DE112005000482B4

DE112005000482B4 - Ventilator, insbesondere Deckenventilator mit ausgewuchtetem Einzelflügel

Info

Publication number: DE112005000482B4
Application number: DE200511000482
Authority: DE
Inventors: Michael John Hort; Daniel Gasser; John Mcbrien Levey
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-03-08
Filing date: 2005-03-08
Publication date: 2010-12-09
Anticipated expiration: 2025-03-09
Also published as: US8235660B2; US20070196212A1; DE112005000482T5; US20100278646A1; WO2005085649A1; CN1930397A; WO2005085649A8

Abstract

Flügel für einen Ventilator, welcher Flügel einen ersten Abschnitt mit einem ersten Ende und einen dem ersten Ende entgegengesetzten zweiten Abschnitt mit einem zweiten Ende aufweist,
wobei der Flügel dazu ausgelegt ist,
von einem Motor in Drehung versetzt zu werden; und
durch eine Gegengewichteinrichtung ausgewuchtet ist,
wobei:
der Flügel wenigstens einen Teil der Gegengewichteinrichtung umfasst; und
sowohl der erste als auch der zweite Abschnitt dazu ausgelegt sind, einen aerodynamischen Auftrieb bereitzustellen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Ventilatoren und insbesondere auf einen Deckenventilator, der ausgewuchtet ist. Die Erfindung befasst sich speziell mit der Bauart eines Deckenventilators, der als einen Einzelflügel aufweisend betrachtet werden kann.
Hintergrund der Erfindung
Deckenventilatoren mit Einzelflügel sind wünschenswert, weil sie potenziell einen geringeren Luftwiderstand hervorbringen, wodurch sich der Wirkungsgrad des Ventilators erhöht. Dies bedeutet, dass bei geringeren Drehzahlen ein größerer Luftstrom zustande kommen kann. Ein weiterer potenzieller Vorteil bei einem Einzelflügel besteht darin, dass das Gewicht des Ventilators reduziert werden kann, womit die Spannweite des Flügels, verglichen mit einem herkömmlichen Flügel für einen mehrflügeligen Ventilator, größer dimensioniert sein kann.
Es bestehen jedoch Probleme beim Auswuchten von Ventilatoren mit Einzelflügel. An der Welle des Ventilators, oder der Masse des Flügels entgegengerichtet, wurden Gegengewichte angebracht. Ein Versuch, dieses Problem anzugehen, wurde in der US 6,726,451 B2 unternommen, wo die Flügelanbringungsanordnung des Deckenventilators einen Rotationsschwerpunkt hervorbringt, der außerhalb der Vertikalachse des sich drehenden Ventilators liegt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Deckenventilator bereitzustellen, der im Hinblick auf eine ausgeglichene Drehung bei hoher und auch niedriger Drehzahl sowohl statisch als auch dynamisch ausgewuchtet werden kann. Es ist auch eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in einer bevorzugten Ausführungsform einen Deckenventilator bereitzustellen, der ein architektonisches Gestaltungselement sein kann, welches vom ästhetischen Eindruck her gefällt. In der bevorzugten Ausführungsform hat der Einzelflügelventilator einen Flügel, der in seiner Form einem Ahornsamen ähnelt, und kann somit eine wohlgeformte Gestalt haben, die schön anzusehen ist, selbst wenn der Ventilator nicht in Gebrauch ist. Man geht auch davon aus, dass eine solche Form im Vergleich zur Form eines herkömmlichen Flügels aerodynamische Vorteile hat.
Offenbarung der Erfindung
Dementsprechend stellt die vorliegende Erfindung einen Ventilator bereit, der einen Flügel mit einem ersten Ende, einem zweiten Ende, einer Vorderkante und einer Hinterkante hat, wobei der Flügel durch eine an einen Motor angeschlossene Welle in Drehung versetzt werden kann und der Flügel mittels einer Gegengewichteinrichtung ausgewuchtet ist, von der sich zumindest ein Teil innerhalb des Flügels befindet.
Der Ventilator der Erfindung ist vorzugsweise ein Deckenventilator, ist aber nicht darauf beschränkt.
