EP2045471B1

EP2045471B1 - Ventilator with a wheel and method for operating a ventilator

Info

Publication number: EP2045471B1
Application number: EP08014590.7A
Authority: EP
Inventors: Rolf-Herbert Fichter
Original assignee: LTG AG
Current assignee: LTG AG
Priority date: 2007-10-04
Filing date: 2008-08-16
Publication date: 2020-12-30
Anticipated expiration: 2028-08-16
Also published as: DE102007047412B4; EP2045471A3; EP2045471A2; DE102007047412A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Ventilator, insbesondere Querstromventilator, mit einem Laufrad, das mittels einer Lagerung drehbar gelagert ist und das mindestens zwei Stützeinrichtungen aufweist, die mehrere, sich zwischen ihnen erstreckende Lüfterschaufeln halten.The invention relates to a fan, in particular a cross-flow fan, with an impeller which is rotatably mounted by means of a bearing and which has at least two support devices which hold a plurality of fan blades extending between them.

Aus der DE 298 23 187 U1 ist ein Ventilator bekannt, der als Querstromventilator ausgebildet ist. Dieser umfasst ein drehbar gelagertes Laufrad mit mehreren sich in axialer Richtung erstreckenden Lüfterschaufeln, die bei Rotation des Laufrads Luft am äußeren Umfang über die gesamte axiale Länge des Laufrades ansaugen. Diese Luft strömt in das Laufradinnere, wird dort durch entstehende Luftwirbel umgelenkt und tritt als beschleunigter Luftstrom über die gesamte axiale Erstreckung aus. Die Lüfterschaufeln sind zwischen zwei axial beabstandeten Stützeinrichtungen des Laufrades gehalten. Eine mit einer der Stützeinrichtungen verbundenen Welle krakt über die Stirnseite der Stützeinrichtung und ist mit einer Antriebseinrichtung kuppelbar. Bekannt ist es, auf dem freien Wellenende eine Riemenscheibe drehfest anzuordnenen, die über ein von einem Antriebsmotor angetriebenes Zugmittel in Rotation versetzt wird. Die rotierende Riemenscheibe versetzt ihrerseits das Laufrad in Rotation. Durch diesen Antrieb über Zugmittel und Riemenscheibe ergibt sich eine zusätzliche radiale Kraft auf ein Ende der Welle, sodass ein Teil der Lüfterschaufeln auf Zug und ein anderer Teil der Lüfterschaufeln auf Druck belastet werden. Bei Rotation des Laufrades ergibt sich für jede einzelne der Lüfterschaufel eine Druck-Zug-Wechselbelastung, die deren Material stark belastet. Eine derartige Druck-Zug-Wechselbelastung ergibt sich auch durch eine nicht fluchtende Lagerung auf beiden Seiten des Laufrads, zum Beispiel durch die Lagervorrichtung eines das Laufrad auf einer Seite direkt antreibenden Elektromotors und einer weiteren Lagervorrichtung auf der gegenüberliegenden Seite des Laufrades. Um einer derartigen Wechselbelastung zu begegnen, werden zwischen den Stützeinrichtungen zusätzliche Stützscheiben angeordnet, die die Festigkeit des Laufrades, insbesondere im Bereich der Lüfterschaufeln, erhöhen. Diese zusätzlichen Stützscheiben oder weitere Maßnahmen zur Erhöhung der Festigkeit vergrößern jedoch das Gewicht des Laufrades.From the DE 298 23 187 U1 a fan is known which is designed as a cross-flow fan. This comprises a rotatably mounted impeller with several fan blades extending in the axial direction, which suck in air at the outer circumference over the entire axial length of the impeller when the impeller rotates. This air flows into the inside of the impeller, where it is deflected by the air vortices that arise and exits as an accelerated air flow over the entire axial extent. The fan blades are held between two axially spaced apart support devices of the impeller. A shaft connected to one of the support devices krakt over the end face of the support device and can be coupled to a drive device. It is known to arrange a belt pulley in a rotationally fixed manner on the free shaft end, which pulley is set in rotation via a traction mechanism driven by a drive motor. The rotating belt pulley in turn sets the impeller in rotation. This drive via traction means and belt pulley results in an additional radial force on one end of the shaft, so that part of the fan blades are subjected to tension and some of the fan blades are subjected to pressure. When the impeller rotates, each individual fan blade is subject to an alternating pressure-tension load that places a heavy load on its material. Such an alternating pressure-tension load also results from a non-aligned mounting on both sides of the impeller, for example by the bearing device of an electric motor directly driving the impeller on one side and a further bearing device on the opposite side of the impeller. In order to counter such alternating loads, additional support disks are arranged between the support devices, which increase the strength of the impeller, especially in the area of the fan blades. However, these additional support disks or other measures to increase the strength increase the weight of the impeller.

Aus der Offenlegungsschrift DE 1428162 A1 geht außerdem ein Querstromventilator mit einem drehbar gelagerten Laufrad hervor, bei welchem zwecks Vermeidung der Übertragung eines Moments in einer Axialebene einer Drehachse ein eine Schwenkung der Läuferachse gegenüber dem Gehäuse zulassendes Element in Form einer Feder eingeschaltet ist.From the publication DE 1428162 A1 also shows a cross-flow fan with a rotatably mounted impeller, in which an element in the form of a spring allowing the rotor axis to pivot relative to the housing is switched on in order to avoid the transmission of a torque in an axial plane of an axis of rotation.

Weiterhin ist es aus der Offenlegungsschrift US 2,975,961 A1 bekannt, ein Lüfterrad durch eine Axiallagerung zumindest im Wesentlichen an Längsbewegungen zu hindern.It is also from the laid-open specification U.S. 2,975,961 A1 known to prevent a fan wheel at least substantially from longitudinal movements by means of an axial bearing.

