DE7605261U1 - Axialventilator - Google Patents

Description

Voith Getriebe KG G 3391 Heidenheim

Kennwort: "Inertiale Schaufeldrehung"

Axialventilator

Die Erfindung betrifft einen Axialventilator nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Bei einem bekannten Axialventilator dieser Bauart (DT-PS 1 003 391) ist 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 Laufradschaufein 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.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Axialventilator zu schaffen, der in beiden Drehrichtungen und somit für beide Förderrichtungen einsetzbar ist, und zwar in beiden Förderrichtungen mit gleich gutem Wirkungsgrad und gleichermaßen geringer Lautstärke.

Diese Aufgabe wird durch die Anwendung der kennzeichnenden Merkmale aes Anspruches 1 gelöst.

Axial-

Durch die Erfindung ist ein umsteuerbarer/Ventilator geschaffen worden, bei dem die Laufradschaufeln - je nach der Ventilatordrehrichtung

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durch die beim Beschleunigen des Laufrades auftretende Trägheitskraft entweder in ihrer Ausgangsstellung festgehalten oder in ihre Endstellung verschwenkt werden. Der Vorteil dieser Bauwelse besteht darin, daß die für die jeweilige Förderrichtung aerodynamisch günstige Stellung der Laufradschaufeln sich völlig automatisch einstellt, so daß für eine Umkehr der Förderrichtung lediglich die Drehrichtung des Antriebsmotors umgekehrt zu werden braucht.

Während bei dem bekannton Ventilator einerseits die Ausgangsstellung der Schließstellung entspricht und andererseits die Sndstellung 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 Forderrichtung. 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 Laufradschaufein zusätzlich is der» Ausgangsstellung fest. Nur wenn aus dem Still-

schwenkt die Trägheitskraft die Laufradschaufeln um ungefähr l80° in ihre Endsteilung, wo sie wiederum von der Verriegelungsvorrichtung solange festgehalten werden, bis der Ventilator zum Stillstand kommt. Hierbei drehen sich dann die Laufradschaufeln untier der Rückstellkraft wieder in ihre Ausgangsstellung zurück, und das Spiel kann, wenn die bisherige Drehrichtung beibehalten wird, von neuem beginnen.

Grundsätzlich kann die erfindungsgemäße Bauweise auch bei einem Axialventilator mit zwei gegenläufigen Laufrädern Anwendung finden. Es muß hierbei lediglich dafür gesorgt werden, daß die beiden Laufräder einen genügend großen achsialen Abstand haben, damit sich die Laufradschaufeln beim Verschwenken um l8o° nicht gegenseitig behindern.

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Es war durchaus nicht naheliegend, nach dem Vorbild der DT-PS 1 00 J5 391 die beim Beschleunigen des Laufrades auftretende Trägheitskraft zum Verschwenken der Laufradbeschaufelung in die Stellung für die andere Förderrichtung zu benutzen. Bei dea bekannten Ventilator ist nämlich ein Verschwenken der Laufradschaufeln um ungefähr l80° gar nicht möglich, weil dort zum Verdrehen der Schaufeln Stifte und Hebel vorgesehen sind, die mit den Zapfen der Laufradschaufeln zusammenwirken. Es mussten jedenfalls an der bekannten Vorrichtung wesentliche Änderungen vorgenommen werden, um zu der erfindungsgemäßen Ausführung zu gelangen.

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 Zahnrädern oder mittels einer Seilkonstruktion auf die Zapfen der Laufradschaufeln übertragen werden, damit ein Schwenkwinkel von ungefähr l80° erzielbar ist. Stattdessen kann aber gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung eine viel einfachere Lösung vorgesehen werden, indem nämlich die s'Laufrads chauf ein relativ zu ihren S chaufel zapfen unsymmetrisch aus = gebildet sind. Dadurch kann das Verschwenken der jüauir-aasehaurciü um ungefähr l80° selbsttätig mit Hilfe der Massenkräfte der Laufradschaufeln selbst erfolgen.

