DE2607159C3 - Axialventilator - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Axialventilator nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ein Axialventilator dieser Bauart ist bekannt aus der DE-PS 8 84 930. Dort sind die Laufradschaufeln um wenigstens angenähert 180° verstellbar, so daß sie für beide Förderrichtungen in die jeweils aerodynamisch günstigste Stellung gebracht werden können. Die bekannte Bauweise hat aber den Nachteil, daß sie eine sehr aufwendige und komplizierte Einrichtung zum Verschwenken der Laufradschaufeln aufweist; diese Einrichtung umfaßt einen Stellzylinder mit Kolben, Kolbenstange, Verstellkreuz und Kuppelstangen, die über je einen Hebel an den Laufradschaufeln angreifen. Zwangsläufig muß der Stellzylinder mit dem Laufrad rotieren, wodurch die Zufuhr von Druckmittel in den Stellzylinder erschwert ist

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Axialventilator nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 derart weiterzubilden, daß das Verschwenken der Laufradschaufeln von der einen Förderstellung in die andere und das Festhalten der Laufradschaufeln in der jeweiligen Förderstellung mit möglichst geringem Aufwand erfolgen kann.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst

Zwar ist aus der DE-AS 10 03 391 ein Axialventilator bekannt mit einer Einrichtung zum Verschwenken der Laufradschaufeln aus einer Ausgangsstellung in eine Radstellung unter Ausnutzung der beim Beschleunigen des Laufrades auftretenden Trägheitskraft und entgegen einer Rückstellkraft, welche die Laufradschaufeln beim Stillsetzen des Laufrades in die Ausgangsstellung zurückschwenki. Auch ist dort eine Verriegelungsvorrichtung vorgesehen, deren bewegliches Teil als ein Fliehgewicht ausgebildet ist und oberhalb einer bestimmten Laufraddrehzahl die Laufradschaufeln festhält Dort ist aber die Ausgangsstellung der Laufradschaufeln stets die Stellung mit dem kleinsten Anstellwinkel, also diejenige Stellung, bei der das Fördervolumen annähernd gleich Null ist Die Aufgabe besteht dort gerade darin, bei jedem Stillsetzen des Ventilators die Laufradschaufeln in die Stellung mit dem kleinsten Anstellwinkel zu verschwenken. Wird dann das Laufrad des Ventilators wieder in Umdrehung versetzt so werden die Laufradschaufeln in ihre normale Förderstellung verschwenkt Es wird hierzu die Trägheitskraft eines Teiles der Laufradnabe benutzt die gegenüber einem anderen Teil der Laufradnabe um die Ventilatorachse verdrehbar gelagert ist Diese Verdrehbewegung wird durch Stifte oder Hebel auf die Zapfen der Laufradschaufeln übertragen. Der mögliche Schwenkwinkel der Laufradschaufeln ist hierbei auf einen verhältnismäßig kleinen Wert begrenzt Ein Schwenkwinkel von ungefähr 180° ist damit nicht erzielbar.

Während also bei dem aus der DE-AS 10 03 391 bekannten Ventilator einerseits die Ausgangsstellung der Schließstellung entspricht und andererseits die Endstellung der Förderstellung, so liegen die Verhältnisse bei dem erfindungsgemäßen Ventilator ganz anders: Die Ausgangsstellung ist hier die Förderstellung in der einen Förderrichtung, und die Endstellung ist hier die

Förderstellung in der anderen Förderrichtung. Übereinstimmung mit dem bekannten Ventilator besteht lediglich darin, daß die Laufradschaufeln bei jedem Stillstand des Ventilators durch die Rückstellkraft in ihrer Ausgangsstellung gehalten werden. Beim Betrieb des erfindungsgemäßen Ventilators in der einen Drehrichtung wird diese Ausgangsstellung beibehalten, d. h. die fliehkraftbetätigte Verriegelungsvorrichtung hält die Laufradschaufeln zusätzlich in der Ausgangsstellung fest Nur wenn aus dem Stillstand heraus in die andere Drehrichtung umgesteuert wird, so verschwenkt die Trägheitskraft die Laufradschaufeln um ungefähr 180° in ihre Endstellung, wo sie wiederum von der Verriegelungsvorrichtung solange festgehalten werden, bis der Ventilator zum Stillstand kommt Hierbei drehen sich dann die Laufradschaufeln unter der Rückstellkraft wieder in ihre Ausgangsstellung zurück, und das Spiel kann, wenn die bisherige Drehrichtung beibehalten wird, von neuem beginnen.

