DE68907682T2

DE68907682T2 - Lüfter mit verstellbaren Stufen.

Info

Publication number: DE68907682T2
Application number: DE89310056T
Authority: DE
Inventors: Clarence Isert
Original assignee: Flexxaire Manufacturing Inc
Current assignee: Flexxaire Manufacturing Inc
Priority date: 1988-10-03
Filing date: 1989-10-02
Publication date: 1993-12-23
Anticipated expiration: 2009-10-03
Also published as: EP0361982A3; US5122034A; AU627504B2; JP2745236B2; EP0361982B1; US5022821A; BR8904999A; EP0361982A2; AU4252289A; CA1328433C; DE68907682D1; JPH02140496A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Lüfter, insbesondere Propeller-Lüfter mit mehreren Blättern oder Flügeln, die so einstellbar sind, daß der Luftstrom oder der Strom anderer Fluide oder Gase, in denen der Lüfter betrieben wird, umgekehrt wird, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein Lüfter dieser Art ist aus der US-Patentschrift 1 650 776 bekannt.
Es gibt zahlreiche Lüftereinrichtungen in der Industrie, wo der Lüfter erforderlich ist, um Luft in der einen Richtung und dann, nach einiger Zeit, in der entgegengesetzten Richtung zu bewegen. Es ist auch erwünscht, daß ein Lüfter einstellbar ist, um eine geringere Luftmenge ohne eine Änderung der Lüfterdrehzahl zu bewegen. Beispielsweise ist es bei der Maschine eines Ketten-Zugfahrzeugs, z.B. einem Bulldozer oder dergleichen, erwünscht, den Lüfter bzw. Ventilator oder das Gebläse, in eine Stellung mit neutraler Steigung oder Steigung Null einstellen zu können, während sich die Maschine des Fahrzeugs erwärmt. Wenn die Einrichtung im Sommer verwendet wird, wird jedoch bevorzugt, die Luft durch den Kühler und vom Fahrer weg zu blasen, während genau das Umgekehrte in den kälteren Wintermonaten erwünscht ist, nämlich die warme Luft des Kühlers zum Fahrer hin zu blasen.
Ein weiteres Beispiel ist die Verwendung einer derartigen Einrichtung in staubiger und schmutziger Umgebung, was eine teilweise Verstopfung oder Blockierung der Kühler durch Staub- oder Schmutzteilchen aus der Umgebung zur Folge hat. In diesen Fällen ist es erwünscht, den Lüfter zu reversieren, um den Staub, Schmutz oder andere Materialien aus den Zwischenräumen des Kühlerkerns herauszublasen.
Bei derzeit verfügbaren Systemen muß der Lüftermotor angehalten werden, so daß die Blätter (Flügel oder Schaufeln) manuell auf die gewünschte Steigung eingestellt werden können.
Ein anderes Anwendungsbeispiel ist der Bergbau, wo Lüfter in einem Schacht verwendet werden, um Luft im Schacht nach unten zu blasen, um dann nach einiger Zeit die Motoren umzukehren und die Luft aus dem Schacht zu blasen. Diese Lüfter haben einen großen Durchmesser und benötigen große Motoren mit erheblicher Leistung. Das Anhalten, Anlassen und Reversieren dieser Motoren ist zeitaufwendig und kostspielig.
In großen landwirtschaftlichen Betrieben ist es erwünscht, die Lufttemperatur in Gebäuden bei sich ändernder Außenlufttemperatur konstant zu halten. Ein reversierbarer Lüfter mit veränderbarer Drehzahl, die temperaturabhängig geregelt wird, ist kostspielig im Vergleich zu einem Lüfter mit konstanter Drehzahl, aber änderbarer Blattsteigung.
Auf dem Markt gibt es Lüfter, die reversierbar sind, die Luft jedoch nicht mit gleichem Wirkungsgrad in beide Richtungen bewegen. Es gibt auch Ausführungen, bei denen einstellbare Blätter, jedoch in beschränkter Anzahl vorgesehen sind und die inhärente Reibungs- und Schmierprobleme bei den inneren Bauteilen der Lüfteranordnung haben. Derartige Lüfter sind aufgrund dieser Probleme niemals hergestellt worden. Ferner gibt es Probleme mit der Baugröße bei verfügbaren Lüftern mit einstellbaren Blättern, die ihre Anwendung in vielen Arten von Fahrzeugen verhindern.
