DE2515900A1

DE2515900A1 - Fluegelrad fuer ein axialstromgeblaese

Info

Publication number: DE2515900A1
Application number: DE19752515900
Authority: DE
Inventors: Karl Eric F Fermer; Dennis I Svensson
Original assignee: Svenska Flaktfabriken AB
Current assignee: Svenska Flaktfabriken AB
Priority date: 1974-04-12
Filing date: 1975-04-11
Publication date: 1976-03-04
Also published as: NO144180B; ATA260875A; AU8007275A; JPS5113408A; US3984194A; NO751267L; AT341639B; SE418416B; FR2267465B1; SE7502990L; DK138959C; NL7504341A; FR2267465A1; FI57169C; CA1045094A; FI751011A; DK138959B; ES436430A1; FI57169B; CS184778B2

Description

PATE NTANWALTS

HENKEL, KERN, FEILER & HÄNZEL

TtiPV. η * ->o « η -> a«iri η BAYERISCHE HYPOTHEKEN- UND

IhLhX. U .9 SO-. HNKL D EDUARD-SCHMID-STRASSE'' WECHSF.LBANKMÜNCHENNr.aiB-SMH

TELEFON: (0 89) 66 31 97, 66 30 91 - 92 -,,„, ~ DRESDNER BANK MÜNCHEN 3 914 TKLEGRAMME: EI LIPSOlD MÜNCHEN D-8000 MÜNCHEN 90 POSTSCHECK: MÜNCHEN 1621 47 - 81»

Aktiebolaget Svenska Flaktfabriken
Nacka, Stockholm, Schweden

Flügelrad für ein Axialstromgebläse

Die Erfindung bezieht sich auf Axialstromgebläse bzw. -lüfter und betrifft insbesondere eine Flügelradkonstruktion, die eine hohe Leistung besitzt und die Verwendung von leichten Flügeln bzw. Schaufeln zuläßt.

Die Hauptbauteile eines Flügelrads eines Axialstromgebläses sind ein Tragkranz bzw. eine Nabe, der bzw. die durch einen Motor um seine bzw. ihre Achse herum in Drehung versetzbar ist, sowie eine Anzahl von Flügeln bzw. Schaufeln, die radial vom Kranz abstehen und von ihm getragen werden. Darüber hinaus ermöglicht bei einigen Flügelradkonstruktionen die Verbindung zwischen den Innenenden der Schaufeln und dem Kranz eine gleichzeitige Verstellung der Steigung bzw. des Anstellwinkels aller Schaufeln während der Drehung. Bei der Herstellung von Flügelrädern ist es bekannt, daß das Gewicht der Schaufeln und des Tragkranzes sowie des ggf. vorhandenen Anstellwinkel-Steuermechanismus so niedrig sein sollte, wie es die Leistungserfordernisse des Gebläses oder Lüfters zulassen. Aus diesem Grund sollten die Schaufeln vorzugsweise aus einem dünnen Werkstoff, wie Blech, bestehen, doch ist dies nur dann möglich, wenn das Gebläse eine vergleichsweise geringe Größe besitzt und nur einen ver-

Ke/Bl/ro - 2

b ü <J 8 HJ / ö 2 3 3

251b9Üü

hältnismäßig geringen Druckanstieg sowie einen entsprechend kleinen Luftstrom zu erzeugen braucht. Dünne Schaufeln waren ,jedoch bisher bei Hochleistungsgebläsen infolge der unweigerlich mit dünnen Schaufeln verbundenen Schwierigkeiten nicht zufriedenstellend. Infolgedessen werden die Flügelräder von Hochleistungs-Axialstromgebläsen herkömmlicherweise mit ziemlich dicken, schweren Schaufeln besetzt, die üblicherweise aus Metall gegossen werden. Diese schweren Schaufeln erfordern wiederum einen vergleichsweise massiven Tragkranz, um den im Betrieb durch Fliehkraft erzeugten Beanspruchungen widerstehen zu können. Bei Gebläsen mit im Betrieb verstellbaren Schaufeln üben zudem die von der Verwendung schwerer Schaufeln herrührenden großen Fliehkräfte starke Belastungen auf den Mechanismus zur Steuerung des Anstellwinkels der Schaufeln aus.