Aus der Offenlegungsschrift US 2007/0212211 A1 ist weiterhin ein Ventilator bekannt, dessen Lüfterrad einseitig durch einen Antriebsmotor gelagert ist, um die Anzahl von Einzelteilen, die für eine beidseitige Lagerung notwendig wären, zu reduzieren.From the publication US 2007/0212211 A1 a fan is also known, the fan wheel of which is mounted on one side by a drive motor in order to reduce the number of individual parts that would be necessary for mounting on both sides.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ventilator der gattungsgemäßen Art zu schaffen, der den Druckanteil der Druck-Zug-Wechselbelastungen reduziert.The invention is based on the object of creating a fan of the generic type which reduces the pressure component of the alternating pressure-tension loads.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mittels eines Ventilators mit dem im Anspruch 1 genannten Merkmal gelöst. Diese zusätzliche Zugbeaufschlagung der Lüfterschaufeln reduziert den Druckanteil einer Druck-Zug-Wechselbelastung der Lüfterschaufeln, insbesondere Lamellen, im Betrieb des Ventilators. Diese Wechselbelastung wird zum Beispiel durch radiale Kräfte hervorgerufen, die bei einem Antrieb des Laufrades über ein Zugmittel oder bei einer nicht fluchtenden beidseitigen Lagerung auftreten. Durch die Reduktion des Druckanteils dieser Druck-Zug-Wechselbelastung wird das Material der Lüfterschaufeln weniger stark beansprucht. Bei der Zugbeaufschlagung der Lüfterschaufeln mittels der Spanneinrichtung wirkt diese bevorzugt an den axialen Enden des Laufrades beziehungsweise der Lüfterschaufeln. Bevorzugt ist die Spanneinrichtung eine Spanneinrichtung zur Zugbeaufschlagung der Lüfterschaufeln. Durch diese zusätzliche Beaufschlagung durch Zug verringert sich die resultierende Druckbeanspruchung und die Gefahr einer Knickbeanspruchung der Lüfterschaufeln. Zusätzliche Maßnahmen zur Erhöhung der Festigkeit des Laufrades können entfallen. Die Lüfterschaufeln - und dadurch auch das gesamte Laufrad - können leichter gebaut sein.According to the invention, the object is achieved by means of a fan with the feature mentioned in claim 1. This additional tensile loading of the fan blades reduces the pressure component of an alternating pressure-tension load on the fan blades, in particular lamellae, when the fan is in operation. This alternating load is caused, for example, by radial forces that occur when the impeller is driven via a traction device or when the bearings are not aligned on both sides. By reducing the pressure component of this alternating pressure-tension load, the material of the fan blades is less stressed. When the fan blades are subjected to tension by means of the tensioning device, the tensioning device preferably acts on the axial ends of the impeller or the fan blades. The tensioning device is preferably a tensioning device for applying tension to the fan blades. This additional application of tension reduces the resulting compressive stress and the risk of buckling stress on the fan blades. Additional measures to increase the strength of the impeller can be omitted. The fan blades - and thus the entire impeller - can be built lighter.

Im Folgenden werden vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung beschrieben.Advantageous embodiments of the invention are described below.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Spanneinrichtung - zur Zugbeaufschlagung der Lüfterschaufeln - die beiden Stützeinrichtungen mit axial entgegengesetzt nach außen wirkenden Kräften beaufschlagt. Die Lüfterschaufeln sind dazu jeweils an beiden Stützeinrichtungen zumindest zugfest beziehungsweise druckfest befestigt.According to the invention, it is provided that the tensioning device - for applying tension to the fan blades - acts on the two support devices with forces acting axially opposite to the outside. For this purpose, the fan blades are each fastened to both support devices at least in a tensile or pressure-resistant manner.

Durch die Zugbeaufschlagung der Lüfterschaufeln über die Stützeinrichtungen ist eine auf alle Lüfterschaufeln verteilte (zusätzliche) axiale Zugbelastung gegeben.Due to the tensile loading of the fan blades via the support devices, there is an (additional) axial tensile load distributed over all fan blades.

Insbesondere ist vorgesehen, dass die Spanneinrichtung mindestens ein Spannelement zum Einstellen der Kräfte aufweist. Durch das Spannelement können die Kräfte so vorgewählt werden, dass diese eine einstellbare Zugbeaufschlagung der Lüfterschaufeln bewirken.In particular, it is provided that the tensioning device has at least one tensioning element for adjusting the forces. The forces can be preselected by the tensioning element in such a way that they bring about an adjustable tensile loading of the fan blades.

Mit Vorteil ist vorgesehen, dass der Ventilator ein Gehäuse oder ein Gestell aufweist, an dem mindestens eine Lagervorrichtung zur Lagerung des Laufrades befestigt ist. Erfindungsgemäß sind zwei Lagervorrichtungen für eine beidseitige Lagerung des Laufrades vorgesehen.It is advantageously provided that the fan has a housing or a frame on which at least one bearing device for supporting the impeller is attached. According to the invention, two storage devices are provided for bearing the impeller on both sides.

Ferner ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Lagerung als angestellte Lagerungen mit zwei den Stützeinrichtungen zugeordneten Lagervorrichtungen ausgebildet ist, die die Spanneinrichtung zumindest mitbilden. Bei der Lagerung verteilt sich die Radialkraft auf die beiden Lagervorrichtungen. Die Anstellung kann als O- oder als X-Anstellung in bekannter O- oder X-Anordnung erfolgen. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Anstellung in O-Anordnung erfolgt. Alternativ wird die beidseitige Lagerung durch zwei Festlager gebildet. Die Spanneinrichtung verändert zum einstellen der Kräfte deren Abstand. Es ist möglich auf den beiden Seiten des Laufrads jeweils ein Axiallager und ein Radiallager vorzusehen. Die Axiallager dienen der axialen Zugbeaufschlagung der Lüfterschaufeln und die Radiallager ermöglichen den Rundlauf des Laufrads.Furthermore, it is provided according to the invention that the bearing is designed as an inclined bearing with two bearing devices assigned to the support devices, which at least help to form the clamping device. During storage, the radial force is distributed over the two bearing devices. The employment can take place as an O- or X-employment in the known O- or X-arrangement. It is preferably provided that the adjustment takes place in an O-arrangement. Alternatively, the two-sided storage is formed by two fixed bearings. To adjust the forces, the clamping device changes their spacing. It is possible to provide an axial bearing and a radial bearing on both sides of the impeller. The axial bearings are used to axially apply tension to the fan blades and the radial bearings enable the impeller to run true.