Durch die Erfindung werden viele der erwähnten Probleme vermieden, die bei herkömmlichen Lüfteranordnungen auftreten. Nach der Erfindung ist es möglich, eine Verbrennungskraftmaschine oder einen Elektromotor in der einen Richtung weiterlaufen zu lassen, aber die Blattsteigung allmählich umzukehren, um die Richtung des Luftstroms völlig umzukehren. Bei großen landwirtschaftlichen Betrieben ermöglicht es die Erfindung, einen Lüfter mit konstanter Drehzahl und veränderbarer Blattsteigung durch ein Temperaturfühlsystem zu steuern.
Gemäß einem breiten Aspekt bezieht sich die Erfindung auf eine Lüfteranordnung, die eine Vielzahl von Blättern mit veränderbarer Blattsteigung aufweist, die während des Betriebs dieser Lüftanordnung einstellbar sind, um Volumen und Richtung des Luftstroms, der von dieser Lüftereinrichtung erzeugt wird, zu verändern. Die Anordnung enthält eine nicht drehbare Hauptachse, eine koaxial innerhalb der Hauptachse angeordnete Nebenachse für eine begrenzte, axiale Hin- und Herbewegung innerhalb der Hauptachse. Auf der Hauptachse sind eine Riemenscheibennabe und eine Riemenscheibe drehbar gelagert, und eine Blattnabe ist auf der Riemenscheibennabe befestigt, um sich zusammen mit ihr zu drehen. Eine Vielzahl von Lüfterblättern, die jeweils eine Blattachse haben, ist in der Blattnabe drehbar gelagert. Um die Drehung der Lüfterblätter in der Blattnabe zu bewirken, sind Mittel vorgesehen, die einen auf der Nebenachse drehbar gelagerten Speichenstern, Mittel zum axialen Bewegung der Nebenachse in der Hauptachse und den Speichenstern mit den Blattachsen verbindende Mittel aufweisen, wobei die Anordnung so ausgebildet ist, daß, wenn die Nebenachse aus der Hauptachse herausragt oder in diese zurückgezogen ist, der Speichenstern die Drehung der Blattachsen bewirkt.
Die Erfindung ist beispielhaft in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt, in denen
Fig. 1 eine Vorderansicht einer sechs Blätter aufweisenden Version der Erfindung darstellt,
Fig. 2 einen Axialschnitt der erfindungsgemäßen Lüfteranordnung darstellt, wobei die relative Lage der inneren Teile der Anordnung mit vorwärts eingestellter Steigung der Blätter dargestellt ist,
Fig. 3 eine der Fig. 2 ähnliche Ansicht, bei der die relative Lage der inneren Teile der Anordnung mit rückwärts eingestellter Steigung der Blätter dargestellt ist,
Fig. 4 schematisch, teilweise im Querschnitt, das Schmiersystem der erfindungsgemäßen Anordnung und
Fig. 5 einen Querschnitt einer typischen neutralen Flügelform des Blattes der Lüfteranordnung darstellt.
Die Lüfteranordnung wird durch irgendwelche geeigneten Mittel angetrieben, z.B. einen Elektromotor, einen Benzin- oder Dieselmotor, eine Vorgelegewelle oder dergleichen, und dieses Antriebsmittel der Lüfterriemenscheibe ist nicht dargestellt. Ferner sei darauf hingewiesen, daß eine andere Anzahl von Blättern in dem zu beschreibenden Aufbau verwendet werden und die Flügelform der Blätter unterschiedlich sein kann.