Die Erfindung sieht auch einen Flügel für einen Ventilator vor, wobei der Flügel ein erstes Ende, ein zweites Ende, eine Vorderkante und eine Hinterkante hat, und für eine Drehung um eine an einen Motor angeschlossene Welle ausgelegt ist, wobei der Flügel eine Gegengewichteinrichtung umfasst.
Der Flügel kann aus irgendeinem geeigneten Material aufgebaut sein. Das Material kann ein festes Material mit niedriger oder hoher Dichte sein, wie zum Beispiel Metall, Kunststoff oder Holz. Der Flügel kann aus einer dünnen, starren Außenhaut hergestellt sein, die mit einer Schaumverstärkung gefüllt ist, wie zum Beispiel aus Polyurethan, bei dem sich beim Spritzvorgang von selbst die Außenhaut bildet. Der Ventilator wird vorzugsweise durch Extrusionsblasformen oder Reaktionsspritzgießen oder ein anderes geeignetes Verfahren wie zum Beispiel Metallguss hergestellt.
Vorzugsweise hat der Flügel eine unregelmäßig geformte Gestalt. Noch bevorzugter nimmt der Flügel die Form eines Ahornsamen an oder ist daran angelehnt. Die den untenstehenden Zeichnungen zu entnehmenden Flügel sind in ihrer Form an eines Ahornsamen angelehnt. Ein derartiger Flügel ist nicht flach, wie es viele herkömmliche Ventilatorflügel sind, sondern hat Krümmungen und Konturen.
In dieser Ausführungsform hat der Flügel einen Profilquerschnitt mit einer sich von der Vorderkante zur Hinterkante verändernden vertikalen Dicke. Der aerodynamische Teil des Flügels ist so konzipiert, dass er in seinem Nachstrom weniger Turbulenzen und einen geringeren Luftwiderstand erzeugt. Verglichen mit einem herkömmlichen flachen Flügel benötigt man weniger Energie, um ihn um seine Vertikalachse zu drehen, und er erzeugt auch ein leiseres Windgeräusch. Verglichen mit herkömmlichen Deckenventilatoren ergibt sich durch die Flügelkonstruktion auch ein stärkerer Luftstrom bei geringeren Drehzahlen.
Der Flügel kann bei dieser Ausführungsform breiter sein, als es viele herkömmliche Ventilatorflügel sind. Bei einer geringen Drehzahl ist eine größere Sehnenlänge des Profilquerschnitts wirtschaftlicher. Das erste und zweite Ende sind gekrümmt ausgebildet – vorzugsweise elliptisch. Man weiß, dass bei geringen Geschwindigkeiten Flugzeugflügel mit elliptischen Flügelspitzen (in der Draufsicht) weniger Turbulenzen erzeugen als Flügelspitzen, die rechteckig auslaufen.
In dieser bevorzugten Ausführungsform ist der Flügel in der Draufsicht nicht geradlinig, sondern abgewinkelt. In dieser Konfiguration bildet sich ein Winkel von ca. 170° zwischen dem ersten und zweiten Ende.
Die Welle und der Motor können von jeder geeigneten Form oder Anordnung sein. Vorzugsweise ist der Flügel an der Welle an einem Anschlusspunkt befestigt, der zwischen dem ersten und zweiten Ende liegt. Vorzugsweise liegt der Anschlusspunkt auch näher am zweiten Ende als am ersten Ende. Wenn der Flügel gekrümmt ist, so dass sich ein Winkel von ca. 170° zwischen dem ersten und zweiten Ende ergibt, ist es auch bevorzugt, dass der Anschlusspunkt an der Biegung bzw. nahe dieser angeordnet ist.