Insbesondere ist vorgesehen, dass mindestens einer der Stützeinrichtungen eine Welle zugeordnet ist. Die Welle ist beispielsweise über einen als Nabe ausgebildeten Flansch an der Stützeinrichtung, insbesondere Stützscheibe, befestigt.In particular, it is provided that at least one of the support devices is assigned a shaft. The shaft is attached to the support device, in particular a support disk, for example via a flange designed as a hub.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass sich das an der Welle über dessen Verbindungsanschluss befestigbare Spannelement axial an einem mit der Stützeinrichtung drehenden Teil eines Lagers der Lagervorrichtung auf seiner einen Seite abstützt und sich das Lager an seiner anderen Seite mit einem gehäusefesten Teil an dem Gehäuse abstützt. Die Lagervorrichtung umgreift beispielsweise mit dem Lager die Welle, wobei die Welle bei montiertem Laufrad auf der ersten Seite den Verbindungsanschluss zur Verbindung mit dem Spannelement aufweist. Die Lagervorrichtung weist an der zweiten Seite beispielsweise eine Ringschulter auf, über die sich das Lager am Gehäuse abstützt.In a preferred embodiment it is provided that the clamping element which can be fastened to the shaft via its connection connection is axially supported on one side of a part of a bearing of the bearing device that rotates with the support device and the bearing is on its other side with a part fixed to the housing on the housing supports. The bearing device, for example with the bearing, engages around the shaft, with the shaft having the connection connection for connection to the clamping element on the first side when the impeller is mounted. The bearing device has, for example, an annular shoulder on the second side, via which the bearing is supported on the housing.

Mit Vorteil ist vorgesehen, dass das Spannelement als losdrehsichere Mutter und der Verbindungsanschluss als entsprechendes Gewinde ausgebildet ist. Losdrehsichere Muttern sind vorzugsweise Muttern mit formschlüssigen Sicherungselementen, die durch ihre Form beziehungsweise Verformung die Mutter festlegen (zum Beispiel Kronenmutter).It is advantageously provided that the tensioning element is designed as a nut that is secured against loosening and the connecting connection as a corresponding thread. Unscrewing nuts are preferably nuts with positive locking elements that fix the nut through their shape or deformation (for example castle nuts).

Alternativ oder zusätzlich ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Spanneinrichtung von mindestens einer sich in axialer Richtung oder unter einem Winkel zur axialen Richtung erstreckenden Vorrichtung des Laufrades zumindest mitgebildet wird. Die Vorrichtung ist insbesondere eine zwischen den beiden Stützeinrichtungen angeordnete Welle mit axial variabler Länge. Mittels dieser Welle variabler Länge werden die beiden Stützeinrichtungen zur Zug- oder Druckbeaufschlagung der zwischen den Stützeinrichtungen gehaltenen Lüfterschaufeln gegeneinander auf Druck oder Zug vorgespannt. Alternativ wird die Vorrichtung des Laufrades von einer starren Welle und Spannelementen, insbesondere Zugseilen, und/oder Druck- und/oder Zugspeichen gebildet. Die Zugseile bewirken die Zugbeaufschlagung der Lüfterschaufeln; Druckspeichen bewirken Druckbeaufschlagung; Zugspeichen Zugbeaufschlagung.Alternatively or additionally, it is advantageously provided that the tensioning device is at least co-formed by at least one device of the impeller that extends in the axial direction or at an angle to the axial direction. The device is in particular a shaft with an axially variable length, which is arranged between the two support devices. By means of this shaft of variable length the two support devices are pretensioned against each other for tension or pressure loading of the fan blades held between the support devices. Alternatively, the device of the impeller is formed by a rigid shaft and tensioning elements, in particular pull cables, and / or push and / or pull spokes. The pull ropes cause the fan blades to be pulled; Pressure spokes cause pressurization; Tension spokes tensioning.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Laufrad mindestens ein Element aufweist, das die beiden Stützeinrichtungen gegen ein Verdrehen gegeneinander sichert. Ein derartiges Element geringer Masse ist zum Beispiel ein schraubenförmig zwischen den Stützeinrichtungen angeordnetes Zugelement, insbesondere Zugseil. Vorzugsweise sind zwei derartig schraubenförmig angeordnete Zugelemente mit entgegengesetztem Drehsinn vorgesehen. Es können auch entsprechende, nicht axial vorlaufende Zug- und/oder Druckspeichen vorgesehen sein, um eine Verdrehsicherung zu bilden.In an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the impeller has at least one element which secures the two support devices against rotating relative to one another. Such an element of low mass is, for example, a tension element, in particular a tension rope, arranged helically between the support devices. Preferably, two such helically arranged tension elements with opposite directions of rotation are provided. Corresponding tension and / or compression spokes, which do not advance axially, can also be provided in order to prevent rotation.

Weiterhin ist mit Vorteil vorgesehen, dass das Laufrad mindestens ein axial zwischen den Stützeinrichtungen angeordnetes Stützelement zum zusätzlichen Halten der Lüfterschaufeln aufweist.Furthermore, it is advantageously provided that the impeller has at least one support element, which is arranged axially between the support devices, for additionally holding the fan blades.

