DE1902598A1

DE1902598A1 - Fluegelrad

Info

Publication number: DE1902598A1
Application number: DE19691902598
Authority: DE
Inventors: Seifert Dr-Ing Gerd W
Original assignee: SEIFERT DR ING GERD W
Current assignee: SEIFERT DR ING GERD W
Priority date: 1969-01-20
Filing date: 1969-01-20
Publication date: 1971-02-11
Also published as: DE1902598B2

Description

DIPL..ING. H. LEINWEBER dipl-ing. H. ZIMMERMANN

t MUncheii2,Ros«ntal7, 2.Aufg.

T.i.-Adr. τ·ι·(οπ

20. Januar 1969

Unter ZeIdIWi

Lw/Kg Dr.-Ing. Gerd W. Seifert, Untersohondorf/Ammersee

Flügelrad
Zusatz zu Patent (Patentanmeldung P 16 28 381.1)

Gegenstand des Hauptpate-ntes ist ein Flügelrad für Strömungsmaschinen, insbesondere für Kühlgebläse von Brennkraftmaschinen, mit in Hauptflügel und gegenüber den.Hauptflügeln verstellbaren Zusatzflügeln unterteilter Flügelgruppe. Infolge der Verstellbarkeit der Zusatzflügel kann das Flügelrad so eingestellt werden, dass entweder nur die Hauptflügel allein oder die ■ Hauptflügel ganz oder zum Teil mit den Zusatzflügeln wirksam sind. Bei einer Ausführungsform des Hauptpatentes sind die Zusdzflügel den Hauptflügeln nachgesohaltet. Die Erfindung hat zur Aufgabe, das Flügelrad so auszugestalten, dass es in axialer Richtung eine geringere Ausdehnung hat als die Ausführungsform des Hauptpatentes. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht * darin, die Mittel zum gegenseitigen Verstellen der Zusatzflügel gegenüber dem Hauptflügel zu vereinfachen.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, dass die Hauptflügel und die Zusatzflügel koradial zueinandtr angeordnet sind. Die Flügel liegen also gewissermassen ineioan- -^:'

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der und in gleicher Radialebene. Sie erfordern daher in axialer Richtung weniger Platz. Die koradiale Anordnung soll aber nicht ausschliessen, dass bei Verdrehung des Zusatzflügelträgers gegenüber dem Hauptflügelträger der Zusatzflügelträger auch eine gewisse axiale Beweguig ausführen kann.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform sind zwei Flansche vorgesehen, von denen der eine, der Hauptflügelträger, auf _k der Antriebswelle festsitzt und an einem axial ausgebildeten ,

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^w Flansch die Hauptflügel tragt und der andere Flansch, der Zusatz-j flügelträger, mittelbar oder unmittelbar drehbar auf der Antriebs[-welle gelagert ist und mit zwischen die Hauptflügel eingreifen- j den axialen Zungen ausgerüstet ist, an denen die Zusatzflügel sitzen.

Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung sind zwischen den beiden Flanschen Verstellmittel vorgesehen, die bei Erreichen eines bestimmten Betriebszustandes (Temperatur, Druck, Drehzahl) zwangläufig eine Verdrehung des Zusatzflügelträgers gegenüber dem Hauptflügelträger herbeiführen.

Ist das Verstellmittel drehzahlabhängig, dann weist es erfindungsgemäss mindestens ein an dem einen oder dem anderen Flansch drehbar gelagertes Zahnsegment auf, dessen Verzahnung in eine Verzahnung des anderen Flansches eingreift und das unter der Wirkung einer Rückstellfeder und eines Fliehgewichtes steht.

Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung können die Flügel des Hauptflügelträgers durch einen Ring unterteilt sein, um die Festigkeit zu erhöhen und.die Luftströmung zu verbessern. Dieser Ring ermöglicht es auoh, dass die Aussenflügel von den Innenflügeln in Anzahl und Form voneinander abweichen können.

Um zu erreichen, dass die Zusatzflügel an denlfeuptflügeln anliegen, ehe die Verstellmittel ihre Ruhestellung erreicht haben, kann erfindungsgemäss der Zusatzflügelträger in Ruhestellung mittelbar oder unmittelbar, d.h. beispielsweise an den Flü-

geIn oder an den Anschlägen, am Hauptflüge!träger elastisch abgestützt sein.

Um ein Spreizen der Zungen durch Fliehkräfte zu vermeiden, können erfindungsgemäss die Zungen mit ihren Enden in kreis-föriflig verlaufende Schlitze des Flansches des Hauptflügelträgers eingreifen. Bei einer anderen Ausführungsforn] können für diesen Zweck die Enden der Zungen durch einen Ring zusammengefasst sein

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung.