Es sollte klar sein, dass der Flügel des Ventilators der vorliegenden Erfindung als Einzelflügel angesehen werden kann, weil der ganze Flügel eine einzelne Einheit bildet, obwohl der Anschlusspunkt vorzugsweise zwischen dem ersten und zweiten Ende sitzt, und zwar näher am zweiten Ende als am ersten. Den Flügel kann man auch anders betrachten: Der Abschnitt des Flügels vom Anschlusspunkt zum ersten Ende kann als Primärflügel und der Abschnitt des Flügels vom Anschlusspunkt zum zweiten Ende kann – in Anbetracht der Ähnlichkeit mit einem Ahornsamen als Kernhaus angesehen werden. Bei dem Kernhaus liegt die Vorderkante vorzugsweise höher als die Hinterkante. Das Kernhaus trägt nicht sehr viel zum Luftstrom bei, der durch den Ventilator der Erfindung bereitgestellt wird. Das Kernhaus kann aber einen aerodynamischen Auftrieb bereitstellen, der den vom Primärflügel erzeugten aerodynamischen Auftrieb teilweise ausgleichen kann. Darüber hinaus kann das Kernhaus wie in den nachfolgenden Zeichnungen dargestellt so konzipiert sein, dass es in seinem Nachstrom minimale Turbulenzen erzeugt, um so die Energie zu minimieren, die zur Überwindung seines Luftwiderstands benötigt wird.
Die organische Formgebung, das Profil und die relative Lage des Primärflügels und des Kernhauses des erfindungsgemäßen Flügels sind bei dieser Ausführungsform so konzipiert, dass die Unterbringung wenigstens eines Teils der Gegengewichteinrichtung innerhalb der Form des Flügels ermöglicht ist. Das Ziel dessen besteht darin, eine Unterbrechung der durchgehenden gestaltgebenden Oberfläche des erfindungsgemäßen Flügels zu vermeiden, während es zugleich möglich sein soll, die Lage des Schwerpunkts des Flügels in das Innere des Flügels zu setzen.
Bei der gerade betrachteten Ausführungsform ist der erfindungsgemäße Flügel so konzipiert, dass durch die Einbringung wenigstens eines Teils der Gegengewichteinrichtung in das Kernhaus der Massenmittelpunkt des erfindungsgemäßen Flügels an einem Punkt zu liegen kommt, der in der Draufsicht innerhalb des Flügels liegt. Zusätzlich können die Position und Masse der Gegengewichteinrichtung so eingestellt werden, dass gewährleistet ist, dass sich der Gesamtmassenmittelpunkt des erfindungsgemäßen Flügels und der Gegengewichteinrichtung auf der vertikalen Drehachse des erfindungsgemäßen Flügels befindet.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Flügel an die Welle über Mittel angeschlossen, die so ausgelegt sind, dass sie eine Kippbewegung des Flügels relativ zur Welle zulassen. Diese Mittel umfassen oder beinhalten vorzugsweise die Art von Gelenk, die als Wippgelenk bekannt ist, wovon ein Beispiel in den Zeichnungen dargestellt ist.
Vorzugsweise liegt der Massenmittelpunkt des erfindungsgemäßen Flügels und der Gegengewichteinrichtung auch innerhalb des Korpus des erfindungsgemäßen Flügels, wenn dieser in der Vorderansicht betrachtet wird. Die Form, das Profil und die relative Lage des Primärflügels und des Kernhauses können so bestimmt werden, dass gewährleistet ist, dass der Massenmittelpunkt ausreichend weit innerhalb der Flügelform liegt, damit all diejenigen Bauteile, die erforderlich sind, um eine Kippbewegung des Flügels relativ zur Welle zu gestatten, im Inneren des Flügels angesiedelt werden können, ohne die skulpturbezogene Durchgängigkeit der Flügelform zu beeinträchtigen.
Die Gegengewichteinrichtung umfasst vorzugsweise wenigstens einen separaten Massekörper aus einem bestimmten Material. Die Gegengewichteinrichtung kann auch zwei oder mehr separate Massekörper aus einem derartigen Material aufweisen. Die Gegengewichteinrichtung kann vollständig im Flügel sitzen. Alternativ dazu kann die Gegengewichteinrichtung zum Teil im Flügel angeordnet sein und auch an irgendeiner anderen Stelle, wie zum Beispiel an der Welle. An ein und demselben Ventilator kann das Material eines separaten Massekörpers dasselbe wie das Material anderer separater Massekörper sein, oder auch davon verschieden. In einer Ausführungsform besteht die Gegengewichteinrichtung aus einem Material mit einer Masse, die schwerer ist als das Material des Flügels. In einer anderen Ausführungsform ist die Gegengewichteinrichtung aus einem Material mit einer Masse gefertigt, die geringer als die des Flügels ist. In noch einer anderen Ausführungsform ist die Gegengewichteinrichtung bereitgestellt, indem eine Wanddicke innerhalb des Flügels vergrößert wird, zum Beispiel während der Herstellung. Der Flügel kann beispielsweise durch Extrusionsblasformen hergestellt werden. Während der Herstellung kann die Wanddicke ausgewählter Teile des Flügels erhöht werden, um die Gegengewichteinrichtung zum Teil oder zur Gänze bereitzustellen.