Bezüglich der üblichen Konstruktionsparameter für Axialstrom-Flügelräder ist es bekannt, daß eine Flügelradschaufel eine hohe Eigenschwingungs- oder Resonanzfrequenz besitzen sollte, d.h. die Eigenbiegung der Schaufel um ihr verspanntes Innenende sollte bei hoher Frequenz stattfinden. Da durch eine Vergrößerung der Dicke einer vorgegebenen Schaufel ihre Eigenschwingungsfrequenz erhöht wird, besteht einer der ersten Schritte bei der Konstruktion bzw. beim Entwurf eines Flügelrads in der Bestimmung der Mindestdicke für eine Schaufel mit der erforderlichen hohen Eigenschwingungsfrequenz.Bei großen Gebläsen, die erhebliche Druckanstiege und beträchtliche Luftströmungen zu erzeugen vermögen, ist die Mindest-Schaufeldicke ziemlich groß. Dies stellt die hauptsächliche Ursache für das genannte Erfordernis zur Verwendung dicker Schaufeln dar. Hieraus folgt, daß die dickeren Schaufeln schwerer sind und daß die schwereren Schaufeln größere Fliehkräfte auf den Tragkranz ausüben, so daß ein Tragkranz mit einer größeren Dicke in Radialrichtung erforderlich wird.

609810/0 233

Ö9ÜÜ

Da die durch eine Schaufel auf den Tragkranz ausgeübte Fliehkraft ein Vielfaches, beispielsweise das 1000-fache des Gewichts der Schaufel beträgt, ist es ersichtlich, daß sich aus einer Verringerung der Schaufeldicke verschiedene bedeutsame Vorteile bezüglich verminderter Material- und Fertigungskosten, verringerten Gebläsegewichts und allgemein einfacherer Konstruktion ergeben würden.

Es ist außerdem bekannt, daß bei einer vorgegebenen Schaufe!konstruktion die Eigenschwingungsfrequenz der betreffenden Schaufel eine Grenze für die höchstzulässige Drehzahl des Flügelrads setzt. Somit ist ersichtlich, daß dann, wenn die Eigenschwingungsfrequenz einer vorgegebenen Schaufel erhöht werden kann, das Gebläse mit höherer Drehzahl und entsprechend höherer Leistung betrieben werden kann.

Die Erfindung beruht nun auf der Feststellung, daß die Eigenschwingungsfrequenz einer Schaufel eines Axialstromgebläses dadurch erhöht werden kann, daß die Schaufel an ihrem Tragkranz oder ihrer Nabe mittels einer reibungsarmen, schwenklagerartigen Verbindung angebracht wird, die eine Schwenkbewegung der Schaufel relativ zum Tragkranz zuläßt. Auf diese Weise ist es möglich, die Dicke und mithin das Gewicht der Schaufeln zu verringern und die resultierende Herabsetzung der Eigenschwingungsfrequenz durch Anwendung der Schwenkverbindung zu kompensieren. Hierdurch wird es möglich, die Schaufeln z.B. aus Metallblech herzustellen, das wirtschaftlich in die gewünschte Schaufelform geprägt oder gepreßt werden kann. Wie erwähnt, wird durch ein verringertes Schaufelgewicht die Fliehkraftbelastung auf den Tragkranz bzw. die Nabe erheblich herabgesetzt, so daß die Nabe erfindungsgemäß mit einem dünneren Querschnitt hergestellt werden kann. Hieraus ergibt sich nicht nur eine Gewichtsverringerung der Nabe, vielmehr ermöglicht dies auch

B Ü 9 8 1 0 / Π 2 3 3

- 4 die Anwendung weniger aufwendiger Fertigungstechniken.

Wenn das Flügelrad mit verstellbaren, d.h. bezüglich des Anstellwinkels steuerbaren Schaufeln versehen ist, werden durch die leichteren Schaufeln die Belastungen auf den Verstellmechanismus, insbesondere auf die Schaufelschublager verringert. Das jeder Schaufel zugeordnetejLager ermöglicht ein Verdrehen der Schaufel bei laufendem Gebläse, so daß es notwendigerweise eine Konstruktion besitzen muß, welche den durch die auf die Schaufel einwirkende Fliehkraft erzeugten Belastungen zu widerstehen vermag. Die Festigkeit der Lager stellt häufig ein Hindernis für die höchstzulässige Drehzahl des Flügelrads bei einer herkömmlichen Konstruktion dar. Durch die erfindungsgemäß gewährleisteten leichteren Schaufeln werden dagegen die Beanspruchungen an den Lagern verringert, so daß die Einschränkung bezüglich der Drehzahl entfällt.

Die Erfindung ist jedoch nicht auf Flügelradkonstruktionen beschränkt, bei denen die Schaufeln leichter sind als bei den herkömmlichen Konstruktionen. Bei jedem vorgegebenen Flügelrad setzt vielmehr die Einschaltung der drehpunktartigen Verbindung zwischen Schaufel und Nabe die Eigenschwingungsfrequenz der Schaufel herauf, wodurch die höchstzulässige Drehzahl des Flügelrads heraufgesetzt wird.

