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Flügelrad für Axialventilatoren mit schwenkbaren Ventilatorflügeln
Die Erfindung betrifft ein Flügelrad für Axial ventilatoren mit schwenkbar in der
Flügelradnabe gelagerten Ventilatorflügeln. Die Ventilatorflügel überdecken sich
bei stillstehendem Flügelrad in der Weise, daß eine Scheibe entsteht, die den Ansaugquerschnitt
des Ventilators verschließt. Die Ventilatorflügel werden beim Anlaufen des Flügelrades
unter der Wirkung der auf sie auftreffenden Luftkräfte in die Förderstellung geschwenkt
und während des Umlaufes des Flügelrades in dieser Stellung gehalten.
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Bei einem bereits bekannten derartigen Flügelrad sind die Luftkräfte
infolge der Form und der Lagerung der Ventilatorflügel Widerstandskräfte, die zwar
das Schwenken der Flügel in die Förderstellung beim Anlaufen des Flügelrades bewirken
und die Flügel während des Umlaufens des Flügelrades in der Förderstellung halten,
die jedoch gleichzeitig den Wirkungsgrad des Flügelrades in erheblichem Maße verschlechtern.
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Ausgehend von einem Flügelrad der eingangs beschriebenen Gattung besteht
die Erfindung darin, daß die Blätter der Ventilatorflügel den Querschnitt eines
in Richtung der Flügelradwelle eine Normalkraft erzeugenden Strömungsprofils haben
und in Achsen gelagert sind, deren Ebenen den Flügelquerschnitt in Umlaufrichtung
des Ventilators hinter dem Angriffspunkt der Normalkraft senkrecht schneiden.
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Bei einem Flügelrad gemäß der Erfindung sind die die Flügel in die
Förderstellung schwenkenden und beim Umlaufen des Flügelrades in dieser Stellung
haltenden Luftkräfte Auftriebskräfte, welche die Förderung der Luft bewirken bzw.
unterstützen und damit den Wirkungsgrad des Flügelrades günstig beeinflussen.
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Das Zurückbringen der Ventilatorflügel aus der Förderstellung in die
Schließstellung beim Stillsetzen des Flügelrades erfolgt in weiterer Ausgestaltung
der Erfindung in bekannter Weise durch Kraftspeicher, die einerseits an den Flügeln,
andererseits an der Flügelradnabe befestigt und in Richtung der Flügelradwelle wirksam
sind sowie beim Schwenken der Ventilatorflügel in die Förderstellung gespannt werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Ventilatorflügel
nicht nur schwenkbar, sondern in an sich bekannter Weise auch in Richtung der Flügelradwelle
kippbar in der Nabe gelagert. Zu diesem Zweck sind die Lagerbolzen in der Flügelradnabe
zur Aufnahme der Flügelfüße als Schneidenlager ausgebildet. Sind bei dieser Anordnung
die Ventilatorflügel in die durch Anschläge begrenzte Schließstellung geschwenkt,
so werden sie anschließend unter der Wirkung der sich noch weiter entspannenden
Kraftspeicher gekippt und dadurch fest an das Ventilatorgehäuse angepreßt. Ein unerwünschter
Luftdurchtritt zwischen den in der Schließstellung einander überdeckenden Flügeln
und dem Flügelradgehäuse wird hierdurch wirksam verhii.dert.
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Zur Gewichtsersparnis haben die Blätter der Flügel gemäß einem Erfindungsmerkmal
im Querschnitt die Form eines nach der Ventilatorabströmseite hin offenen Strömungsprofils.
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Um einen unerwünschten Luftdurchtritt auch zwischen den einander überdeckenden
Flügeln und der Nabe des Flügelrades zu verhindern, hat der Querschnitt der Nabe
die Form eines n-Ecks, zu dessen Flächen mittig die Flügel des Flügelrades in der
Nabe gelagert sind. Der Wert n ist gleich der Anzahl der Flügel des Flügelrades.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch
dargestellt. Es zeigt Fig. 1 einen Ventilator gemäß der Erfindung in Richtung der
Flügelradwelle gesehen, wobei sich die Flügel in der Schließstellung befinden, Fig.
