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HINTERGRUND
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein große Luftbewegungslüfter und
insbesondere ein verbessertes Mittel zur Montage von Lüfterschaufeln an
einer drehbaren Nabe.
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Große Lüfter mit
einem Durchmesser von mindestens ca. einem bis zehn Metern werden
gemeinhin zur Bewegung von Luft durch Kühltürme, Wärmetauscher und dergleichen
verwendet. Ein typischer Lüfter
bei einer solchen Anwendung kann einen Durchmesser von ca. fünf Metern
besitzen und zwischen zwei und achtzehn schaufelförmige Blätter aufweisen,
die mit einer drehbaren Nabe verbunden sind. Zur Erzielung eines
leichten Gewichts und von Wirtschaftlichkeit können solche Lüfterschaufeln
aus dünnen
Aluminiumlegierungstafeln hergestellt sein. Das Blech wird gebogen,
um eine abgerundete Vorderkante bereitzustellen, wobei die obere
und die untere Fläche
des Blatts zu einer Hinterkante konvergieren, wo sie vernietet oder
durch Punktschweißen miteinander
verbunden sind. Die Profilsehne des Schaufelblatts an der Spitze
des Blatts beträgt
ca. zwischen fünfzehn
und vierzig Zentimetern, und die maximale Dicke des Blatts beträgt zwischen
ca. zwei und fünfzehn
Zentimetern.
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Nach
der Verwendung in dieser Schrift wird die stromabwärtige Seite
des Lüfters
und der Schaufeln als die Oberseite und die stromaufwärtige Seite als
die Unter- oder gewölbte
Seite bezeichnet. Dies liegt daran, dass der größte der Lüfter in erster Linie in Kühltürmen oder
dergleichen verwendet wird, wo sie sich um eine vertikale Achse
drehen. Solche Lüfter
werden auch dort verwendet, wo sich der Lüfter um eine horizontale Achse
dreht.
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Solche
großen
Luftbewegungslüfter
werden in einer sich um den Umfang erstreckenden Verkleidung betrieben,
die sehr oft nicht ganz kreisförmig und
möglicherweise
nicht genau konzentrisch mit der Achse der Nabe ist. Bei der Installation
eines Lüfters werden
deshalb die Schaufeln und/oder die Verkleidung so eingestellt, dass
die Schaufeln bei der engsten Annäherung einen oder zwei Millimeter
von der Innenseite der Verkleidung entfernt sind, bei der größten Lücke können die
Schaufeln jedoch ca. zwanzig Millimeter (oder noch weiter) von der
Verkleidung entfernt sein.
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Die
Schaufeln großer
Lüfter
der Firma The Moore Company mit Sitz in Marceline, Missouri, der Rechtsnachfolgerin
der vorliegenden Anmeldung, sind vorzugsweise über eine Verbindung, die eine
begrenzte vertikale (parallel zur Drehachse) verlaufende Bewegung
gestattet, an einer mittleren Nabe angebracht. Somit können die
Schaufeln etwas „abfallen" wenn sie angehalten
werden, erstrecken sich aber während
der Drehung allgemein radial von der Nabe. Die Verbindung zwischen
den inneren Enden der Schaufeln und der Nabe ist kritisch, da sie
eine mögliche
Quelle für
Versagen durch Ermüdungsbruch
ist. Leichtes Gewicht und Zuverlässigkeit
sind wichtig. Es ist wünschenswert,
einen Halter für
die Schaufeln bereitzustellen, der am wenigsten anfällig für Ermüdungsversagen
ist.
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Die
US-PS 2,990,018 betrifft
eine Montageanordnung für
eine Schaufel eines Lüfters
an einer Nabe, die eine an der Nabe befestigte Gabel umfasst. Die
Gabel ist über
eine Schraube mit dem Schaft der Lüfterschaufel verbunden, die
sich durch Öffnungen in
der Gabel und im Schaft erstreckt. In der Öffnung des Schafts ist ein
Ring mit einer Buchse darin vorgesehen, die die Schraube trägt. Zwischen
dem Ring und der Buchse erstreckt sich eine aus Kautschuk hergestellte
elastische Hülse.
Dadurch wird eine leichte Bewegung zwischen dem Ring und der Buchse
und somit auch eine leichte Bewegung der feststehenden Schaufel
bezüglich
der Nabe gestattet.
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Ein
anderes Befestigungssystem eines Propellerblatts an einer Nabe wird
in der
US-PS 1,802,648 gezeigt.