Die durch diese Drehpunktverbindung ermöglichte Schwenkbewegung ist derart, daß sich die Schaufel an ihrem Innenende um eine Achse verdrehen kann, die in einer senkrecht zu einem durch die Verbindung verlaufenden Nabenradius stehenden Ebene liegt. Zur Vermeidung von auf die Schaufel einwirkenden Biegekräften sollte dieser Radius vorzugsweise auch durch den Schwerpunkt praktisch aller Schaufelquerschnitte verlaufen. Die Lage der Achse in der angegebenen

609810/0233

Ebene liegt vorzugsweise parallel zur mittleren Sehne (average chord) der Schaufel, d.h. einer Sehne, welche den Durchschnitt aller längs der Schaufel vom einen Ende zum anderen gezogenen Sehnen darstellt, kann jedoch auch erheblich von dieser Position abweichen. Die durch die Schwenkverbindung gewährleistete Größe der erhöhten Eigenschwingungsfrequenz der Schaufel nimmt ab, wenn der Winkel der Schwenkachse von einer parallelen Stellung zur mittleren Schaufelsehne abweicht, bis im wesentlichen kein Vorteil mehr vorhanden ist, wenn die Schwenkachse senkrecht zur mittleren Schaufelsehne liegt. In den meisten Fällen sollte die Achse innerhalb eines Bereichs von 40° zu beiden Seiten der mittleren Schaufelsehne liegen.

Die drehpunktartige Verbindung kann durch eine Vielfalt verschiedener Konstruktionen gebildet sein, von denen mehrere in der Zeichnung dargestellt sind. Es ist wesentlich, daß bei der Verbindung Schwenklageranordnungen vermieden werden, bei denen eine GleitberUhrung zwischen den Teilen vorhanden ist, wie dies bei einem herkömmlichen Scharnier oder Gelenk der Fall ist, weil die hohe Reibung, die aufgrund der auf die Schaufel einwirkenden Fliehkraft entsteht, die erfindungsgemäß erforderliche freie Schwenkbewegung verhindern würde.

In ihrer allgemeinsten Form kann die Verbindung eine Art Universal- oder Kardangelenk aufweisen, dessen eines Ende an der Nabe und dessen anderes Ende am Innenende der Schaufel befestigt ist, wobei das Gelenk gegen eine Verdrehung im Sinn einer Verstellung des Anstellwinkels festgelegt ist. Wahlweise kann die Verbindung durch einen dünnen, hochzugfesten Federmetallstreifen gebildet sein, der zwischen die Nabe und das Innenende der Schaufel eingefügt ist. In bevorzugter Ausführungsform trägt die Schaufel einen Stift, der sich in einer senkrecht zur Schaufelachse liegenden

609810/0233

Ebene erstreckt. Die nach außen zur Schaufel hin weisende Fläche des Stifts steht in Linienberührung mit einem von der Nabe getragenen Halte- oder Arretierelement. Der Stift kann daher in einem begrenzten Maß gegenüber der Platte abrollen, wobei sich während dieser Bewegung die Schaufel verschwenkt. Die auf die Schaufel wirkende Fliehkraft drängt den Stift fest gegen die (zugeordnete) Fläche, doch wird hierdurch die Abrollfreiheit des Stifts nicht beeinträchtigt, so daß die gewünschte Erhöhung der Eigenschwingungsfrequenz der Schaufel erzielt wird. Eine Schwenkbewegung um einige Grade ist ausreichend, doch muß diese geringfügige Bewegung möglichst ungehindert erfolgen.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Flügelrad für ein Axialstromgebläse zu schaffen, welches insbesondere die Nachteile des Stands der Technik zumindest in erheblichem Maße vermeidet und zugleich konstruktiv vereinfacht ist sowie vor allem auch eine erhöhte Eigenschwingungsfrequenz aufweist.

