EP3743626A1 - In nur einer drehrichtung angetriebenes lüfterrad - Google Patents

In nur einer drehrichtung angetriebenes lüfterrad

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EP3743626A1
EP3743626A1 EP19749176.4A EP19749176A EP3743626A1 EP 3743626 A1 EP3743626 A1 EP 3743626A1 EP 19749176 A EP19749176 A EP 19749176A EP 3743626 A1 EP3743626 A1 EP 3743626A1
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fan
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    • F04D29/38—Blades
    • F04D29/382—Flexible blades

Definitions

  • the invention relates to in only one direction of rotation
  • Blade angles to the circumferential plane of the fan wheel are often complex, in particular with regard to the conversion of the fan blades in their fan angles to opposite conveying directions via an envelope plane lying transversely to the circumferential plane of the fan wheel.
  • the invention has for its object to show ways in which simplifications in this regard both with regard to the functional requirements and in terms of
  • One possibility according to the invention in this regard is, in particular, triggered by speed reduction of the Drive of the fan wheel up to the area of the interruption of the drive
  • the solution according to the invention can be implemented largely without additional effort and in particular also with customary measures, since controlling interventions on the drive of the
  • Direction of rotation of the fan wheel from the opposite to Direction of conveyance-oriented adjustment of the blade angle are dependent, whereby, starting from a suction operation and with the same direction of rotation of the fan wheel, the fan blades about their blade axes via a to the circumferential plane of the fan wheel
  • the changeover of the fan wheel between suction and blowing operation can be initiated solely as a function of the change in the drive speed, and this almost without any control effort, but possibly in
  • the fan wheel is referred to a simplified one below
  • Fig. 1 is an end view of the fan wheel with the central, driven hub radial fan blades, each corresponding to the desired direction of conveyance to the circumferential plane of the fan wheel under one
  • Wing angles are employed and those in the rotational positions around their wing axes are opposite to theirs Are limited to the given end positions,
  • Fig. 2 is a schematic representation of the fan wheel in
  • Fig. 3 schematically and simplifies one of the cuts
  • Fan wheel to be driven a flowchart for the changeover of the radial fan blades mounted in its hub and rotatable about their radial wing axes to the hub in the opposite conveying direction, in which the fan blades are rotated about their wing axes for the changeover to the opposite conveying directions via an envelope plane perpendicular to the rotating plane of the fan wheel at which the
  • opposite conveying direction is triggered by reducing the speed of the drive of the fan wheel and in which the fan blades are aligned with their conveying direction by the resulting inertia-related rotation of the fan wheel.
  • a fan wheel according to the invention is illustrated with respect to its most important components and designated 1 overall.
  • the fan wheel 1 has a hub 2 centrally, to which the circumferentially radially projecting the
  • Fan blades 3 are arranged.
  • the fan blades 3 are, as shown in FIG. 3, about their radial ones via wing pins 4 on the foot side Blade axes 5 are rotatably supported in the hub 2 and each by rotating them about a rotation plane 6 of the fan wheel 1
  • the drive 10 of the fan wheel preferably an electric motor, is arranged to support the hub 2.
  • Drive 10 can be rotated in relation to the hub 2 in a manner limited by stops.
  • pin-like stop elements 11 are provided in a cover part 13 of the hub 2, to which a bottom part 14 enclosing the drive 10 radially in the area of the wing pin 4 corresponds to the drive 10 on the end face, which engage in guideways 12 of the cover part 13 and thus the rotational play of the drive 10 for
  • Gear rim 15 is provided, which to the foot side
  • Wing pin 4 combs concentric pinions 16 and thereby establishes the drive connection of the drive 10 to the fan blades 3.
  • cam and / or eccentric drives is within the scope of the invention.
  • the fan blades 3 Due to the stop-limited rotatability of the hub 2 against the drive 10, the fan blades 3 are at the same level in the opposite conveying directions via the envelope level 9
  • the fan wheel 1 is to be used as a suction or blowing device, that is to say to operate in a suction operation, for example, in a suction mode or a blowing cleaning operation, when the fan blades 3 are switched to the fan blade 3 when the fan blade 3 swings through the envelope level 9 each opposite direction of conveyance. Regardless of the conveying direction, the fan blades 3 are each air-loaded on the same blade side, the front side 21, so that the same for suction and blowing operation
  • Cover level 9 is symbolized in the flow diagram according to FIG. 4 as a broken-line region of the steep drop in speed resulting from the reduction or interruption of the drive 10, which is due to the
  • this can in particular be a short-term operation, but for other purposes it can also be a continuous operation.
  • the fan wheel 1 can be switched back to the as
  • Suction mode assumed control work mode 22 are reset, as shown in FIG. 4, again depending on the speed of the drive speed. Now, however, in reverse of the previous process by increasing the speed, in particular sudden speed increase, which leads to the fan blades 3 turning over the change-over level 9 to a suction mode.
  • Such a redirection of the fan wheel 1 with respect to the conveying direction can also be carried out according to the invention
  • Adjustment options of the blade angle 7 of the fan blades 3 can be combined in relation to the amount of air conveyed, which opens up further possible uses.
  • thermocouples Manipulated variables using thermocouples
  • Shape memory materials and the like can also be expedient for the ring-shaped lying in the drive connection from the drive 10 to the fan blades 3
  • the invention thus creates a fan wheel 1 which can be driven in only one direction of rotation, in which the fan blades 3 have an envelope plane 9 perpendicular to their circumferential plane 6 by rotation of the fan wheel 1 due to inertia and by aerodynamic loading of their fan blades 3
  • opposite conveying directions can be changed, in particular overhanging to the handling level 9 as a neutral level.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