Schließlich ist mit Vorteil vorgesehen, dass mindestens eine der Stützeinrichtungen oder das Stützelement als elastisches Koppelelement ausgebildet ist. Mittels dieses Koppelelements, das die Lüfterschaufeln untereinander oder mit anderen Elementen des Laufrades koppelt, werden die Lüfterschaufeln in Abhängigkeit der Zugbeaufschlagung der Druck-Zug-Wechselbelastung und der sich aus einer Drehzahl ergebenden Zentrifugalkraft im Betrieb vorgebbar radial nach außen beziehungsweise nach innen verbogen.Finally, it is advantageously provided that at least one of the support devices or the support element is designed as an elastic coupling element. By means of this coupling element, which couples the fan blades with one another or with other elements of the impeller, the fan blades become the alternating pressure-tension load as a function of the tension and the centrifugal force resulting from a speed of rotation, bent radially outwards or inwards, which can be predetermined during operation.

Durch die Wahl einer hinreichend großen Zugbeaufschlagung wird der axiale Druckanteil der Druck-Zug-Wechselbelastung mit Vorteil kompensiert beziehungsweise überkompensiert. Dadurch werden die Lüfterschaufeln nur mit Zugkräften beaufschlagt, die jedoch von wechselnder Größe sein können. Bei einer hinreichend großen Zugbeaufschlagung ist in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Lüfterschaufeln -zumindest teilweise- als leicht biegbare Lüfterschaufeln ausgebildet sind. Durch die permanente Beaufschlagung der Lüfterschaufeln mit Zugkräften können diese als wenig biegestabile oder sogar biegeschlaffe Lüfterschaufeln ausgebildet sein. Biegeschlaffe Lüfterschaufeln können besonders leicht gebaut sein.By choosing a sufficiently large tensile loading, the axial pressure component of the alternating pressure-tensile load is advantageously compensated or overcompensated. As a result, the fan blades are only subjected to tensile forces, which, however, can vary in size. In the case of a sufficiently large tensile loading, it is provided in a preferred embodiment of the invention that the fan blades - at least partially - are designed as easily bendable fan blades. As a result of the permanent application of tensile forces to the fan blades, they can be designed as fan blades that are not very rigid or even limp. Flexibly slack fan blades can be particularly light.

Die Erfindung betrifft weiterhin mit den Merkmalen des Anspruchs 12 ein Verfahren zum Betreiben des erfindungsgemäßen Ventilators, insbesondere Querstromventilators, vorzugsweise eines vorstehend genannten Ventilators, wobei der Ventilator ein mittels einer Lagerung drehbar gelagertes Laufrad mit mindestens zwei Stützeinrichtungen aufweist, die mehrere, sich zwischen ihnen erstreckende Lüfterschaufeln halten. Es ist vorgesehen, dass die Lüfterschaufeln zur Reduktion eines Druck- oder Zuganteils einer im Betrieb des Ventilators auftretenden Druck-Zug-Wechselbelastung der Lüfterschaufeln durch die genannte Spanneinrichtung mit Zug beaufschlagt werden. Dazu werden die zwischen den Stützeinrichtungen des Laufrades gehaltenen Lüfterschaufeln über die Stützeinrichtungen verspannt. Die Größe der Zugkräfte zur Reduktion des Druckanteils ist vorzugsweise wählbar/einstellbar.The invention further relates with the features of claim 12 to a method for operating the fan according to the invention, in particular a cross-flow fan, preferably one of the above-mentioned fan, the fan having an impeller rotatably mounted by means of a bearing and having at least two support devices that have several extending between them Hold fan blades. It is provided that the fan blades are subjected to tension by the said tensioning device in order to reduce a pressure or tension component of an alternating pressure-tension load on the fan blades that occurs during operation of the fan. For this purpose, the fan blades held between the support devices of the impeller are moved over the support devices tense. The magnitude of the tensile forces to reduce the pressure component is preferably selectable / adjustable.

Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die beiden Stützeinrichtungen - zur Zugbeaufschlagung - mit axial entgegengesetzt nach außen wirkenden Kräften beaufschlagt werden.Furthermore, it is provided according to the invention that the two support devices - for tensile loading - are acted upon by forces acting axially opposite to the outside.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kräfte so vorgewählt/eingestellt werden, dass die Lüfterschaufeln im Betrieb vorgebbar radial nach außen oder nach innen gebogen sind. Durch diese mittels der Kräfte vorgebbare Geometrie der Lüfterschaufeln ergibt sich ein einstellbares Strömungsprofil über die axiale Länge des Ventilators. Sind die Lüfterschaufeln im Betrieb in einem Mittelbereich nach außen gebogen, ergibt sich ein Strömungsprofil, bei dem im mittleren Bereich eine höhere Strömungsgeschwindigkeit beziehungsweise ein größerer Massenstrom auftritt als in den Endbereichen des Laufrades. Weist das Laufrad in seinem Mittelbereich nach innen gebogene Lüfterschaufeln auf, so ergibt sich ein Strömungsprofil, bei dem in den axialen Endbereichen eine höhere Strömungsgeschwindigkeit und ein höherer Massestrom auftritt als in dem Mittelbereich.In a preferred embodiment of the invention it is provided that the forces are preselected / adjusted in such a way that the fan blades are bent radially outwards or inwards in a predefinable manner during operation. This geometry of the fan blades, which can be predetermined by means of the forces, results in an adjustable flow profile over the axial length of the fan. If the fan blades are bent outward in a central area during operation, a flow profile results in which a higher flow velocity or a greater mass flow occurs in the central area than in the end areas of the impeller. If the impeller has inwardly curved fan blades in its central area, then results a flow profile in which a higher flow velocity and a higher mass flow occurs in the axial end areas than in the central area.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1: in Seitenansicht einen Querstromventilator,
Figur 2A bis 2D: verschiedene Laufradformen und entsprechende axiale Geschwindigkeitsverteilungen.

The invention is explained in more detail on the basis of exemplary embodiments with reference to the drawings. Show it:

Figure 1: a side view of a cross-flow fan,
Figures 2A to 2D: different impeller shapes and corresponding axial speed distributions.