Auf der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise dargestellt und zwar zeigen

Fig. 1 einen Axialschnitt durch ein Flügelrad geniäss Linie I-I der Fig. 2,

Fig. 2 einen Schnitt durch das Flügelrad gemäss Linie H-II der Fig. 1, die Zusatzflügel in Arbeitsstellung,

Fig. 3 eine Ansicht des Flügelrades gemäss Keil III der Fig. 1, die Zusatzflügel in Ruhestellung,

Fig. 4 einen Abschnitt einer Abwicklung eines Schnittes gemäss Linie IV-IV der Fig. 1, die Zusatzflügel in Arbeitsstellung, in grösserem'Maßstab,

Fig. 5 einen Schnitt durch ein Flügelpaar in grössereni Maßstab, der Zusatzflügel in Ruhestellung, und

Fig. 6 einen Schnitt durch ein Flügelpaar einer Ausführungsform, bei der der Zusatzflügel in Drehriohtung bewegt werden muss, um in Wirkstellung zu. gelangen.

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Das auf der Zeichnung dargestellte Flügelrad hat eine Antriebswelle 1 mit einer auf ihr festsitzenden labe 2. Die Nabe 2 hat axial einen zylindrischen Zapfen 3, der als Drehlagerung für eine axial durch einen Sprengring 25 gesicherte Nabe dient. Die Nabe 2 setzt sich radial in einem Flansch 5 fort, der am ausseren Umfang einen Ring 27 bildet und Flügel 6, vorzugsweise, aus Kunststoff, trägt. Der metallische Teil der Nabe 2 setzt sich aus Festigkeitsgründen radial in Verlängerungen 7 fort, die von dem aus Kunststoff hergestellten Flügelprofil 9 umgeben sind. Die metallischen Verlängerungen erstrecken sich zweckmässig bis in einen Hing 11 aus Kunststoff. Zur besseren Verbindung von Kunststoff und Metallteil sind in den Verlängerungen 7 Ausnehmungen 10 vorgesehen, in die der Kunststoff eingreift.

Auf der Aussenseite des Ringes 11 sind Flügel 12 angeformt, die die Verlängerung der Flügel 6 bilden können. Die Flügel 6 und 12 sind die Hauptflügel des Flügelrades. Die Teile, an denen die Hauptflügel sitzen, insbesondere der Flansch 5 mit seiner Nabe 2, bilden das Hauptrad. Die drehbar auf dem Zapfen sitzende Nabe 4 hat einen Flansch 4*, der am ausseren Rand axiale Zungen 17 aufweist, die Flügel 18 tragen. Die Zungen 17 und die Flügel 18 greifen in 'den durch den Ring 11 gebildeten Innenraum und zwar zwischen je zwei Flügel 6, so dass je ein Flügel 6 und ein Flügel 18 ein zusammengehörigem. Flügelpaar bilden. Die Flügel 18 sind die Zusatzflügel und Nabe 4 nebst Flansch 4* das Regelrad.

Die Ausführung des Hauptrades als Zweistoffrad kann auch beim Regelrad verwirklicht werden.

Die Flügel 12 können sioh in Anordnung, Form und Anzahl von den Flügeln 6 des Hauptrades unterscheiden. In Fig. 1 ist eine feststehende Hutze 13 dargestellt, die das Hauptrad umgibt .

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Die freien Enden der Zungen 17 sind durch Haltemittel 26 fest oder lösbar mit einem Ring 19 verbunden. Der Ring 19 kann auf einer Fläche 20, die an der Nabe 2 des Hauptrades angebracht ist, geführt werden. Er dient z.B. zur Aufnahme der im Regelrad entstehenden Fliehkräfte, gegebenenfalls zum Auswuchten.

Bei einer anderen nicht dargestellten Ausführungsform könnten in dem Flansch 5 ringförmige Schlitze vorgesehen sein, in die die Enden der Zungen 17 des Zusatzflügelträgers eingreifen, was Montage und Demontage vereinfacht.

Wie in Fig. 2 dargestellt, dreht sich bei der Arbeit das Flügelrad in Richtung des Pfeiles D. Das Regelrad befindet sich hier in Arbeitsstellung, d.h. die Flügel 18 arbeiten als selbständige Flügel.

