DE2552529A1

DE2552529A1 - Axialgeblaese mit stufenlos verstellbaren laufradschaufeln

Info

Publication number: DE2552529A1
Application number: DE19752552529
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl Ing Hofmann
Original assignee: Voith Getriebe KG
Current assignee: Voith Getriebe KG
Priority date: 1975-11-22
Filing date: 1975-11-22
Publication date: 1977-06-02
Also published as: BR5601371U

Description

Voith Getriebe KG Kennwort: "Laufradverstellung + Zusatz" Heidenheim (Brenz)

Axialgebläse mit stufenlos verstellbaren Laufradschaufeln

Die Erfindung betrifft ein Axialgebläse mit stufenlos verstellbaren Laufradschaufeln, die mit ihren Zapfen in einer Nabe des Gebläselaufrades verdrehbar gelagert sind, und mit einem zum Laufrad koaxial angeordneten und mit diesem umlaufenden, in Achsrichtung verschiebbaren und mit den Zapfen der Laufradschaufeln in Verbindung stehenden Verstellorgan.

Bei einem solchen Gebläse kann das Verschieben des Verstellorgans und somit das Verstellen der Laufradschaufel (zwecks Veränderung des Volumenstromes) rein mechanisch oder elektromechanisch oder pneumatisch oder hydraulisch erfolgen. In bekannten Gebläsen ist das axialverschiebbare Verstellorgan über Stellhebel oder Gleitsteine mit den Zapfen der Laufradschaufeln verbunden. Diese Konstruktionen sind aufwendig und lassen nur einen verhältnismäßig kleinen Verstellwinkel zu. Bekannt sind auch Verstelleinrichtungen unter Verwendung von Zahnrädern; hiermit können zwar große Verstellwinkel erreicht werden, jedoch ist diese Bauweise ebenfalls sehr schwer und teuer.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verstelleinrichtung für Axialgebläse zu schaffen, die einfach und leicht ist und mit der dennoch ein möglichst großer Verstellwinkel erzielt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß mit dem Verstellorgan einseitig (d.h. in nur einer Richtung) kraftschlüssig wirkende Elemente (Seile, Ketten) verbunden sind, von

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denen jedes zu einem der Schaufelzapfen geführt ist und diesen derart umschlingt, daß ein Verschieben des Verstellorgans ein Verdrehen der Laufradschaufeln zur Folge hat.

Die Erfindung macht es sich zunutze, daß an einem Axialgebläse bei rotierendem Laufrad auf jede Laufradschaufel ein sogenanntes Zentrifugalmoment wirkt, das versucht, die Laufradschaufel auf einen kleineren Anstellwinkel, also in Richtung Schließen des Laufrades zu verdrehen. Es wurde erkannt, daß aufgrund dieser Tatsache die einfacheren und gewichtsarmen Seile oder Ketten anstelle der bisherigen am Schaufelzapfen befestigten Verstellhebel verwendet werden können und daß die Verstelleinrichtung nur in einer Richtung kraftschlüssig zu wirken braucht, weil das Verstellen der Laufradschaufeln in der anderen Richtung automatisch durch die zentrifugalen Momente erfolgt. Dabei ergibt sich noch als weiterer Vorteil, daß die am Schaufelzapfen angreifende Verstellkraft von der Schaufelzapfenachse bei allen Anstellwinkeln den gleichen Abstand beibehält. Dieser Abstand ist gleich dem halben Zapfendurchmesser bzw. dem halben Durchmesser einer Seilscheibe, in die zum Beispiel das Seil eingelegt ist. Dagegen muß bei den bekannten Gebläsen mit Verstellhebeln an den Schaufelzapfen in Kauf genommen werden, daß der jeweils wirksame Hebelarm um so kleiner wird, je weiter die Schaufeln aus ihrer Mittellage verdreht werden. Dadurch ist, wie oben schon erwähnt, die Größe des maximalen Verstellwinkels auf einen verhältnismäßig kleinen Wert begrenzt.

Durch die Erfindung kann ferner eine beträchtliche Gewichtsersparnis erzielt werden. Das demzufolge geringere Massenträgheitsmoment erleichtert das Anlaufen des Gebläses. So ist zum Beispiel im Falle der Verwendung eines Elektromotors als Antriebsmaschine der Anlaufstrom geringer. Falls es auf das Erzielen eines geringen Gesamtgewichtes nicht so sehr ankommt, können die an sich sehr leichten einseitig kraftschlüssig wirkenden Elemente (Seile oder Ketten) in verhältnismäßig großem Abstand von der Gebläseachse angeordnet werden, wodurch sich die Anordnung und die Montage der Bauteile vereinfacht.