Grundsäulich kann die erfindungsgemäße Bauweise

so auch bei einem Axialventilator mit zwei gegenläufigen Laufrädern Anwendung finden. Es muß hierbei lediglich dafür gesorgt werden, daß die beiden Laufräder einen genügend großen axialen Abstand haben, damit sich die Laufradschaufeln beim Verschwenken um 180° nicht gegenseitig behindern.

Es wäre grundsätzlich denkbar, auch bei dem erfindungsgemäßen Ventilator die Trägheitskraft eines Teiles der Laufradnabe, das gegenüber einem anderen Teil der Laufradnabe verdrehbar gelagert ist zum Verschwenken der Laufradschaufeln zu benutzen. Hierbei müßte allerdings die Verdrehbewegung mittels Zahnräder oder mittels einer Seilkonstruktion auf die Zapfen der Laufradschaufeln übertragen werden, damit ein Schwenkwinkel von ungefähr 180° erzielbar ist Statt dessen kann aber gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung eine viel einfachere Lösung vorgesehen werden, indem nämlich die Laufradschaufel relativ zu ihren Schaufclzapfcn unsymmetrisch

ausgebildet sind. Dadurch kann das Verschwenken der Laufradschaufeln ungefähr 180° selbsttätig mit Hilfe der Massenkräfte der Laufradschaufeln selbst erfolgen. Als ein Ausfühningsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend ein zweistufiger Axialventilator anhand der Zeichnung beschrieben. Diese Beschreibung umfaßt der Vollständigkeit halber auch eine Einrichtung zum Verstellen der Leitschaufeln, die jedoch nicht Teil der Erfindung ist In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 einen zweistufigen Axialventilator im Längsschnitt während des Betriebes in der einen Drehrichtung;

Fig.2 den gleichen Ventilator ebenfalls im Längsschnitt, jedoch während des Betriebes in der anderen Drehrichtung;

F i g. 3 einen Querschnitt nach Linie III—III der F i g. 1;

Fig.4 einen Schnitt durch eine Leitschaufel nach Linie IV-IV der F i g. 3, in einem gegenüber der F i g. 3 vergrößerten Maßstab;

F i g. 5 einen Teillängsschnitt durch ein Laufrad des Ventilators nach F i g. 1 und 2;

F i g. 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI der F i g. 5.

Der in den F i g. 1 bis 3 dargestellte zweistufige Axialventilator besitzt zwei gleiche auf ein und derselben Welle 9 befestigte Laufräder 10. Die Welle ruht in der üblichen Weise in Lagern, die im Inneren von Nabenhauben 11,12,13, nämlich zwei äußeren (U, 13) und einer mittleren Nabenhaube 12, angeordnet und in der Zeichnung nicht sichtbar sind. In einer der äußeren Nabenhauben 13 befindet sich auch ein Antriebsmotor 8 (siehe F i g. 3).

Ein mehrteiliges Ventilatorgehäuse, das in seinem Inneren einen Strömungskanal bildet, umfaßt zwei gleiche Ein- und Ausströmdüsen 14 und drei zylindrische Rohrstücke 15, 16 und 17. Das mittlere Rohrstück 16 trägt über Stützrippen 18 die mittlere Nabenhaube 12; desgleichen tragen die äußeren Rohrstücke 15 und 17 über Stützrippen 19 bzw. 21 die äußeren Nabenhauben 11 und 13. Die mittleren Stützrippen 18 sind zugleich Teile eines mittleren Leitschaufelkranzes. Sie tragen auf beiden Seiten je ein elastisches, z. B. aus Federstahlblech hergestelltes und somit verstellbares Leitschaufel-Endblatt 20 bzw. 22. Desgleichen sind die äußeren Stützrippen 19 und 21 Teile je eines äußeren Leitschaufelkranzes. Diese Stützrippen tragen jedoch nur auf der dem benachbarten Laufrad 10 zugewandten Seite ein ebenfalls elatisches Leitschaufel-Endblatt 23 bzw. 25 (siehe F i g. 4).