Diese Aufgabe wird bei einem Flügelrad für ein Axialstromgebläse mit einer Anzahl von Flügelrad-Schaufeln, die um den Umfang eines die Schaufeln tragenden Tragkranzes bzw. einer Nabe herum angeordnet sind und davon nach außen abstehen, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Einrichtung zur Erhöhung der Eigenschwingungsfrequenz der einzelnen Schaufeln vorgesehen ist, die eine drehpunktartige Verbindung aufweist, deren Dreh- oder Schwenkfunktion durch während der Drehung des Flügelrads auf die Schaufeln einwirkende Fliehkräfte unbeeinflußt ist und welche zwischen dem Innenende der betreffenden Schaufel und der Nabe angeordnet ist und eine Schwing- oder Schwenkbewegung der betreffenden Schaufel relativ zur Nabe im wesentlichen um eine Achse herum zuläßt, welche in einer Ebene liegt, die

6098 1 0/0233

2615900

sich senkrecht zu einem durch die Verbindung verlaufenden Nabenradius erstreckt.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. A, B, C und D schematische Darstellungen von Axialgebläse schaufeln zur Erläuterung des Grundprinzips der Erfindung,

Fig. 1 eine perspektivische Rückseitenansicht eines Axialstromgebläses zur Veranschaulichung der Positionen des Tragkranzes bzw. der Nabe und der Schaufeln relativ zu einem Gehäuse, wobei die im Inneren der Nabe befindlichen Teile weggelassen sind,

Fig. 2 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Schnitt durch die Nabe gemäß Fig. 1 zur Darstellung der Lagerung einer Schaufel unter Weglassung der anderen Schaufellagerungen,

Fig. 3 und 4 in vergrößertem Maßstab gehaltene Schnittansichten längs der Linien 3-3 bzw. 4-4 in Fig. 2,

Fig. 5 eine Endseitenansicht einer Schaufel, im wesentlichen in Richtung der Pfeile 5-5 in Fig. 2 gesehen,

Fig. 6 eine Fig. 2 ähnelnde Darstellung einer Schaufellagerung mit Anstellwinkel-Verstellmechanismus,

Fig. 7 einen Schnitt durch eine Nabe zur Veranschaulichung einer abgewandelten Schaufellagerung,

Fig. 8 einen Schnitt längs der Linie 8-8 in Fig. 7 und

60981 0/0233

Fig. 9 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung eines Abschnitts des Gehäuses gemäß Fig. 1.

In Fig. A ist eine typische herkömmliche Schaufel bzw. ein Lüfterflügel dargestellt, wie sie bzw. er bei bekannten Gebläsekonstruktionen Verwendung findet, wobei die Schaufelwurzel starr mit dem Tragkranz bzw. der Nabe verbunden ist. Fig. B veranschaulicht eine erfindungsgemäße Schaufel, die unter Ermöglichung einer Schwenkbewegung um eine Achse X relativ zur Nabe an letzterer montiert ist. Im Fall einer Störung biegt sich die bekannte Schaufel gemäß Fig. A auf die in Fig. C schematisch angedeutete Weise durch. Die Schaufel gemäß Fig. B biegt bzw. verwindet sich dagegen auf die in Fig. D gezeigte Weise. Dies bedeutet, daß die Schwenkverbindung der Schaufel gemäß Fig. B ihr festgelegtes bzw. verspanntes Ende auf die in Fig. D gezeigte Weise schwingen oder sich verschwenken läßt. Wie in der Dynamik bekannt ist, erhöht sich die Eigenschwingungsfrequenz einer vorgegebenen Platte um etwa das Vier- bis Fünffache, wenn die Platte so gelagert ist, daß sich ihr gehaltertes Ende frei verschwenken bzw. frei schwingen kann. Durch Anwendung dieser Lagerungsart auf eine Gebläseschaufel gemäß Fig. B und D wird mithin erfindungsgemäß die Eigenschwingungsfrequenz der Schaufel erhöht, woraus sich die eingangs genannten Vorteile ergeben.

In Fig. 1 ist ein Axialstromgebläse mit einem Flügelrad dargestellt, das einen eine Anzahl von nach außen abstehenden Schaufeln 12 tragenden Tragkranz bzw. Nabe 10 aufweist, welche ihrerseits mit Hilfe nicht dargestellter, zweckmäßiger Lagerungen koaxial in einem ein Gehäuse 16 durchsetzenden, zylindrischen Kanal 14 angeordnet und durch einen nicht dargestellten, koaxial zur Nabe 10 montierten Motor um ihre Achse herum in Drehung versetzbar ist. Die Schaufeln 12 be-

609810/0233

stehen aus Blech-Präge- oder -Preßteilen mit der gewünschten Kontur, und sie sind an der Nabe 10 mit Hilfe drehpunktartiger, in Fig. 1 nicht sichtbarer Verbindungen innerhalb der Nabe 10 montiert. Das Gehäuse 16 besteht aus vier identischen Abschnitten 18, von denen jeder aus einer Anordnung von Blech-Präge- oder -Preßteilen zusammengesetzt ist.