Vielfach wird es erforderlich sein, daß der erfindungsgemäße Axialventilator einen Leitschaufelkranz aufweist, und zwar vorzugsweise je einen Leitschaufelkranz auf der Zuström- und auf der Abströmseite. Zur Erzielung guter Wirkungsgrade und geringer Lautstärke werden die Schaufeln des Leit-s chauf elkranzes bzw. der Leitschaufelkränze in der Regel verstellbar ausgeführt werden müssen. Besonders einfache und zweckmäßige Ausgestaltungen eines solchen Axialventilators sind in den Ansprüchen j5 bis 6 angegeben.

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Leitschaufelkränze mit den in diesen Ansprüchen beschriebenen Merkmalen können auch zusammen mit solchen Laufrädern verwendet werden, die von der Bauweise gemäß Anspruch 1 oder 2 abweichen., so z.B. mit verstellbaren Laufrädern beliebiger Konstruktion für unterschiedliche Förderrichtung und/oder unterschiedliches Fördervolumen, ferner auch als Vorleitrad für ein nicht verstellbares Laufrad.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt

Fig.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;

Fig.3 einen Querschnitt nach Linie HI-III der Fig.l;

Fig.4 einen Schnitt durch eine Leitschaufel nach

Linie IV-IV der Fig.3, in einem gegenüber der Fig.3 vergrößerten Maßstab;

FiS= 5 eiTie" Τ^τ τ längssahnitt durch ein Laufrad des Ventilators nach Fig.1 und 2;

Fig.6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI der Fig.5.

Der in den Figuren 1 bis 3 dargestellte zweistufige Axialventilator besitzt zwei gleiche auf ein und derselben Welle 9 befestigte Lauf räder 10. Die Welle ruht in der üblichen V/e'Se in Lagern, die im Inneren von Nabenhauben 11, 12, 13₃ nämlich zwei äußeren (11, 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 Fig.3)

Ein mehrteiliges Ventilator gehäuse, das in seinen) Inneren einen Strömungskanal bildet, umfasst zwei gleiche Ein- und Ausström-

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düsen 14 und drei zylindrische Rohrstücke 15, i6 und 17. Das mittlere Rohrstück 16 trägt über Stützr-ippen l8 die mittlere Nabenhaube 12; desgleichen tragen die äußeren Rohrstücke 15 und 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 elastisches Leitschaufel-Endblatt 23 bzw. 25 (siehe Figur 4).

Eine Einrichtung zum Verstellen der Leitschaufelkränze ist in den Figuren 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 Leit-V schaufelkränze des Ventilators ist eine gemeinsame Verstellwelle 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 Leitschaufel-Endblätter 20, 22, 23, 25 etwa 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 erreicht

■ werden. Zweckmäßigerweise wird man die elastischen Leitschaufel-

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Endblätter derart gestalten, daß sie alle im entspannten Zustand die für die eine Strömungsrichtung aerodynamisch günstige Form aufweisen und daß alle Leitschaufel-Endblätter für die andere Drehrichtung in der gleichen Umfangsrichtung verformt werden müssen. So kann z.B. angenommen werden, daß sich in der Figur 2 alle Leitschaufel-Endblätter 20, 22, 23, 25 in ihrer spannungsfreien Ruhelage befinden. Die Endblätter 20 und 25 sind hierbei eben und 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 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 Fig.1 wird eine zuvor eingerückte und mit dem Getriebemotor zusammenarbeitende Bremse gelöst, so daß sich die Endblätter aufgrund der ihnen innewohnenden Federkraft wieder in ihre Ausgangslage nach Fig.2 zurückbewegen.

Die Figuren 5 und 6 zeigen die konstruktive Gestaltung der Laufräder 10. Danach besitzt jedes Laufrad eine zweiteilige Laufradnabe 40, 4l, worin die Laufradschaufeln 42 mit ihren Schaufelzapfen 4-3 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 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 Figur 6 - im Gegen-Uhrzeigersinne, Dadurch wird dJe Schaufel 42 an den in Figur 6 schematisch dargestellten Anschlag 43 angedrückt. Diese Stellung nimmt die Schaufel 42 immer dann ein, wenn das Laufrad 10 stillsteht oder mit der Drehrichtung gemäß Pfeil 49 (Figur 6) umläuft.