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In der Regel wird jede Laufradschaufel in einem radial inneren und in einem radial äußeren Schaufelzapfenlager gelagert sein. Hierbei kann der Angriffspunkt für die einseitig kraftschlüssig wirkenden Elemente am Schaufelzapfen, also zum Beispiel die Seilscheibe, im Bereich zwischen den beiden genannten Lagern angeordnet sein. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, die einseitig kraftschlüssig wirkenden Elemente (Seile oder Ketten) zwischen dem radial äußeren Lager und dem Schaufelblatt angreifen zu lassen (Anspruch 2). Dies stellt eine einfache und mit sehr geringem Montageaufwand verwirklichbare Lösung dar. Im Falle eines Gebläses mit hydraulischer oder pneumatischer Laufradverstellung hat diese Lösung den weiteren Vorteil, daß für den Stellzylinder und den Kolben größere Wirkflächen zur Verfügung stehen. Dadurch kann mit niedrigeren Druckmitteldrücken gearbeitet werden und der Aufwand für die Abdichtung des Druckmittels ist geringer.

Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, daß an dem Verstellorgan eine Spannfeder derart angreift, daß diese bei Stillstand des Gebläses die Laufradschaufell in der maximalen Öffnungsstellung festhält (Anspruch 3). Dadurch wird beim Stillstand ein Schlappwerden der Seile oder Ketten verhindert. Beim Anlaufen schließen sich dann die Laufradschaufeln aufgrund des Zentrifugalmomentes, das die Kraft der Spannfeder überwinden kann; erst dann werden die Laufradschaufeln durch Betätigung des Verstellorgans in die gewünschte Stellung gebracht.

Eine andere erfindungsgemäße Lösung, um das Schlappwerden der Seile zu verhindern, besteht darin, daß an jedem Schaufelzapfen koaxial zu diesem liegend eine Torsionsfeder angreift, welche die Schaufel bei Stillstand des Gebläses auf den kleinsten Anstellwinkel, also in die geschlossene Stellung bringt (Anspruch 4). Dies stellt die kinematische Umkehrung dar zu der im Anspruch 3 genannten Lösung. Gegenüber dieser wird jedoch der Vorteil erzielt, daß der Antriebsmotor beim Beschleunigen des Gebläses aus dem Stillstand geringer belastet ist, weil die Laufradschaufeln schon beim Beginn des Anlauf-Vorganges in der geschlossenen Stellung sind.

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Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Anspruch 5 beschrieben. Danach kann aufgrund der erfindungsgemäßen Verwendung von einseitig kraftschlüssig wirkenden Elementen.in besonders einfacher Weise erreicht werden, daß das Gebläse für beide Förderrichtungen einsetzbar ist. Hierbei isc besonders hervorzuheben, daß in beiden Förderrichtungen der Volumenstrom stufenlos veränderbar ist und der Wirkungsgrad des Gebläses in beiden Förderrichtungen gleich gut ist.

Bei Verwendung eines hydraulischen oder pneumatischen Stellzylinders ist es ferner zweckmäßig, an dem Kolben des Stellzylinders einen Flansch (Regelstern) anzuordnen, an dem die einseitig kraftschlüssig wirkenden Elemente (Seile oder Ketten) befestigt sind (Anspruch 6). Hierbei kann ferner vorgesehen werden, daß der Regelstern und der Kolben einen Teil der Nabenverkleidung bilden, die aus aerodynamischen Gründen, d.h. zum Erzielen einer möglichst verlustfreien Strömung, erforderlich ist. Hierbei erfüllen somit der Regelstern und der Kolben eine Doppelfunktion.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand der-Zeichnung beschrieben. Darin zeigen

Fig. 1 einen Teillängsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Axialgebläse mit pneumatischer Schaufelverstellung;

Fig. 2 einen gegenüber Fig. 1 vergrößerten Teilschnitt mit einer anderen Ausführung der Schaufelzapfen;

Fig. 3 einen Querschnitt nach Linie III-III nach der Fig» 2;

Fig. 4 einen schematischen Teillängsschnitt durch ein

Gebläse mit rein mechanischer Schaufelverstellung;

Fig. 5 ebenfalls einen schematischen Teillängsschnitt

durch ein Gebläse, jedoch mit elektromechanischer Schaufelverstellung;

Fig. 6 schematische Ansichten auf eine Laufradschaufel

in verschiedenen Stellungen für beide Förderrichtungen.