Das Blatt und die Nabe weisen beide Arme auf, die miteinander verriegelt
sind. Diese Arme enthalten aufeinander ausgerichtete Öffnungen,
die durch einen Gelenkbolzen miteinander verbunden sind, wodurch
zwischen der Nabe und der Schaufel ein Gelenk gebildet wird. Um
den Bolzen herum ist eine gehärtete
Buchse angeordnet, die zwar eng daran sitzt, sich aber in den Öffnungen
frei drehen kann. Eine Sicherungsplatte verhindert, dass die Schaufel über oder
um ihr Gelenk fällt,
wenn sich der Propeller im Stillstand befindet.
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Die
Schaufeln des in der französischen
Patentanmeldung Nr. 2 521 231 beschriebenen Lüfters sind über Spaltringe an einer Nabe
befestigt. Dazu umfasst die Nabe Gehäuse, in denen ein Hals eines Metallteils
der Schaufel eingesetzt ist. Der Metallteil besteht aus Metalltafeln.
In radial nach außen
verlaufender Richtung ist daneben ein Kunststoffschaufelteil an
den Metalltafeln befestigt.
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KURZE DARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Das
erfindungsgemäße Lüfterschaufel-Befestigungssystem
gemäß der vorliegenden
Erfindung enthält
allgemein mehrere sich radial erstreckende Nabenstreben, ein Schaufelfußglied,
das schwenkbar mit einem Ende jeder Nabenstrebe verbunden ist, um
eine Schaufelhaut aufzunehmen, und ein Rohrende, das zwischen jedem
Schaufelfußglied
und ihrer entsprechenden Nabenstrebe eingesetzt ist. Ein Paar elastischer
Halterungen wird im Schaufelfußglied
dazu verwendet, die Schaufeln wirksam schwenkbar mit der Nabe zu
verbinden, wodurch ein Großteil
des auf die Nabe übertragenen
vertikalen Biegemoments entlastet und mit dem Lüfter in Verbindung stehende
kritische Frequenzen beseitigt werden. Die elastischen Halterungen
umfassen einen Metallkern und eine Metallhülse mit einer elastischen elastomeren
Lage zwischen dem Kern und der Hülse.
Die Hülsen
sind mit dem Schaufelfußglied
verbunden, und die Kerne der beiden Halterungen sind zwangsläufig mit
dem Rohrende in Eingriff gebracht und daran festgeklemmt. Eine Schaufelhaut
ist so am Schaufelfußglied
befestigt, dass das sich ergebende Schaufelblatt eine im Wesentlichen
konvexe stromaufwärtige
Fläche
(die Unterseite, wenn ein Lüfter nach
oben bläst)
und eine im Wesentlichen flache stromabwärtige Fläche aufweist.
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Die
Nabenstrebe ist durch einer Zapfen mit einem Rechts- und einem Linksgewinde
und einer abgestuften Wanddicke neben den Gewinden zur gleichmäßigen Verteilung
der Spannung auf das Gewinde, wodurch die Dauerfestigkeit verbessert
wird, mit der Nabe des Lüfters
verbunden.
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Jedes
Schaufelfußglied
enthält
einen allgemein zylindrischen Basisabschnitt, eine obere Fläche oder
ein oberes Ohr, die bzw. das sich vom Basisabschnitt seitlich nach
außen
erstreckt, und eine untere Fläche
oder ein unteres Ohr, die bzw. das von der oberen Fläche beabstandet
ist und sich vom Basisabschnitt seitlich nach außen erstreckt. Die obere und
die untere Fläche
des Schaufelfußglieds
sind zum Beispiel durch Vernieten an der Ober- bzw. der Unterseite
einer entsprechenden Schaufelhaut der Schaufel befestigt. Des Weiteren
enthält
das Schaufelfußglied
ein Paar sich in Querrichtung erstreckender zylindrischer Bohrungen
zur Aufnahme der elastischen Halterungen und eine Kerbe zwischen
den zylindrischen Bohrungen zur Aufnahme eines Endes des Rohrendes.