Anhand eines weiteren Beispiels kann durch ein Reaktionsspritzgießverfahren oder eine andere geeignete Technologie wie etwa Metallguss ein Flügel in zwei Hälften geformt werden, wie etwa eine obere und eine untere Hälfte (und zwar aus Aluminium oder Magnesium, durch Glasfaserlaminierung oder Holzbearbeitung), und mit verschiedenen, sich verändernden Wandabschnitten, wie sie benötigt werden, um die Gegengewichteinrichtung zum Teil oder zur Gänze bereitzustellen, bevor die beiden Hälften aneinandergefügt werden, um den vollständigen Flügel zu ergeben.
Vorzugsweise ist die Lage wenigstens eines Teils der Gegengewichteinrichtung einstellbar, damit man Herstellungstoleranzen ausgleichen kann. Vorzugsweise können an den erfindungsgemäßen Ventilator auch noch zusätzliche Gegengewichte angesetzt werden, um bei der Herstellung den Gleichlauf abstimmen zu können. In einer Ausführungsform sind diese unter einer entfernbaren Abdeckung am Flügel angeordnet. Diese Abdeckung kann einen Hohlraum überdecken, in den ein Teil der Gegengewichteinrichtung oder die gesamte Gegengewichteinrichtung eingesetzt werden kann. Eine derartige Abdeckung kann so gestaltet sein, dass sie sich der Oberflächenform des Flügels angleicht, oder kann ein einfacher, flacher oder runder Einleger an der Oberseite des Flügels sein.
Natürlich kann jede im Flügel sitzende Gegengewichteinrichtung in eine Ausnehmung an der Außenseite des Flügels (mit oder ohne Abdeckung) eingebaut sein, oder in die Oberfläche des Flügels (mit oder ohne Abdeckung) eingeformt sein.
Für den Fall, dass die Gegengewichteinrichtung nicht zur Gänze im Flügel sitzt, wird sie vorzugsweise zum Teil an der Welle angeordnet.
Vorzugsweise ist die Gegengewichteinrichtung zum Teil oder komplett entlang der Vorderkante des Flügels angeordnet. Ein Teil der Gegengewichteinrichtung kann entlang der Vorderkante angeordnet sein und ein Teil entlang der Hinterkante des Flügels.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird nun in Verbindung mit bestimmten, nicht einschränkenden Beispielen davon beschrieben, wie sie in den begleitenden Zeichnungen dargelegt sind. In diesen zeigen:
1 eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform eines Deckenventilators, von der Hinterkante aus gesehen;
2 eine Seitenansicht des Ventilators von 1, von der Vorderkante aus gesehen;
3 eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform eines Ventilators, von der Vorderkante aus gesehen;
4 eine Seitenansicht eines Flügels für eine weitere Ausführungsform eines Deckenventilators, von der Vorderkante aus gesehen;
5 eine Draufsicht des Flügels von 4;
6 eine perspektivische Ansicht des Flügels der 4 und 5, der am zweiten Ende aufgeschnitten ist, um den Innenaufbau zu zeigen;
7 eine Draufsicht einer weiteren Ausführungsform eines Flügels;
8 eine Draufsicht der zweiten Ausführungsform des Flügels von 3;
9 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Flügels, der ein Wippgelenk umfasst;
10 den Anschlusspunkt und einen Teil des Wippgelenks der Ausführungsform von 9 im Einzelnen;
11 das zweite Ende des Flügels der 9 und 10, wobei die Gegengewichteinrichtung im Inneren des Flügels in punktierten Umrisslinien gezeigt ist;
12 eine Teilquerschnittsansicht des Flügels der 9, 10 und 11 entlang der Linie A-A von 10;
13 eine quergeschnittene Detailansicht des Flügels entlang der Linie B-B von 10; und
14 das Wippgelenk und den Anschlusspunkt, die in der Schnittansicht in 13 dargestellt sind.