Die Figur 1 zeigt einen als Querstromventilator 10 ausgebildeten Ventilator, der ein Laufrad 12 und ein Gehäuse 14 aufweist. An sich bekannte konstruktive Details des Querstromventilators 10 sind im Einzelnen nicht dargestellt, da Aufbau und Funktion von Querstromventilatoren allgemein bekannt sind. Das Laufrad 12 weist an den gegenüberliegenden Enden 16, 18 seiner axialen Erstreckung jeweils eine Stützeinrichtung 20, 22 auf. Die Stützeinrichtung 20 weist eine Stützscheibe 24 und die Stützeinrichtung 22 eine Stützscheibe 30 auf. Der Stützscheibe 24 ist eine Welle 26 und eine die Stützscheibe 24 mit der Welle 26 verbindende Nabe 28 zugeordnet. Der Stützscheibe 30 ist eine Welle 32 und eine die Stützscheibe 30 mit der Welle 32 verbindende Nabe 34 zugeordnet. Axial zwischen den beiden Stützeinrichtungen 20, 22 befinden sich im radialen Außenbereich der Stützscheiben 24, 30 umfänglich angeordnete Lüfterschaufeln 36 des Laufrades 12. Die Lüfterschaufeln 36 werden von den Stützscheiben 24, 30 an den Enden 16, 18 des Laufrades 12 gehalten und zwischen diesen Stützscheiben 24, 30 der Stützeinrichtungen 20, 22 von axial beabstandet und parallel ausgerichteten, als weitere Stützscheiben ausgebildete Stützelemente 38 zur Festigung des Laufrades 12 gestützt.The Figure 1 shows a fan designed as a cross-flow fan 10, which has an impeller 12 and a housing 14. Structural details of the cross-flow fan 10 known per se are not shown in detail, since the structure and function of cross-flow fans are generally known. The impeller 12 has a support device 20, 22 at each of the opposite ends 16, 18 of its axial extent. The support device 20 has a support disk 24 and the support device 22 has a support disk 30. The support disk 24 is assigned a shaft 26 and a hub 28 connecting the support disk 24 to the shaft 26. The support disk 30 is assigned a shaft 32 and a hub 34 connecting the support disk 30 to the shaft 32. Axially between the two support devices 20, 22 in the radial outer area of the support disks 24, 30 are circumferentially arranged fan blades 36 of the impeller 12. The fan blades 36 are held by the support disks 24, 30 at the ends 16, 18 of the impeller 12 and between these support disks 24, 30 of the support devices 20, 22 of axially spaced and parallel aligned, as further support disks formed support elements 38 for strengthening the impeller 12 supported.

An einer Stirnseite 40 ragt die der ersten Stützeinrichtung 20 zugeordnete Welle 26 über das Gehäuse 14 heraus. Die Welle 26 ist in einer ersten Lagervorrichtung 42 geführt. An der Stützscheibe 24 ist ein Ende 44 der Welle 26 gehalten. Das andere Ende 18 des Laufrades 12 ist über die Welle 32 in einer zweiten Lagervorrichtung 48 an der anderen Stirnseite 50 des Gehäuses 14 drehbar gelagert. Die beiden Lagervorrichtungen 42, 48 bilden eine angestellte Lagerung in O-Anstellung des Laufrades 12. Bei dieser Lagerung sind die Lagervorrichtungen 42, 48 im Wesentlichen spiegelbildlich angeordnet, sodass hier nur die erste Lagervorrichtung 42 ausführlich beschrieben wird. Die Lagervorrichtung 42 weist ein als Kugellager 52 ausgebildetes Wälzlager 54 in einer an der Stirnseite 40 des Gehäuses 14 befestigten Lageraufnahme 56 auf. Ein Innenring 58 des Wälzlagers 54 stützt sich an einem als losdrehfeste Mutter 60 ausgebildeten Spannelement 62 und ein Außenring 64 stützt sich auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des Lagers 54 an einer Ringschulter 66 der Lageraufnahme 56 ab. Das als Mutter 60 ausgebildete Spannelement 62 ist über einen als Gewinde 68 ausgebildeten Verbindungsanschluss 70 der Welle 26 (beziehungsweise der Stützeinrichtung 20) lösbar mit dieser verbunden. Da die zweite Lagervorrichtung 48 im Wesentlichen wie die erste Lagervorrichtung 42 ausgebildet ist und somit entsprechende Komponenten aufweist, sind diese mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie die der ersten Lagervorrichtung 42. Die angestellte Lagerung mit ihren Lagervorrichtungen 42, 48 bildet zusammen mit den Stützeinrichtungen 20, 22 und dem Gehäuse 14 eine Spanneinrichtung 72 zur Zugbeaufschlagung der Lüfterschaufeln 36. Dazu beaufschlagen die sich an den Stirnseiten 40, 50 des Gehäuses 14 abstützenden Lagervorrichtungen 42, 48 der angestellten Lagerung die Stützeinrichtungen 20, 22 mit axial nach außen wirkenden Kräften (Pfeile 74, 76).At one end 40, the shaft 26 assigned to the first support device 20 protrudes beyond the housing 14. The shaft 26 is guided in a first bearing device 42. One end 44 of the shaft 26 is held on the support disk 24. The other end 18 of the impeller 12 is rotatably supported via the shaft 32 in a second bearing device 48 on the other end face 50 of the housing 14. The two bearing devices 42, 48 form an inclined bearing in O-inclination of the impeller 12. In this bearing, the bearing devices 42, 48 are arranged essentially in mirror image, so that only the first bearing device 42 is described in detail here. The bearing device 42 has a roller bearing 54 designed as a ball bearing 52 in a bearing receptacle 56 fastened to the end face 40 of the housing 14. An inner ring 58 of the roller bearing 54 is supported on a tensioning element 62 designed as a nut 60 that is fixed against rotation, and an outer ring 64 is supported on an annular shoulder 66 of the bearing receptacle 56 on a second side of the bearing 54 opposite the first side. The clamping element 62 designed as a nut 60 is detachably connected to the shaft 26 (or the support device 20) via a connection connection 70 designed as a thread 68. Since the second storage device 48 is designed essentially like the first storage device 42 and thus has corresponding components, these are provided with the same reference numerals as those of the first storage device 42. The inclined bearing with its storage devices 42, 48 together with the support devices 20, 22 and the housing 14 a tensioning device 72 for applying tension to the fan blades 36 on the end faces 40, 50 of the housing 14 supporting bearing devices 42, 48 of the adjusted bearing support the supporting devices 20, 22 with forces acting axially outward (arrows 74, 76).