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Des
Weiteren ist das Rohrende mit einem konisch zulaufenden Profil an
seinen Seiten zum Eingriff mit einem Gegen-Profil an den Enden der
elastischen Halterungen, wenn eine Schaufelfußschraube festgezogen wird,
versehen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine Draufsicht eines
typischen Lüfters
mit einem Schaufelbefestigungssystem nach den Grundzügen der
vorliegenden Erfindung;
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2 ist eine perspektivische
Ansicht einer der Schaufelhalterungen, die eine Nabenstrebe, ein Rohrende
und ein Schaufelfußglied
des Lüfters
nach 1 umfasst;
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3 ist eine beispielhafte
Querschnittsansicht einer der Schaufeln des Lüfters nach 1;
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4 ist ein Profil eines Außengewindes
des modifizierten Sägengewindes,
das bei der vorliegenden Erfindung an der Verbindungsstelle zwischen
der Nabenstrebe und der Nabe verwendet wird;
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5A und 5B sind eine Drauf- bzw. eine Seitenansicht
des Verbindungsglieds oder des Zapfens, der zur Verbindung der Nabenstrebe
mit der Nabe verwendet wird;
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6 zeigt ein Profil eines
Innen- und eines Außengewindes
eines modifizierten ACME-Gewindes, das an der Verbindungsstelle
zwischen der Nabenstrebe und dem Rohrende verwendet wird;
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7 ist eine Draufsicht des
Rohrendes von 2;
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8 ist eine andere perspektivische
Ansicht der Schaufelhalterung von 2;
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9 ist eine Draufsicht einer
elastischen Halterung mit einer Bohrung zur Aufnahme des Gewindeendes
einer Schaufelfußschraube;
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10 ist eine Draufsicht einer
elastischen Halterung mit einer Bohrung zur Aufnahme des Kopfendes
einer Schaufelfußschraube;
und
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11 zeigt ein beispielhaftes
Nietenmuster zwischen einem inneren Schaufelende und dem Schaufelfußglied;
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12 ist eine Draufsicht des
gegenseitigen Eingriffs der elastischen Halterungen und des Rohrendes;
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13 ist eine Querschnittsansicht
der Verbindung der Nabenstrebe mit der Nabe;
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14 ist eine Teilquerschnittsansicht
der Verbindung des äußeren Endes
der Nabenstrebe mit dem Rohrende; und
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15 ist eine perspektivische
Ansicht des schwenkbar mit der Nabenstrebe verbundenen Schaufelfußglieds,
wobei ein Abschnitt. des Schaufelfußglieds weggeschnitten ist.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG
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Ein
typischer großer
Luftbewegungslüfter weist
eine drehbare Nabe 10 und mehrere sich allgemein radial
erstreckende Schaufeln 12 auf. Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform bläst der Lüfter von
der Papierebene nach oben und dreht sich entgegen dem Uhrzeigersinn.
Jede der mehreren Schaufeln ist über eine
sich radial erstreckende röhrenförmige Nabenstrebe 14 und
ein entsprechendes schwenkbar mit einem äußeren Ende 20 der
Nabenstrebe verbundenes Schaufelfußglied 16 zur Aufnahme
einer Blatthaut 18 der Schaufel mit der Nabe verbunden.
Vorzugsweise ist ein Rohrende 22 zwischen der Nabenstrebe
und dem entsprechenden Schaufelfußglied vorgesehen, um die jeweiligen
Komponenten miteinander zu verbinden und eine Steigungs- und Durchmessereinstellung
zu gestatten. Aluminiumlegierungen sind die bevorzugten Materialien
zur Herstellung der Lüfterteile.
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Die
Schaufeln sind über
elastische Halterungen 25, die sich am Schnittpunkt zwischen
dem Rohrende und dem Schaufelfußglied
befinden, schwenkbar an der Nabe angebracht. Die elastischen Halterungen
sind in der Regel Buchsen mit einem starren Metallkern 26,
der koaxial zu einer Metallhülse 27 ist. Eine
zylindrische schwingungsdämpfende
und elastische Elastomerlage 28 befindet sich zwischen
dem Metallkern und der Hülse.
Die zylindrische Elastomerlage in den elastischen Halterungen gestattet
einen begrenzten Grad an Drehung um eine sich durch die Mitte der
elastischen Halterungen erstreckende Achse 11, ist jedoch
steif genug, die Schaufeln bei nur einem geringen Neigungswinkel
gegen Schwerkraft abzustützen.
Wenn der Lüfter
nicht läuft,
kommt es daher im Allgemeinen aufgrund des Gewichts der Schaufeln
zu einem „Abfallen" der Schaufeln aus
einer senkrecht zur Achse 13 des Lüfters verlaufenden Ebene. Im
Betrieb bewirkt die Zentrifugalkraft ein Anheben der Schaufeln in
ihre Arbeitsstellung auf ähnliche
Weise wie die Blätter
eines Hubschraubers. Die elastischen Halterungen sind fest angeordnet,
so dass sie Biegemomenten um die Achse des Lüfters widerstehen, um das Antriebsmoment
und jegliche Schwingungskräfte
aufgrund des Antriebs oder von Seitenwinden aufzunehmen.
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Solch
eine Ausführung
weist mindestens zwei Hauptvorteile auf. Zunächst müssen im Vergleich zu Lüftern mit
starr montierten Schaufeln nur 1/4 bis 1/2 der durch die Luftbelastung
verursachten Spannungen durch den Schaufelfuß aufgenommen oder auf die
Nabe und den Antrieb übertragen
werden, wodurch die Lebensdauer der Lüfterschaufeln und des Antriebsmechanismus
wesentlich verlängert wird.