Beste Art und Weise zur Umsetzung der Erfindung
Mit Bezug auf 1 hat ein Deckenventilator 10 einen Flügel 12, der als Einzelflügel mit einem ersten Ende 14 und einem zweiten Ende 16 angesehen werden kann. Der Flügel 12 hat eine Formgebung, die der einer Ahornsamenhülse ähnlich ist. Er ist gekrümmt und so ausgelegt, dass er einen nach unten gerichteten Luftzug bereitstellt, wenn er sich im Uhrzeigersinn dreht (von oben gesehen).
Der Flügel 12 kann von einer Welle 18 in Drehung versetzt werden, die an einen Elektromotor (nicht gezeigt) innerhalb einer Motorabdeckung 20 angeschlossen ist.
Wie 1 und 2 zu entnehmen ist, hat der Flügel 12 eine unregelmäßige Form und ist an der Welle 18 an einem Punkt befestigt, der sich näher am zweiten Ende 16 als am ersten Ende 14 befindet.
In dieser Ausführungsform besteht die Gegengewichteinrichtung aus einem Ausgleichsgewicht 22, das entlang der Vorderkante 24 des Primärflügels (derjenige Teil zwischen der Welle 18 und dem ersten Ende 14) angeordnet ist, sowie entlang der Hinterkante des Kernhauses (der Teil zwischen der Welle 18 und dem zweiten Ende 16) nahe am zweiten Ende 16. Das Ausgleichsgewicht 22 besteht aus einem Material, das eine größere Dichte hat als das Material des Flügels 12. Das Gewicht 22 um fasst einen einzelnen, separaten Massekörper und ist so geformt, dass es den Konturen des Flügels 12 folgt, damit es nicht auffällt.
Weil an der Welle 18 kein Gegengewicht angebracht ist, braucht die Motorabdeckung 20 nicht vergrößert zu werden, um ein derartiges Gewicht unterzubringen, und kann in der Tat auch etwas kleiner sein, als es hier dargestellt ist.
3 zeigt eine der Ausführungsform in 1 und 2 ähnliche Ausführungsform, und für dieselben Teile wie in 1 und 2 werden dieselben Bezugszahlen verwendet. In der Ausführungsform nach 3 sitzt ein Gegengewicht 28 am Flügel 12 sehr nahe am zweiten Ende 16. Bei dieser Ausführungsform hat das Gegengewicht 28 jedoch eine etwas kleinere Masse als das Gewicht 22 nach 2. Es ist ein zweites, separates Gewicht 30 (in der Figur nicht zu sehen) vorgesehen, das an der Welle 18 angebracht ist. Durch die Gesamtheit der Gewichte 28 und 30 ist der Flügel 12 während seiner Drehbewegung ausgewuchtet.
Falls dies gewünscht ist, könnte das Gewicht 30 an der Welle 18 auf zwei Massekörper aufgeteilt und um die Welle 18 herum verteilt werden.
Mit nunmehrigem Bezug auf die 4, 5 und 6 werden, obwohl sich diese Ausführungsform von der Ausführungsform der 1 und 2 und von der Ausführungsform der 3 unterscheidet, dieselben Teilezahlen dort verwendet, wo die Teile identisch oder sehr ähnlich zueinander sind. Bei dieser Ausführungsform hat der Flügel 12 ein im Wesentlichen elliptisches erstes Ende 14, ein im Wesentlichen elliptisches zweites Ende 16, eine Vorderkante 24 und eine Hinterkante 26. Wie durch die Draufsicht von 5 gezeigt ist, ist der Flügel 12 an der Vorderkante 24 gekrümmt, wo sich ein Winkel von ungefähr 170° zwischen dem ersten Ende 14 und dem zweiten Ende 16 ausbildet. Ungefähr an dem Biegungspunkt sitzt der Anschlusspunkt 32. In dieser Ausführungsform besteht der Anschlusspunkt 32 in einer kreisrunden Öffnung, die dazu ausgelegt ist, die Welle 18 (nicht gezeigt) aufzunehmen. Der Anschlusspunkt 32 kann irgendeine andere geeignete Form aufweisen.