Es ergibt sich folgende Funktion der beiden eine angestellte Lagerung des Laufrads 12 bildenden Lagervorrichtungen 42, 48: Durch Anziehen mindestens einer der Muttern 60 werden die beiden Wellen 26, 32 beziehungsweise die Stützeinrichtungen 20, 22 jeweils mit einer nach außen wirkenden Kraft (Pfeile 74, 76) beaufschlagt. Durch diese Kraftbeaufschlagung werden die von den Stützeinrichtungen 20, 22 gehaltenen und zwischen diesen angeordneten Lüfterschaufeln 36 mit axial entgegengesetzt wirkenden Zugkräften beaufschlagt. Diese wirken jeweils an den Enden 16, 18 des Laufrades 12 und somit auch an den Enden der Lüfterschaufeln 36. Durch die axial nach außen wirkenden Kräfte (Pfeile 72, 74) wird das Gehäuse 14 axial auf Druck belastet, da sich die Lager 54 über ihre Außenringe 64 und die Ringschultern 66 der Lageraufnahmen 56 jeweils am Gehäuse 14 abstützen.The following function of the two bearing devices 42, 48, which form an adjusted bearing of the impeller 12, results: By tightening at least one of the nuts 60, the two shafts 26, 32 or the support devices 20, 22 are each activated with an outward force (arrows 74, 76) applied. As a result of this application of force, the fan blades 36 held by the support devices 20, 22 and arranged between them are acted upon with axially oppositely acting tensile forces. These act at the ends 16, 18 of the impeller 12 and thus also at the ends of the fan blades 36. The forces acting axially outward (arrows 72, 74) put pressure on the housing 14 axially because the bearings 54 overlap their outer rings 64 and the annular shoulders 66 of the bearing receptacles 56 are each supported on the housing 14.

Beim Anbringen einer Antriebsenergie, zum Beispiel über eine nicht gezeigte Riemenscheibe auf der Welle 26, wird diese mit einer hier lediglich angedeuteten radial zur Welle 26 gerichteten Kraft F beaufschlagt, die entsprechend der Anbaulage des Riementriebes beziehungsweise des Antriebsmotors gerichtet ist. Diese radiale Kraft F übt ein Kippmoment auf die Welle 26 aus, das die Lüfterschaufeln 36 in einem oberen Bereich des Laufrades 12 auf Zug und in einem unteren Bereich auf Druck belastet. Im Betrieb des Querstromventilators 10 ergibt sich somit eine Druck-Zug-Wechselbelastung auf jede einzelne der Lüfterschaufeln 36, die deren Material besonders stark beanspruchen.When driving energy is applied to the shaft 26, for example via a belt pulley (not shown), this is acted upon by a force F, only indicated here, radially to the shaft 26, which is directed according to the mounting position of the belt drive or the drive motor. This radial force F exerts a tilting moment on the shaft 26, which loads the fan blades 36 in tension in an upper region of the impeller 12 and in compression in a lower region. When the cross-flow fan 10 is in operation, there is thus an alternating pressure-tension load on each of the fan blades 36, which stress their material particularly heavily.

Um den Druckanteil einer derartige Druck-Zug-Wechselbelastung zumindest zu reduzieren, werden die Lüfterschaufeln 36 mittels der von den Lagervorrichtungen 42, 48 mitgebildeten Spanneinrichtung axial entgegengesetzt nach außen wirkenden Kräften beaufschlagt. Somit wird der Druckanteil der Druck-Zug-Wechselbelastung von den durch die Spanneinrichtung 72 aufgebrachten Kräften reduziert.In order to at least reduce the pressure component of such a pressure-tension alternating load, the fan blades 36 are acted upon by means of the tensioning device which is also formed by the bearing devices 42, 48 axially oppositely outwardly acting forces. The pressure component of the alternating pressure-tension load is thus reduced by the forces applied by the tensioning device 72.

Alternativ zur Beaufschlagung der beiden Stützeinrichtungen mit axial entgegengesetzt nach außen wirkenden Kräften mittels einer durch die Lagervorrichtungen 42, 48 mitgebildeten Spanneinrichtung 72 wird diese von mindestens einer als eine sich in axialer Richtung erstreckende Vorrichtung des Laufrades, wie zum Beispiel einer sich von dem einen Ende 16 bis zum anderen Ende 18 erstreckenden Welle gebildet oder mitgebildet (nicht gezeigt). Dazu ist die Vorrichtung in axialer Richtung längenverstellbar, sodass sie die beiden Stützeinrichtungen mit axial entgegengesetzt nach außen wirkenden Kräften beaufschlagt.As an alternative to loading the two support devices with axially opposing outward forces by means of a tensioning device 72 which is also formed by the bearing devices 42, 48, this is actuated by at least one device of the impeller extending in the axial direction, such as one from one end 16 formed or co-formed (not shown) to the other end 18 extending shaft. For this purpose, the length of the device is adjustable in the axial direction so that it acts on the two support devices with forces acting axially in opposite directions outward.

Eine Zugbeaufschlagung der Lüfterschaufeln 36, die so groß ist, dass der auftretende axiale Druckanteil der Druck-Zug-Wechselbelastung kompensiert oder überkompensiert wird, ermöglicht es, die Lüfterschaufeln 36 oder zumindest einen Teil der Lüfterschaufeln 36 als biegeschlaffe Lüfterschaufeln 36 auszubilden.A tensile loading of the fan blades 36 that is so great that the axial pressure component of the alternating pressure-tension load is compensated or overcompensated for, makes it possible to design the fan blades 36 or at least a part of the fan blades 36 as flexible fan blades 36.

