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Vorrichtung zum Ausgleich des Zentrifugalmomentes an verstellbaren
Blättern von Lüftern, Luftschrauben usw. Um den Anstellwinkel der Laufschaufeln
oder Blätter von Axialgebläsen, Luftschrauben, Pumpen oder ähnlichen Maschinen während
des Laufes der Maschine verstellen zu können, müssen erhebliche Kräfte zur Überwindung
des von den Blättern herrührenden Zentrifugalmomentes aufgewendet werden. Es sind
für diesen Zweck hydraulische Steuerungseinrichtungen, Servomotoren oder Spindelantriebe
bekanntgeworden, die eine komplizierte Bauart aufweisen. Man hat auch Gegengewichte
an den Drehzapfen der Blätter angebracht, die das Zentrifugalmoment aufheben sollen.
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Die vorliegende Erfindung sieht zum Ausgleich des von den Blättern
herrührenden Zentrifugalmomentes gleichfalls Gegengewichte vor; jedoch soll nicht
jedes einzelne Blatt mit einem Gegengewicht ausgerüstet werden, da hierdurch die
Gesamteinrichtung sehr schwer wird und auch erheblich mehr Energie für die Überwindung
des Anlaufmomentes benötigt. Das Wesen der Erfindung wird vielmehr darin gesehen,
daß von Fliehgewichten ein Moment erzeugt wird, welches der aus den Zentrifugalmomenten
der Blätter herrührenden, auf den Verstellring oder Verstellmechanismus wirkenden
Kraft entgegengerichtet ist.
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Dabei werden erfindungsgemäß die Fliehgewichte so angeordnet und ausgebildet,
daß sich bei Betätigung des Verstellmechanismus die von den Fliehgewichten resultierende
Gegenkraft angenähert wie die Sinus-Kosinus: Funktion verändert, nach der das von
den Blättern .herrührende Zentrifugalmoment bei Änderung des Blattwinkels, bezogen
auf die Schwerpunktsebene des Blattes, verläuft.
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Die Bemessung der Fliehgerichte erfolgt so, daß die von ihnen erzeugte
Gegenkraft nicht genau der aus dem Zentrifugalmoment der Blätter herrührenden Kraft
entspricht, sondern etwas größer oder kleiner ist. Damit wird erreicht, daß die
Vorrichtung nicht innerhalb des Spiels der Lager, Hebel und sonstigen Konstruktionselemente
labil arbeitet, sondern vielmehr eine eindeutige, unter einer bestimmten kleinen
Kraft stehende Anschlagslage einnimmt.
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An und für sich würde es genügen, nur ein Fliehgewicht anzuordnen;
doch empfiehlt es sich aus Gründen der gleichmäßigen Belastung, mindestens zwei
oder mehr Fliehgewichte gleichmäßig auf dem Umfang zu verteilen.
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An den Abb. 1 bis 4 sei der Erfindungsgegenstand und seine Wirkungsweise
näher erläutert.
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Abb. 1 stellt einen Längsschnitt durch eine Lüfternabe dar und zeigt
den Verstellmechanismus im Eingriff schematisch mit einem Blatt. Am Mantel der Lüfternabe
1 sind drehbar die Blätter 2 angeordnet. An ihren Drehzapfen 3 sind Hebel 4 befestigt,
welche mit Gleitzapfen 5 in eine Nut 6 fassen, die sich um den. Umfang des Verstellrings
7 herum erstreckt. Der Verstellring 7 ist in axialer Richtung verschiebbar auf dem
die Lüfterwelle 8 umgebenden Mittelkörper der Nabe 1 angeordnet. Der Verstellring
7 besitzt eine Ringnut 9, in welche der Übertragungsmechanismus eingreift, durch
welchen die Verschiebung des Verstellsterns bewerkstelligt wird.
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An der Innenwand der Nabe 1 sitzen zwei, drei oder mehr mit einem
gabelförmigen Einschnitt 14 versehene Lagerböcke 10. In ihnen sind Fliehgewichte
11 um einen Bolzen 12 drehbar gelagert.