In nur einer Drehrichtung antreibbares Lüfterrad, bei dem die Lüfterflügel über eine zu ihrer Umlaufebene senkrechte Umschlagebene durch trägheitsbedingte Rotation des Lüfterrades sowie durch aerodynamische Beaufschlagung ihrer Lüfterflügel auf entgegengesetzte Förderrichtungen umstellbar sind.

Description

In nur einer Drehrichtung angetriebenes Lüfterrad
Die Erfindung betrifft ein in nur einer Drehrichtung
angetriebenes Lüfterrad mit zur Lüfterradnabe radialen
Lüfterflügeln, bei dem die Lüfterflügel, die zur Nabe
antriebsverbunden um ihre Flügelachsen drehbar sind, in ihrem Flügelwinkel zur Umlaufebene des Lüfterrades angestellt und über eine zur Umlaufebene des Lüfterrades quer liegende
Umschlagebene in ihrem Flügelwinkel auf entgegengesetzte
Förderrichtungen umzustellen sind.
Solche Lüfterräder sind vielfach bekannt und insbesondere hinsichtlich der Verstellung ihrer Lüfterflügel in ihrem
Flügelwinkel zur Umlaufebene des Lüfterrades oft aufwändig, insbesondere bezüglich der Umstellung der Lüfterflügel in ihrem Flügelwinkel auf entgegengesetzte Förderrichtungen über eine zur Umlaufebene des Lüfterrades quer liegende Umschlagebene.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde Wege aufzuzeigen, wie sich diesbezüglich Vereinfachungen sowohl hinsichtlich der funktionalen Voraussetzungen wie auch hinsichtlich der
Durchführung der Verstellung erreichen lassen.
Eine diesbezügliche erfindungsgemäße Möglichkeit besteht insbesondere darin, ausgelöst durch Drehzahlreduzierung des Antriebes des Lüfterrades bis in den Bereich der Unterbrechung des Antriebes, bei anschlagbegrenztem Freigang des Lüfterrades zum Antrieb die Lüfterflügel zur Umschlagebene durch
trägheitsbedingte, massekraftabhängige Rotation des Lüfterrades und/oder durch aerodynamische Beaufschlagung um ihre
Flügelachsen auf entgegengesetzte Förderrichtungen umzustellen. Schwenkbewegungen der Lüfterflügel über die Umschlagebene können so eingeleitet, unterstützt und/oder beschleunigt werden, wobei für die Lüfterflügel sehr kurze Umschlagzeiten zwischen entgegengesetzten Förderrichtungen entsprechenden Flügelwinkeln erreicht werden.
Durch den Rückgriff auf vorhandene Funktionalitäten lässt sich die erfindungsgemäße Lösung weitgehendst ohne Zusatzaufwand verwirklichen und dies insbesondere auch mit gebräuchlichen Maßnahmen, da steuernde Eingriffe auf den Antrieb des
Lüfterrades zum Üblichen gehören und die Nutzung von
Massekräften in Abhängigkeit von Drehzahländerungen des
Antriebes ohne Zusatzaufwand möglich ist. Durch den
anschlagbegrenzten Freigang ist ferner eine zum in der Drehzahl reduzierten oder unterbrochenen Antrieb überschwingende, trägheitsbedingte Rotation des Lüfterrades möglich, die
ergänzende Möglichkeiten der Einflussnahme auf die Einstellung des Flügelwinkels der Lüfterflügel um ihre Flügelachsen bietet, sowie ergänzend und/oder korrigierend auch unter
aerodynamischen Gesichtspunkten wünschenswert sein kann.
Die erfindungsgemäß gegebenen Einflussmöglichkeiten auf das Förderverhalten des Lüfterrades und auf vom Förderverhalten abhängige Korrekturen in der Arbeitsweise, wie zum Beispiel die Umstellung von einem saugenden Arbeitsbetrieb des Lüfterrades auf einen blasenden Arbeitsbetrieb, werden bei der Erfindung insbesondere über Effekte erreicht, die bei gleicher
Drehrichtung des Lüfterrades von der auf entgegengesetzte Förderrichtungen ausgerichteten Einstellung der Flügelwinkel abhängig sind, wobei, ausgehend von einem Saugbetrieb und bei gleicher Drehrichtung des Lüfterrades, die Lüfterflügel um ihre Flügelachsen über eine zur Umlaufebene des Lüfterrades
senkrechte - bezogen auf die entgegengesetzten Förderrichtungen der Lüfterflügel neutrale - Umschlagebene in eine
entgegengesetzte, blasende Förderrichtung umschlagend
