DE2500966C3 - Axialgebläse mit hydraulisch oder pneumatisch stufenlos verstellbaren Laufradschaufeln - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Axialgebläse mit hydraulisch oder pneumatisch stufenlos während des Betriebes verstellbaren Laufradschaufeln, von denen jede in einem radial inneren und in einem radial äußeren Schaufelzapfenlager gelagert ist, und mit einer Verstelleinrichtung, die einen in der Laufradnabe koaxial angeordneten Stellzylinder und einen Kolben umfaßt, wobei der Stellzylinder und der Kolben mit der Antriebsdrehzahl des Gebläses umlaufen.

Zur Veränderung der Luftleistung von Gebläsen verstellt man die Laufradschaufeln entsprechend.

Eine derartige Verstellung der Laufradschaufeln erfolgte bisher — insbesondere bei hohen Leistungen — entweder rein mechanisch oder hydraulisch mechanisch (z.B. DE-PS 10 30 504). Die für die Verstellung erforderlichen Teile waren dabei sehr oft in der Laufradnabe angeordnet, und zwar überdies zumeist möglichst weit innen. Der Grund hierfür lag zum einen darin, daß man die Bauweise dieser Gebläse aus dem Wasserturbinenbau von den Kaplan-Turbinen übernommen hatte und zum anderen aufgrund des Massenträgheitsmomentes, Die zusätzlichen Einbauteile für die Verstelleinrichtung bringen nSmljch eine Erhöhung des Massenträgheitsmomentes. Dies wirkt sich um so stärker aus, je weiter in Umfangsrichtung diese Teile von der Drehachse angeordnet sind. Ein hohes Massenträgheitsmoment erfordert jedoch einen höheren Anlaufstrom für die Antriebsmaschine und damit eine höhere Motorauslegung. Die Anordnung der

ίο Verstelleinrichtung im inneren Teil der Laufradnabe ergibt jedoch eine gedrängte und komplizierte Bauweise und erfordert auch bei Reparaturen oder Änderungen des Gebläses einen hohen Montageaufwand.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe

zugrunde, eine einfache Verstelleinrichtung für Axialgebläse zu schaffen, die auch ohne größeren Aufwand Umbauten des Gebläses, insbesondere Auswechseln von Schaufelblättern mit Zapfen und Lagerung ohne größere Montagearbeiten gestattet, ohne dabei jedoch das Massenträgheitsmoment zu sehr zu erhöhen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß mit dem axial verstellbaren Kolben einseitig kraftschlüssig wirkende Elemente (Seile, Ketten) verbunden sind, die entgegen der Wirkung einer Rückstellkraft tätig werden, zu den einzelnen Schaufelzapfen führen und auf einem größeren Radius, als sich das innere Schaufelzapfenlager befindet, angreifen, wobei sie die Schaufelzapfeii-umschlingen.

Erfindungsgemäß ist nun nicht mehr die Verstellein-

richtung im inneren Bereich der Laufradnabe und unterhalb des Schaufelzapfens angeordnet, sondern die einzelnen Teile sind an die Laufradnabe angesetzt

Gegen die Verlegung des Angriffspunktes auf einen größeren Schwerpunktradius sprachen an sich die vorstehend genannten Gründe bezüglich der Erhöhung des Massenträgheitsmomentes. Der Erfinder hat jedoch durch die erfinderische konstruktive Lösung eine Gewichtseinsparung erreichen können, womit die Erhöhung des Massenträgheitsmomentes durch die Verlegung des Angriffspunktes tiwzs ausgeglichen wird. Der Erfinder hat nämlich erkannt, daß dem Nachteil einer gewissen Erhöhung des Massenträgheitsmomentes auf der anderen Seite erhebliche Vorteile gegenüberstehen. Das Laufrad läßt sich in einfachere zu bearbeitende Teile auflösen. Weiterhin können Umbauten ohne größeren Montageaufwand vorgenommen werden, weil der Raum unterhalb des Schaufelzapfens frei von störenden Einbauten ist. Auch die Verstelleinrichtung selbst läßt sich leichter montieren.