Eine Einrichtung zum Verstellen der Leitschaufelkränze ist in den F i g. 1 und 3 schematisch angedeutet und wird nachfolgend am Beispiel des Leitschaufelkranzes 21, 25 beschrieben. Ein endloses Seil 24 greift an jedem der Leitschaufel-Endblätter 25 an, und zwar an den inneren Spitzen der Leitschaufel-Strömungskanten. Das Seil 24 ist von Leitschaufel zu Leitschaufel in der Form eines Vieleckes gespannt und außerdem über eine Seilrolle 26 geführt, die im Inneren der Nabenhaube 13 gelagert ist Von hier führt ein weiteres Seil 27 (oder eine Verlängerung des Seiles 24) radial durch den Strömungskanal auf die Außenseite des Ventilatorgehäuses, wo es auf einer Seilrolle 28 aufgewickelt ist Für alle Leitschaufelkränze des Ventilators ist eine gemeinsame Verstellwelle 29 vorgesehen, auf der die Seilrollen 28 befestigt sind. Mit der Welle 29 ist ein Getriebemotor 30 gekoppelt, mit dem die Welle 29 bei Bedarf um einen gewissen Betrag verdreht werden kann.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, weisen die Leiischaufei-Endbiätier 20, 22, 23, 25 eiwa die Form eines Trapezes auf, dessen größere Grundseite stets im radial inneren Bereich angeordnet ist Hierdurch kann trotz des nur einseitigen Kraftangriffes des Seiles 24 eine befriedigende Geometrie der Eintrittskante ers reicht werden. Zweckmäßigerweise wird man die elastischen Leitschaufel-Endblätter derart gestalten, daß sie alle im entspannten Zustand die für die eine Strömungsrichtung aerodynamisch günstige Form aufweisen und daß alle Leitschaufel-Endbiätter für die andere Drehrichtung in der gleichen Umfangsrichtung verformt werden müssen. So kann z.B. angenommen werden, daß sich in der F i g. 2 alle Leitschaufel-Endbiätter 20, 22, 23, 25 in ihrer spannungsfreien Ruhelage befinden. Die Endblätter 20 und 25 sind hierbei eben und

is liegen parallel zur Ventilatorachse, während die Endblätter 22 und 23 entgegen der Laufrad-Drehrichtung gekrümmt sind. Wird nun in die andere Drehrichtung umgesteuert, so werden alle Leitschaufel-Endblätter durch ein begrenztes Verdrehen der Welle 29 derart verformt, daß sie die in Fig. 1 dargestellte Lage einnehmen. Nunmehr sind also die Endblätter 22 und 23 eben und achsparallel und die Endblätter 20 und 25 entgegen der Laufrad-Drehrichtung gekrümmt Beim Stillsetzen des Ventilators aus der Drehrichtung gemäß F i g. 1 wird eine zuvor eingerückte und mit dem Getriebemotor 30 zusammenarbeitende Bremse gelöst, so daß sich die Endblätter aufgrund der ihnen innewohnenden Federkraft wieder in ihre Ausgangslage nach F i g. 2 zurückbewegen.

Die F i g. 5 und 6 zeigen dia konstruktive Gestaltung der Laufräder 10. Danach besitzt jedes Laufrad eine zweiteilige Laufradnabe 40,41, worin die Laufradschaufeln 42 mit ihren Schaufelzapfen 43 drehbar gelagert sind. Hierzu können z. B. zwei Gleitbüchsen 44 und 45 vorgesehen werden, von denen die äußere (44) auch die Lagerung der Schaufel in der radialen Richtung der Schaufelzapfenachse übernimmt Eine kombinierte Druck- und Torsionsfeder 46 drückt den Schaufelzapfen 43 mit einem Flansch 47 gegen die Gleitbüchse 44.