umgestellt werden, von der aus die Lüfterflügel bei steigender Drehzahl des Antriebes und entgegengesetzter Drehung um
ihreFlügelachsen wieder in ihre saugende Ausgangslage
einschwenken .
Entsprechend diesem Ablauf und dem anschlagbegrenzten Freigang des Lüfterrades zum Antrieb kann allein in Abhängigkeit von der Änderung der Antriebsdrehzahl die Umstellung des Lüfterrades zwischen Saug- und Blasbetrieb eingeleitet werden, und dies nahezu ohne Steuerungsaufwand, gegebenenfalls aber in
Abhängigkeit von gewünschten Zusatzfunktionen wie etwa einer anderweitigen, von Druckbeaufschlagung abhängigen oder durch Druckbeaufschlagung erfolgenden Umschaltung zwischen Saug- und Blasbetrieb .
Insbesondere hinsichtlich der funktionalen Gegebenheiten wird nachfolgend das Lüfterrad bezogen auf einen vereinfachten
Grundaufbau mit weiteren Details anhand der Zeichnungen
erläutert. Diese zeigen, in
Fig. 1 eine stirnseitige Ansicht des Lüfterrades mit zu dessen zentraler, angetriebener Nabe radialen Lüfterflügeln, die jeweils entsprechend der gewünschten Förderrichtung zur Umlaufebene des Lüfterrades unter einem
Flügelwinkel angestellt sind und die in den Drehlagen um ihre Flügelachsen auf die zu ihren entgegengesetzten Förderrichtungen gegebenen Endlagen anschlagbegrenzt sind,
Fig. 2 eine schematisierte Darstellung des Lüfterrades in
stirnseitiger Ansicht eines zur Umlaufebene des Lüfterrades unter einem Flügelwinkel angestellten
Lüfterflügels ,
Fig. 3 schematisiert und vereinfacht einen der Schnittführung
III-III in Fig. 1 entsprechenden Schnitt des
Lüfterrades, und
Fig. 4 bezogen auf ein nur in einer Drehrichtung
anzutreibendes Lüfterrad, eine Ablaufdarstellung für die Umstellung der in dessen Nabe gelagerten radialen und um ihre radialen Flügelachsen zur Nabe auf entgegengesetzte Förderrichtung drehbaren Lüfterflügel, bei der die Lüfterflügel für die Umstellung auf die entgegengesetzten Förderrichtungen über eine zur Umlaufebene des Lüfterrades senkrechte Umschlagebene um ihre Flügelachsen gedreht werden, bei der die
Umstellung der Lüfterflügel auf die jeweils
entgegengesetzte Förderrichtung durch Reduzierung der Drehzahl des Antriebs des Lüfterrades ausgelöst wird und bei der die Lüfterflügel durch die sich daraus ergebende trägheitsbedingte Rotation des Lüfterrades auf ihre Förderrichtung ausgerichtet werden.
In den Fig. 1 und 3 ist ein Lüfterrad gemäß der Erfindung bezüglich seiner wesentlichsten Bauteile veranschaulicht und insgesamt mit 1 bezeichnet. Das Lüfterrad 1 weist zentral eine Nabe 2 auf, zu der umfangsseitig radial auskragend die
Lüfterflügel 3 angeordnet sind. Die Lüfterflügel 3 sind, wie Fig. 3 zeigt, über fußseitige Flügelzapfen 4 um ihre radialen Flügelachsen 5 drehbar in der Nabe 2 gelagert und jeweils durch Verdrehen um eine zur Umlaufebene 6 des Lüfterrades 1
senkrechte Umschlagebene 9 als Neutralebene auf
entgegengesetzte Förderrichtungen umstellbar. Die Drehrichtung des Lüfterrades 1 ist in Fig. 2 mit 19 angegeben, die
entsprechend dem jeweiligen Flügelwinkel 7 luftbeaufschlagte Frontseite des Lüfterflügels 5 mit 21 bezeichnet.
Im Nabeninnenraum 8 ist der Antrieb 10 des Lüfterrades 1, bevorzugt ein E-Motor, zur Nabe 2 tragend angeordnet. Der
Antrieb 10 ist zur Nabe 2 anschlagbegrenzt verdrehbar. Zur Anschlagbegrenzung sind in einem Deckelteil 13 der Nabe 2, zu dem ein den Antrieb 10 radial im Bereich der Flügelzapfen 4 umschließendes Bodenteil 14 korrespondiert, zum Antrieb 10 stirnseitig gegenüberliegend stiftartige Anschlagelemente 11 vorgesehen, die in Führungsbahnen 12 des Deckelteiles 13 eingreifen und so das Drehspiel des Antriebes 10 zur
aufnehmenden Nabe 2 begrenzen. Zum Antrieb 10 ist bevorzugt stirnseitig angrenzend zum Deckelteil 13 ein ringförmiger
Zahnkranz 15 vorgesehen, der mit zu den fußseitigen
