DE102018114534A1

DE102018114534A1 - In nur einer Drehrichtung angetriebenes Lüfterrad

Info

Publication number: DE102018114534A1
Application number: DE102018114534.9A
Authority: DE
Inventors: Karl Hägele; Markus Lechler; Samuel Arnold
Original assignee: IE Assets GmbH and Co KG
Current assignee: IE Assets GmbH and Co KG
Priority date: 2018-06-18
Filing date: 2018-06-18
Publication date: 2019-12-19
Anticipated expiration: 2038-06-19
Also published as: CN111936750B; PL3743626T3; EP3743626B1; BR112020025836A2; EP3743626A1; DE102018114534B4; US20210164355A1; CN111936750A; RU2741533C1; WO2019242799A1; ES2898347T3

Abstract

In nur einer Drehrichtung antreibbares Lüfterrad, bei dem die Lüfterflügel über eine zu ihrer Umlaufebene senkrechte Umschlagebene durch trägheitsbedingte Rotation des Lüfterrades sowie durch aerodynamische Beaufschlagung ihrer Lüfterflügel auf entgegengesetzte Förderrichtungen umstellbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein in nur einer Drehrichtung angetriebenes Lüfterrad mit zur Lüfterradnabe radialen Lüfterflügeln, bei dem die Lüfterflügel, die zur Nabe antriebsverbunden um ihre Flügelachsen drehbar sind, in ihrem Flügelwinkel zur Umlaufebene des Lüfterrades angestellt und über eine zur Umlaufebene des Lüfterrades quer liegende Umschlagebene in ihrem Flügelwinkel auf entgegengesetzte Förderrichtungen umzustellen sind.
Solche Lüfterräder sind vielfach bekannt und insbesondere hinsichtlich der Verstellung ihrer Lüfterflügel in ihrem Flügelwinkel zur Umlaufebene des Lüfterrades oft aufwändig, insbesondere bezüglich der Umstellung der Lüfterflügel in ihrem Flügelwinkel über eine zur Umlaufebene des Lüfterrades quer liegende Umschlagebene auf entgegengesetzte Förderrichtungen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde Wege aufzuzeigen, wie sich diesbezüglich Vereinfachungen sowohl hinsichtlich der funktionalen Voraussetzungen wie auch der Durchführung der Verstellung erreichen lassen.
Eine diesbezügliche erfindungsgemäße Möglichkeit besteht insbesondere darin, bei anschlagbegrenztem Freigang des Lüfterrades zum Antrieb die Lüfterflügel, ausgelöst durch Drehzahlreduzierung des Antriebes bis in den Bereich der Unterbrechung des Antriebes des Lüfterrades, zur Umschlagebene durch trägheitsbedingte, massekraftabhängige Rotation des Lüfterrades und/oder durch aerodynamische Beaufschlagung um ihre Flügelachsen auf entgegengesetzte Förderrichtungen umzustellen. Eingeleitete Schwenkbewegungen der Lüfterflügel über die Umschlagebene können so unterstützt und beschleunigt werden, so dass sehr kurze Umschlagzeiten für die Lüfterflügel zwischen auf ihren entgegengesetzten Förderrichtungen ausgerichteten Flügelwinkeln erreicht werden.
Durch den Rückgriff auf vorhandene Funktionalitäten lässt sich die erfindungsgemäße Lösung weitgehendst ohne Zusatzaufwand verwirklichen und insbesondere auch mit gebräuchlichen Maßnahmen, da steuernde Eingriffe auf den Antrieb zum Üblichen gehören, die Nutzung von Massekräften in Abhängigkeit von Drehzahländerungen des Antriebes ohne Zusatzaufwand möglich ist und auch eine zum in der Drehzahl reduzierten oder unterbrochenen Antrieb überschwingende, trägheitsbedingte Rotation des Lüfterrades ergänzende Möglichkeiten der Einflussnahme auf die Einstellung des Flügelwinkels der Lüfterflügel um ihre Flügelachsen bietet, sowie ergänzend und/oder korrigierend auch unter aerodynamischen Gesichtspunkten wünschenswert sein kann.
Die erfindungsgemäß gegebenen Einflussmöglichkeiten auf das Förderverhalten des Lüfterrades und auf vom Förderverhalten abhängige Korrekturen in der Arbeitsweise, wie zum Beispiel die Umstellung von einem saugenden Arbeitsbetrieb des Lüfterrades auf einen blasenden Arbeitsbetrieb, werden bei der Erfindung insbesondere über Effekte erreicht, die bei gleicher Drehrichtung des Lüfterrades von der auf entgegengesetzte Förderrichtungen ausgerichteten Einstellung der Flügelwinkel abhängig sind, wobei, ausgehend von einem Saugbetrieb und bei gleicher Drehrichtung des Lüfterrades, die Lüfterflügel um ihre Flügelachsen über eine zur Umlaufebene des Lüfterrades senkrechte Umschlagebene in eine entgegengesetzte, blasende Förderrichtung umschlagend umgestellt werden, von der aus die Lüfterflügel bei steigender Drehzahl des Antriebes und entgegengesetzter Drehung um die Flügelachsen in ihre saugende Ausgangslage einschwenken.
Entsprechend diesem Ablauf und dem anschlagbegrenzten Freigang des Lüfterrades zum Antrieb ist allein in Abhängigkeit von der Änderung der Antriebsdrehzahl die Umstellung des Lüfterrades zwischen Saug- und Blasbetrieb einzuleiten und dies nahezu ohne Steuerungsaufwand, gegebenenfalls aber in Abhängigkeit von gewünschten Zusatzfunktionen wie etwa einer druckbeaufschlagungsabhängigen Umschaltung zwischen Saug- und Blasbetrieb.
Insbesondere hinsichtlich der funktionalen Gegebenheiten wird nachfolgend das Lüfterrad bezogen auf einen vereinfachten Grundaufbau mit weiteren Details anhand der Zeichnungen erläutert. Diese zeigen, in