Nach den Fig. 1 und 2 hat die als Ganzes mit 10 bezeichnete Lüfteranordnung außen eine Vielzahl von Blättern 12, die in einem Gehäuse 14 der Anordnung gelagert sind, das drehbar auf einer Hauptachse 16 gelagert ist. Das Gehäuse 14 hat eine Blattnabe 18 mit einem Frontdeckel 20, der gegen dieses durch einen Öldichtring 22 abgedichtet ist. An der Blattnabe 18 sind eine Riemenscheibennabe 24 und eine Riemenscheibe 26 mittels einer Reihe über den Umfang verteilt angeordneter Schrauben 28 befestigt.
Wie die Fig. 2 und 3 deutlich zeigen, ist die Riemenscheibennabe mittels zweier auseinanderliegender Lager 30, die eine Öldichtung 32 neben dem einen Lager aufweisen, während das andere Lager die Einbaulage der Riemenscheibennabe 24 mittels einer Sicherungsmutter 34 und eines Unterlegrings 36 sichert, auf der Hauptachse 16 drehbar gelagert. Wie man sieht, hat die Riemenscheibennabe 24 eine innere umlaufende Schulter 38 mit kleinerem Durchmesser, die zwischen den beiden Lagern 30 liegt und dadurch axial auf der Hauptachse 16 fixiert ist.
Die Riemenscheibe 26 ist als ein von der Riemenscheibennabe 24 getrenntes Bauteil dargestellt, und dies ist die bevorzugte Ausbildung, obwohl auch eine einteilige Ausbildung dieser beiden Bauteile möglich ist.
Das Mittel zum Reversieren bzw. Umkehren der Steigung der Lüfterblätter 12 enthält eine Nebenachse 40, die mit dem Blattreversiermittel, das als Ganzes mit 42 bezeichnet ist, verbunden und in dem Hohlraum 44 der Lüfteranordnung angeordnet ist.
Die Nebenachse 40 ist ebenso wie die Hauptachse 16 ein nicht drehbares Bauelement der Anordnung und konzentrisch innerhalb der Hauptachse 16 angeordnet und relativ zur Hauptachse axial hin und her verschiebbar gelagert, und zwar von der hinteren Position nach Fig. 2 bis in die vordere Position nach Fig. 3. Die Achse 40 ist in der Achse 16 mittels geeigneter Buchsen 46 verschiebbar gelagert, und derjenige Teil der Achse 40, der außerhalb der drehbaren Anordnung 10 liegt, ist mit einem Schlitz oder einer ähnlichen Öffnung 48 versehen, die einen Betätigungszapfen oder Kurbelarm 50 aufnimmt, der auf einer Welle 52 gelagert ist, die ihrerseits an einem Halter oder einer Montageplatte 54 gelagert ist, der bzw. die zur Befestigung der Anordnung an einer gewünschten Stelle des Fahrzeugs verwendet wird.
Es sei darauf hingewiesen, daß das Mittel zum Betätigen des Kurbelarms oder Zapfens 50, um die Nebenachse 40 innerhalb der Hauptachse 16 hin- und herzubewegen, eine manuelle Betätigung sein kann, oder eine hydraulische oder elektrische Betätigung, die durch Temperaturfühlmittel gesteuert werden kann.
Das von dem Kurbelarm 50 entfernt liegende Ende der Nebenachse 40 hat einen Abschnitt 56 mit geringerem Durchmesser, auf dem zwei Lager 58 angeordnet sind und der einen darauf drehbar gelagerten Speichenstern 60 trägt.
Wie die Fig. 2 und 3 zeigen, hat jedes Lüfterblatt 12 eine Achse (oder Welle) 62, deren oberes Ende 64 an dem Lüfterblatt befestigt ist, während das untere Ende der Achse 62 in einer zylindrischen Öffnung 66 in der Nabe 18 mittels einer Buchse 68 gelagert ist. Eine Öldichtung 69 lagert das äußere Ende des Endes der Achse 62 in der Buchse 68, und das innere Ende der Achse 62 wird durch ein Lager 70 abgestützt, das in einer Laufbahn 72 am inneren Ende der Öffnung 66 angeordnet ist.
Ein Winkelhebel 74 verbindet das innere Ende jeder Blattachse 62 mit dem Speichenstern 60, und dies wird durch einen versetzten Kurbelzapfen 76 bewirkt, der in einem Arm 78 mittels eines konischen Verriegelungszapfens 80 montiert ist, der seinerseits durch eine Anordnung aus Mutter 82 und Unterlegscheibe 84 gesichert ist, die den Kurbelarm 78 am inneren Ende der Blattachse 62 befestigen.