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Das in Pig. I dargestellte Axialgebläse besitzt einen Luftführungskanal 1 und Laufradschaufeln 2. Jede Laufradschaufel ist mit einem Schaufelzapfen 5 in einer Nabenbüchse 4 verdrehbar gelagert (Rollenlager 6 und Gelenklager 7). An jeder Nabenbüchse 4 sind Augen 8 und 9 angeordnet, durch die sie an zwei Nabenscheiben 10 und 11 mittels Bolzen oder Schrauben 12 befestigt ist. Am inneren Umfang sind die beiden Nabenscheiben 10 und 11 auf einer Wellenbüchse 13 angeordnet und mit dieser über Durchsteckschrauben 14 und Abstandsbuchsen 14a verbunden. Die Wellenbüchse Ij5 ist direkt mit einer Antriebswelle 15 eines nicht dargestellten Motors über eine Paßfeder 16 verbunden. Zur Verminderung des Zentrifugalmomentes ist die Laufradschaufel 2 mit Ausgleichsgewichten 17 versehen.

An die Nabenscheibe 11 ist ein Stellzylinder 18 mit einem Kolben 19 angeflanscht. Am äußeren Umfang des Kolbens 19 ist ein Regelstern 20 befestigt, der wiederum an seinem äußeren Umfange mit der Zahl der Laufradschaufeln 2 entsprechenden Halte- und Spanneinrichtungen 21 für je ein Seil 22 versehen ist, das zu je einer der Schaufelzapfen geführt ist. Spannschrauben 21a stellen dabei jeweils die notwendige Seilspannung her bzw. lassen eine Feinjustierung des Schaufelwinkels zu. Gemäß Fig. 1 umschlingen diese Seile 22 jeweils den Schaufelzapfen 5 an seinem oberen Ende knapp unterhalb des Schaufelblattes 2a.

Der auf dem Stellzylinder 18 axial verschiebbare Kolben 19 ist mit einem Zentrierring 2j5 versehen. Hinter dem Zentrierring 2J, auf der Seite des Druckraumes zwischen Stellzylinder 18 und Kolben 19 ist eine Druckfeder 24 mit einem Rückschlagventil 25 angeordnet. Weiterhin ist auf einer nicht näher gezeichneten, koaxial vor dem Laufrad sitzenden Halterung eine Luftpinole 26 angeordnet, die an eine nicht dargestellte Druckluftquelle angeschlossen ist. Zwischen dem Stellzylinder 18 und dem Kolben 19 ist gemäß Fig. 1 zusätzlich eine Spannfeder 27 angeordnet, durch die die Laufradschaufeln 2 bei Stillstand in die maximale Öffnungsstellung gedrückt werden. An dem Zentrierring 23 ist zur Positionsbestimmung des Kolbens 19 ein Magnet-

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ring 28 angeordnet, der zusammen mit einem feststehenden Meßteil 29 unter Bestimmung des Induktionsstromes als "berührungsloses Potentiometer" wirkt.

Die Verstellung der Laufradschaufeln 2 geschieht auf folgende Weise: Beim Anlaufen des Gebläses überwindet die Zentrifugalkraft die Kraft der Spannfeder 27 und bringt die Laufradschaufeln auf den kleinsten Anstellwinkel. Durch Ankoppelung der Luftpinole an den Zentrierring 23, womit die Luftpinole dann mit der Wellendrehzahl umläuft, wird Druckluft in den Raum zwischen den Stellzylinder 18 und den Kolben 19 gegeben, wodurch der Schaufelwinkel größer wird und auf den jeweils geforderten Wert gebracht werden kann. Anschließend wird die Luftpinole 26 wieder zurückgezogen. Soll der Druckraum entlüftet werden, so fährt die Luftpinole 26 wieder an - ■ den Zentrierring 23 heran. Diesmal wird sie jedoch nur leicht angedrückt, wodurch über die Druckfeder 24 und das Rückschlagventil eine Entlüftung stattfindet. Die Funktionsweise^ Luftpinole 26, Druckfeder 24 und Rückschlagventil 25 geht wie bei Luftdruckänderungen in einem Autoreifen vor sich.

Der Kolben 19 und der Regelstern 20 stellen einen Teil der Nabenverkleidung dar, wozu auch die Abdeckung 3 gehört.