Der Flügel 12 umfasst zwei separate Massekörper als Gegengewichteinrichtung, einen ersten Massekörper 34 und einen zweiten Massekörper 36. Die Massekörper 34 und 36 sind jeweils in das Innere des Flügels 12 eingesetzt. Der in einen Hohlraum 38 eingesetzte zweite Masse körper 36 ist in 6 zum Teil zu sehen. Eine Abdeckung 40 überdeckt den ersten Massekörper 34 und eine Abdeckung 42 überdeckt den zweiten Massekörper 36. Die Abdeckungen 40 und 42 sind jeweils entfernbar, damit der in dem darunterliegenden Hohlraum befindliche Massekörper gegebenenfalls entfernt oder ausgetauscht werden kann.
Anhand von 6 kann man auch erkennen, dass der Flügel 12 allgemein hohl ist, wobei er aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial wie ABS oder aus Polyethylen hoher Dichte besteht.
Die Ausführungsform in 7 ist der in den 4, 5 und 6 gezeigten ähnlich, außer dass der erste Massekörper 34 und zweite Massekörper 36 durch einen einzigen Massekörper 44 ersetzt sind.
Die Ausführungsform nach 8 zeigt in Draufsicht die zuvor in Verbindung mit 3 erläuterte Ausführungsform.
In einer weiteren, in den 9, 10 und 11 gezeigten Ausführungsform, kann/können in einen von einer Abdeckung 50 überdeckten Hohlraum 48 ein einziger, separater Massekörper oder mehrere Massekörper eingesetzt sein. Der Hohlraum 48 ist in dieser Ausführungsform verlängert, um den Anschlusspunkt 32 und das Wippgelenk 52 unterzubringen, die in Verbindung mit den 12, 13 und 14 nachstehend im Einzelnen erläutert werden.
In 11 ist mit angedeuteten Umrissen ein einzelner, separater Massekörper 54 gezeigt, der innerhalb des Flügels 12 von einer Halterung 56 gehaltert ist.
Einzelheiten des Wippgelenks 52 sind in den 12, 13 und 14 zu sehen. Das Wippgelenk 52 kann auf alle hier in den 4, 5, 6, 7, 9, 10 und 11 dargestellten Ausführungsformen angewendet werden.
Das Wippgelenk 52 hat einen Querträger 58, der von Anfang an an Platten 60 und 62 angebracht ist, oder (wie in diesem Fall) einstückig mit diesen ist. Der Querträger 58 umfasst Schraubendurchgangsbohrungen 64, in die Schrauben 66 eingesetzt werden, die zur Befestigung des Querträgers 58 am Flügel 12 dienen (siehe 13).
Der Anschlusspunkt 32, über den der Flügel 12 an die Welle 18 (nicht gezeigt) angeschlossen ist, hat einen Ansatz 68. Eine Öffnung 70 im Ansatz 68 nimmt einen Schwenkzapfen 72 auf, um den Ansatz 68 schwenkbar mit den Platten 60 und 62 zu verbinden.
Wie man in 13 und 14 sehen kann, besteht ein geringes Spiel zwischen den inneren Enden des Querträgers 58 und dem Ansatz 68, so dass der Anschlusspunkt 32 um einen kleinen Betrag um den Schwenkzapfen 72 schwenken kann.
Der Flügel 12 und die Lage der Gegengewichte sind hier so konzipiert, dass der Massenmittelpunkt des Flügels 12 (in der Draufsicht gesehen) ungefähr an der Stelle des Anschlusspunkts 32 und der Antriebswelle 18 (nicht gezeigt) sitzt. Ebenfalls in der Draufsicht betrachtet liegt die Schwenkachse senkrecht zu einer Linie, die von der Drehachse des ausgewuchteten Flügels 12 zum Auftriebsmittelpunkt des Flügelabschnitts des ausgewuchteten Flügels 12 läuft. Die Schwenkachse ist auch mit der Horizontalebene ausgerichtet. Die Spitze des Flügels 12 kann sich somit frei in einer vertikalen Richtung bewegen, indem sie sich um den Schwenkpunkt dreht, kann aber zwangsweise nur in der Ebene verschwenken, in der die aerodynamische Auftriebskraft des Flügels wirkt, womit der richtige Anstellwinkel des Flügels beibehalten wird.