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Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist die Laufradschaufel 42 relativ zu ihrem Schaufelzapfen 43 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 Schaufelzapfenachsej oder mit anderen Worten: Sine gedachte Schwerpunktslinie der Laufradschaufel 42 liegt um einen bestimmten Abstand neben der Schaufelzapfenachse. Deshalb erfährt die Schaufel 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 übervjiegt und die Schaufel um etwa l80° 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 Fig.ρ und 6 dargestellt, als ein radial in der Laufradnabe 4l verschiebbarer Kolben 51 ausgebildet sein kann. Dieser Kolben kann oberhalb einer bestimmten Laufradirehzahl die Kraft einer Rückstellfeder 52 überwinden und bewegt sich sodann in die in Fig.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.

Heidenheim, 11.02.I976
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Claims (6)

tit 11 1 t 1 ItI G 3391 Voith 3etriebe K3 Kennwort: "lnertiale Schaufeldrehung" Heidenheim $ris pr ü ehe

1. Axialventilator, dessen Laufrad (ίο) eine Laufradnabe (4-0, und darin drehbar gelagerte Laufradschaufeln (42) umfasst, mit einer Einrichtung zum Verschwenken der Laufradschaufeln aus einer Ausgangfetellung in eine Endstellung unter Ausnutzung der beim Beschleunigen des Laufrades auftretenden Trägheitskraft und entgegen einer Rückstellkraft, z.B. einer Federkraft, welche die Laufradschaufeln beim Stillsetzen des Laufrades in die Ausgangsstellung zurückschwenkt, ferner mit einer Verriegelungsvorrichtung (51, 52), derer* bewegliches Teil als ein Fliehgewicht ausgebildet ist und oberhalb einer bestimmten Laufraddreh'zahl die Laufradschaufeln festhält, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Laufradschaufeln (42), wenn sie in der Ausgangsstellung stehen, in der für die eine Drehrichtung und somit für die eine Förderrichtung wirksamen Förderstellung befinden, und daß die Laufradschaufeln nur bei einer Umkehr in die andere VentilatordrehricntuRg aus der Ausgangsstellung in die Endstellung verschwenkbar sind, in der sich die Laufradschaufeln in einer für die andere Förderrichtung wirksamen Förderstellung befinden, und daß ferner die Verriegelungsvorrichtung (51, 52) die Laufradschaufeln je nach Ventilatordrehrichtung entweder in der Ausgangsstellung oder in der Endstellung festhält.

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

3. Axialventilator insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, mit einem verstellbare Schaufeln aufweisenden Leitschaufelkranz, dadurch gekennzeichnet, daß jede Leitschaufel ein feststehendes Teil (l8₉ 19, 21) aufweist, das als Stütze zwischen einem äußeren Ventilatorgehause (15-17) und einer inneren Nabenhaube (11 - IJ)) dient, wobei an der Stütze verschwenkbare Leitschaufel-Endblätter (20, 22, 23, 25) befestigt sind,

und daß die Leitschaufel-Endblätter zum Zwecke ihrer Verstellung durch ein Seil (24 oder Kette od.dgl.) miteinander verbunden sind, an dem eine Vers te 1] einrichtung (28 - 30) an-

\\ greift.

4. Axialventilator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

daß die Leitschaufel-Endblätter (20, 22, 23, 25) aus elastischem Material hergestellt sind, so daß sie selbsttätig in eine Ruhelage zurückschwenken, und daß die Verstelleinrichtung (28 - 30) über ein einseitig kraftschlüssig wirkendes Element, z.B. Seil (27), Kette od.dgl., an das die Leitschaufel-ICndblätter verbindende Seil (24) gekoppelt ist.

5· Axialventilator nach Anspruch 3 oder 4 mit wenigstens zwei Leitschaufelkränzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufe!kränze eine gemeinsame Verstelleinrichtung (28 aufweisen.

6. Axialventilator nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinrichtung für die Drehrichtungsumkehr des Ventilator-Antriebsmotors mit einer Steuereinrichtung für die Leitschaufel-Verstelleinrichtung (28 - J)O) gekoppelt ist.

Heidenheim, 11.02.1976
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