Die in der Fig. 2 und Fig. 3 aufgezeigte Lösung ist im wesentlichen von gleichem Aufbau wie die in Fig. 1 beschriebene. Lediglich der Angriffspunkt des Seiles 22^! liegt zwischen den beiden Lagern 6¹ und 7¹, und die Spannfeder 27 ist durch eine Torsionsfeder 30 ersetzt. Das Seil 22' ist dabei durch eine Bohrung 31 in der Wand der Nabenbüchse 4¹ geführt. Das freie Ende des Seiles 22' wird in eine Bohrung 32 des Schaufelzapfens bzw. einer auf dem Schaufelzapfen befestigten Seilscheibe 33 gesteckt. Zur Abdichtung der Bohrung 31 ist eine Dichtmanschette 34 über die Öffnung gestülpt.

Der Schaufelzapfen 5¹ ist in seinem unteren Bereich hohl ausgebildet. In dem Hohlraum befindet sich die Torsionsfeder 30, deren

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eines Ende in eine Bohrung des Schaufelzapfens 5' und deren anderes Ende in eine Bohrung der Nabenbüchse 4¹ gesteckt ist. Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, bei dem die Spannfeder 27 in Richtung "öffnen" der Laufradschaufeln wirkt, sind die Torsionsfedern 30 derart angeordnet, daß sie in Richtung "Schließen" der Laufradschaufein 2 wirken. Selbstverständlich lassen sich die 'Unterschiedlichen Merkmale der beiden Ausführungsformen beliebig miteinander kombinieren.

Die wesentlichen Teile des in Figur 4 dargestellten Axialgebläses sind der Luftführungskanal 40, das Gebläselaufrad 41, ruhend auf dem Treibzapfen 42 eines Elektromotors 43; dieser ist in eine feststehende Abströmhaube 44 eingebaut, die über die Leitschaufeln 45 mit dem Luftführungskanal 40 verbunden ist. Das Laufrad 41 umfaßt eine Laufradnabe 46, worin., die Laufradschaufeln 47 mit ihren Zapfen 48 verdrehbar gelagert sind. Eine kombinierte Druck- und Torsionsfeder 49 drückt die Schaufeln 47 gegen das äußere Lager ·50 und versucht außerdem, wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3, die Schaufeln in Richtung "Schließen" zu verdrehen. Ein axial ver-

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schiebbares VerstellorganMnit 51 und ein von dort zu jedem Schaufelzapfen 48 führendes Seil mit 52 bezeichnet. Das Verschieben des Verstellorgans 51 kann im Stillstand des Gebläses durch eine Spindel 55 mit einem Gewinde 54 erfolgen. Eine Nabenverkleidung ist mit 55 bezeichnet.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 unterscheidet sich von demjenigen nach Fig. 4 dadurch, daß die rein mechanische und nur im Stillstand betätigbare Verstelleinrichtung durch eine (wie in Figur 1) auch bei umlaufendem Gebläselaufrad wirksame elektromechanische Verstelleinrichtung ersetzt ist. Die gegenüber Fig. 4 unveränderten Bauteile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie dort versehen. Zum axialen Verschieben des Verstellorganes 60 dient ein Getriebemotor 61. In diesem ruht eine Spindel 62, die durch eine am Getriebegehäuse befestigte Führungshülse 63 abgestützt ist. Der Getriebemotor 61 ist einerseits über die Spindel 62 in der Laufradnabe 46 und andererseits über die Führungshülse 63 in dem Verstellorgan 60 gelagert; er ist ferner durch eine in der Zeichnung nicht

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dargestellte Drehmomentstütze, die mit der feststehenden Anströmhaube 64 verbunden ist, gegen Verdrehen gesichert. Ein Ingangsetzen des Getriebemotors hat ein Verschieben der Spindel in Achsrichtung relativ zu dem Getriebemotor 6l zur Folge. Da sich jedoch die Spindel über das Lager 65 in Achsrichtung gegen die Laufradnabe 46 abstützt, wandert hierbei der Getriebemotor 6l zusammen mit dem Verstellorgan 60 in Achsrichtung auf der Spindel 62. Der Luft führungskanal 40a besitzt eine abnehmbare Einströmdüse 40b, an der über Streben 66 oder Vorleitschaufeln die Anströmhaube 64 befestigt ist.