Dies steht im Gegensatz zu herkömmlichen Ventilatoren, bei denen die Flügel im Allgemeinen starr an das Motorgehäuse oder die Antriebswelle angeschlossen sind.
Es sollte klar sein, dass sich die aerodynamische Mitte des Flügels 12 – der Punkt, der als Auftriebswirkungspunkt angesehen wird – je nach der Geschwindigkeit des Flügels 12 in der Luft und auch abhängig von der Steigung des Flügels 12 verändert. Die am Flügel 12 wirkende aerodynamische Kraft setzt sich zusammen aus Auftrieb und Luftwiderstand am Flügel 12, einschließlich des Auftriebs und Luftwiderstands von dem Teil des Flügels 12, der sich nahe des zweiten Endes 16 befindet. Der Gesamtwirkungsmittelpunkt dieser Kräfte ist vorzugsweise der Punkt, der zur Festlegung der Linie verwendet wird, zu der die Schwenkachse senkrecht verläuft. Die beteiligten aerodynamischen Kräfte sind relativ klein und demzufolge lässt sich die Berechnung des Winkels der Schwenkachse über einen Bereich von Werten darstellen.
Weil der Flügel 12 am Drehpunkt am Massenmittelpunkt aufgehängt ist, kann der Flügel 12 ungehindert sein ihm eigenes Gleichgewicht finden – das ist die Position, wo der Massenmittelpunkt auf der vertikalen Drehachse liegt und die Hauptträgheitsachsen des Schwerpunkts des ausgewuchteten Flügels 12 in der Vertikal- und Horizontalebene liegen. Man geht davon aus, dass, wenn der Flügel 12 starr montiert und so ausgewuchtet wäre, dass die Hauptträgheitsachsen des Schwerpunkts nicht in der Horizontal-/Vertikalebene liegen, selbst wenn der Schwerpunkt auf der Vertikalachse liegen sollte, die Zentrifugalkräfte nicht ausgeglichen wären und eine Drehung des Flügels eine Schlagbeanspruchung an den Lagern des Motors hervorrufen würde.
Wenn der Flügel 12 am Massenmittelpunkt des ausgewuchteten Flügels aufgehängt ist, und der Flügel 12 aufgrund des Wippgelenks 52 einen ”Selbstausgleich” finden kann, hat sich herausgestellt, dass die Masse des Flügels 12 keine ungewünschten Zentrifugalkräfte auf die Welle 18 überträgt, was einen nicht ausgewuchteten Lauf oder ein Flattern des Flügels 12 verursachen, und auch zu unerwünschten Vibrationen oder zu unerwünschtem Verschleiß im Motor führen und/oder den Mechanismus, der zur Befestigung der Ventilatoranordnung an der Decke verwendet wird, mit unzulässig hohen Beanspruchungen beaufschlagen würde.
Weil sich der Drehpunkt mit dem Massenmittelpunkt vereinigt, kann sich der Flügel 12 um diesen frei drehen. Die auf den Flügel 12 wirkenden aerodynamischen Kräfte lassen diesen so lange verschwenken, bis die aerodynamischen Kräfte durch die auf den Flügel 12 wirkenden Schwerkraft- und Zentripetalkräfte ausgeglichen sind. So wird sich bei irgendeiner bestimmten Drehzahl das erste Ende 14 anheben, bis die Position gefunden ist, an dem die auf den Flügel 12 wirkenden aerodynamischen sowie die Gravitations- und Zentripetalkräfte im Gleichgewicht sind. Ein Biegemoment auf die Welle 18 kann somit eliminiert oder minimiert werden, und der Ventilator 10 kann gleichmäßig laufen, wobei keine oder nur minimale Unwuchtkräfte auf die Welle 18 etc. übertragen werden.
Industrielle Anwendbarkeit
Der erfindungsgemäße Ventilator stellt eine lohnenswerte Erweiterung zur Ventilatortechnologie dar, insbesondere wenn es um Deckenventilatoren geht. Der erfindungsgemäße Ventilator kann in einer modernen stromlinienförmigen Form präsentiert werden, die eine Bewegung eines größeren Luftstroms bei gleichzeitig geringerer Drehzahl hervorbringen kann.

