren Ringumfang offene Aussparungen 20 aufweisen, die durch radial zwischen die Aussparungen 20 einspringende Arme 21 gegeneinander abgegrenzt sind. Die komplementäre Konturierung des Schaltsternes 19 sieht gegen dessen Außenumfang auskragende, also radial nach außen vorspringende Arme 22 zu in Umfangsrichtung dazwischenliegenden Aussparungen 23 vor, wobei der in Umfangsrichtung gemessene Abstand zwischen jeweils radial auskragenden benachbarten Armen 21 der Ringscheiben 16, 17, und damit die in Umfangsrichtung gemessene Breite der Aussparungen 20 der Ringscheiben 16, 17 größer ist als die Breite der Arme 22 des Schaltsternes 19.
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Dementsprechend weist der Schaltstern 19 mit einem jeweiligen Arm 22 zu einer jeweiligen Aussparung 20 - als Schaltfenster 30 - einer der Ringscheiben 16, 17 in Umfangsrichtung Spiel auf. Das verhakungsfreie Eingleiten der Arme 22 des Schaltsternes 19 in korrespondierende Aussparungen 20 kann durch Kantenverrundungen und/oder Anschrägungen erleichtert werden.
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Der Schaltstern 19 ist zur koaxialen Nabe 5 lagefest auf eine axiale Überschneidungslage zu den Ringscheiben 16, 17 abgestützt und liegt entsprechend der axialen Beaufschlagung der Nabe 5 durch die im „Saugbetrieb“ oder „Blasbetrieb“ entgegengesetzten axialen Beaufschlagungskräfte jeweils zu einer der Ringscheiben 16, 17 in gleicher Ebene, wobei die Ringscheiben 16, 17 aufgrund ihrer Zusammenfassung zu einem „Paket“ sich wechselseitig abstützen und trotz geringer Dicke unter Beibehalt ihrer planen Ausbildung auch große Drehmomente auf den Schaltstern 19 übertragen können.
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Für den Schaltstern 19, der in seiner Dicke zumindest im Bereich seiner Außenkontur auf die Dicke der Ringscheiben 16, 17 abgestimmt ist, besteht die Möglichkeit, diesen im Bereich seines zentralen Bereichs durch Verdickung oder dergleichen zu verstärken und/oder schüsselartig auszuwölben. Insbesondere kommt dies auch im Hinblick auf die starre Anbindung des Schaltsternes 19 zum Nabenkopf 27 in Frage.
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Ändert sich die Richtung der Reaktionskraft 29, so wird der Schaltstern 19 entsprechend dem axialen Spiel S zwischen der Nabe 5 und Antriebsteil 4 axial verlagert und es wechselt der Schaltstern 19 im Bereich der Schaltfenster 30 (siehe 4 und 6) auf die jeweils andere der aneinander angrenzenden und miteinander verbundenen Ringscheiben 16, 17. Dies mit der Folge, dass entsprechend der höhenversetzten Lage des Schaltsternes 19 das zwischen die Antriebsbahnen 6 und 7 eingreifende Ritzel 10 in seiner Eingriffslage zu den Antriebsbahnen 6, 7 wechselt. Dies ist wiederum bei gleichbleibender antriebsseitiger Drehrichtung mit einem Wechsel der Drehrichtung der Lüfterflügel 8 um ihre jeweilige Flügelachsen 9 verbunden.
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Erfolgt beispielsweise ausgehend von einem Arbeitszustand „Blasen“ eine Umstellung auf den Arbeitszustand „Saugen“, so verringert sich die mit dem Blaszustand verbundene axiale Beaufschlagung des Lüfterrades 1 mit der Annäherung der Ausrichtung der Lüfterflügel 8 an ihre Umschlagebene 14 und führt in einem Grenzbereich zum Wechsel der Anlage des Ritzels 10 zwischen den Antriebsbahnen 6 und 7 sowie dem Umschlagen der Flügel 8, wobei dies im Bereich von Schaltfenstern 30 erfolgt.
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Entsprechend der Konturierung der Ringscheiben 16, 17 und des Schaltsternes 19 über den jeweiligen Umfang ist zumindest jeweils ein Schaltfenster 30 vorgesehen, bevorzugt aber sind auch im Hinblick auf zur Drehachse 3 symmetrische Stützkräfte zumindest zwei oder mehr einander diametral gegenüberliegende Schaltfenster 30 vorgesehen.
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Abgesehen von der durch das Spiel S begrenzten Sicherung der Axiallage des zur Nabe 5 drehfesten Schaltsternes 19 zur jeweils entsprechend der Betriebsphase „Blasen“ oder „Saugen“ axial in Überdeckung liegenden Ringscheibe 16, 17 außerhalb des schaltfensterbegrenzten Umschlagbereiches ermöglicht die Erfindung ungeachtet der Erweiterung der Funktionen einen sehr kompakten Aufbau. Zudem hat das Drehspiel zwischen Schaltstern 19 und jeweiliger, in axialer Überdeckungslage befindlicher Ringscheibe 16, 17 einen stoßarmen Übergang beim Wechsel des Schaltsternes 19 zwischen den Ringscheiben 16, 17 aufgrund der einander entsprechenden Drehgeschwindigkeiten und der jeweils spielbegrenzt absätzig unterbrochenen Antriebsverbindung zur Folge.
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Die erfindungsgemäße Trennung von axialem und radialem Eingriffsweg in der Antriebsverbindung zwischen dem Antriebsteil 4 und der durch die aerodynamische Kraft beaufschlagten Nabe 5 wirkt sich auf die konstruktiven Gestaltungsmöglichkeiten vorteilhaft aus, so insbesondere hinsichtlich der Gestaltung des Stelltriebes 15 aus einfach herzustellenden und raumsparend miteinander zusammenwirkenden Elementen, die bei wechselseitiger Abstützung zwischen diesen Elementen auch eine sehr leichte und kompakte Bauweise ermöglicht.
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Der erfindungsgemäße Stelltrieb 15 hat außerhalb der Umschaltphase zur Folge, dass die Lüfterflügel 8 über die ihnen zugeordneten Ritzel 10 zu einer der Antriebsbahnen 6, 7 stationär „in Eingriff“ stehen und somit das Lüfterrad 1 über zum Antriebsteil 4 parallele Antriebswege drehfest abgestützt ist, nämlich durch vorgenannte Eingriffe des Ritzels 10 in eine der Antriebsbahnen 6, 7 und über die Lagerung seiner Lüfterflügel 8 in der zum Antriebsteil 4 drehfesten Nabe 5, was zu wechselseitiger Entlastung führt.
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Für ein in einer Drehrichtung anzutreibendes Lüfterrad 1 mit einer zentralen Antriebseinheit 2, mit zur Antriebseinheit 2 koaxialer Nabe 5 und mit radialen, in der Nabe 5 gelagerten Lüfterflügeln 8 ist eine Ausbildung vorgesehen, bei der die Lüfterflügel 8 fußseitig zwischen zwei zur Antriebseinheit 2 lagefeste und in Richtung der Drehachse 3 des Lüfterrades 1 koaxial einander gegenüberliegende Antriebsbahnen 6,7 eingreifen und in ihrem Flügelwinkel durch Antrieb über jeweils eine der Antriebsbahnen 6,7 um ihre Flügelachsen 8 über eine zur Umlaufebene 13 senkrechte Umschlagebene 14 auf entgegengesetzte Förderrichtungen umstellbar sind.