Das Laufrad 12 weist in einer weiteren Ausführungsform (nicht gezeigt) mindesten ein Element zur Sicherung der beiden Stützeinrichtungen 20, 22 gegen ein Verdrehen gegeneinander auf. Ist dieses Element als biegeschlaffes Element ausgebildet, so verbindet es die beiden Stützeinrichtungen 20, 22 schraubenförmig. Die Drehrichtung der Schraubenform wird von der Drehrichtung des Laufrades 12 und der Antriebsanordnung bestimmt. Sind beide Drehrichtungen für das Laufrad 12 vorgesehen, so weist das Laufrad 12 bevorzugt zwei schraubenförmige Elemente mit entgegengesetztem Drehsinn auf. Anstelle der oder zusätzlich zu den schraubenförmigen Elementen können auch Speichen für die Bildung der Verdrehsicherung eingesetzt werden.In a further embodiment (not shown), the impeller 12 has at least one element for securing the two support devices 20, 22 against rotation relative to one another. If this element is designed as a limp element, it connects the two support devices 20, 22 in a helical manner. The direction of rotation of the helical shape is determined by the direction of rotation of the impeller 12 and determined by the drive arrangement. If both directions of rotation are provided for the impeller 12, the impeller 12 preferably has two helical elements with opposite directions of rotation. Instead of or in addition to the helical elements, spokes can also be used to form the anti-twist device.

Die Figuren 2A bis 2D zeigen schematisch dargestellte Laufräder 12 von Querstromventilatoren 10 (unten) und deren Geschwindigkeitsprofile über der axialen Erstreckung ihrer Laufräder 12 (oben). Die in den Ausführungsbeispielen der Figuren 2B bis 2D dargestellten Laufräder 12 weisen Stützeinrichtungen 20, 22 beziehungsweise Stützelemente 38 (von denen nur ein Stützelement 38 dargestellt ist) auf, die die Lüfterschaufeln 36 von einer gemeinsamen Drehachse der Wellen 26, 32 radial unterschiedlich beabstandet halten. Durch die sich ergebende axiale Anordnung und/oder Form der Lüfterschaufeln 36 ergeben sich die jeweils in den Figuren 2A bis 2D oben gezeigten Geschwindigkeitsprofile 80, 82, 84, 86 des von den zugehörigen Querstromventilatoren 10 geförderten Gases.The Figures 2A to 2D show schematically illustrated impellers 12 of cross-flow fans 10 (below) and their speed profiles over the axial extent of their impellers 12 (above). The in the embodiments of Figures 2B to 2D The impellers 12 shown have support devices 20, 22 or support elements 38 (of which only one support element 38 is shown) which keep the fan blades 36 radially differently spaced from a common axis of rotation of the shafts 26, 32. The resulting axial arrangement and / or shape of the fan blades 36 result in each of the Figures 2A to 2D Velocity profiles 80, 82, 84, 86, shown above, of the gas conveyed by the associated cross-flow fans 10.

Bei dem in Figur 2A gezeigten Laufrad 12 sind die Lüfterschaufeln 36 über die gesamte axiale Erstreckung des Laufrades 12 gleichmäßig radial beabstandet. Das zugehörige Geschwindigkeitsprofil 80 zeigt über der axialen Erstreckung eine konstante Geschwindigkeit v.The in Figure 2A The impeller 12 shown, the fan blades 36 are evenly spaced radially over the entire axial extent of the impeller 12. The associated speed profile 80 shows a constant speed v over the axial extent.

Das in Figur 2B gezeigte Laufrad 12 weist ein zwischen den Stützeinrichtungen 20, 22 angeordnetes Stützelement 38 auf, das die Lüfterschaufeln im Mittelbereich 78 weiter von der Drehachse beabstandet hält als die Stützeinrichtungen 20, 22. Das zugehörige Geschwindigkeitsprofil 82 zeigt im Mittelbereich 78 des Laufrades 12 eine entsprechend höhere Geschwindigkeit v als an den Enden 16, 18 des Laufrades 12.This in Figure 2B The impeller 12 shown has a support element 38 arranged between the support devices 20, 22, which keeps the fan blades in the middle area 78 further apart from the axis of rotation than the support devices 20, 22. The associated speed profile 82 shows in the middle area 78 of the impeller 12 a correspondingly higher speed v than at the ends 16, 18 of the impeller 12.

Bei dem in Figur 2C gezeigten Laufrad 12 sind die Lüfterschaufeln 36 von den Stützeinrichtungen 20, 22 an den Enden 16, 18 des Laufrades 12 weiter von der Drehachse beabstandet gehalten als von dem Stützelement 38 im Mittelbereich 78. Das zugehörige Geschwindigkeitsprofil 84 zeigt im Mittelbereich 78 des Laufrades 12 eine dementsprechend niedrigere Geschwindigkeit v als an den Enden 16, 18 des Laufrades 12.The in Figure 2C The impeller 12 shown, the fan blades 36 are held by the support devices 20, 22 at the ends 16, 18 of the impeller 12 at a greater distance from the axis of rotation than from the support element 38 in the central region 78. The associated speed profile 84 shows a correspondingly in the central region 78 of the impeller 12 lower speed v than at the ends 16, 18 of the impeller 12.

Bei dem in Figur 2D gezeigten Laufrad 12 sind die Lüfterschaufeln 36 am ersten Ende 16 von der ersten Stützeinrichtung 20 weiter von der Drehachse beabstandet gehalten als von dem Stützelement 38 im Mittelbereich 78, das die Lüfterschaufeln 36 seinerseits weiter von der Drehachse beabstandet hält als die zweite Stützeinrichtung 22 am zweiten Ende 18. Das zugehörige Geschwindigkeitsprofil 86 zeigt eine stetige (hier lineare) Abnahme der Geschwindigkeit v vom ersten Enden 16 über den Mittelbereich 78 zum zweiten Ende 18 des Laufrades 12.The in Figure 2D The impeller 12 shown, the fan blades 36 at the first end 16 are kept at a greater distance from the axis of rotation by the first support device 20 than from the support element 38 in the central region 78, which in turn keeps the fan blades 36 more spaced from the axis of rotation than the second support device 22 at the second end 18. The associated speed profile 86 shows a steady (here linear) decrease in the speed v from the first end 16 via the central region 78 to the second end 18 of the impeller 12.