Claims

Flügel für einen Ventilator, welcher Flügel einen ersten Abschnitt mit einem ersten Ende und einen dem ersten Ende entgegengesetzten zweiten Abschnitt mit einem zweiten Ende aufweist, wobei der Flügel dazu ausgelegt ist, von einem Motor in Drehung versetzt zu werden; und durch eine Gegengewichteinrichtung ausgewuchtet ist, wobei: der Flügel wenigstens einen Teil der Gegengewichteinrichtung umfasst; und sowohl der erste als auch der zweite Abschnitt dazu ausgelegt sind, einen aerodynamischen Auftrieb bereitzustellen.
Flügel nach Anspruch 1, wobei der erste Abschnitt eine erste Vorderkante und eine erste Hinterkante hat; der zweite Abschnitt eine zweite Vorderkante und eine zweite Hinterkante hat; und der durch den zweiten Abschnitt bereitgestellte aerodynamische Auftrieb den durch den ersten Abschnitt bereitgestellten aerodynamischen Auftrieb zumindest teilweise ausgleicht.
Flügel nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Flügel für eine Drehbewegung an einer Welle an einem Anschlusspunkt angebracht ist, der sich zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende befindet.
Flügel nach Anspruch 3, wobei sich der Anschlusspunkt am Übergang zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt befindet.
Flügel nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Massenmittelpunkt des Flügels ungefähr an der Stelle des Anschlusspunkts sitzt.
Flügel nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei der Anschlusspunkt näher am zweiten Ende als am ersten Ende liegt, und zumindest ein Teil der Gegengewichteinrichtung im zweiten Abschnitt angeordnet ist.
Hügel nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei der Flügel unter einem Winkel von ca. 170° zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende gebogen ist, und der Anschlusspunkt am Biegebereich oder nahe diesem angeordnet ist.
Flügel nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei der Flügel an der Welle über ein Mittel mit veränderbarer Neigung angeschlossen ist, das dazu ausgelegt ist, eine Kippbewegung des Flügels relativ zur Welle zuzulassen.
Flügel nach Anspruch 8, wobei das Mittel mit veränderbarer Neigung ein Wippgelenk umfasst.
Flügel nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Mittel mit veränderbarer Neigung am Massenmittelpunkt des Flügels sitzt.
Flügel nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei bei irgendeiner gegebenen Drehzahl sich das erste Ende so weit anhebt, bis eine Position gefunden ist, in der die auf den Flügel wirkenden aerodynamischen, Schwerkraft- und Zentripetalkräfte im Gleichgewicht sind, sodass ein Biegemoment auf die Welle minimiert oder eliminiert ist.
Flügel nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei ein Punkt auf der ersten Vorderkante zwangsweise um das Mittel mit veränderbarer Neigung in einer Ebene verschwenkt, in der die aerodynamische Auftriebskraft des Flügels an der ersten Vorderkante so wirkt, dass der richtige Anstellwinkel des Flügels beibehalten wird.
Flügel nach einem der Ansprüche 8 bis 12, bei dem in der Draufsicht gesehen die Achse des Mittels mit veränderbarer Neigung senkrecht zu einer Linie liegt, die im ausgeglichenen Zustand von der Drehachse des Flügels zum Auftriebsmittelpunkt des ersten Abschnitts verläuft.
Flügel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gegengewichteinrichtung zur Gänze im Flügel angeordnet ist.
Flügel nach einem der Ansprüche 3 bis 14, wobei die Gegengewichteinrichtung zum Teil an der Welle angeordnet ist.
Flügel nach einem der Ansprüche 2 bis 15, wobei die Gegengewichteinrichtung zum Teil oder zur Gänze entlang der ersten Vorderkante des Flügels angeordnet ist.
Flügel nach einem der Ansprüche 2 bis 15, wobei die Gegengewichteinrichtung zum Teil entlang der ersten Vorderkante des Flügels und zum Teil entlang der ersten Hinterkante des Flügels angeordnet ist.
Flügel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Flügel ein Teil eines Deckenventilators ist.