Die Zentrifugalmomente belasten die Laufradschaufeln nur einseitig, und zwar versuchen sie bei sich drehendem Gebläse die Laufradschaufeln stets auf einen kleineren Anstellwinkel zu drehen.
Diese Tatsache wurde von dem Erfinder ausgenützt, indem er die einfacheren und gewichtsarmen Seile oder Ketten anstelle der bisherigen am Schaufelzapfenende sitzenden Winkelhebel verwendete. Die Verstelleinrichtung braucht ja nur in einer Richtung kraftschlüssig zu wirken, in der anderen Richtung übernehmen die Verstellung automatisch die Zentrifugalmomente. Dabei ergeben sich noch als weitere Vorteile, daß der erzielbare Verslellwinkel größer ist und der wirksame Hebelarm über den ganzen Verstellbereich gleich, nämlich der halbe Zapfendurchmesser ist. Zwar ist die Verwendung von Seilen zur Verstellung von Schaufeln bereits bekannt (z.B. US-PS 24 35 091), aber dies erfolgte nur bei den Leitschaufeln, wobei die aufgezeigten Probleme nicht auftreten.

25 OO 966

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Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß für mit Laufradschaufel 2, die über dem Umfang verteilt in

den Stellzylinder und den Kolben größere Wirkflachen einem Nabenkörper 3 gelagert sind. Der in dem

zur Verfugung stehen. Dadurch kann mit niederen Nabenkörper 3 einer Laufradschaufel 2 befestigte

Drücken gearbeitet werden, und die Abdichtung läßt Schaufelzapfen ist in eine zweiteilige Nabenbüchse 4

sich besser durchführen. 5 und einen Schaufelfuß 5 aufgeteilt. Der Schaufelfuß 5 ist

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung be- in üblicher Weise in Rollenlagern oder Gelenklagern 6

steht dabei darin, daß die einseitig kraftschlüssig und 7, die Radial- und Axialkräfte aufnehmen können,

wirkenden Elemente (Seile, Ketten) zwischen den radial gelagert. An der Nabenbüchse sind Augen 8 und 9

äußeren Schaufelzapfenlagern und dem Schaufelblatt angeordnet, durch die die am Umfang verteilten

angreifen. Dies stellt eine einfache und ohne großen io Laufradschaufeln jeweils zwischen zwei Nabenscheiben

Montageaufwand verwendbare Lösung für die Praxis 10 und Il über Bolzen oder Schrauben 12 gelagert sind,

dar. Am inneren Umfang sind die beiden Nabenscheiben 10

Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, daß an dem und 11 auf einer Wellenbüchse 13 angeordnet und Kolben ein Flansch (Regeistern) angeordnet ist, an dem ebenfalls über Durchsteckschrauben 14 und Abstands-

die einseitig kraftschlüssig wirkenden Elemente (Seile, 15 büchsen 14a mit der Wellenbüchse verbunden. Die

Ketten) befestigt sind. Wellenbüchse 13 ist direkt mit einer Antriebswelle 15 Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, daß als eines nicht dargestellten Motors über eine Paßfeder 16 Rückstellkraft im Stillstand zwischen dem Kolben und verbunden. Zur Verminderung des Zentrifugalmomen-

dem Stellzylinder eine Spannfeder derart angeordnet tes ist der Laufradzapfen mit Ausgleichsgewichten 17

ist, daß sie die Laufradschaufeln in der maximalen 20 versehen.

Öffnungsstellung festhält Zum einen wird dadurch ein An die Nabenscheibe 11 ist ein Stellzylinder 18 mit Schlappwerden der Seile oder Ketten verhindert, und einem Kolben 19 angeflanscht Am äußeren Umfang des zum anderen schließen sich dann die Laufjadschaufeln Kolbens 19ist ein Regelstern 20 befestigt, der wiederum beim Anlaufen des Gebläses aufgrund des Zentrifugal- an seinem äußeren Umfange mit der Zahl der momentes bis maximal auf Förderhöhe Null. Durch 25 Laufradschaufeln 2 entsprechenden Halte- unci Spann-Betätigung des Kolbens kann dann eine entsprechende einrichtungen 21 versehen ist Spannschrauben 2la Einstellung der Laufradschaufeln erreicht werden. stellen dabei jeweils die notwendige Seilspannung her

