DE2548372A1 - Axialer ventilator mit fluegeln, die in beliebigem einstellwinkel feststellbar sind - Google Patents

Description

PATENTANWALT

HELMUT GÖRTZ

.S Frnnkf jrt cm Main 70
SfKneckenhofslr.27 - Tel. 617079

27. Oktober 1975 Gzboe/Wa.

AXIAL INTERNATIONAL ESTABLISIBiENT, Mauren, (Liechtenstein)

Axialer Ventilator mit Flügeln, die in beliebigem Einstellwinkel feststellbar sind.

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ventilator mit Flügeln, die in beliebigem Einstellwinkel feststellbar sind; er besteht aus Einzelteilen von einfacher und mit geringen Mitteln herstellbarer Konstruktion, die durch ihre besondere Gestaltung und Anordnung der Teile die Herstellung axialer Ventilatoren mit einer großen Durckreichweite und höchster Leistungsfähigkeit ermöglichen, wobei man die Flügel abnehmen oder montieren kann und/oder ihre Zahl verändern, ohne das Laufrad abmontieren zu müssen.

Axiale Ventilatoren werden bekanntlich für Aufgaben in weitem Bereich verlangt, so für die Ventilation, für die Luftverbesserung, für das Ansaugen von Rauch und ähnlichem, und sie bilden in beachtlicher Zahl ein wesentliches Element in Anlagen verschiedener Art und entsprechend dem genannten Zweck. Es ist indessen erforderlich, daß jede Anlage den besonderen Bedürfnissen angepaßt ist, für die sie bestimmt ist. Es ist infolgedessen schwierig, daß die Betriebsbedingungen, welche die einzelnen Ventilatoren erfüllen sollen, hinsichtlich ihrer Druckwerte und Reichweite möglichst den Bedingungen entsprechen, für die der Ventilator projektiert ist.

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Wenn also in diesen Fällen das Fitigelrad des Ventilators eine bestimmte Anzahl Flügel hat und/oder einen festen Neigungswinkel, ist es in jedem Falle notwendig, einen besonderen Ventilator, wie er für den bestimmten Zweck projektiert ist, zu verwenden, oder auch die Drehzahl zu verändern, sei es unter Benutzung verschiedener Motoren, sei es durch Einschaltung geeigneter Übertragungen durch Riemen, oder in ähnlicher Weise.

Alle diese Maßnahmen verursachen eine erhebliche Belastung vom Kostenstandpunkt, sowohl,weil Motoren mit verschiedenen Geschwin-. digkeiten teurer sind als normale mit einer Geschwindigkeit, als auch,weil die Zwischenschaltung von Riemenscheiben und Riemen, abgesehen von den höheren Kosten entsprechenden Raum und höhere Instandhaltungskosten verursacht.

Es sind auch Ventilatoren mit variabler Einstellung des Ventilatorflügels bekannt, wobei die Flügel im allgemeinen mit einer zylindrischen Achse versehen sind, die radial in der Nabe befestigt ist und von Lagern oder dergleichen getragen wird, wobei die axiale Wirkung der Zentrifugalkraft durch Widerlager ausgeglichen wird, die auf der zylindrischen Achse vorgesehen sind.

Der axiale Ventilator mit in dem Neigungswinkel einstellbaren Ventilatorflügeln zur Verwendung in einem weiten Bereich des Druckes und der Fördermenge gemäß der vorliegenden Erfindung besteht aus einem Paar gleicher und symmetrischer Lagerschalen, die mit einem zentralen Körper verbunden sind, der die Verbindungsnabe mit der Antriebswelle bildet, ferner aus einer Reihe von Flügeln, die an ihrem Flügelfuß - eingesetzt oder aus einem Stück hergestellt - zwei zylindrische Stücke haben, wobei diese

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zusammengesetzt einen Zylinder mit kreisförmigem Querschnitt bilden.