Als Zweites eignet sich der sich ergebende Lüfter ideal zum Betrieb durch
drehzahlgeregelte Motoren, da Resonanzfrequenzen beseitigt werden
und keine kritischen Geschwindigkeiten vermieden werden müssen. Die
Tatsache, dass die Schaufeln wirksam an der Halterung angelenkt
sind entlastet einen großen
Teil des auf die Nabe übertragenen
vertikalen Biegemoments.
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Eine
typische Schaufel in solch einem großen Lüfter ist aus Aluminiumlegierungsblech
mit einer beispielhaften Wanddicke von ca. 1,5 Millimetern hergestellt.
Das Aluminiumblech wird zu einer Blattform mit einer großzügigen Krümmung an
einer Vorderkante 24 der Schaufel gebogen. Die Blechkanten werden
entlang einer Hinterkante der Schaufel zusammengebracht, so dass
das sich ergebende Schaufelblatt eine konvexe Unterseite 15 und
eine im Wesentlichen flache Oberseite 17 aufweist. Die
Hinterkante 19 der flachen Oberseite ist in einem Winkel gebogen,
damit sie mit der Hinterkante der gewölbten Unterseite zusammengefügt werden
kann, wobei die Kanten durch eine Linie von Nieten 21 aneinander befestigt
werden. Der Rest der Oberseite neben der Nabe ist im Wesentlichen
flach. Eine flache Fläche wird
am inneren Ende der Schaufel verwendet, wo sie an der Nabe befestigt
ist, um dem Biegemoment in Umfangsrichtung zu widerstehen. Weiter
vom inneren Ende der Schaufel entfernt kann eine (entweder konvexe
oder konkave) Krümmung
sowohl an der Ober- als auch an der Unterseite der Schaufel vorhanden
sein. Falls gewünscht
kann bei längeren Schaufeln,
bei denen eine größere Steifigkeit erforderlich
ist, des Weiteren ein Holm oder eine andere Versteifungsvorrichtung
in der Schaufel befestigt sein, oder die Schaufel kann mit Schaumstoff
gefüllt sein.
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Bei
der derzeit bevorzugten Ausführungsform
wird ein Sägengewinde 30,
das so modifiziert worden ist, dass es eine große Dauerfestigkeit aufweist,
dazu verwendet, das innere Ende 32 der Nabenstrebe mit
der Nabe zu verbinden. Nunmehr auf 4 Bezug
nehmend ist das Gewinde ein modifiziertes Sägenprofilgewinde (American
Standard) mit einem 7°-Lastflankenwinkel
und einem 45°-Entlastungsflankenwinkel
und einer Steigung von 1,5 Millimetern. Das Standardsägengewinde
ist jedoch dadurch modifiziert worden, dass sowohl der Fuß 34 als auch
der Scheitel 36 jedes Gewindegangs abgerundet worden ist.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform
weist der Fuß einen
Radius von ca. 230 Mikrometern und der Scheitel einen Radius von
ca. 203 Mikrometern auf. Durch derartiges Modifizieren der Gewinde übt das sich
ergebende Sägengewinde
weiterhin ein relativ hohes Ausmaß an Axialkraft aus, ohne eine
merkliche Radialkraft auf die Komponenten auszuüben, während seine Dauerfestigkeit
deutlich größer wird.
Darüber
hinaus erzeugt das sich ergebende Sägengewinde eine starke Verriegelung
zwischen den jeweiligen Komponenten, wodurch ein Scheuern verhindert
und die Gesamtdauerfestigkeit erhöht wird. Die Sägengewinde
sind einander. gegenüber
in der Nabenstrebe so ausgerichtet, dass die 7°-Lastflanke jedes Gewindes die
Kraft entlang der Gewindeachse aufnimmt.
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Das
innere Ende jeder Nabenstrebe und ein entsprechender Abschnitt der
drehbaren Nabe weisen ein Innengewinde mit dem oben beschriebenen modifizierten
Sägengewinde 30 auf.
Das innere Ende jeder Nabenstrebe ist vorzugsweise mit einem Graduellen
Radius 77 (13)
neben den Gewinden versehen, um Spannung auf die Gewinde 30 zu
entlasten. Es ist ein Zapfen oder Verbindungsglied 38 (5A und 5B) am inneren Ende jeder Nabenstrebe
vorgesehen, um die Nabenstrebe mit der Nabe zu verbinden. Das Verbindungsglied
weist auch ein Außengewinde
mit dem oben beschriebenen modifizierten Sägengewinde 30 auf.
