DE69916209T2 - Lüfterschaufelmontage - Google Patents

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David R. Moore
D. John MOORE
Joseph Parker
E. John DOWELL
Kenneth E. Jay
P. John HAYNES
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Moore Fans LLC
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/32Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
    • F04D29/34Blade mountings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D25/00Pumping installations or systems
    • F04D25/02Units comprising pumps and their driving means
    • F04D25/08Units comprising pumps and their driving means the working fluid being air, e.g. for ventilation
    • F04D25/088Ceiling fans

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

  • HINTERGRUND
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein große Luftbewegungslüfter und insbesondere ein verbessertes Mittel zur Montage von Lüfterschaufeln an einer drehbaren Nabe.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Draufsicht eines typischen Lüfters mit einem Schaufelbefestigungssystem nach den Grundzügen der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ist eine perspektivische Ansicht einer der Schaufelhalterungen, die eine Nabenstrebe, ein Rohrende und ein Schaufelfußglied des Lüfters nach 1 umfasst;
  • 3 ist eine beispielhafte Querschnittsansicht einer der Schaufeln des Lüfters nach 1;
  • 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;
  • 5A und 5B sind eine Drauf- bzw. eine Seitenansicht des Verbindungsglieds oder des Zapfens, der zur Verbindung der Nabenstrebe mit der Nabe verwendet wird;
  • 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;
  • 7 ist eine Draufsicht des Rohrendes von 2;
  • 8 ist eine andere perspektivische Ansicht der Schaufelhalterung von 2;
  • 9 ist eine Draufsicht einer elastischen Halterung mit einer Bohrung zur Aufnahme des Gewindeendes einer Schaufelfußschraube;
  • 10 ist eine Draufsicht einer elastischen Halterung mit einer Bohrung zur Aufnahme des Kopfendes einer Schaufelfußschraube; und
  • 11 zeigt ein beispielhaftes Nietenmuster zwischen einem inneren Schaufelende und dem Schaufelfußglied;
  • 12 ist eine Draufsicht des gegenseitigen Eingriffs der elastischen Halterungen und des Rohrendes;
  • 13 ist eine Querschnittsansicht der Verbindung der Nabenstrebe mit der Nabe;
  • 14 ist eine Teilquerschnittsansicht der Verbindung des äußeren Endes der Nabenstrebe mit dem Rohrende; und
  • 15 ist eine perspektivische Ansicht des schwenkbar mit der Nabenstrebe verbundenen Schaufelfußglieds, wobei ein Abschnitt. des Schaufelfußglieds weggeschnitten ist.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (11)

  1. Lüfter, der Folgendes umfasst: eine drehbare Nabe (10); eine Nabenstrebe (14), die mit der Nabe (10) verbunden ist und sich allgemein radial von ihr erstreckt; ein Schaufelfußglied (16); ein mit dem Schaufelfußglied (16) verbundenes Schaufelblatt (12), gekennzeichnet durch: ein mit dem äußeren Ende (20) der Nabenstrebe (14) verbundenes Rohrende (22); ein Paar elastischer Halterungen (25), die jeweils Folgendes aufweisen: einen inneren starren Kern (26), eine äußere starre Hülse (27), die sich koaxial zum Kern (26) erstreckt, und eine Lage (28) aus elastischem Elastomer zwischen dem Kern (26) und der Hülse (27) zur begrenzten Umfangsbewegung; ein Mittel zum zwangsläufigen Festklemmen der Kerne (26) der elastischen Halterungen (25) am Rohrende (22); wobei das Schaufelfußglied (16) mit den Hülsen (27) der elastischen Halterungen (25) verbunden ist.
  2. Lüfter nach Anspruch 1, bei dem das Schaufelfußglied (16) eine obere flache Fläche (62) zur Verbindung mit einer flachen Seite (17) des Schaufelblatts (12) und eine abgewinkelte untere Fläche (64) zur Verbindung mit einer gewölbten Seite (15) des Schaufelblatts (12) aufweist.
  3. Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der innere Kern (26) jeder elastischen Halterung (25) eine Endfläche (90) umfasst, die nicht kreissymmetrisch ist, und das Rohrende (22) ein Paar Gegenflächen (91) umfasst, die zu den Endflächen (90) der Kerne (26) komplementär sind.
  4. Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Schaufelfußglied (16) ein Paar sich in Querrichtung erstreckender zylindrischer Bohrungen (72) auf einander gegenüberliegenden Seiten des Schaufelfußglieds (16) zur Aufnahme der elastischen Halterungen (25) sowie eine zwischen den zylindrischen Bohrungen (72) vorgesehene Kerbe (78) zur Aufnahme eines Endes des Rohrendes (22) umfasst.
  5. Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem jede der elastischen Halterungen (25) ein in einem Winkel abgeschrägtes inneres Ende (90) und das Rohrende (22) ein Paar konisch zulaufender Seiten (92, 94) aufweist, die in einem komplementären Winkel konisch zulaufen, und bei dem die abgeschrägten Enden (90) der elastischen Halterungen (25) mit den konisch zulaufenden Seiten (92, 94) des Rohrendes (22) in Eingriff stehen.
  6. Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Ende des Rohrendes (22) und das äußere Ende (20) der Nabenstrebe (14) zur Verbindung des Rohrendes (22) mit der Nabenstrebe (14) mit einem Gewinde versehen sind, und weiterhin mit Klemmmitteln (50) am äußeren Ende (20) der Nabenstrebe (14) zur sicheren Verriegelung des Rohrendes (22) an der Nabenstrebe (14).
  7. Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin mit einem Gewindezapfen (38), der zur Verbindung der Nabenstrebe (14) mit der drehbaren Nabe (10) zwischen der drehbaren Nabe (10) und der Nabenstrebe (14) vorgesehen ist, wobei ein Ende des Zapfens (38) außen mit einem Linksgewinde (30) und ein anderes Ende des Zapfens außen mit einem Rechtsgewinde (30) versehen ist.
  8. Lüfter nach Anspruch 7, mit einer Aussparung (39) in jedem Ende des Zapfens (38), wobei eine ausreichende Wanddicke zur im Wesentlichen gleichmäßigen Verteilung der Spannungen auf die Gewinde (30) verbleibt.
  9. Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der innere Kern (26) jeder der elastischen Halterungen (25) eine Fläche umfasst, die bei Festklemmen an einem Paar komplementärer Gegenflächen am Rohrende eine Drehung des inneren Kerns sowohl um seine eigene Achse als auch um die Lüfterachse unabhängig von Reibung zwischen den Gegenflächen (90, 91) zwangsläufig verhindert.
  10. Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin mit: mehreren Schaufelblättern (12), die schwenkbar mit der Nabe (10) verbunden sind und sich allgemein radial von ihr erstrecken.
  11. Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer mit dem Schaufelfußglied (16) verbundenen Schaufelhaut (18), die eine Schaufel (12) mit einer am Schaufelfußglied (16) befestigten flachen Fläche (17) und einer an einem anderen Teil des Schaufelfußglied (16) befestigten konvexen Fläche (15) bildet.
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