Diese zylindrischen Stücke sind in andere zylindrische Sitze mit radialer Achse so eingesetzt, daß sie eine gewisse Ausrichtung der Flügel in bezug auf die Rotationsachse gestatten, um den Einstellwinkel für die Flügel verändern zu können, wobei das Ganze durch Zapfen blockiert wird, die parallel zu der Rotationsachse durch die Schalen und die zylindrischen Stücke mit den entsprechenden zylindrischen Oberflächen hindurchgehen; auf diese Weise entsteht eine genügende Reibung zwischen den Sitzen und den zylindrischen Körpern, die es ermöglicht, die Flügel in der gewünschten Stellung zu halten, wie sie im Augenblick der Montage gewählt worden ist.

Die genannten zylindrischen Stücke können ebenso wie die Sitze als getrennte Stücke ausgearbeitet und eingefügt werden, sowohl auf den Fußstücken der Flügel, als auf den Verschlußschalen, während vorgesehen ist, daß die Blockierungszapfen, indem sie durch die Flügelfüße hindurchgehen, die Schalen mit den entsprechenden Zylindern verbinden müssen, wobei sie direkt mit Druck auf diese einwirken ohne eine Biegungsbeanspruchung der angrenzenden Teile der Schalen herbeizuführen.

Gemäß der Erfindung können die verschiedenen Teile für die Zusammensetzung des Ventilators in großen Serien mit gleicher Ausführung und in beliebigem Material hergestellt werden, wobei erst im Augenblick des Zusammenbaus man wählen braucht, sowohl die Zahl der verwendeten Flügel auf den Schalen, als auch hinsichtlich ihrer Neigung in bezug auf die Rotationsachse, wobei man also, je nach den Bedürfnissen des Falles, den Ventilator

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den entsprechenden Werten des Luftdruckes und der Luftmenge anpassen kann, so daß man den bestmöglichen Effekt erzielt, ohne zusätzliche Organe benötigen zu müssen. Es ist weiterhin möglich, Flügel von dem Schwungrad wegzunehmen oder hinzuzufügen, ohne dieses abmontieren zu müssen.

Nach einer anderen Ausführungsform des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, daß jeder Flügel einen bestimmten Winkel im Verhältnis zur radialen Senkrechten der Rotationsachse bildet, wodurch ^ein "Vorstellwinkel" (precono) der Flügel entsteht, wenn diese in der Ruhestellung sind,

Maße, das Dieser Vorstellwinkel erlaubt es in fühlbarem/Biegungsmoment, das auf das Einsatz- (oder Einspannungs-) teil des Flügels einwirkt, auszuschalten oder zu reduzieren. Denn tatsächlich schaffen die aerodynamischen Kräfte, die auf den Ventilator während seiner Betätigung einwirken und zwar in senkrechter Richtung zu der Fitigelebene, ein solches Moment in Bezug auf den Flügelfuß. Andererseits wird die Zentrifugalkraft, die im Schwerpunkt eines jeden Flügels zur Anwendung kommt, auf Grund der Wirkung dieses Vorstellwinkels (precono) unterteilt, nämlich in eine Komponente, die parallel zur Rotationsachse verläuft und in eine radiale Komponente. Wenn man den Winkel (precono) in richtiger Richtung anordnet, ruft die parallel zur Rotationsachse verlaufende Komponente eine Wirkung in entgegengesetzter Richtung zu der durch die aerodynamischen Kräfte verursachten Kraft hervor, wodurch diese aerodynamischen Kräfte in ihrer Wirkung vermindert oder sogar aufgehoben werden.

Diese Wirkung erreicht man gemäß der Erfindung, indem man die beiden Schalen in Form einer Ebene gestaltet, auf die man die

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Träger mit zylindrischen Sitzen einsetzt, auf denen der Flügelfuß befestigt wird. Diese Träger können so gestaltet sein, daß sie mit den Schalenoberflächen in Kontakt stehen, und zwar in einer so geneigten Ebene, daß die Achse des zylindrischen Sitzes auch geneigt ist. Die Blockierung dieser geneigten Sitze wird mittels Zapfen bewirkt, von denen wenigstens einer durch die zylindrischen Teile und den Fuß der Flügel hindurchgeht.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, und zwar für Ventilatoren von großen Dimensionen, daß der Flügel aus zwei miteinander durch Längsfalzen verbundener stranggepreßter Profilstücke gebildet wird, von denen dasjenige, das auf der Vorderseite im Sinne der Bewegung angeordnet ist, aus einem massivem Stück mit eventuellen axialen Bohrungen zur Erleichterung (Erleichterungslöchern), während das andere Profilstück vollständig hohl ist oder mit Verstärkungsstreben versehen und durch Falze mit dem anderen Stück verbunden ist. Der Wurzelfuß ist aber in jedem Falle fest mit dem vorderen Profilstück, das massiv ist, verbunden, um eine feste Angriffsfläche zu bilden.