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Vorzugsweise
befindet sich das Innengewinde am inneren Ende der Nabenstrebe gegenüber dem
Innengewinde des entsprechenden Abschnitts der drehbaren Nabe (das
heißt
eines ist ein Linksgewinde, während
das andere ein Rechtsgewinde ist). Deshalb weist ein Ende des Verbindungsglieds
ein Außengewinde
mit einem Linksgewinde und das andere Ende des Verbindungsglieds
ein Außengewinde mit
einem Rechtsgewinde auf. Infolge dieser Ausführung kann die Verbindung zwischen
der Nabenstrebe und der drehbaren Nabe durch Drehen des Verbindungsglieds
in einer Richtung festgezogen werden. Zum Erleichtern des Verbindens
des Verbindungsglieds mit der Nabe und der Nabenstrebe erstreckt sich
eine hexagonale Axialbohrung 31 (5B) in das Glied.
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Das
Verbindungsglied enthält
eine mittlere Nut 33 zwischen dem Rechtsgewinde und dem Linksgewinde,
die für
eine gewisse Entlastung der Gewinde sorgt, so dass die einander
gegenüberliegenden
Gewinde nicht direkt ineinander laufen. Bei der in 5A dargestellten Ausführungsform ist die Gewindelänge an einem
Ende 35 des Verbindungsglieds kürzer als die Gewindelänge am anderen
Ende 37 des Verbindungsglieds. Vorzugsweise ist das Ende
des Verbindungsglieds mit der kürzeren
Gewindelänge
mit der Nabe verbunden.
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Darüber hinaus
ist ein Paar gekrümmter
Aussparungen 39 im Verbindungsglied vorgesehen, die als
Spannungsverteiler wirken. Die verringerte und wechselnde Dicke
des Zapfens neben dem Gewindeanfang gestattet die Verformung des
Zapfens und des Gewindes beim Festziehen. Die konisch zulaufende
Wanddicke verteilt einen Teil der Spannung mehr oder weniger gleichmäßig auf
die Gewinde. Dadurch wird die Spannungshöhe auf die ersten paar Schraubengänge des
Gewindes verringert und die Dauerfestigkeit an der Verbindung zwischen
Nabe und Strebe deutlich verbessert.
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Bei
einer derzeit bevorzugten Ausführungsform
wird ein ACME-Gewinde 41 verwendet, das zur Minimierung
von Scheuern und Maximierung von Dauerfestigkeit modifiziert worden
ist, um das Rohrende 22 mit dem äußeren Ende der Nabenstrebe
zu verbinden. Nunmehr auf 6 Bezug
nehmend, handelt es sich bei dem Gewinde um ein modifiziertes ACME-Stumpfprofilgewinde
mit einem 29°-Flankenwinkel
und einer Steigung von 1,5 Millimetern. Das standardmäßige ACME-Gewinde
ist jedoch modifiziert worden, indem sowohl der Fuß 40 als.
auch der Scheitel 42 jedes Gewindes abgerundet worden ist.
Zum Beispiel wird bei einer in 6 dargestellten beispielhaften
Ausführungsform
ein Radius von bis zu 0,6 mm in der Mitte des Fußes sowohl des Außen- als
auch des Innengewindes verwendet.
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Das äußere Ende 20 jeder
Nabenstrebe weist ein Innengewinde gemäß dem oben beschriebenen modifizierten
ACME-Stumpfgewinde 41 auf. Das äußere Ende jeder Nabenstrebe
ist neben den Gewinden vorzugsweise mit einem stufenweisen Radius 79 (14) versehen, um Spannung
auf die Gewinde 41 zu entlasten. Ein Ende 46 jedes
entsprechenden Rohrendes weist ein Außengewinde gemäß dem oben
beschriebenen modifizierten ACME-Gewinde 41 auf.
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Ein
Längsschlitz 48 und
entsprechende Klemmmittel 50 sind am äußeren Ende jeder Nabenstrebe
vorgesehen. Nachdem das Rohrende auf das äußere Ende der Nabenstrebe geschraubt
worden ist, werden die Klemmmittel festgezogen, um die Gewindegänge 41 fester
miteinander zu verriegeln, wodurch Scheuern minimiert wird. Bei
der in 2 dargestellten
Ausführungsform
enthalten die Klemmmittel ein Paar Klemmglieder 52 auf
einander gegenüberliegenden
Seiten des axialen Schlitzes. Ein Befestigungselement, wie zum Beispiel
eine Schraube 54, erstreckt sich zwischen den Klemmgliedern
quer zur Achse der Nabenstrebe zum Festziehen der beiden Klemmglieder
gegeneinander.