Ist zumindest eine der Stützeinrichtungen 20, 22 und/oder ein Stützelement 38 als elastisches Koppelelement, zum Beispiel als Koppelfederelement, ausgebildet, so wird dieses die Lüfterschaufeln 36 in Abhängigkeit von den im Betrieb auftretenden axialen Zug- und/oder Druckkräften sowie Zentrifugalkräften radial verbiegen. Dazu werden die wählbaren Kräfte zum Beispiel so vorgewählt, dass die Lüfterschaufeln im Betrieb vorgebbar radial nach außen oder radial nach innen gebogen sind. Sind die Lüfterschaufeln 36 in dem axialen Mittelbereich 78 radial nach außen gebogen, so ergibt sich das Strömungsprofil 82, bei dem der Mittelbereich 78 des Laufrades 12 eine höhere Strömungsgeschwindigkeit beziehungsweise einen größeren geförderten Massestrom aufweist als die Enden 16, 18 des Laufrades 12. Weist das Laufrad 12 in seinem Mittelbereich 78 radial nach innen gebogene Lüfterschaufeln 36 auf, so ergibt sich ein Strömungsprofil 84, bei dem sich an den axialen Enden 16, 18 des Laufrades 12 eine höhere Strömungsgeschwindigkeit beziehungsweise ein höherer Massestrom ergibt als in dem dazwischen liegenden Mittelbereich 78.If at least one of the support devices 20, 22 and / or a support element 38 is designed as an elastic coupling element, for example as a coupling spring element, this will bend the fan blades 36 radially as a function of the axial tensile and / or compressive forces and centrifugal forces occurring during operation. For this purpose, the selectable forces are preselected, for example, in such a way that the fan blades are bent radially outwards or radially inwards in a predefinable manner during operation. If the fan blades 36 are bent radially outward in the axial central region 78, the flow profile results 82, in which the middle area 78 of the impeller 12 has a higher flow speed or a larger conveyed mass flow than the ends 16, 18 of the impeller 12. If the impeller 12 has fan blades 36 bent radially inward in its middle area 78, a flow profile results 84, in which a higher flow velocity or a higher mass flow results at the axial ends 16, 18 of the impeller 12 than in the central region 78 lying between them.

Claims

Fan, in particular cross-flow fan, comprising an impeller that is rotatably mounted by means of a bearing and comprises at least two support devices which retain a plurality of fan blades extending therebetween, and comprising a tensioning device for axially exerting tension on the fan blades, characterised in that the bearing is configured as an adjusted bearing comprising two bearing devices (42, 48) which are assigned to the support devices (20, 22) and which form or contribute to forming the tensioning device (72) for exerting tension on the fan blades, such that said tensioning device applies axially opposing, outwardly acting forces on the support devices (20, 22) on which the fan blades are attached in a tension-resistant manner, in each case.
Fan according to claim 1, characterised in that the tensioning device (72) comprises at least one tensioning element (62) for adjusting the forces.
Fan according to one of the preceding claims, characterised by a housing (14) or a frame on which the bearing devices (42, 48) for bearing the impeller (12) are attached.
Fan according to one of the preceding claims, characterised in that at least one of the support devices (20, 22) is assigned to a shaft (26, 32).
Fan according to one of the preceding claims 2 to 4, characterised in that the tensioning element (62) which can be attached to the shaft (26, 32) by means of a connector (70) thereof is supported axially, on one side of a part of a bearing (54) of the bearing device (42, 48) that rotates together with the support device (20, 22), and the bearing (54) is supported, on the other side thereof, on the housing/frame (14) by means of a part that is fixed to the housing or frame.
Fan according to one of the preceding claims 2 to 5, characterised in that the tensioning element (62) is designed as a nut (60) that is secured against release, and the connector (70) is configured as a corresponding thread (68).
Fan according to one of the preceding claims, characterised in that at least one device of the impeller (12) extending in an axial direction or at an angle to the axial direction contributes to forming the tensioning device (72).
Fan according to one of the preceding claims, characterised in that the impeller (12) comprises at least one element that secures the two support devices (20, 22) against twisting relative to one another.
Fan according to one of the preceding claims, characterised in that at least one tension and/or compression means, in particular at least one pull or push rod, preferably at least one spoke and/or flexible element, is arranged between the support devices.
Fan according to one of the preceding claims, characterised in that the impeller (12) comprises at least one support element (38) that is arranged axially between the support devices (20, 22) and is intended for additional holding of the fan blades (36).
Fan according to one of the preceding claims, characterised in that at least one of the support devices (20, 22) or the support element (38) is configured as an elastic coupling element.
Method for operating a fan according to at least one of the preceding claims, wherein the fan comprises an impeller that is rotatably mounted by means of a bearing and comprises at least two support devices which retain a plurality of fan blades extending therebetween, characterised in that tension is applied to the fan blades by means of the tensioning device (72) in order to reduce a compression or tension portion of a compression-tension variation in stress of the fan blades occurring during operation of the fan, wherein axially opposing, outwardly acting forces are applied to the two support devices for the purpose of applying tension to the fan blades.
Method according to claim 12, characterised in that the forces are preselected/set such that, during operation, the fan blades are bent radially outwards or inwards in a specifiable manner.
Method according to claim 12 or claim 13, characterised in that the application of tension acts in the longitudinal extension of the fan blades.
Method according to one of claims 12 to 14, characterised in that torsional anti-twist forces act on the two support devices.