Die Konstruktion der Nabe 10 und der drehpunktartigen Verbindung zwischen Nabe 10 und jeder Schaufel 12 gemäß Fig. 1 ist in den Fig. 2, 3 und 4 dargestellt. Die Nabe 10 besteht aus einem einzigen, in die gewünschte Form gepreßten Metallstück, und sie weist bei der dargestellten Ausführungsform eine Umfangswand 20 auf, die einstückig mit einem nach innen gezogenen Versteifungs-Flansch 22 sowie einer Stirnwand 24 ausgebildet ist. Die Stirnwand 24 ist dabei mit einer Zentralbohrung versehen, in welche eine Antriebsnabe 26 eingeschweißt ist. Im vollständig zusammengesetzten Zustand nimmt die Antriebsnabe 26 eine Motorwelle auf, an welcher sie beispielsweise mittels einer in eine Keilnut 28 eingesetzten Keilfeder befestigt ist.

Das wesentliche Merkmal der schwenklager- oder drehpunktartigen Verbindung zwischen einer Schaufel 12 und der Nabe 10 besteht bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung in einem vom Innenende der Schaufel 12 getragenen Hartmetallstift 30, der in Abrollberührung mit einer harten, starren Platte 32 steht, die an einem innerhalb der Umfangswand 20 liegenden Punkt an der Nabe 10 befestigt ist. Gemäß den Fig. 2 und 3 trägt das Innenende der Schaufel 12 eine Metall-Lasche 34, die sich von der Schaufel 12 im wesentlichen lings deren Längsachse erstreckt. Die Lasche 34 besteht aus einem einzigen Metallstreifen, dessen Enden unter Bildung einer Schlinge oder Schlaufe 36 am einen Ende gegeneinander gelegt und miteinander verschweißt sind. Der eine

609810/0233

- ίο -

Endabschnitt 38 des Streifens ist breiter als sein anderer Endabschnitt 40, und dieser breitere Endabschnitt 38 ist mit Hilfe von vier Nieten 42 am Innenende der Schaufel 12 befestigt.

Die Lasche 24 durchsetzt eine radiale Bohrung 44 in der Nabe sowie eine Bohrung 46 in der Platte 32, so daß die Schlaufe 36 in die Nähe der Innenfläche der Platte 32 zu liegen kommt. .Der Stift 30 durchsetzt die Schlaufe 36 locker und ist in dieser Position durch einen Ring 48 festgelegt. Die Platte 32 wird durch einen Kragen 50, welcher einen nach innen gerichteten Flansch 52 am Ort der Bohrung 44 in der Nabe umgreift, auf Abstand von der Umfangswand 20 der Nabe 10 gehalten. Die Platte 32 liegt mithin in einer Ebene, die senkrecht zu einem den Mittelpunkt der Bohrung 44 durchsetzenden Nabenradius verläuft. Die Platte 32 ist in ihrer Position durch zwei Schrauben 54 festgelegt, welche bogenförmige Langlöcher 56 in der Platte durchsetzen und in den Ring 48 eingeschraubt sind. Der Anstellwinkel der Schaufel 12 kann durch Lockern der Schrauben 54, Verdrehen der Platte 32 und anschließendes Festziehen der Schrauben 54 verändert werden.

Der Stift 30 rollt in einer Nut 58 ab, die einen größeren Durchmesser besitzt als der Stift, so daß eine Linienberührung hergestellt und eine Gleitbewegung zwischen-Platte 32 und Stift 30 vermieden wird. Das Vorhandensein der Nut ist allerdings nicht ausschlaggebend, weil der Stift 30 gewüns chtenf alls auf einer planen Fläche der Platte 32 abrollen kann. Ebenso kann der Stift durch irgendein anderes Element ersetzt werden, das an der Platte 32 mit Linienberührung anzugreifen vermag. Beispielsweise kann ein Keil mit einem kleinen Krümmungsradius an seiner Spitze verwendet werden.

