DE1528887A1

DE1528887A1 - Hydrodynamisches oder aerodynamisches Leit- oder Foerderelement

Info

Publication number: DE1528887A1
Application number: DE19631528887
Authority: DE
Inventors: Winter Dr Heinrich
Original assignee: WINTER DR HEINRICH
Current assignee: WINTER DR HEINRICH
Priority date: 1963-09-26
Filing date: 1963-09-26
Publication date: 1969-10-30

Description

Hydrodynamisches oder aerodynamisches Leit- oder Förderelement Die Erfindung betrifft ein hydrodynamisches oder aerodynamisches Leit- oder Förderelement, das zu einem wesentlichen Teil aus einem elastisch verformbaren Werkstoff hergestellt Ist, Insbesondere Rotorflügol: für Pumpen oder Gebläse mit regelbarer Leistungscharakteristik.
Die Erfindung entstand hei, der Suche nach: einem Kühlventilator für wassergekühlte Kraftfahrzeugmotoren. Der Ventilator hat bek.asnntl:i.,-ch einen Rotor mit starren Flügeln und ist fest mit der Antriebswelle des Motors gekuppelt. Seine Leistung muß so bemessen sein, daß bei, m.axamaler Beanspruchung des Motors, d.h. bei Bergfahrten bei. sommerlichen Temperaturen, eine ausreichenda Kühl.aang des Kühlwassers im Kühler gewährleistet ist. Da diese Verhältnisse im normalen Kraftwagenbetrieb nur selten eintreten, tritt bei normaler Beanspruchung ein da#iernder Energieverlust auf, der bis,zu 10,% der Motorgesamtleistung ausmachen kann. Diesen Nachteil versuchter man dadurch .zu vermeideng daß man den Ventilator nicht mehr fest mit der Antriebswelle kuppelt9 sondern -vermittels einer Kupplung an- und abschaltbar macht.
so daß nur bei Bedarf der Ventilator in Tätigkeit gesetzt wird, Von Flugzeugpropellern her ist es bekannt, zur Änderung der Leistungscharakteristik den einzelnen Propellerflügel um seine Längsachse zu drehen und dadurch den Anstellwinkel zu verändern. In Turbinen hat man durch mechanische Verstellung der Statorflügel versucht, eine Beeinflussung der Leistungscharakteristik zu er21elen; Alle diese Vorschläge erfordern zu ihrer Durchführung einen erheblichen Aufwand.: Bei Tischventilatoren ist man dazu übergegangen, dien Rotor oder wenigstens seine Flügel aus einem elastisch verformbaren Werkstoff herzustellen. Ein Hineingreifen in den sich: drehenden Rotor ist dann ungefährlich, so daß sich das bei starren Rotorflügeln erforderliche Schutzgehäuse ersparen läßt. Auch bei Tischventilatoren ist es wünschenswert, die geförderte Luftmenge bei Temperaturanstieg unabhängig von der Drehzahl zu erhöhen. Dies wird auf sehr einfache Weise erreicht, wenn mit den Rotorflügeln erfindungsgemäß Bimetallstreifen verbunden sind, und zwar derart, daß deren zunehmende Krümmung bei Wärmezufuhr eine Formänderung der Flügel verursachen. Bei zunehmender Temperatur, beispielsweise wenn der Motor stärker belastet wird, die Wassertemperatur steigt und damit zwangsläufig die vom Ventilator durch den Kühler hindurchgesaugte Luft aufgeheizt wird, werden die Rotorflügel stärker gekrümmt, wodurch sich ihr Anstellwinkel vergrößert und die durchgesaugte Luftmenge erhöht wird. Die Erfindung läßt sich nicht nur auf den Rotorflügel von Ventilatoren anwendeny sondern ebensogut auf den Rotorflügel von Kreiselpumpen. Bei Gebläsen, die aus Rotor und Stator bestehen, kann man auch die Statorflügel in erfindungsgemäßer Weise ausbilden und dadurch ebenfalls veränderliche Leistungscharakteristiken des Gebläses erzielen. Erfindungsgemäß ausgebildete Leitelemente lassen sich auch als regelnde Drosselorgane in Rohrleitungen einbaueng Man ist aber nicht allein darauf angewiesene die Wärme zur Verstärkung der Krümmung der Bimet allstreifen über das umgebend. Medium zuzuführen. Vielmehr kann man durch eine auf den Bmetallstreifen aufgewickelte Heizwendel oder durch diesen selbst einen. Strom hindurchleiten und durch die- so erzeugte Wärme die Krümmung der Rotorflügel unabhängig von der Außentemperatur steuern. Die Erfindung läßt sich,-kurz gesagt, in all den Fällen zu einer Änderung der Lei t- oder Förderwirkung verwenden, in denen dLe hydrodynamfschen oder aerodynamischen Leitur oder För-drrelemente ohne sonstige Nachteile zu einem wesent:-lfi.chen Teil aus einem elastischen Werkstoff bestehen können imd die durch die Wärmekapazität der Elemente bedingte Trägheit der Steuerung nicht ins Gewicht fällt. Anhand von Ausführungsbeispielen Wird die Erfindung näher erläutert. Die Figuren zeigen verschiedene Ausführungen von Rotorflügeln und Leitelementen. Nach Figur 1 ist der Rotorflügel 1, der aus einem elastischen Kunststoff hergestellt ist, durch einen Haltestab 2 versteift, der