Diese und andere Eigenschaften folgen deutlich aus der eingehenden folgenden Beschreibung einer Ausführungsform eines solchen Ventilators mit veränderlicher Einstellung der Flügel, wie er in der Zeichnung dargestellt ist.

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Es zeigen:

Fig. i - einen Ventilator mit einigen Flügeln in Seitenansicht;

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Ventilator gemäß der Linie U-II der Fig. 1;

Fig. 3 einen Teilschnitt der Verbindung des Flügels gemäß der Linie IH-III der Fig. 1; .

Fig. 4 den Aufriß einer anderen Ausführungsform des Ventilators;

Fig. 5 einen Schnitt entsprechend der Linie V-V der Fig. 4;

Fig. 6 einen Teilschnitt der Befestigung des Flügels gemäß der Linie VI-VI der Fig. 4, und

Fig. 7 einen Schnitt durch den Flügel gemäß der Linie VII-VII der Fig. 4.

Nach der Zeichnung weist der Ventilator zwei Schalen 1 und 2 auf, die untereinander verbunden sind, von denen die eine mit einer Muffe 3 fest verbunden ist, welche die Nabe des Ventilators bildet, wobei diese Schalen durch ein kreisförmiges Teil 4-5 in Abstand gehalten werden, das sich in axialer Richtung bis zur Mittellinie erstreckt oder halbzylinderfö'rmigen radialen Öffnungen 6, die zusammengebaut einen zylindrischen Bund bilden. Axial mit jeder dieser radialen Öffnungen 6 ist für jede Schale ein eingesetztes oder aus einem Stück gefertigtes Trägerstück 7 bzw. 8 vorgesehen, mit einem zylindrischen Sitz 7a-8a, dessen

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Achse radial ist und mit dem der Bunde 6 zusammenfallen. Durch diese Trägerstüeke hindurchführend sind zwei koaxiale Queröffnungen 9-10 vorgesehen, deren Achse im wesentlichen die Achse der Tragstücke schneidet. Durch die Öffnungen 9-10 geht ein Bolzen Ii hindurch. Der Ventilator wird durch eine Mehrzahl von Flügeln 12 vervollständigt, die in radialer Richtung angebracht sind, als Profilstücke, gepreßt oder in sonstiger Weise hergestellt sind, in angemessener Ausgestaltung, z.B. mit Flügelprofil oder ähnlichem, und auf der einen Seite mit einem Fuß 13 versehen sind, der mit den Schalen 1 und 2 aus einem Stück hergestellt sein kann, wie noch gesagt werden wird, und auf der anderen Seite mit einem richtigen und eigentlichen Flügel 14 versehen ist, der von den Schalen in radialer Richtung herausragt und in den Fuß in einem weiten Bogen 15 - i6 übergeht. Zwischen dem Flügel 14 und dem Fuß 13 ist eine Zone 17 vorgesehen, die im wesentlichen parallele Seiten zu der Längsachse des Flügels hat, wobei diese Zone in einer Verschlußscheibe 18 vorgesehen ist, die eine seitliche Öffnung 18a hat, die in Form und Ausdehnung der Zone 17 entspricht, wobei diese Scheibe so gestaltet ist, daß sie innerhalb des zylindrischen Bundes 6, der von den radialen Öffnungen der Schalen 1-2 gebildet wird, untergebracht werden kann. Auf der einen und der anderen Seite des Fußes 13 sind zwei zylindrische Teile 19 und 20 angebracht, die mit dem Fuß 13 eine zylindrische Oberfläche bilden, deren Achse radial und zusammenfallend ist, mit der Längsachse des Flügels, wobei diese zylindrischen Teilstücke mit dem Fuß 13 des Flügels mittels elastischer Zapfen 21 und 22 oder ähnlicher bekannter Mittel fest verbunden sind, wobei diese Zapfen in Öffnungen untergebracht sind, die sowohl in den zylindrischen Teilen, als auch in dem Fußstück vorgesehen sind.