Fig. 6 zeigt schematische eine Laufradschaufel 70 eines gemäß Anspruch 5 ausgebildeten Axialgebläses. Das zum Verstellen dienende Seil ist mit Jl, die mit dem Schaufelzapfen verbundene Seilscheibe mit 72 und ein Stück des in Achsrichtung verschiebbaren Verstellorganes mit 73 bezeichnet. Es sind vier verschiedene Stellungen A , A , B und B dargestellt. Die UmIaufrichtung für die Stellungen A und A„ ist durch den Pfeil A, die Umlauf richtung für die Stellungen B und B durch den Pfeil B gekennzeichnet. Ausgehend von der Stellung A₀ (Laufrad geschlossen, Fördervolumen Null)-kann die Schaufel um etwa 45° geschwenkt werden in die Stellung A„ (Laufrad voll geöffnet, maximales Fördervolumen). Der hierzu erforderliche Hub des Verstellorgans 73 ist mit a bezeichnet. Wird das Laufrad um weitere ca. 135° verschwenkt (Hub b), so erreicht es die Stellung B für die andere Umlaufrichtung B (Laufrad geschlossen, Fördervolumen Null). Die Drehrichtung des Gebläses ist hierbei umzukehren. Von hier aus kann das Laufrad erneut um einen bis etwa 45° tragenden Winkel verschwenkt werden (Hub c) bis in die Stellung B„ (Laufrad voll geöffnet, maximales Fördervolumen in der umgekehrten Richtung). Gemäß der Erfindung kann die Umkehr der Förderrichtung ohne Änderung an der Verstelleinrichtung vorgenommen werden. Es braucht lediglich dafür gesorgt zu werden, daß der maximale Umschlingungswinkel des Seiles 71 auf der Seilscheibe 42 zumindest etwa 270° beträgt, und daß das in Achsrichtung verschiebbare Verstellorgan 73 einen Gesamthub H « a + b + c ausführen kann.

Heidenheim (Brenz), den 20. November 1975

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Claims

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kp/ G 3344/3414 Voith Getriebe KG

Kennwort: "Laufradverstellung + Zusatz" Heidenheim (Brenz)

Pa tentansprüche

1. Axialgebläse mit stufenlos verstellbaren Laufradschaufeln, die mit ihren Zapfen in einer Nabe des Gebläselaufrades

\l(0

verdrehbar gelagert sind, und mit einem zum Laufrad"axial angeordneten und mit diesem umlaufenden, in Achsrichtung verschiebbaren und mit den Zapfen der Laufradschaufeln in Verbindung stehenden Verstellorgan, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Verstellorgan (19) einseitig (d.h. in nur einer Richtung) kraftschlüssig wirkende Elemente (Seile 22, Ketten) verbunden sind, von denen jedes zu einem der Schaufelzapfen (5) geführt ist und diesen derart umschlingt, daß ein Verschieben des Verstellorgans (19) ein Verdrehen der Laufradschaufeln (2) zur Folge hat.

2. Axialgebläse nach Anspruch 1, bei dem jede Laufradschaufel

in einem radial inneren und in einem radial äußeren Schaufelzapfenlager gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die einseitig kraftschlüssig wirkenden Elemente (Seile 22, Ketten) zwischen den radial äußeren Schaufelzapfenlagern (7) und dem Schaufelblatt (2a) angreifen.

5. Axialgebläse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Verstellorgan (19) eine Spannfeder (27) derart angreift, daß diese bei Stillstand des Gebläses die Laufradschaufeln (2) in der maximalen Öffnungsstellung festhält.

4. Axialgebläse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Schaufelzapfen (5'Jkoaxial zu diesem liegend eine Torsionsfeder (30) angreift, welche die Schaufeln (2) bei Stillstand des Gebläses auf den kleinsten Anstellwinkel, d.h. in die geschlossene Stellung, bringt.

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5. Axialgebläse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschiebeweg ^i) des Verstellorgans (73) und der Umschlingungswinkel des Seiles (71) oder der Kette am Schaufelzapfen so groß sind, daß die Laufradschaufeln (70) zwecks Umkehr der Förderrichtung des Gebläses um mehr als l80° verdrehbar sind.

6. Axialgebläse nach einem der Ansprüche 1 bis 5» mit einem hydraulischen oder pneuma.tisehen Verstellzylinder, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Kolben (19) des Verstellzylinders ein Plansch (Regelstern 20) angeordnet ist, an dem die einseitig kraftschlüssig wirkenden Elemente (Seile 22, Ketten) befestigt sind.

7. Axialgebläse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelstern (20) und der Kolben (19) einen Teil der Nabenverkleidung bilden.

Heidenheim (Brenz), den 20. November 1975 Sh/HKn

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