senkrecht auf der Rotorachse steht. An diesem Haltestab 2 sind zwei Bimetallstreifen 3 befestigt. Figur 1a zeigt einen vergrößerten Querschnitt durch den.Rotorflügel längs der Linie A-A in kaltem Zustand, Figur lb den gleichen Schnitt im warmen Zustand des Rotorflügels. Haltestab und Bimetallstreifen sind in den Kunststoff-Rotorflügel eingebettet, Wird ein mit solchen Rotorflügeln ausgerüsteter Ventilator hinter dem Kühler des Verbrennungsmotors.:aufgestellt und der Motor gestartet, dann fördert der Ventilator, da er noch kalt ist, nun. sehr geringe Luftmengen. Mit zunehmender Lauflauer des Motors erhöht sich dessen Kühlwassertemperatur. Das Kühlnasser gibt die im Motor aufgenommene Wärme im Kühler wieder an. die durchströmende Luft. ab, und heizt damit diese auf. Die aufgeheizte Luft trifft auf die Rotorflügel und erhöht deren Temperatur. Infolgedessen krümmen- sich die-eingelagerten Bimetallstreifen. Mit der Zeit stellt sich eine bestimmte Kühlwassertemperatur ein, da diese direkt von der durch den Kühler gesaugten Luftmenge abhängig ist, die vom Ventilator geförderte Luftmenge aber nicht linear urfit der Temperatur der Rotorflügel steigt. Nach Figur 2 sind die Vorderur und Hinterkante des aus Kunststoff bestehenden Rotorf,lügels durch je einen eingelagerten Bimetallstreifen 4,5 verstärkt. Der Krümmungssinn des Bimetallstreifens-4 muß dem Krümmungssinn des Bimetallstreifens 5 entgegengesetzt gerichtet sein, um die gewünschte Änderung des Anstellwinkels zu erreichen. Die große Länge der B:imetallstreifen bewirkt schoii@bei geringen Änderungen der Umgebungstempera- tur eine merkliche Änderung des Anstellwinkels des Flügels. Den Anstellwinkel des Flügels kann man auch unabhängig von der Umgebungstemperatur ändern, wenn man die beiden Bimetall- streifen 4 und 5 an der Außenkante des Flügels elektrischleitend verbindet und die beiden achsennahen Eiaden der Streifen an eine Stromquelle anschließt. Infolge ihres Widerstands erwärmen sich die Bimetallstreifen beim Stromdurchgang. Ebenso kann man durch die Bimetallstreifen der Ausführungsform nach Figur 1 einen Strom hindurchschicken, wenn man die freien Enden der Bimetall-streifen untereinander leitend verbindet und an den einen Pol einer Stromquelle anschließt, während der Haltestab an den anderen Pol der Stromquelle anzuschließen ist. Figur 3 zeigt eine Schaltung zur induktiven Ankopplung der Bimetalletreifen an die Wechselstrom :oder Drehstrom erzeugende Lichtmaschine des Motors. Die Nabe 6 des Rotors sitzt auf einer :Achse 7 aus ferromagnetischem Werkstoff. Auf diese ist die Se- kundärspule 8.gewickeltderen Enden mit den achsennahen Enden der Bimetallstreifen verbunden sind. Die feststehende Primärspule 9 ist mit der Lichtmaschine 10 und einer Steuerschaltung 11 in Reihe geschaltet. Die Steuerschaltung kann beispielsweise aus einem Temperaturfühler und einem durch diesen beeinflußten Schalter bestehen. Zur Aufheizung-kann man die Bimetalls.treifen auch mit einer Heizwendel- 12 umgeben, wie in Figur 4 dargestellt ist" Wenn man den inneren Widerstand der Heizwendel des der VenÜ tilutorachse nächstliegenden Bimetallstreifens größer wählt als .den. der weiter außen liegenden, denn erhält man auch aufgrund der .unterschiedlichen Leistungsaufnahme und damit auch. der Temperatur eine erwünschte Abnahme der Steigung des Flügelpru:fi.l:s in Richtung seiner Längsachse" Den gleichen Effekt kann man bei. gleicher Leistungsaufnahme der Heizwendeln durch Verwendung von Bimetallstreifen mit unterschiedlicher Krümmungs-Charakteristik erzielen.
Die Möglichkeit, durch direkten Stromdurchgang oder mittels einer Heizwendel dem Bimetallstrefen Wärme zuführen zu können, erweitert den Anwendungsbereich des Erfindungsgedankens weit über seinen Ausgangspunkt" Die vielfältigen Möglichkeiten zeigt am besten eine Rohrdrosselt' die in Figur 5 dargestellt ist. In einem Rohr mit rechteckigem Querschnitt sind unter 600 zur Rohrachse zwei Leitelemente mit stromlinienförmigem Umriß angeordnet" Figur 6 zeigt. den Aufbau des einzelnen Leitelementes. An einer Achse 13 sind auf beiden Seiten je zwei fimetalistrefen 149 15 befestigt" Die Streifen 14 der einen Seite- haben einen anderen Krümmungss,inn als die Streifen 15 der anderen Seite" An den Enden sind die Streifen elektrisch-leitend miteinander verbunden" Läßt man einen Strom durch die Streifen hindurchfließen, dann beginnen sich die Leitelementefl wie in Figur 5a dargestellt, zu krümmten. Dadurch verringert sich der Strömungswiderstand der Rohrdrossel"