Eine andere erfindungsgemäße Lösung, um das bzw. lassen eine Feinjustierung des Schaufelwinkels zu. Schlappwerden der Seile zu verhindern, besteht darin, Von diesen Halte- bzw. Spanneinrich ungen führen

daß als Rückstellkraft im Stillstand am Schaufelzapfen 30 jeweils Seile 22 zu den Laufradschauf?ln. Gemäß F i g. 1 koaxial zu diesem liegend eine Torsionsfeder angreift, umschlingen diese Seile 22 jeweils den Laufradzapfen die die Schaufeln auf den kleinsten Anstellwinkel bringt. an seinem oberen Ende knapp unterhalb des Schaufel-Zu der vorstehend genannten Lösung mit der blaues 2a.

Spannfeder stellt dies die kinematische Umkehrung dar. Der auf der Antriebswelle 15 axial verschiebbare Demgegenüber bringt dies jedoch den Vorteil, daß der 35 Kolben 19 ist mit einem Zentrierring 23 versehen.

Antriebsmotor neben dem unvermeidlichen Beschleuni- Hinter dem Zentrierring 23, zu dem Druckraum

gungsmoment nicht auch noch damit belastet ist, daß zwischen Stellzylinder 18 und Kolben 13 hin, ist eine

der größte Luftdurchsatz durch die Schaufelblattstel- Druckfeder 24 mit einem Rückschlagventil 25 angeord-

lung gegeben ist. Vielmehr halten die Torsionsfedern die net Weiterhin ist auf einer nicht näher gezeichneten,

Schaufelblätter auf den kleinsten Anstellwinkel. 40 koaxial vor dem Laufrad sitzenden Halterung eine Erfinduagsgemäß ist ferner vorgesehen, daß der Luftpinole 26 angeordnet, die an eine nicht dargestellte Regeistern und der Kolben einen Teil der Nabenverklei- Druckquelle angeschlossen ist. Zwischen dem Stellzylin-

dung bilden. Aus aerodynamischen Gründen ist die der 18 und dem Kolben 19 ist gemäß F i g. 1 zusätzlich

Nabe mit einer entsprechenden Verkleidung versehen. eine Spannfeder 27 angeordnet, durch die die Laufrad- Der Regelstern und der Kolben erfüllen somit eine 45 schaufeln 2 bei Stillstand in die maximale Öffnungsstel- Doppelfunktion. lung gedrückt werden. An dem Zenhierring 23 ist zur Da durch den Hauptgedanken der Erfindung der Positionsbestimmung des Kolbens 19 ein Magnetring 28 Schaufelfuß keine besonderen Verstelleinrichtungen angeordnet, der zusammen mit einem feststehenden

aufweist und der Raum in der Laufradnabe zwischen Meßteil 29 unter Bestimmung des Induktionsstromes als

dem Schaufelfuß und der Welle frei verfügbar ist, lassen 50 »berührungsloses Potentiometer« wirkt,

sich Gebläse nach Baukastensystem zusammensetzen. Die Verstellung der Laufradschaufeln 2 geschieht auf

Hierzu ist es lediglich erforderlich, das Laufrad in folgende Weise:

mehrere selbständige Einheiten aufzulösen. So können Beim Anlaufen des Gebläses überwindet die Zentrifu-

z. B. Schaufelblätter verschiedener Länge in die galkraft die Kraft der Spannfeder 27 und bringt die

Nabenbüchsen eingesetzt werden. Desgleichen ist die 55 Laufradschaufeln 2 auf den kleinsten Anstellwinkel. Länge der Nabenbüchsen variierbar, wobei diese, wenn Durch Ankoppejung der Luftpinole 26 an den

die Nabenscheiben mit entsprechenden Befestigungs- Zentrierring 23, womit die Luftpinole dann mit der

vorrichtungen versehen sind, auf verschiedenen Kreis- Wellendrehzabl umläuft, wird Druck in den Raum

durchmessern angeordnet werden können. zwischen den Stellzylinder 18 und den Kolben ί9

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfin- 60 gegeben, wodurch der Schaufelwinkel größer wird und

dung beschrieben. auf den entsprechenden Wert gebracht werden kann.