Die zylindrische Oberfläche der Stücke 19 und 20 ist im Durchmesser der zylindrischen Oberfläche gleich, die von den Fassungen 7a und 8a der Trägerstüeke 7 - 8 an den Schalen 1 und 2 gebildet wird.

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Die gesamte Einheit des zylindrischen Teiles, das aus dem Fußstück 13 und den zylindrischen Stücken 19 und 20 gebildet, und von einer koaxialen Öffnung 23 mit den Öffnungen 9-10 durchbohrt ist, wobei der Zapfen 11 durch diese Öffnungen hindurchgeht, ist in der Querrichtung so eingebettet, daß sie eine bestimmte winkelmäßige Verschiebung um eine eigene Achse des gesamten Flügels ermöglicht.

Der Zusammenbau des Ventilators geschieht, indem man zunächst auf jedem Flügel 12 ein Verschlußstück 18 anbringt, das seinen Platz in der Verbindungszone 17 zwischen dem Fuß 13 und dem Flü-'gelteil ih findet, daß man dann von jeder Seite des Fußes 13 die zylindrischen Stücke 19 und 20 hinzufügt, wobei diese mit dem Flügel durch die Zapfen 21 - 22 fest verbunden werden. Der auf diese Weise vorbereitete Flügel kann dann radial von außen in die zylindrischen Fassungen 17a - 18a der Träger 17 und 18 eingesetzt werden, wobei diese Träger 17 - 18 mit den Schalen 1 und 2 fest verbunden sind; durch das Ganze wird dann der Zapfen 11 hindurchgeführt.

Sobald dann alle für den gewünschten Ventilator erforderlichen Flügel in die betreffenden Sitze eingesetzt sind, können sie mit ihrem seitlichen Profil in eine Stellung gebracht werden, die dem gewünschten Neigungswinkel entspricht, und dann werden die verschiedenen Zapfen 11 an ihrem Ende befestigt. Wenn die Zahl der Flügel geringer ist als die Zahl der für eine bestimmte Gruppe von Schalen vorgesehenen Trägerstücke, können die freigebliebenen Fassungen mittls Verschlußplatten 18 verschlossen werden, die aus dem Übergangsstück des Flügelfußes ausgespart sind.

Auf diese Weise drückt der Zapfen die Sitze 7a - 8a auf die zylindrischen Stücke und dann auf den Fuß 13 des Flügels, wobei

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er das Ganze durch die Reibung blockiert, die sich auf die verschiedenen Oberflächen der in Berührung stehenden Teile auswirkt.

Wie man auf Grund der besonderen Anordnung der Teile feststellen kann, stehen alle einer Beanspruchung unterworfenen Teile unter einem direkten und axialen Druck, der jedoch so wirkt, daß keine anderen Einwirkungen, die etwa ein Verbiegen oder Zerbrechen herbeiführen könnten, stattfinden. Die Reibung ist im übrigen aber so ausreichend, daß sie auch die Wirkung der Zentrifugalkraft ausgleicht, der der Flügel während des Betriebs ausgesetzt ist, und der erwähnte Zapfenftann auch als ein Sicherungsmittel betrachtet werden, weil er wie ein seitlicher Dorn sich auswirkt, falls einmal zufällig die Zapfen oder ein anderes Teil locker wird.