1 eine stirnseitige Ansicht des Lüfterrades mit zu dessen zentraler, angetriebener Nabe radialen Lüfterflügeln, die jeweils entsprechend der gewünschten Förderrichtung zur Umlaufebene des Lüfterrades unter einem Flügelwinkel angestellt sind und die in den Drehlagen um ihre Flügelachsen auf die zu ihren entgegengesetzten Förderrichtungen gegebenen Endlagen anschlagbegrenzt sind,
2 eine schematisierte Darstellung des Lüfterrades in stirnseitiger Ansicht eines zur Umlaufebene des Lüfterrades unter einem Flügelwinkel angestellten Lüfterflügels,
3 schematisiert und vereinfacht einen der Schnittführung III-III in 1 entsprechenden Schnitt des Lüfterrades, und
4 bezogen auf ein nur in einer Drehrichtung anzutreibendes Lüfterrad, eine Ablaufdarstellung für die Umstellung der in dessen Nabe gelagerten radialen und um ihre radialen Flügelachsen zur Nabe auf entgegengesetzte Förderrichtung drehbaren Lüfterflügel, bei der die Lüfterflügel für die Umstellung auf die entgegengesetzten Förderrichtungen über eine zur Umlaufebene des Lüfterrades senkrechte Umschlagebene um ihre Flügelachsen gedreht werden, bei der die Umstellung der Lüfterflügel auf die jeweils entgegengesetzte Förderrichtung durch Reduzierung der Drehzahl des Antriebs des Lüfterrades ausgelöst wird und bei der die Lüfterflügel durch die sich daraus ergebende trägheitsbedingte Rotation des Lüfterrades auf ihre Förderrichtung ausgerichtet werden.