Flügelzapfen 4 konzentrischen Ritzeln 16 kämmt und dadurch die Antriebsverbindung des Antriebes 10 zu den Lüfterflügeln 3 herstellt. Die Verwendung von Nocken- und/oder Exzentertrieben liegt im Rahmen der Erfindung.
Durch die anschlagbegrenzte Verdrehbarkeit der Nabe 2 gegen den Antrieb 10 sind die Lüfterflügel 3 über die Umschlagebene 9 auf entgegengesetzte Förderrichtungen bei gleichbleibender
Drehrichtung 19 des Lüfterrades 1 umstellbar. Dadurch ist, wie in Fig. 4 veranschaulicht, das Lüfterrad 1 saugend oder blasend einzusetzen, also in einem zum Beispiel saugenden Kühlbetrieb oder einem blasenden Reinigungsbetrieb zu betreiben, bei mit dem Durchschwenken der Lüfterflügel 3 durch die Umschlagebene 9 verbundener Umstellung der Lüfterflügel 3 auf die jeweils entgegengesetzte Förderrichtung. Unabhängig von der Förderrichtung sind die Lüfterflügel 3 dabei jeweils auf der gleichen Flügelseite, der Frontseite 21 luftbeaufschlagt, so dass für den Saug- und Blasbetrieb gleiche
Arbeitsvoraussetzungen gegeben sind.
Erfindungsgemäß wird die Umstellung der Lüfterflügel 3
ausgelöst durch eine schnelle Reduzierung der Drehzahl des Antriebes 10 bei dieser Drehzahlabsenkung entsprechender verminderter aerodynamischer Beaufschlagung der Lüfterflügel 3 und bei zur Umschlagebene 9 überschwingendem
massekraftabhängigem Antrieb durch das Lüfterrad 1. Die
Umschlagebene 9 ist in der Ablaufdarstellung gemäß Fig. 4 als strichliert eingegrenzter Bereich des durch Reduzierung oder Unterbrechung des Antriebes 10 sich ergebenden Abschnittes steilen Drehzahlabfalls symbolisiert, der zu dem durch
trägheitsbedingte Rotation des Lüfterrades 1 angetriebenen Verstellbereich der Lüfterflügel 3 korrespondiert.
Entsprechend der Umstellung der Lüfterflügel 3 im Bereich der Umschlagebene 9 von einem als Saugbetrieb angenommenen
Regelarbeitsbetrieb - angedeutet in Fig. 4 bei 22 - ist nach Durchfahren der Umschlagebene 9 ein Blasbetrieb - angedeutet in Fig. 4 bei 23 - erreicht. Bezogen zum Beispiel auf
Reinigungszwecke kann dies insbesondere ein Kurzzeitbetrieb sein, bei anderen Einsatzzwecken aber auch ein Dauerbetrieb. In beiden Fällen kann das Lüfterrad 1 wieder auf den als
Saugbetrieb angenommenen Regelarbeitsbetrieb 22 zurückgestellt werden, wie Fig. 4 zeigt, wiederum drehzahlabhängig von der Antriebsdrehzahl. Nunmehr aber in Umkehrung des bisherigen Ablaufes durch Drehzahlerhöhung, insbesondere schlagartige Drehzahlerhöhung, die zum Umschlagen der Lüfterflügel 3 über die Umschlagebene 9 auf einen Saugbetrieb führt. Eine solche Umsteilbarkeit des Lüfterrades 1 bezüglich der Förderrichtung kann erfindungsgemäß auch mit
Verstellmöglichkeiten des Flügelwinkels 7 der Lüfterflügel 3 in Bezug auf die geförderte Luftmenge kombiniert werden, was weitere Einsatzmöglichkeiten eröffnet.
Im Hinblick auf die unterschiedlichen Einsatzmöglichkeiten des Lüfterrades 1 kann es insbesondere auch zweckmäßig sein, die anschlagbegrenzte Drehung der Lüfterradnabe 2 zum Antrieb 10 zu variieren, zum Beispiel in Abhängigkeit von thermischen
Stellgrößen unter Verwendung von Thermoelementen,
Formgedächtnismaterialien und dergleichen. Zweckmäßig kann es diesbezüglich auch sein, das in der Antriebsverbindung vom Antrieb 10 zu den Lüfterflügeln 3 liegende ringförmige
Zahnkranzelement 15 in der Drehlage zum Antrieb 10 und/oder zur Nabe 2 zu verändern.
Durch die Erfindung wird somit ein in nur einer Drehrichtung antreibbares Lüfterrad 1 geschaffen, bei dem die Lüfterflügel 3 über eine zu ihrer Umlaufebene 6 senkrechte Umschlagebene 9 durch trägheitsbedingte Rotation des Lüfterrades 1 sowie durch aerodynamische Beaufschlagung ihrer Lüfterflügel 3 auf
entgegengesetzte Förderrichtungen umstellbar sind, insbesondere überschwingend zu der Umschlagebene 9 als einer Neutralebene.