6098 10/0233

Um die Schaufel 12 bei nicht arbeitendem Gebläse in einer imvBsentlichen radialen Stellung zu halten, zentriert eine Federklammer 60 die Schaufel 12 in der Bohrung 44 der Nabe 10. Die im wesentlichen U-förmige Klammer 60 ist über den Schlaufenabschnitt 36 der Lasche 34 aufgesetzt. Die freien Enden der Klammer 60 sind in Richtung auf die Nabe 10 zurückgebogen, so daß sie an der Außenfläche der Nabenwand anliegen. Sobald das Gebläse in Drehung versetzt wird, ist die auf die Schaufel einwirkende Fliehkraft bestrebt, die Schaufel nach außen zu ziehen, wodurch der Stift 30 in feste Anlage an die Platte 32 gelangt. Dabei besteht jedoch selbst bei hohen Gebläsedrehzahlen infolge der Linienberührung nur ein geringer Abrollwiderstand zwischen dem Stift 30 und der Platte 32. Die reibungsarme Schwenkverbindung ist daher stets funktionsfähig, wie dies erforderlich ist, wenn diese Verbindung ihre vorgesehene Aufgabe der Erhöhung der Eigenschwingungsfrequenz der Schaufel 12 erfüllen soll. Diese Verbindung läßt außerdem die Schaufel 12 sich in eine durch das Zusammenwirken der Fliehkräfte und der aerodynamischen Kräfte an der Schaufel 12 bedingte Stellung verdrehen und die Schaufel in dieser Stellung verweilen.

Die Schaufel 12 kann eine herkömmliche Kontur besitzen. Gemäß Fig. 5 ist die Schaufel in Radialrichtung gerade und von ihrer Vorder- oder Anströmkante zur Hinter- oder Abströmkante bogenförmig gekrümmt. Innen- und Außenenden sind auf herkömmliche Weise unter einem Winkel gegeneinander versetzt. Bei der dargestellten Ausführungsform verläuft die Achse des Stifts 30 parallel zur Sehne 64 am Innenende der Schaufel 12, doch kann sie auch beträchtlich von dieser Position abweichen. Eine parallel zur mittleren Sehne der Schaufel liegende Position ist optimal. Die mittlere Sehne (average chord) läßt sich dabei als Durchschnitt oder Mittelwert einer unendlichen Zahl von zwischen Vorder- und Hinterkante der Schaufel 12 gezogenen bzw. gezeichneten Sehnen definie-

609810/0233

ren. Die Sehne am Außenende der Schaufel 12 ist bei 66 angedeutet. Die Richtung der Stiftachse 62 kann um bis zu etwa 40° in beiden Richtungen von der mittleren Sehne abweichen.

Fig. 6 veranschaulicht eine AusfUhrungsform, bei welcher die Steigung bzw. der Anstellwinkel der Schaufeln 12 im Betrieb des Gebläses verstellbar ist. Konstruktion und Arbeitsweise der Nabe 10, der Schaufel 12, des Stifts 30, der Platt· 32 und der Lasche 34 entsprechen dabei der Ausführungsform gemäß Fig. 2. Bei dieser abgewandelten Ausführungsform trägt die Platte 32 Gegengewichte 33, welche der natürlichen Tendenz der Schaufel, sich unter dem Einfluß der Fliehkraft zu drehe», entgegenwirken. Die Platte 32 ist an der Innenfläche der Nabenwand 20 mittels eines Lagers 68 gelagert, welches eine Drehung der Platte 32 um ihre Achse zuläßt. Die Winkelstellung der Platte 32 um ihre eigene Achse wird durch eine Anordnung gesteuert, die einen mit seinem Außenende nahe der Außenkante der Platte 32 an dieser befestigten Stift 70 aufweist, so daß eine Bewegung des Stifts 70 in einer parallel zur Ebene der Platte 32 liegenden Ebene eine Drehung der Platte 32 zur Folge hat. Das Innenende des Stifts trägt ein Lager 72, das in einem koaxial in der Nabe 10 angeordneten, U-profilförmigen Kreisring 74 sitzt. Wenn sich der Ring 74 mithin längs der Achse der Nabe 10 verschiebt, hat die resultierende Bewegung des Stifts 30 eine Drehung der Platte 32 und der Schaufel 12 zur Folge. Die relative Dreh- und Gleitbewegung zwischen dem Innenende des Stifts 70 und dem Ring 74 während der Bewegung des letzteren wird vom Lager aufgenommen. Der Ring 74 ist am Umfangsabschnitt einer kreisförmigen Scheibe 76 befestigt, die koaxial zur Antriebsnabe 26 angeordnet ist. Ein oder mehrere Bolzen 78 durchsetzen die Scheibe 76 und die Stirnwand 24 der Nabe 10, so daß sich die Scheibe 76 mit der Nabe 10 mitdreht. Eine die Antriebsnabe 26 umgreifende Steuerhülse 80 ist an der Scheibe 76