In den 1 und 3 ist ein Lüfterrad gemäß der Erfindung bezüglich seiner wesentlichsten Bauteile veranschaulicht und insgesamt mit 1 bezeichnet. Das Lüfterrad 1 weist zentral eine Nabe 2 auf, zu der umfangsseitig radial auskragend die Lüfterflügel 3 angeordnet sind. Die Lüfterflügel 3 sind, wie 3 zeigt, über fußseitige Flügelzapfen 4 um ihre radialen Flügelachsen 5 drehbar in der Nabe 2 gelagert und jeweils durch Verdrehen um eine zur Umlaufebene 6 des Lüfterrades 1 senkrechte Umschlagebene 9 als Neutralebene auf entgegengesetzte Förderrichtungen umstellbar. Die Drehrichtung des Lüfterrades 1 ist in 2 mit 19 angegeben, die entsprechend dem jeweiligen Flügelwinkel 7 luftbeaufschlagte Frontseite des Lüfterflügels 5 mit 21 bezeichnet.
Im Nabeninnenraum 8 ist der Antrieb 10 des Lüfterrades 1, bevorzugt ein E-Motor, zur Nabe 2 tragend angeordnet. Der Antrieb 10 ist zur Nabe 2 anschlagbegrenzt verdrehbar. Zur Anschlagbegrenzung sind in einem Deckelteil 13 der Nabe 2, zu dem ein den Antrieb 10 radial im Bereich der Flügelzapfen 4 umschließendes Bodenteil 14 korrespondiert, zum Antrieb 10 stirnseitig gegenüberliegend stiftartige Anschlagelemente 11 vorgesehen, die in Führungsbahnen 12 des Deckelteiles 13 eingreifen und so das Drehspiel des Antriebes 10 zur aufnehmenden Nabe 2 begrenzen. Zum Antrieb 10 ist bevorzugt stirnseitig angrenzend zum Deckelteil 13 ein ringförmiger Zahnkranz 15 vorgesehen, der mit zu den fußseitigen Flügelzapfen 4 konzentrischen Ritzeln 16 kämmt und dadurch die Antriebsverbindung des Antriebes 10 zu den Lüfterflügeln 3 herstellt. Die Verwendung von Nocken- und/oder Exzentertrieben liegt im Rahmen der Erfindung.
Durch die anschlagbegrenzte Verdrehbarkeit der Nabe 2 gegen den Antrieb 10 sind die Lüfterflügel 3 über die Umschlagebene 9 auf entgegengesetzte Förderrichtungen bei gleichbleibender Drehrichtung 19 des Lüfterrades 1 umstellbar. Dadurch ist, wie in 4 veranschaulicht, das Lüfterrad 1 saugend oder blasend einzusetzen, also in einem zum Beispiel saugenden Kühlbetrieb oder einem blasenden Reinigungsbetrieb zu betreiben, bei mit dem Durchschwenken der Lüfterflügel 3 durch die Umschlagebene 9 verbundener Umstellung der Lüfterflügel 3 auf die jeweils entgegengesetzte Förderrichtung.
Dies erfindungsgemäß ausgelöst durch eine schnelle Reduzierung der Drehzahl des Antriebes 10 und, eine dieser Drehzahlabsenkung entsprechende verminderte aerodynamische Beaufschlagung der Lüfterflügel 3, bei zur Umschlagebene 9 überschwingendem massekraftabhängigem Antrieb für das Lüfterrad 1, wobei die „Umschlagebene 9“ in der Ablaufdarstellung gemäß 4 als strichliert eingegrenzter Bereich den durch Reduzierung oder Unterbrechung des Antriebes 10 sich ergebenden Abschnitt steilen Drehzahlabfalls symbolisiert, der als Umschlagebene 9 zu dem durch trägheitsbedingte Rotation des Lüfterrades 1 angetriebenen Verstellbereich der Lüfterflügel 3 korrespondiert.
Entsprechend der Umstellung der Lüfterflügel 3 im Bereich der Umschlagebene 9 von einem als Saugbetrieb angenommenen Regelarbeitsbetrieb - angedeutet in 4 bei 22 - ist nach Durchfahren der Umschlagebene 9 ein Blasbetrieb - angedeutet in 4 bei 23 - erreicht. Bezogen zum Beispiel auf Reinigungszwecke kann dies insbesondere ein Kurzzeitbetrieb sein, bei anderen Einsatzzwecken aber auch ein Dauerbetrieb. In beiden Fällen kann das Lüfterrad 1 wieder auf den als Saugbetrieb angenommenen Regelarbeitsbetrieb 22 zurückgestellt werden, wie 4 zeigt, wiederum drehzahlabhängig von der Antriebsdrehzahl. Nunmehr aber in Umkehrung des bisherigen Ablaufes durch Drehzahlerhöhung, insbesondere schlagartige Drehzahlerhöhung, die zum Umschlagen der Lüfterflügel 3 über die Umschlagebene 9 auf einen Saugbetrieb führt.
Eine solche Umstellbarkeit des Lüfterrades bezüglich der Förderrichtung kann erfindungsgemäß auch mit Verstellmöglichkeiten des Flügelwinkels 7 der Lüfterflügel 3 in Bezug auf die geförderte Luftmenge kombiniert werden, was weitere Einsatzmöglichkeiten eröffnet.
Im Hinblick auf die unterschiedlichen Einsatzmöglichkeiten des Lüfterrades 1 kann es insbesondere auch zweckmäßig sein, die anschlagbegrenzte Drehung der Lüfterradnabe 2 zum Antrieb 10 zu variieren, zum Beispiel in Abhängigkeit von thermischen Stellgrößen unter Verwendung von Thermoelementen, Formgedächtnismaterialien und dergleichen. Zweckmäßig kann es diesbezüglich auch sein, das in der Antriebsverbindung vom Antrieb 10 zu den Lüfterflügeln 3 liegende ringförmige Zahnkranzelement 15 in der Drehlage zum Antrieb 10 und/oder zur Nabe 2 zu verändern.
Durch die Erfindung wird somit ein in nur einer Drehrichtung antreibbares Lüfterrad 1 geschaffen, bei dem die Lüfterflügel 3 über eine zu ihrer Umlaufebene 6 senkrechte Umschlagebene 9 durch trägheitsbedingte Rotation des Lüfterrades 1 sowie durch aerodynamische Beaufschlagung ihrer Lüfterflügel 3 auf entgegengesetzte Förderrichtungen umstellbar sind, insbesondere überschwingend zu der Umschlagebene 2 als einer Neutralebene.