Am Flansch 5 des Hauptrades sind Lagerbolzen 14 angebracht, auf denen Zahnsegmente 15 drehbar gelagert sind. Die Nabe 4 des Regelrades ist aussen mit einer Verzahnung 16 versehen, die mit der Verzahnung der Segmente 15 zusammenarbeitet. Die Verzahnung kann als Schrägverzahnung ausgebildet sein, um selbsttätig einen Spielausgleich zwischen den ineinandergreifenden Verzahnungen herbeizuführen. Die Segmente 15 tragen Fliehgewichte 21. Die Federn 22 in der in Fig. 2 gezeigten Stellung werden gegen Anschläge 23 gedrückt. Durch die Lage dieser Anschläge, welche gegebenenfalls verstellbar ausgebildet sein können, ist die Arbeitsstellung der Flügel 18 festgelegt. Steigt die Drehzahl an, so überwinden die Fliehkräfte der Fliehgewiohte 21 die Federkräfte 22. Die Fliehgewichte wandern naoh aussen und legen sich an gegebenenfalls einstellbaren Anschlägen 24 an. Über die mit den Segmenten zusammenarbeitende Verzahnung wird das Regelrad im Sinne des Keils R verdreht, bis sich entsprechend der Lage der Anschläge 24 die Flügel 18 mit den Flügeln 6 des Hauptrades deoken (Fig. 3).

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Es kann vorteilhaft sein, dass die Flügel 17 an den Flügeln 6 anliegen, ehe die Fliehgewichte 21 an den Anschlägen 24 zur Anlage kommen. Dann wird durch das noch vorhandene Spiel zwischen den Fliehgewichten 21 und den Anschlägen 24 eine elastische Verformung eintreten, bis durch Anwachsen der Fliehkräfte die Gewichte mit den Anschlägen in direkte Berührung kommen. Es könnten zu diesem Zweck auch die Anschläge 24 elastisch ausgebildet sein. In beiden Fällen würde dann der Zusatzflügelträger in Ruhestellung am Hauptflügelträger elastisch abgestützt sein. Damit ist eine Verspannung durch die Anlage der Flügel 18 an 6 hergestellt, welche das Auftreten von Schwingungen verhindert.

Nimmt die Drehzahl wieder ab, so übersteigen die gegebenenfalls nach Überwinden einer nicht dargestellten Hemmvorrichtung durch die Feder 22 erzeugten Drehmomente die durch die Fliehgewichte 21 erzeugten Drehmomente, so dass ,die Segmente 15 zurückdrehen und damit auch das Regelrad mit seinen Zusatzflügeln 18 in die in Fig. 2 dargestellte Arbeitsstellung zurückbewegen .

Die in Fig. 1 gezeigte einseitige Befestigung der lagerbolzen 14 ergibt Biegemomente. Eine in Fig. 3 angedeutete Lasche 31, die an den freien Enden der lagerbolzen 14 befestigt ist, hebt diese Fliehkräfte gegenseitig auf. Die Lasche 31 kann sich auch bis zum axialen Teil 27 der Nabe 2 erstrecken und mit ihm verbunden sein.

Die Lasche 31 hat Ausnehmungen 32, die zur Durchführung von Teilen der Naben 2 und 4 u.dgl. dienen.

Fig. 4 zeigt einen Abschnitt aus der Abwicklung, etwa in • Höhe Linie IV-IV der Fig. 1. Die Drehrichtung des Flügelrades ist duroh Pfeil D bezeichnet. Die Flügel 18 des Regelrades befinden sioh in Arbeitsstellung und können duroh Drehung in Keilriohtung R des Regelrades relativ zum Hauptrad verdreht

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werden, bis die Profile 6 und 18 aneinander liegen. In dieser Figur ist gezeigt, dass sich die Flügel 18 des Kegelrades axial bis in den Bereich des Ringes 19 erstrecken können. In der gezeichneten Stellung der Flügel 6 und 18 ergeben sich für den ! Luftdurchsatz düsenförmige Kanäle 30, 30¹, deren Form und Ver- ! lauf durch die Profile der Flügel 6 und 18 gebildet werden. Bei grösserem Abstand zwischen Hauptflügel und Zusatzflügel wirken ' beide Flügel selbständig.

Fig. 5 zeigt ebenfalls einen Ausschnitt aus einer Abwicklung in Höhe IV-IV der Fig. 1, jedoch in einer Stellung, in der ■ sich die Flügel 6 und 18 berühren. Die Berührung kann stellen-• weise bei 8 und 8* erfolgen. Die Flügel können aber auch einan- - der flächig berühren, wobei die Profile aerodynamisch aufeinander abgestimmt sein müssen. Bei stellenweiser Berührung ergibt sich ein Zwischenraum 28, der durch die stärkere Krümmung des Profils 18 gegenüber 6 gebildet ist. Mit dem Verstärkungsring 19 des Regelrades sind die axialen Fortsetzungen 17 verbunden. -. Die Richtung der Bewegung des Regelrades von der gezeigten Stellung in die Arbeitsstellung ist durch Pfeil R* dargestellt.