6U9810/0233

251590Ü

befestigt lind dreht sich mithin zusammen mit der Nabe 10. Die Steuerhülse 80 ist außerdem relativ zur Antriebsnabe verschiebbar, um den Ring 74 längs der Achse der Nabe 10 hin- und herzuverschieben. Die Steuerhülse 80 trägt den Außenlaufring eines Kugellagers 82, dessen Innenlaufring von einem drehfesten Element 84 zur Linearverschiebung der Steuerhülse 80 relativ zur Antriebsnabe 26 getragen wird. Die Kugeln 86 des Kugellagers 82 wirken als Schublager, wenn auf das drehfeste Element 84 in Richtung eines der Pfeile gemäß Fig. 6 eine Kraft ausgeübt wird. Da sich das drehfeste Element 84 nur längs der Achse des Kugellagers verschieben kann, ist es zweckmäßig, die Kraft auf das Element 84 über ein Gummi-Verbindungsglied 85 auszuüben, das als kostensparendes Universal- oder Kardangelenk wirkt.

Die Fig. 7 und 8 veranschaulichen eine abgewandelte Ausführungsform der drehpunktartigen Verbindung, deren Schwenkfunktion ebenfalls von den auf die Schaufel 12 einwirkenden Fliehkräften unbeeinflußt ist. Bei dieser Ausführungsform besteht die Verbindung aus einer flachen Stahlfeder 100 mit hoher Zugfestigkeit, deren Außenende mit Hilfe von Nieten 102 am Innenende der Schaufel 12 befestigt ist. Das Innenende der Feder 100 durchsetzt die Bohrung 46 in der Platte 32 und ist mit Hilfe von Nieten 106 zwischen zwei Flanschstücken 104 befestigt. Letztere sind durch Schweißen oder anderweitig an der Innenfläche der Platte 32 angebracht, die ihrerseits durch das Lager 68 auf Abstand von der Umfangswand 20 der Nabe 10 gehalten wird. Die Feder 100 besitzt einen natürlichen Widerstand gegenüber einer Verdrehungs- oder Torsionsbewegung, doch um zu gewährleisten, daß sich der Anstellwinkel der Schaufel 12 relativ zur Platte 32 nicht verändert, sollte die Breite b der Feder 100 wesentlich größer sein als der Abstand a zwischen den Befestigungspunkten der Feder 100 an der Schaufel 12 und an der Platte

1 0/0233

Infolge der Biegefähigkeit der Feder 100 kann sich das Außenende der Feder 100 und mithin die ganze Schaufel 12 um eine Achse in einer Ebene verschwenken, die senkrecht zu einem durch die Feder verlaufenden Nabenradius verläuft.

Fig. 9 ist eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung eines der Gehäuseabschnitte oder -teile 18. Gemäß Fig. 9 besteht der Gehäuseteil 18 aus einem Mittelstück 110 und zwei Endstücken 112 und 114. Das Mittelstück 110 weist einen Bogenteil 116 und zwei Schenkelteile 118 auf, die jeweils derart mit dem Bogenteil 116 verbunden sind, daß aie auf einem Krümmungsradius desselben liegen. Beim zusammengesetzten Gehäuse 16 gemäß Fig. 1 bilden die vier Bogenteile 116 der vier Gehäuseteile den Kanal 14, und jeder Schenkelteil 118 liegt am betreffenden Schenkelteil 118 des benachbarten Teils 18 an. Die Gehäuseteile 18 sind mit Hilfe von Schrauben miteinander verbunden, welche je zwei aneinander anliegende Schenkelteile 118 an den in Fig. 9 mit 120 bezeichneten Stellen durchsetzen.

Die Endstücke 112 und 114 jedes Gehäuseteils 18 sind am betreffenden Mittelstück 110 mit Hilfe von Schrauben 122 (Fig. 1) befestigt, welche die Endstücke 112 und 114 sowie an den Enden des Mittelstücks 110 vorgesehene Flansche 124 durchsetzen. Die Steifheit der Endstücke 112 und 114 wird durch einen Versteifungsflansch 126 verbessert, während zur Erhöhung der Steifheit jedes Schenkelteils 118 ein Versteifungsflansch 128 vorgesehen ist.

Selbstverständlich sind dem Fachmann gewisse Änderungen und Abwandlungen möglich, ohne daß vom Rahmen und Grundgedanken der Erfindung abgewichen wird.