Claims

In nur einer Drehrichtung angetriebenes Lüfterrad (1) mit zur Lüfterradnabe (2) anschlagbegrenzt verdrehbarem Antrieb (10), mit zur Lüfterradnabe (2) radialen Lüfterflügeln (3), bei dem die Lüfterflügel (3) zur Nabe (2) antriebsverbunden um ihre Flügelachsen (5) drehbar sind und in ihrem Flügelwinkel (7) zur Umlaufebene (6) des Lüfterrades (1) angestellt sowie über eine zur Umlaufebene (6) des Lüfterrades (1) quer liegende Umschlagebene (9) in ihrem Flügelwinkel auf entgegengesetzte Förderrichtungen umzustellen sind, wobei die Lüfterflügel (3), o ausgelöst durch Reduktion der Antriebsdrehzahl des Lüfterrades (1), in ihrem Flügelwinkel (7) zur Umschlagebene (9) durch trägheitsbedingte Rotation des Lüfterrades (1) zu verstellen sind, o durch aerodynamische Beaufschlagung auf entgegengesetzte Förderrichtungen umzustellen sind und/oder o im Bereich der Umschlagebene (6) zwischen ihren entgegengesetzten Förderrichtungen durch Drehzahlreduzierung bis zur Unterbrechung des Antriebes (10) des Lüfterrades (1) bei überschwingender trägheitsbedingter Rotation des Lüfterrades (1) umzustellen sind.
In nur einer Drehrichtung angetriebenes Lüfterrad (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (10) zur Lüfterradnabe (2) elastisch anschlagbegrenzt verdrehbar ist.
In nur einer Drehrichtung angetriebenes Lüfterrad (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (10) zur Lüfterradnabe (2) mittels wenigstens eines Thermoelementes anschlagbegrenzt verdrehbar abgestützt ist.