Es zeigen: Anschließend wird die Luftpinole 26 wirder ».urückge- F i g. I einen Halbschnitt durch die erfindungsgemäße zogen. Soll der Druckraum entlüftet werden, so fährt die Vorrichtung, Luftpinole 26 wieder an den Zentrierring 23 heran. F i g. 2 eine Ausschnittsvergrößerung mit einer an- 65 Diesmal wird sie jedoch nur leicht angedrückt, wodurch

deren Lösung, über die Druckfeder 24 und das Rückschlagventil 25

F i g. 3 einen Schnitt III-III nach der F i g. 2. eine Entlüftung stattfindet. Die Funktionsweise Luftpi- In einem Luftkanal i befindet sich das Axialgebläse nole 26, Druckfeder 24 und Rückschlagventil 25 geht

wie bei Luftdruckänderungen in einem Autoreifen vor sich.

Der Kolben 19 und der Regelstern 20 stellen einen Teil der Nabenverkleidung dar.

Die in F i g. 2 und F i g. 3 aufgezeigte Lösung ist im wesentlichen von gleichem Aufbau wie die in F i g. 1 beschriebene. Lediglich der Angriffspunkt des Seiles 22' liegt zwischen den beiden Lagern 6' und 7', und die Spannfeder 27 ist dui 'h eine Torsionsfeder 30 ersetzt. Das Seil 22' ist dabei durch eine Bohrung 31 in der Wand der Nabenbüchse 4' geführt. Das freie Ende des Seiles 22 wird in eine Bohrung 32 des .Schaufelzapfens bzw. einer auf dem Schaufel/apfcn befestigten Kontermutter 33 gesteckt. Zur Abdichtung der Bohrung 31 ist eine Dichtmanschette 34 über die Öffnung gestülpt.

Der Schaufelzapfen ist in seinem unteren Bereich hohl ausgebildet. In dem Hohlraum befindet sich die Torsionsfeder 30, deren eines Ende sich gegen den Schaufelzapfen und deren anderes Ende sich gegen die Nabenbüchse 4' abstützt. Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. I, bei dem durch die Spannfeder der Druckraum zwischen Verstellzylinder und Kolben auf den maximalen Wert gebracht wird, wird dadurch dieser Druckraum auf den kleinsten Wert gebracht. Die Schaufeln 2 sind damit auf den kk-instcn Anstellwinkel eingestellt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche;

1. Axialgebläse mit hydraulisch oder pneumatisch stufenlos während des Betriebes verstellbaren Laufradschaufeln, von denen jede in einem, radial inneren und in einem radial äußeren Schaufelzapfenlager gelagert ist, und mit einer Verstelleinrichtung, die einen in der Laufradnabe koaxial angeordneten Stellzylinder und einen Kolben umfaßt, wobei der Stellzylinder und der Kolben mit der Antriebsdrehzahl des Gebläses umlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem axial verstellbaren Kolben (19) einseitig kraftschlüssig wirkende Elemente (Seile, Ketten 22) verbunden sind, die entgegen der Wirkung einer Rückstellkraft tätig werden, zu den einzelnen Schaufelzapfen führen und auf einem größeren Radius, als sich das innere Schaufelzapfenlager (6) befindet, angreifen, wobei sie die Schaufelzapfen umschlingen.

2. Axialgebläse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daü die einseitig kraftschlüssig wirkenden Elemente (Seile, Ketten 22) zwischen den radial äußeren Schaufelzapfenlagern (7) und dem Schaufelblatt (2a) angreifen.

3. Axialgebläse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Kolben (19) ein Flansch (Regelstern 20) angeordnet ist, an dem die einseitig kraftschlüssig wirkenden Elemente (Seile, Ketten 22) befestigt sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Rückstellkraft.im Stillstand zwischen dem Kolben (19) und dem Stellzylinder (18) eine Spannfeder (27) derart angeordnet ist, daß sie die Laufradschaufeln (2) in der maximalen Öffnungsstellung festhält

5. Vorrichtung nach Anspruch 1,2, oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Rückstellkraft im Stillstand am Schaufelzapfen koaxial zu diesem liegend eine Torsionsfeder angreift, die die Schaufeln (2) auf den kleinsten Anstellwinkel bringt

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelstern (20) und der Kolben (19) einen Teil der Nabenverkleidung bilden.