Zugleich übt diese Feder 46 auf die Schaufel ein Drehmoment aus, und zwar — gesehen im Schnitt nach F i g. 6 — im Gegen-Uhrzeigersinne. Dadurch wird die Schaufel 42 an den in F i g. 6 schematisch dargestellten Anschlag 48 angedrückt Diese Stellung nimmt die Schaufel 42 immer dann ein, wenn das Laufrad 10 stillsteht oder mit der Drehrichtung gemäß Pfeil 49 (F ig. 6) umläuft

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist die Laufradschaufel 42 relativ zu ihrem Schaufelzapfen 43

so unsymmetrisch ausgebildet; d. h. die Masse der Schaufel 42 befindet sich zu einem größeren Teil auf der einen und zu einem kleineren Teil auf der anderen Seite der Schaufelzapfenachse; oder mit anderen Worten: Eine gedachte Schwerpunktslinie der Laufradschaufel 42 liegt um einen bestimmten Abstand neben der Schaufelzapfenachse. Deshalb erfährt die Schaufel 42 beim Beschleunigen des Laufrades in die umgekehrte Drehrichtung (Pfeil 49a in Fig.6) aufgrund der auf sie wirkenden Trägheitskraft ein Drehmoment im Uhrzeigersinne, welches das durch die Feder 46 ausgeübte

Drehmoment überwiegt und die Schaufel um etwa 180°

verschwenkt so daß sie dann an dem Anschlag 50 anliegt.

Damit die Laufradschaufeln 42 beim Betrieb in beiden

Drehrichtungen eindeutig fixiert sind, ist jeder Schaufel eine Verriegelungsvorrichtung zugeordnet Diese besteht im wesentlichen aus einem Fliehgewicht, das z. B., wie in Pig.5 und 6 dargestellt, als ein radial in der

Laufradnabe 41 verschiebbarer Kolben 51 ausgebildet sein kann. Dieser Kolben kann oberhalb einer bestimmten Laufraddrehzahl die Kraft einer Rückstellfeder 52 überwinden und bewegt sich sodann in die in F i g. 5 gezeigte Stellung. Hierbei greift er ein in eine von zwei einander gegenüberliegenden Ausnehmungen 53 und 54 des Flansches 47 und sichert somit die Schaufel gegen Verdrehen. Kommt das Laufrad zum Stillstand. so drückt die Feder 52 den Kolben 51 — in Fig.5 gesehen — nach unten, so daß die Schaufel dann wieder entriegelt ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Axialventilator für zwei Förderrichtungen, dessen Laufrad eine Laufradnabe und darin drehbar gelagerte Laufradschaufeln umfaßt, mit einer Einrichtung zum Verschwenken der Laufradschaufeln aus einer Ausgangsstellung, die der Förderstellung in der einen Drehrichtung und somit in der einen Förderrichtung entspricht, in eine Endstellung, die der Förderstellung in der anderen Drehrichtung und somit in der anderen Förderrichtung entspricht dadurch gekennzeichnet, daß das Verschwenken der Laufradschaufeln (42) aus der Ausgangsstellung in die Enstellung, wie an sich bekannt, unter Ausnutzung der beim Beschleunigen des Laufrades (10) auftretenden Trägheitskraft und entgegen einer Rückstellkraft erfolgt (z. B. Kraft einer Feder 46), welche die Laufradschaufeln beim Stillsetzen des Laufrades in die Ausgangsstellung zurückschwenkt, und daß an jeder Laufradschaufel (42) eine Verriegelungsvorrichtung (51,52) vorgesehen ist, deren bewegliches Teil, wie ebenfalls an sich bekannt, als ein Fliehgewicht ausgebildet ist, das oberhalb einer bestimmten Laufraddrehzahl die Laufradschaufel (42) je nach Ventilatordrehrichtung entweder in der Ausgangsstellung oder in der Endstellung festhält

2. Axialventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Laufradschaufeln (42) relativ zu ihren Schaufelzapfen (43) unsymmetrisch ausgebildet sind.