Claims

patenta.naprüche o . Hrdrodyrna@mis@sh@ws oder aerodynamisches Leit- oder Fbrd®r= elswente das zu einem wesentlichen Teil aus einem elastisch verformbaren Werkstoff hergestellt ist, insbesondere Rotor- Hügel für Pumpen oder Gebläse mit regelbarer Leistungs- charakte.ristik, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Element ein odermehrere Bimetellstreifen verbunden sind, derart, daß deren zunehmende Krümmung bei Wärmezufuhr eine Form- änderung des Elementes verursachen.

2.o Element nach Anspruch 1', dadurch gekennzeichnet, daß-de Bimetallstreifen vom elastischen Werkstoff des Elementes umhüllt sind,

3o Element nach Anspruch: 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden: der Bimetallstreifen mit einer steuerbaren Stromquelle verbunden sind. - 4. Element .mach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf die B-imetallstreifen Reizvendeln aufgewickelt sind.

5o Element nach Anspruch 1 bis- 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bimetallstreifen parallel zur Strömungsrichtung des das Element umgebenden Mediums angeordnet sind. o Rotorflügel nasch Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß.die Bmetallstreifen tangential zur Drehrichtung des Flügels angeordnet sind. o Rotorflügel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die einen Enden der Bimetallstreifen (3) an einem senkrecht zur Drehachse des Flügels M stehenden starren Haltestab (2) befestigt sind. B. Rotorflügel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die-freien Enden der Bimetallstreifen an eine elastische Stromzuführung angeschlossen sind und diese mit dem einen Pol, der Haltestab mit dem. anderen Pol einer regelbaren Stromquelle verbünden ist. 9. Rotorflügel nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß je ein Bimetallstreifen (4,5) an der vorder- und Hinterkante des Flügels angeordnet ist und die beiden Bimetallstreifen sich bei Wärmezufuhr in entgegengesetzten Richtungen krümmen. 10:o Rotorflügel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß beide Bimetallatreifen an der Außenkante des Flügels elektrischleitend verbunden sind und an den achsennahen Enden an eine steuerbare Stromquelle angeschlossen sind. 11. Rotor mit Flügeln nach Anspruch 7 oder 10 und einer Rotorachse aus ferromagnetischem Material, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sekundärspule (8' auf die Rotorachse (7) aufgewickelt ist, deren Enden mit den Bimetallstreifen verbunden sind, und die Rotorachse durch eine feststehende Primärspule hindurehführt, die mit einem Stromkreis verbunden ist, der eine Spannungsquelle und eine Steuerschaltung enthält. 12. Element nach Anspruch 1 bis'4, für eine jalousieartige Rohrleitungsdrossel, dadurch gekennzeichnet, daß in der Achse des Elementes ein Haltestab (13) angeordnet ist, an dem Haltestab auf beiden Seiten mehrere Bimetallstreifen (14,15) befestigt sind, und die=Bimetallstreifen der beiden Seiten sich bei Wärmezufuhr in entgegengesetzten Richtungen krümmen. 13. Element nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen. Bimetallstreifen unterschiedliche Krümmungscharakteristiken haben.