Der Kurbelzapfen 76 hat ein inneres Ende 86, das in dem Speichenstern 60 mittels Kugel- oder Wälzlager 88, und zwar jeweils eines für jeden Kurbelzapfen 76, gelagert ist.
Wie der Querschnitt des Blattes 17 zeigt, bietet seine Form der Luft die gleiche Oberfläche, sei es in der Drehwinkellage für eine Vorwärts- oder in der Drehwinkellage für eine Rückwärtsförderung der Luft, wie ein Vergleich der Fig. 2 und 3 zeigt.
Nach Fig. 2 ist der Kurbelzapfen 50 so in dem Schlitz 48 der Nebenachse 40 angeordnet, daß die Achse 40 ihre am weitesten innen liegende Lage in der Hauptachse 16 einnimmt und ein Umfangsflansch 41 auf der Achse 40 am äußersten Ende 17 der Hauptachse 16 anliegt, um die Bewegung der Achse 40 in der anderen auf die am weitesten innen liegende Lage zu begrenzen.
Eine Betätigung des Kurbelzapfens 50, um die Steigung der Lüfterblätter zu ändern, hat eine Änderung der Lage der in Fig. 3 dargestellten Bauelemente zur Folge. Wie man sieht, hat sich die Nebenachse 40 aufgrund der Drehung des Kurbelzapfens 50 im Schlitz 48 der Achse nach links in Fig. 3 bewegt, wobei der Speichenstern 60, der auf die Kurbelzapfen 76 der Winkelhebel 74 einwirkt, die Blattachsen 62 und damit die Lüfterblätter 12 in ihre dargestellte Lage dreht, in der sie die umgekehrte Steigung im Vergleich zu der nach Fig. 2 aufweisen.
Die Nebenachse 40 enthält auch das erfindungsgemäße Schmiersystem.
Nach den Fig. 2 und 3 ist ein Öldichtring 23 zwischen den aneinanderliegenden Oberflächen der Riemenscheibennabe 24 und der Blattnabe 18 sowie zwischen dem Deckel 20 und der Blattnabe 18 angeordnet. Diese Ölringdichtungen sorgen zusammen mit der Öldichtung 32 für einen abgedichteten Hohlraum 44, in dem Öl verteilt werden und zirkulieren kann. Zu diesem Zweck enthält die Nebenachse 40 mehrere Ölkanäle 90, durch die Öl zu den Buchsen und Lagern der Anordnung geleitet werden kann. Die Kanäle 90 sind mit einem mittleren Kanal 92 verbunden, der seinerseits mit einem Zuführrohr 94 verbunden ist und mit diesem über einen kurzen Kanal 96 in Verbindung steht. Wie Fig. 4 und die Fig. 2 und 3 zeigen, hat das untere Ende des Zuführrohrs ein Aufnahmeende 98, das in einem Trog 100 sitzt, der ein Reservoir für Schmieröl bildet, dessen dargestellter Pegel dem Pegel bei laufender Anordnung entspricht.
Wenn die Lüfteranordnung rotiert, schleudert die Zentrifugalkraft das Schmieröl in den Trog 100, so daß das Aufnahmeende 98 des Zuführrohrs 94 das Öl unter dem durch die Drehung der Anordnung bewirkten Druck aufnimmt, der über die Kanäle 96, 92 und 90 die Schmierung der Lager und Buchsen zwischen den feststehenden und sich drehenden Teilen der Anordnung bewirkt. Das Schmiermittel dringt durch die Lager und wird auf die übrigen sich bewegenden Teile gespritzt, bevor es wieder in den Vorratsteil des Hohlraums geleitet wird.
Zwar ist die Erfindung anhand eines speziellen Ausführungsbeispiels und für einen speziellen Anwendungsfall beschrieben worden, doch sind verschiedene Abwandlungen der Erfindung dem Fachmann möglich, ohne den Schutzumfang der Ansprüche zu verlassen. Die in dieser Beschreibung verwendeten Begriffe und Ausdrücke dienen allein der Beschreibung und nicht zur Einschränkung, und die Verwendung dieser Ausdrücke und Begriffe soll keine Äquivalente der dargestellten und beschriebenen Merkmale oder ihrer Teile ausschließen. Es sei festgehalten, daß verschiedene Abwandlungen im Rahmen der beanspruchten Erfindung möglich sind.