Gemäß der Erfindung ist es auch möglich, indem man die Zapfen lockert oder wegnimmt, jeden der Flügel des Ventilatros zu schwenken, bei einem schon in Gebrauch befindlichen Ventilator Flügel wegzunehmen oder einzufügen, wobei man dadurch die Wirkung des Ventilators entsprechend anderen Bedürfnissen oder unvorhergesehenen Umständen regulieren kann, ohne daß es erforderlich ist, jedes Stück neu zu ersetzen oder die Schalen des Schwungrades abzumontieren. Im übrigen wird die Handhabung der verschiedenen Teile des Ventilators dadurch erleichtert, daß die Sperrwirkung der Zapfen direkt durch Druck sich auf die in Betracht kommenden Teile auswirkt.

Flügel und Zylinder können aus einem einzigen Stück hergestellt werden.

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Wie in den Figuren k bis 6 dargestellt, zeigt eine andere Ausführungsform, daß die beiden Schalen durch zwei ebene Scheiben la - 2a ersetzt sind, auf denen die Träger 7h und 8b mit ihren zylindrischen Sitzen 7a und 8a gelagert sind, wobei die Träger von den Schalen la - 2a so getrennt sind, daß die Auflageflächen zu diesen einen Winkel bilden können. Durch diese Anordnung bildet die Achse Y des Flügels 12 einen bestimmten Winkel zur Achse X, die senkrecht zu der Rotationsachse Z des Ventilators ;, steht.

Die Verbindung der getrennten Träger 7h, 8b und der Scheiben la, 2a nicht nur zur Befestigung des Fußes 13 des Flügels 12 geschieht in der Weise, daß zusätzlich zu dem Zapfen 11, der durch das Ganze hindurchgeht, noch die Zapfen 25, 26 und 27 vorgesehen sind. Von diesen sind die Zapfen 26 und 27 zwischen den Scheiben la und 2a und den Trägern 7b und 8b angeordnet und dienen dazu, die Kräfte des Beharrungsvermögens und die areodynamischen Kräfte, die auf die Flügel einwirken, aufzunehmen, während der Zapfen 25, der zwischen den beiden Scheiben angeordnet ist, nebel* seiner Funktion der Mitwirkung bei den soeben geschilderten Vorgängen, die Aufgabe hat, die Spannkraft zu erhöhen, die im anderen Falle nur von dem Zapfen 11 erfüllt wird. Da die Scheiben la und 2a im wesentlichen eben sind, können die peripheren offenen Zwischenräume zwischen ihnen mit verschätimtem Material ausgefüllt werden. Infolgedessen sind die Ränder h und 5, die Zone 17 und die Zapfen 18, die in den Figuren 1 bis 3 vorhanden sind, entfernt.

Wenn der Ventilator in Tätigkeit ist, ist die aerodynamische Kraft, die auf den Flügel einwirkt, nach unten gerichtet (Fig.5) und schafft in dem Einspannabschnitt des Flügels ein Kräfte-

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moment in Uhrzeigerrichtung. Aufgrund der Wirkung der vorgenannten Anordnung, bei der die Flügelachse einen Winkel zu der Achse X bildet, befindet sich der Schwerpunkt des Flügels an einem Punkt unterhalb zu dem, der der Achse X entspricht, wodurch die Zentrifugalkraft, die auf den genannten Schwerpunkt einwirkt, eine zur Achse X senkrechte Komponente bildet.

Diese Komponente verursacht indessen ein Kräftemoment in entgegengesetzter Richtung zum Uhrzeiger, das auf den Einspannungsabschnitt des Flügels einwirkt, wodurch die Kräftewirkung der aerodynamischen Wirkung reduziert oder aufgehoben wird.

Die Fig. 7 stellt den entsprechenden Flügel bei Ventilatoren von großen Ausmaßen dar, der aus zwei stranggepreßten Profilstücken 28 und 29 gebildet wird, wobei das erste aus einem massiven Teil mit Schwalbenschwanz-Rillen (3l) besteht, das zweite (29) im Inneren hohl ist (eventuell mit Verstärkungsrippen) und am Ende mit gleichen Rillen (32), die in die entsprechenden Aushöhlungen 31 des Profilstücks 28 eingesetzt werden können. Zwischen den beiden Berührungsteilen wird im Zeitpunkt des Zusammenbaus ein haftender Überzug 30 aufgetragen, und dann wird das Ganze in Bezug auf die Längsachse gedreht, bis die gewünschte Verdrehung des Flügeloberteils und des Flügelfußes erreicht ist, wobei dann durch die Polymerisation des Haftmittels eine Blockierung des Ganzen erreicht wird.