Fig. 6 zeigt einen Ausschnitt einer Abwicklung einer anderen Ausführungsform. An der Druckseite jedes Flügels 6 des Hauptrades liegt ein Flügel 29 des Regelrades an. Bei dieser Anordnung bewegt sich das Regelrad in Pfeilrichtung G, um die Arbeitsstellung der Flügel 29 zu erreichen.

Die Zusatzflügel 18 sind etwa halb so lang wie die Hauptflügel 6 und 12 zusammen. Falls eine grössere Länge der Zusatzflügel 18 gewünscht wird, kann dem Ring 16 ein grösserer Durchschnitt gegeben werden, so dass mehr Raum für die Zusatzflügel verbleibt.

Die Verdrehung des Flügelrades gegenüber dem Hauptrad soll nicht ausschliessen, dass das Regelrad während der Drehung auch eine axiale Bewegung ausführen kann, beispielsweise um. die

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Zusatzflügel besser an die Hauptflügel 6 heranzuführen. Eine ge steuerte'Axialbewegung des Regelrades kann dadurch erreicht wer den, dass der Zapfen 3 aussen mit einem steilen Spindelgewinde versehen wird und auf dieser Spindel die mit einem entsprechenden Innengewinde ausgerüstete Nabe 4 des Regelrades läuft.

Der Anmelder behält sich vor, so lange das Hauptpatent noch-nicht erteilt ist, Ansprüche auch auf solche Merkmale zu richten-, die in der vorliegenden Anmeldung enthalten sind, aber bereits Merkmale der Hauptanmeldung waren.

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Claims

Patentansprüche :

(TiJFlügelrad für Strömungsmaschinen, insbesondere für Kühlgebläse von Brennkraftmaschinen, mit in Hauptflügel und gegenüber den Hauptflügeln verstellbaren Zusatzflügeln unterteilter Flügelgruppe, nach Patent (Patentanmeldung P

16 28 381-1), dadurch gekennzeichnet, dass Hauptflügel (6, 12) und Zusatzflügel (18) koradial zueinander angeordnet sind.
2. Flügelrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Flansche (5, 4¹) vorgesehen sind, von denen der eine der Hauptflügelträger auf der Antriebswelle (1) festsitzt und an einem axial ausgebildeten Flansch (27) die Hauptflügel (6,12) trägt und der andere Flansch (4^f) der Zusatzflügelträger mittelbar oder unmittelbar drehbar auf der Antriebswelle (1) gelagert ist und mit zwischen die Hauptflügel (6) eingreifenden axialen Zungen (17) ausgerüstet ist, an denen die Zusatzflügel (18) sitzen.
3. Flügelrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Flanschen (4^T, 5) Verstellmittel vorgesehen sind, die bei Erreichen eines bestimmten Betriebszustandes zwangläufig eine Verdrehung des Zusatzflügelträgers (4*) gegenüber dem Hauptflügelträger (5) herbeiführen.
4. Flügelrad nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstellmittel ein an dem einen oder dem anderen Flansch drehbar gelagertes Zahnsegment aufweist, dessen Verzahnung in eine Verzahnung des anderen Flansches eingreift und das unter der Wirkung einer Rückstellfeder (22) und eines Fliehgewiohtes (21) steht.
5. Flügelrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, dass die Flügel (6 und 12) des Hauptflügelträgers durch einen die Festigkeit erhöhenden Luftführungsring (11) unterteilt sind.

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6. Flügelrad nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenflügel (12) von den Innanflügeln (6) in Anzahl und Form voneinander abweichen.
7. Flügelrad nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzflügelträger (4*) in Ruhestellung mittelbar oder unmittelbar am Hauptflügelträger (5) elastisch abgastützt ist.
8. Flügelrad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zungen (17) mit ihren Enden in'kreisförmig verlaufende Schlitze des Flansches (5) des Hauptflügelträgers eingreifen.
9. Flügelrad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der Zungen (17) durch einen Ring (19) zusammengefasst sind.
10. Flügelrad nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die freien Enden der die Zahnsegmente tragenden Lagerbolzen (14) durch eine lasche (3D gegeneinander abgestützt sind.
11. Flügelrad nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass Hauptflügelträger und gegebenenfalls Zusatzflügelträger als Mehrstoffkörper ausgebildet sind.

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