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Entweder
kann eine Mutter verwendet werden (wie in 2) oder ein Klemmglied kann ein Gewinde
zur Aufnahme eines Gewindeendes der Schraube aufweisen. Eine längliche,
schwalbenschwanzförmige
Nut 56 (im Folgenden als Schwalbenschwanznut bezeichnet)
verläuft
entlang jeder Seite des axialen Schlitzes zur Ineingriffnahme einer komplementären Fläche an der
Unterseite jedes Klemmglieds, um die Klemmglieder an der Nabenstrebe
zu befestigen. Eine flache, abgerundete Nut 55 erstreckt
sich allgemein tangential zur Wand der Nabenstrebe (8). Ein Rand der Schraube zwischen den
Klemmgliedern liegt in der Nut und verhindert, dass die Klemmanordnung
vom Ende der Nabenstrebe fliegt, wenn sie nicht ordnungsgemäß festgezogen
ist.
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Das
andere Ende 58 jedes Rohrendes ist mit einem entsprechenden
Schaufelfußglied
verbunden. Jedes Schaufelfußglied
enthält
einen allgemein zylindrischen Basisabschnitt 60, eine obere
Fläche
oder ein oberes Ohr 62, das sich vom Basisabschnitt seitlich
nach außen
(in Längsrichtung
bezüglich
der Schaufellänge)
erstreckt, und eine untere Fläche oder
ein unteres Ohr 64, das von der oberen Fläche beabstandet
ist und sich vom Basisabschnitt seitlich nach außen erstreckt. Die obere und
die untere Fläche.
des Schaufelfußglieds
sind zum Beispiel durch Vernieten an der oberen bzw. der unteren
Fläche
der entsprechenden Seite der Schaufelhaut der Schaufel befestigt.
Ein beispielhaftes Muster von Nieten 61 zwischen dem inneren
Ende der Schaufel und dem Schaufelfußglied wird in 11 dargestellt. Solch ein Muster wird
dazu verwendet, Spannungen unter den Nieten und in der Schaufelhaut
neben den Nieten zu verteilen, um die Dauerfestigkeit zu verbessern.
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Bei
einer derzeit bevorzugten Ausführungsform
ist ein Paar Kerben 66 in einander gegenüberliegenden
Seiten 68, 70 der unteren Fläche des Schaufelfußglieds
ausgebildet, damit die untere Fläche
des Schaufelfußglieds
abgewinkelt sein kann, wie in 8 gezeigt,
um ungefähr
der konvexen unteren Fläche
der Schaufelhaut angepasst zu sein. Da die Kerben 66 als
Spannungserhöher
in der unteren Fläche
des Schaufelfußglieds
wirken und somit die Dauerfestigkeit beeinträchtigen könnten, sind sie am Fuß vorzugsweise
abgerundet, um die Spannungserhöhung
am Grund der Nuten auf ein Minimum zu reduzieren. Durch diese Gestaltung
in Kombination mit der Ausführung
der Schaufelhaut kann die vorliegende Erfindung die Flexibilität der konvexen
unteren Fläche
der Schaufelhaut und die Steifheit der flachen oberen Fläche der
Schaufelhaut so ausnutzen, dass der Großteil des Biegemoments um die
Lüfterwelle auf
der relativ steifen oberen Fläche
aufgenommen wird.
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Ein
Paar sich in Querrichtung erstreckender zylindrischer Bohrungen 72 ist
auf einander gegenüberliegenden
Seiten 74, 76 des Basisabschnitts des Schaufelfußglieds
vorgesehen, und zwar eine Bohrung auf jeder Seite des Basisabschnitts
zur Aufnahme einer elastischen Halterung, die durch Presspassung
in die entsprechende zylindrische Bohrung eingebracht werden kann.
In der Mitte 80 des Basisabschnitts ist zwischen den zylindrischen
Bohrungen 72 eine breite Kerbe 78 zur Aufnahme
des Endes 58 des Rohrendes vorgesehen.