Durch diese Zusammensetzung des Flügels wird erreicht, daß der Schwerpunkt des Abschnitts nach vorne verlagert wird, wobei Vibrationserscheinungen vermieden werden und der Fuß 13 mit dem massiven Teil verbunden ist.

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Es versteht sich, daß zahlreiche Varianten konstruktiver Art des vorstehend geschilderten Ausführungsbeispiels möglich sind, ohne daß damit der Kreis der durch die Erfindung gebotenen. Ausführungsmb'glichkeiten überschritten würde.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1. iAxialer Ventilator mit Flügeln, die in beliebigem Einstell- ^-^ winkel feststellbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß er von einem Paar mit der Nabe verbundener Verschlußschalen und einer Reihe von Flügeln mit einem radialen Fuß gebildet wird, wobei zwischen den Verschlußschalen und dem Flügelfuß eine Mehrzahl zylindrischer, mit dem Flügelfuß fest verbündender Teile vorgesehen sind, die in entsprechenden zylindrischen Sitzen, die mit den Schalen fest verbunden sind, eingesetzt sind, wobei die gesamte Einheit durch Zapfen oder ähnliche Mittel festgestellt wird, die durch die Schalen, die Sitze und die zylindrischen Teile hindurchgehen.

   2. Ventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalen kreisförmige, im Abstand an der Peripherie der Schalen vorgesehene Verschlußstücke aufweisen, wobei deren Oberfläche radiale Öffnungen für die Durchführung der Flügelfüße hat, wobei ferner diese Öffnungen mit Scheiben verschlossen werden können, in denen eine Ausnehmung vorgesehen sein kann für den Durchtritt des Fitigelfußes.

   3. Ventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderteilstücke mit dem Flügelfuß aus einem Stück gefertigt sein können, oder auch in diesen eingesetzt und mittels Dornen, Zapfen oder dergleichen befestigt werden.

   k. Ventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sitze mit zylinderteilförmigen Abschnitten direkt auf die Schalen eingesetzt werden können, oder auch mit ihnen zusammen hergestellt .sind und mit Querzapfen für die Blockierung festgestellt werden können

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   5. Ventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalen zusammen mit den zylinderteilförmigen Sitzen und Stücken eine Ausrichtung der Flügel in einem weiten Winkel ermöglichen, wobei der Neigungswinkel der Flügel durch die Reibung zwischen den genannten Teilen erreich wird, die von dem seitlichen Verschlußzapfen verursacht wird.

   6. Ventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als andere Form der Ausführung die Schalen durch zwei im wesentlichen ebene Scheiben ersetzt sind, auf denen getrennte Träger für den Fuß der Flügel aufgelagert sind, wobei die Träger eine geneigte Fläche haben können, um im voraus eine solche Neigung der Achse/zu ermöglichen, die geeignet ist, auf den Hügelfuß eine Zentrifugalkraftwirkung entgegen der durch die aerodynamischen Kräfte verursachten Wirkung auszuüben.

   7. Ventilator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Träger der Flügel zylindrische Oberflächen haben zur Aufnahme zylindrischer Elemente, die mit den Flügelfüßen gekoppelt sind, ferner Mittel mit Schrauben für die Verbindung zu den Scheiben,- die dazwischen eingefügt sind und ueva Beharrungsvermögen sowie der Wirkung der aerodynamischen Kräfte entgegen wirken, während andere Schraubenmittel vorgesehen sind, die durch die gesamte Vorrichtung hindurchgehen und die Reibungskräfte verstärken.

   8. Ventilator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Flügel von großen Dimensionen aus zwei stranggepreßten miteinander verbundenen .Profilstücken bestehen, von denen das vordere massiv und das andere hohl ist, wobei der Wurzelfuß auf dem ebenen Stück ausgebildet ist und die beiden anderen Teile des Flügels miteinander durch Schwalbenschwanz-Rillen verbunden und mittels Haftmittel blockiert sind.

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