Zusammenfassend wird mit der Erfindung also ein Axialge-

6 09810/0 233

bläse-Flügelrad geschaffen, bei dem die Eigenschwingungsfrequenz der einzelnen Schaufeln dadurch erhöht ist, daß jede Schaufel an einem ringförmigen Tragkranz bzw. einer Nabe unter Ermöglichung einer Dreh- oder Schwenkbewegung relativ zur Nabe um eine Achse gelagert ist, die im wesentlichen senkrecht zu einem durch die Lagerung verlaufenden Radius liegt. Bei vorgegebener Schaufel ermöglicht diese Lagerung eine Drehung des Gebläses mit höheren Drehzahlen bei entsprechender Leistungserhöhung. Diese Lagerung ermöglicht zudem die Verwendung von dünneren, leichteren Schaufeln bei vorgegebener Betriebsdrehzahl, was eine Verkleinerung der Querschnittsfläche der Nabe ermöglicht. Falls das Flügelrad mit einem Mechanismus zur Steuerung des Anstellwinkels aller Schaufeln im Betrieb des Gebläses versehen ist, werden durch die Verwendung der leichteren Schaufeln die auf den Mechanismus ausgeübten Beanspruchungen herabgesetzt, so daß dessen Konstruktion und Festigkeit nicht zum Begrenzungsfaktor für die höchstzulässige Drehzahl des Flügelrads wird.

6U98 1 0/0233

Claims

25Ί5900

- 16 Patentansprüche

(1.^Flügelrad für ein Axialstromgebläse mit einer Anzahl von Flügelrad-Schaufeln, die um den Umfang eines die Schaufeln tragenden Tragkranzes bzw. einer Nabe herum angeordnet sind und davon nach außen abstehen, dadurch gekennzeichnet , daß eine Einrichtung zur Erhöhung der Eigenschwingungsfrequenz der einzelnen Schaufeln vorgesehen ist, die eine drehpunktartige Verbindung aufweist, deren Dreh- oder Schwenkfunktion durch während der Drehung des Flügelrads auf die Schaufeln (12) einwirkende Fliehkräfte unbeeinflußt ist und welche zwischen dem Innenende der betreffenden Schaufel und der Nabe (10) angeordnet ist und eine Schwing- oder Schwenkbewegung der betreffenden Schaufel relativ zur Nabe im wesentlichen um eine Achse herum zuläßt, welche in einer Ebene liegt, die sich senkrecht zu einem durch die Verbindung verlaufenden Nabenradius erstreckt.
2. Flügelrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung einen Rollen-Stift (30), dessen Achse die Schwenkachse festlegt, Mittel zur Verbindung des Stifte mit dem Innenende der Schaufel (12), ein starres, den Stift tragendes Element mit einer einwärts zur Achse der Nabe weisenden Fläche, welche an der Oberfläche des Stifts mit Linienberührung anliegt, so daß auf die Schaufel einwirkende Fliehkräfte auf das starre Element übertragen werden, sowie mit dem starren Element und der Nabe (10) verbundene Mittel zur übertragung der auf das starre Element ausgeübten Kräfte auf die Nabe aufweist.
3. Flügelrad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Verbindung des Stifts (30) mit der Schaufel (12) eine scHafcfenartig geformte Lasche (34) aufweisen,

6098 10/0233

deren einer Endabschnitt (38) an der Schaufel befestigt ist und die einen Schlaufenabschnitt (36) aufweist, welcher den Stift umschlingt und mit der von der Platte abgewandten Fläche des Stifts in Berührung steht.
4. Flügelrad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Übertragung von Kräften vom starren Element auf die Nabe (10) ein Schublager aufweisen, welches eine Drehung des starren Elements und der Schaufel im Sinne einer Änderung des Anstellwinkels der Schaufel (12) relativ zur Nabe zuläßt.
5. Flügelrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung einen Federstreifen hoher Zugfestigkeit, das eine Ende des Federstreifens mit dem Innenende der Schaufel (12) verbindende Mittel sowie Mittel zur Verbindung des anderen Endes des Federstreifens mit der Nabe (10) aufweist, um die durch die Schaufel auf den Federstreifen ausgeübten Kräfte auf die Nabe zu übertragen.
6. Verfahren zur Erhöhung der Leistung eines Axialgebläse-Flügelrads mit einer Anzahl von Flügelradschaufeln, die von einem Tragkranz bzw. einer Nabe getragen werden, dadurch gekennzeichnet , daß das Innenende jeder Schaufel an der Nabe mittels einer dreh- oder schwenkpunktartigen Verbindung montiert wird, welche die Eigenschwingungsfreq-uenz der Schaufel dadurch erhöht, daß sich die Schaufel relativ zur Nabe frei um eine Achse zu verdrehen vermag, die in einer senkrecht zu einem durch die Verbindung verlaufenden Nabenradius liegenden Ebene angeordnet ist.

609810/0233