2 den Flügel A der Fig. 1 und dessen Lagerung, in Richtung des Pfeiles B gesehen,
Fig. 3 den Flügel .A der Fig. 1 und dessen Lagerung, in Richtung des Pfeiles C gesehen,
Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer der Fig. 2 entsprechenden
Darstellung. Auf der Flügelradwelle 1 sitzt drehfest das Flügelrad 2 mit der Nabe
3 und den Flügeln 4. Der Querschnitt der Nabe hat entsprechend den sechs Flügeln
des Flügelrades die Form eines regelmäßigen Sechsecks, durch dessen Flächen die
Flügel mit ihren Füßen 5 hindurchtreten. Die Bohrungen 6 der Nabe 3
zur
Aufnahme der Flügelfüße haben die Form einer Schneidenlagerung (Fig. 3). Die Schneiden
der Schneidenlagerung erstrecken sich in einer zum Ansaugquerschnitt 7 des Ventilators
parallelen Ebene. Sie ermöglichen ein Kippen der Flügel in Richtung der Flügelradwelle
1. Die Flügel 4 stehen unter der Wirkung je einer Zugfeder 8, die an der Nabe 3
gehalten ist und in Richtung der Flügelradwelle 1 wirksam ist, d. h. die durch Kräfte,
die in Richtung der Flügelradwelle 1 wirken, gespannt werden kann und die sich in
Richtung der Flügelradwelle 1 zu entspannen sucht.
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In der durch Anschlagstifte 9 begrenzten Schließstellung I der Ventilatorflügel
überdecken sich die einzelnen Flügelblätter 10 um den Betrag e und bilden eine Scheibe,
die den Ansaugquerschnitt 7 des Ventilators verschließt. Die Zugfedern 8 haben die
Flügel nach hinten gekippt, d. h. in Richtung der Flügelradwelle 1 nach der der
Ansaugseite des Ventilators abgewandten Seite hin, so daß sie am Ventilatorgehäuse
11 anliegen.
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Die Flügelblätter 10 der Flügel 4 haben im Querschnitt die Form eines
in Umlaufrichtung a des Flügelrades weisenden Strömungsprofils. Derartige Strömungsprofile
sind beispielsweise im Flugzeugbau als Tragflügelprofile oder Propellerprofile bekannt
und werden auch bei Axiallüftern mit feststehenden Flügeln angewendet. Sie zeichnen
sich dadurch aus, daß in einem rechnerisch oder empirisch Zu ermittelnden Punkt
D (Druckpunkt) eine Normalkraft N angreift, die senkrecht auf der
Bewegungsrichtung steht. Diese Normalkraft bewirkt beim Tragflügelprofil den Auftrieb
(»Auftriebskraft«), beim Luftschraubenprofil den Vorschub (»Vorschubkräft«), und
sie soll hier zum Schwenken der Ventilatorflügel in ihre Wirk-, d. h. Förderstellung
angewendet werden. Dies wird dadurch ermöglicht, daß die Schwenkachsen s der Ventilatorflügel
den jeweiligen Flügelquerschnitt in Umlaufrichtung des Flügelrades hinter dem Angriffspunkt
D der Normalkraft schneiden. Wird das Flügelrad in Umdrehung versetzt, dann bildet
die Normalkraft :V mit dem Hebelarm b ein Moment, das den jeweiligen Flügel aus
der Schließstellung I in die Förderstellung II schwenkt.
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. Zu Beginn des Schwenkens der Flügel wirkt zunächst die bei umlaufendem
Flügelrad auftretende Fliehkraft derart, daß sie die Flügel aus der Schließstellung
I in die Ebene Ia der Flügelraddurchmesser schwenkt. Sind die Flügel um einen geringen
Betrag geöffnet, dann wirkt außer der Normalkraft die entgegen der Umlaufrichtung
a wirksame Widerstandskraft yi% und schwenkt die Flügel in die Förderstellung 1I.
Beim Schwenken der Flügel in die Förderstellung werden die Zugfedern 8 gespannt.
Ein Schwenken der Flügel über die Förderstellung hinaus wird durch die Anschläge
12 verhindert. Bei einfacheren Anlagen wird es genügen, den Flügelquerschnitt nicht
wie in Fig. 1 als geschlossenes Profil auszubilden, sondern gemäß Fig. 4 als nach
der Abströmseite des Ventilators hin offenes Profil. Während das allseits geschlossene
Profil günstigere Strömungsverhältnisse ergibt, bringt das offene Profil den Vorteil
eines einfachen und billigen Flügelrades.