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Es
wird eine Schaufelfußschraube 82 dazu verwendet,
das Schaufelfußglied
fest mit dem Rohrende zu verbinden. Die Schaufelfußschraube
erstreckt sich quer durch das Schaufelfußglied von der elastischen
Halterung durch eine im Ende 58 des Rohrendes vorgesehene
Bohrung 84 zur anderen elastischen Halterung, die vom Schaufelfußglied getragen
wird. Zur Aufnahme der Schaufelfußschraube sind beide elastischen
Halterungen mit sich axial erstreckenden Bohrungen versehen, wobei
eine der Bohrungen 86 (9)
mit einem Gewinde zur Aufnahme eines Gewindeendes der Schaufelfußschraube
versehen und die andere Bohrung 88 (10) zur Aufnahme des Schaufelfußschraubenkopfs
ausgeführt
ist. Der Metallkern oder die Mitte jeder elastischen Halterung weist
ein Paar flacher konisch zulaufender Flächen 90 an ihrem inneren
Ende auf, die ein Gegenprofil an den Seiten 91 des Endes
des Rohrendes in Eingriff nehmen. Die Schaufelfußschraube klemmt die elastischen
Halterungen gegen das Rohrende, wenn die Schaufelfußschraube
festgezogen ist, um jegliche merkliche Bewegung zwischen den elastischen
Halterungen und dem Rohrende zu verhindern. Bei der in den 9 und 10 dargestellten beispielhaften Ausführungsform
ist das innere Ende jeder der elastischen Halterungen in einem Winkel
von ca. sechsundzwanzig Grad an jeder Konizität abgeschrägt. Erneut auf 7 Bezug nehmend, sind die Seiten 92, 94 des
Rohrendes in einem komplementären
Winkel abgeschrägt,
um so die abgeschrägten
Enden er elastischen Halterungen eng aufzunehmen, wenn die Schaufelfußschraube
festgezogen ist. Infolgedessen nehmen die flachen konisch zulaufenden
Flächen 90 der
elastischen Halterungen die abgeschrägten Gegenflächen 91 jeder Seite
des Rohrendes in Eingriff (12).
Dadurch wird eine formschlüssige
Verbindung zwischen dem Ende der Schaufel und der Nabe bereitgestellt,
was im Gegensatz zu der durch die vorbekannte Gabel-Verbindung bereitgestellten
reibschlüssigen
Verbindung steht.
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Die
formschlüssige
Verbindung zwischen dem Schaufelfußglied und dem Rohrende kann
auch durch andere komplementäre
Flächen
bereitgestellt werden, wie zum Beispiel durch flache Nuten und Stege;
mit denen die einander gegenüberliegenden Flächen gerippt
sind. Ein Paar komplementärer
zylindrischer Flächen
kann auch dazu ausreichen, eine Drehung der elastisch montierten
Kerne bezüglich des
Rohrendes zu verhindern. Durch Bereitstellung einer formschlüssigen Verbindung
zwischen dem Schaufelfußglied
und dem Rohrende ist ein Abfallen der Schaufel begrenzt, und es
kann auf Verwendung der mechanischen Anschläge verzichtet werden, um die
Bewegung der Schaufeln nach unten und manchmal nach oben zu begrenzen.
Dies ist insofern günstig,
als Aufprallkräfte
und die sich ergebenden hohen Spannungen vermieden werden, wenn
die Schaufel zum Beispiel beim Starten, Anhalten und in hohen Querwinden
gegen die Anschläge
schlägt.
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Bei
der dargestellten Ausführungsform
umfassen die elastischen Halterungen jeweils einen Kern und eine
Hülse mit
einer Lage aus Elastomer zwischen dem Kern und der Hülse. Diese
sind durch Presspassung in das Schaufelfußglied eingebracht. Als Alternative
dazu kann man einen Kern einer elastischen Halterung in einem zylindrischen
Ende des Schaufelfußglieds
anordnen und das Elastomer zwischen dem Kern und das Schaufelfußglied gießen, wodurch
auf die Hülse
verzichtet werden kann.
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Die
Schaufeln werden wie folgt am Lüfter
angebracht: Die Nabenstreben werden mit der mittleren Nabe verbunden,
indem damit begonnen wird, den Zapfen in die Nabe und dann die Strebe
zu schrauben. Durch gezieltes Drehen der Strebe und des Zapfens
kann die Verbindungsstelle zwischen der Nabe und der Strebe neben
der Gewindeentlastungsnut im Zapfen positioniert werden. Der Zapfen
wird dann über
die hexagonale Bohrung gedreht, im die Strebe und die Nahe eng zusammenzuziehen.
Schließlich wird
das Rohr um 60° auf
das gewünschte
Festziehmoment gedreht. Das Rohrende wird bis zu ungefähr seiner
Endposition in das äußere Ende
der Nabenstrebe geschraubt.
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Währenddessen
ist eine Schaufelhaut mit den Ohren am Schaufelfußglied vernietet
und elastische Halterungen sind durch Presspassung in die beiden
einander gegenüberliegenden
Seiten des Schaufelfußglieds
eingebracht worden. Im äußeren Ende
jeder der elastischen Halterungen sind Löcher oder Kerben vorgesehen,
so dass die profilierten Enden der Halterungen bezüglich der
Schaufellänge ordnungsgemäß rotierend
ausgerichtet sind.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass nach dem Anbringen der Elastomerlage
zwischen dem Kern und der Hülse
einer elastischen Halterung erwünscht ist,
dass die Hülse
nach dem Aushärten
des Elastomers verstemmt wird, um das Elastomer zu komprimieren.