Claims

1. Eine Lüfteranordnung, die eine Mehrzahl von Blättern mit veränderbarer Blattsteigung (12) aufweist, die während des Betriebes dieser Lüfteranordnung einstellbar sind, um Volumen und Richtung des Luftstroms, der von dieser Lüfteranordnung erzeugt wird, zu verändern, wobei die Lüfteranordnung enthält:

eine nicht drehbare Hauptachse (16);

eine Nebenachse (40), die koaxial innerhalb der Hauptachse (16) für begrenzte axiale Längsbewegung innerhalb der Hauptachse angeordnet ist;

eine Riemenscheibennabe (24) und Riemenscheibe (26), die drehbar auf der Hauptachse (16) montiert sind;

eine Blattnabe (18), die an der Riemenscheibennabe (24) befestigt ist, um mit ihr zu drehen;

wobei jedes dieser Blätter (12) mit veränderbarer Blattsteigung eine Blattachse (62) aufweist, die drehbar in der Blattnabe (18) montiert ist;

wobei jede Blattachse (62) ein inneres Ende aufweist, das sich in die Blattnabe (18) erstreckt, und einen Kurbelarm (78), der am inneren Ende befestigt ist;

Mittel zum axialen Bewegen der Nebenachse (40) innerhalb der Hauptachse (16);

und dadurch gekennzeichnet, daß sie desweiteren aufweist:

einen drehbar auf der Nebenachse (40) montierten Speichenstern (60), welcher Speichenstern (60) eine Mehrzahl von Kugellagern (88), ein Kugellager in Zuordnung zu jeder Blattachse (62), enthält;

wobei der Kurbelarm (78) jeder Blattachse (62) innerhalb des Kugellagers (88), das dieser Blattachse zugeordnet ist, mit enger Passung drehbar montiert ist.

2. Eine Lüfteranordnung nach Anspruch 1, weiterhin mit den Merkmalen,

daß die Riemenscheibennabe (24) oder die Blattnabe (18) oder beide einen ringförmigen Behälter (100) zur Aufnahme von Schmiermittel bei Drehung der Lüfteranordnung definieren;

daß die Riemenscheibennabe (24) auf einer ersten Lageranordnung (30) auf der Hauptachse montiert ist;

daß der Speichenstern auf einer zweiten Lageranordnung (58) auf der Nebenachse (40) montiert ist;

daß ein feststehendes Förderrohr (94) an der Hauptachse befestigt und mit einem Aufnahmeende (98) innerhalb des Behälters angeordnet ist;

daß die Nebenachse ein Schmiermittelpfadsystem (92) aufweist, das an Öffnungen (90) in Flüssigkeitsverbindung mit der ersten und zweiten Lageranordnung (30, 58) endet;

und daß das Schmiermittelpfadsystem direkt das Förderrohr (94) und die Öffnungen (90) verbindet.

3. Eine Lüfteranordnung nach Anspruch 1, in welcher der Speichenstern (60) auf einer Lageranordnung (58) auf der Nebenachse montiert ist, der Speichenstern sich von der Lageranordnung her nach vorn erstreckt und das Kugellager (88) an dem vorderen Ende des Speichensterns befestigt ist.

4. Eine Lüfteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, in welcher jedes der Lüfterblätter (12) gerade ist und eine sich entlang des Lüfterblattes erstreckende neutrale Tragflügelform im Querschnitt (Fig. 5) hat.

5. Eine Lüfteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, und weiterhin aufweisend einen Befestigungsträger (54), wobei die Mittel zum axialen Bewegen der Nebenwelle (50, 52) auf der Hauptachse zwischen dem Befestigungsträger (54) und der Riemenscheibennabe (24) montiert sind.