Claims

Patentansprüche
1. In nur einer Drehrichtung angetriebenes Lüfterrad (1) mit zum Antrieb (10) des Lüfterrades (1) anschlagbegrenzt
verdrehbarer Nabe (2) des Lüfterrades (1), mit zur Nabe (2) des Lüfterrades (1) radialen Lüfterflügeln (3), bei dem die
Lüfterflügel (3) zur Nabe (2) antriebsverbunden um ihre
Flügelachsen (5) drehbar sind und in ihrem Flügelwinkel (7) zur Umlaufebene (6) des Lüfterrades (1) angestellt sowie über eine zur Umlaufebene (6) des Lüfterrades (1) quer liegende
Umschlagebene (9) in ihrem Flügelwinkel auf entgegengesetzte Förderrichtungen umzustellen sind, wobei die Lüfterflügel (3), o ausgelöst durch Reduktion der Antriebsdrehzahl des
Lüfterrades (1), in ihrem Flügelwinkel (7) zur
Umschlagebene (9) durch trägheitsbedingte Rotation des Lüfterrades (1) zu verstellen sind,
o durch aerodynamische Beaufschlagung auf entgegengesetzte Förderrichtungen umzustellen sind und
o im Bereich der Umschlagebene (6) zwischen ihren
entgegengesetzten Förderrichtungen durch
Drehzahlreduzierung bis in den Bereich der Unterbrechung des Antriebes (10) des Lüfterrades (1) bei
überschwingender trägheitsbedingter Rotation des
Lüfterrades (1)
umzustellen sind.
2. In nur einer Drehrichtung angetriebenes Lüfterrad (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Antrieb (10) zur Lüfterradnabe (2) elastisch
anschlagbegrenzt verdrehbar ist.
3. In nur einer Drehrichtung angetriebenes Lüfterrad (1) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Antrieb (10) zur Lüfterradnabe (2) mittels wenigstens eines Thermoelementes anschlagbegrenzt verdrehbar abgestützt ist .
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