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Die Fliehgewichte sind im dargestellten Beispiel als dünne, rechteckige
Körper ausgebildet, die mit einer Nase 13 an dem Verstellring 7 anliegen. Der Schwerpunkt
S der Fliehgewichte 11 hat durch die drehbare Anordnung des Gewichtes um den Bolzen
12 eine veränderliche Entfernung zur Lüfterachse.
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Abb. 2 stellt eine Schnittansicht A-B der Abb. 1 dar und hat für gleiche
Teile die gleichen Bezugszahlen wie Abb. 1. Die Stellung des Lüfterblattes ist strichgepunktet
wiedergegeben.
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Abb. 3 ist die gleiche Ansicht des Lüfterrades wie Abb. 1, nur ist
der Verstellmecha@nismu-s in anderer Lage dargestellt. Der Verstellring 7 ist nach
links gezogen, wodurch das Blatt 2 über den Hebel 4 und den Drehzapfen 3 einen größeren
Anstellwinkel erhalten hat. Die auf das Fliehgewicht 11 wirkende Zentrifugalkraft
hat den Schwerpunkt S so weit um den Bolzen 12 nach außen wandern lassen, wie die
Nase 13 des Fliehgewichtes 11 dem sich in Verstellrichtung bewegenden Verstellring
folgen konnte. Damit hat aber der Schwerpunkt S einen größeren Abstand von der Lüfterachse
erhalten und drückt durch das Fliehgewicht mit größerer Kraft auf den Verstellring
7 als bei der in Abb. 1 dargestellten Lage.
Aber auch das Zentrifugalmoment
vom Blatt 2 her hat sich durch die Verstellung vergrößert und wirkt mit größerer
Axialkomponente gegen den Verstellring in entgegengesetzter Richtung wie die Fliehgewichte.
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Es liegt im Sinne der Erfindung, den Fliehgewichten eine solche Ausbildung
zu geben, daß die Zunahme der Andruckkraft der Fliehgewichte der Zunahme der Komponente
vom Zentrifugalmoment der Blätter entspricht. Diese Ausbildung der Fliehgewichte
für den jeweils vorliegenden Fall kann dadurch erfolgen, daß ihre Schwerpunkte S
in verschiedenen Entfernungen zum Drehpunkt 12 liegen.
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Abb. 4 stellt den Verlauf des sich mit dem Anstellwinkel der Blätter
verändernden Zentrifugalmomentes dar. Der gebräuchliche Verstellbereich ist mit
a ... b
bezeichnet.
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Die Ausgestaltung der Fliehgewichte erfolgt bezüglich der Schwerpunktslage
zu ihren Drehpunkten derart, daß ihre auf den Verstellring ausgeübte Kraft gleichen
oder angenähert gleichen Verlauf wie der Kurvenzug a . . . b nimmt.
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Die Erfindung hat einen Weg aufgewiesen, der in einfachster Form die
Aufgabe löst, das beim Verstellen der Blätter sich verändernde Zentrifugalmoment
und die daher beim Verstellen aufzuwendenden erheblichen Kräfte zu kompensieren.
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Besonders vorteilhaft bei der Lösung der Aufgabe ist die Tatsache,
daß die erfindungsgemäße Ausgestaltung und Anordnung der Fliehgewichte deren Gesamtgewicht
sehr gering hält, weshalb gegenüber anderen Konstruktionen das Anlaufmoment wesentlich
kleiner und ein zusätzlicher Axialdruck vermieden wird.
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Vorteilhaft wirkt sich weiterhin aus, daß der Nabenmantel, der im
allgemeinen die Zentrifugalkräfte der Blätter aufzunehmen hat, durch die kleinen
Fliehgewichte nicht zusätzlich belastet wird, so daß seine Ouerschnittsbemessung
wegen des erfindungsgemäßen Kräfteausgleiches nicht verstärkt zu werden braucht.