Wenn eine Ausführungsform
verwendet wird, bei der auf die Hülse verzichtet wurde und das
Elastomer direkt zwischen einem Kern und dem Schaufelfußglied angeordnet
ist, kann erwünscht
sein, nach dem Aushärten
des Elastomers den inneren Kern nach außen zu verstemmen, um die Druckkraft
zu erhöhen.
Dann können
die elastisch angebrachten Kerne durch eine Mutter und eine Schraube
anstatt durch eine in einen der Kerne geschraubte Schraube gegen
ein Rohrende festgeklemmt werden.
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Das
Schaufelfußglied
wird so über
das Rohrende geschoben, dass es das äußere Ende des Rohrendes überspreizt,
wobei die konisch zulaufenden Enden der Kerne der elastischen Halterungen auf
die konisch zulaufenden Profile am Rohrende ausgerichtet sind. Das
Schaufelfußglied
wird eingeführt
und festgezogen, um es fest am Rohrende festzuklemmen. Dann kann
das Rohrende in der Nabenstrebe gedreht werden, um die Schaufellänge so einzustellen,
dass die Verkleidung einen Abstand zum Lüfter aufweist, und schließlich, wenn
die Länge.
ordnungsgemäß ist, den
Angriffswinkel der Schaufel für einen
optimalen Wirkungsgrad einzustellen. Wenn der Angriffswinkel ordnungsgemäß eingestellt
ist, wird die Klemme an der Nabenstrebe festgezogen, und die Installation
kann bei der nächsten
Schaufel des Lüfters
fortgeführt
werden. Eine (nicht gezeigte) aerodynamische Nabenabdeckung aus
Blech ist als Luftdichtung in der Mitte des Lüfters an der Nabe oder an den
Nabenstreben angebracht.
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Die
Einstellung der Schaufelposition über das Gewinde-Rohrende gestattet
es, jede Schaufel ca. ±19
mm oder ca. ±38
mm vom Nenndurchmesser des Lüfters
einzustellen, um eine Verkleidung um einen gewünschten Abstand zu entfernen.
Jede Schaufellänge
kann auf eine Genauigkeit von einer halben Gewindesteigung eingestellt
werden.
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Die
Lehren der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die Lüfterschaufelmontage
führen
zu einem Lüfter,
der eine höhere
Festigkeit und Dauerfestigkeit als Lüfter nach dem Stand der Technik
aufweist. Zum Beispiel weist jede der Schaufeln an einem gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellten großen Luftbewegungslüfter einen
größeren Widerstand
gegen Ermüdungsversagen
und im Vergleich zu mit der vorherigen Bügelanordnung angebrachten Schaufeln eine
um 40% vergrößerte Profilsehne
am Fuß und
an der Spitze auf. Diese Vergrößerung der
Wirkfläche der
Schaufeln bedeutet zum Beispiel, dass ein Lüfter mit 10 Schaufeln hergestellt
werden kann, der die gleiche aerodynamische Leistung aufweist wie
ein vorbekannter Lüfter
mit 14 Schaufeln. Obgleich die Kosten pro Schaufel erhöht sind,
sind die Gesamtkosten des Lüfters
stark vermindert.
-
Das
verbesserte Mittel zur Befestigung der Schaufeln an der Nabe gestattet
ein statisches und ein Schwingmoment um die Drehachse von ca. dem 3,2-Fachen
jener der Ausführung
nach dem Stand der Technik. Des Weiteren stützt die neue Halterung und
Rohrendenausführung
die Schaufel gegen Schwerkraft, was im Gegensatz zu der Ausführung nach
dem Stand der Technik steht, die einen „Anhalteanschlag" aus Metall erforderte,
um längere
Schaufeln bei Anhalten des Lüfters
zu stützen.
Selbst bei einer 40% größeren Schaufelfläche weist
die neue Ausführung
somit ca. das 3,2-/1,4- = 2,28-Fache der Drehmomentleistung pro
Schaufelflächeneinheit
auf. Dies gestattet den Betrieb der Lüfter mit einer Fläche, die
um das 2,28-Fache größer ist
als die vorbekannter Lüfter
bei den gleichen Luftdrücken,
und/oder gestattet den Betrieb der Lüfter unter Zuständen mit entsprechend
höheren
Spannungen.