CH687637A5

CH687637A5 - Axialkleinventilator.

Info

Publication number: CH687637A5
Application number: CH03321/93A
Authority: CH
Inventors: Peter Meier
Original assignee: Micronel Ag
Priority date: 1993-11-04
Filing date: 1993-11-04
Publication date: 1997-01-15
Also published as: JP3845827B2; DE4438182C2; DE4438182A1; JPH07167097A; US5511942A

Description

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CH 687 637 A5

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Axialkleinventilator, der ein Luftführungsgehäuse mit einem ringförmigen Strömungskanal aufweist, mit einem Flügelrad, das am saugseitigen Ende des Strömungskanals vollständig innerhalb des Luftführungsgehäuses angeordnet ist und mit mehreren, sich im Strömungskanal radial erstreckenden im Luftführungsgehäuse fest montierten Luftleitwänden mit bogenförmigen Kopf- und Fusslinien.

Ventilatoren dieser Art sind in zahlreichen Ausführungen bekannt geworden. Beispielsweise zeigt die US-A 4 603 271 einen Ventilator dieser Art, bei dem gemäss Fig. 7 beidseitig des Flügelrades Schaufelgitter angeordnet sind. Die Schaufeln bilden kreisbogenförmige Leitwände, die sich radial in einem ringförmigen Strömungskanal erstrecken und die dazu dienen, einen möglichst laminaren axialen Durchfluss der Luft durch den Strömungskanal zu erzwingen. Solche Ventilatoren werden Axialventilatoren genannt, da die Luft den Strömungskanal im wesentlichen koaxial zur Rotorachse durchsetzt.

Sollen solche Kleinventilatoren als Einbauventilatoren beispielsweise in einem medizinischen Gerät, beispielsweise einem Zahnbehandlungsinstrument verwendbar sein, so müssen diese besondere Anforderungen erfüllen. Da diese Ventilatoren in der Regel von einer elektrischen Batterie gespiesen werden, sollten sie pro Batterie eine möglichst lange Laufzeit bei möglichst hohem Wirkungsgrad erreichen. Im Betrieb soll die Geräuschentwicklung und die Abgabe von Wärme möglichst klein sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ventilator der genannten Art zu schaffen, der den genannten Anforderungen wesentlich näher kommt und dennoch kostengünstig hergestellt werden kann.

Die Aufgabe ist bei einem gattungsgemässen Axialkleinventilator dadurch gelöst, dass die Kopf-und/oder Fusslinien der Leitwände jeweils im wesentlichen Abschnitte einer Parabel sind, wobei sich der Nullpunkt der Parabel am druckseitigen Ende des Strömungskanals befindet und die Symmetrieebene der Parabel sich quer zur Strömungsrichtung erstreckt. Durch den parabelförmigen Verlauf der Leitwände ist beim erfindungsgemässen Axialkleinventilator der Eintrittswinkel kleiner und der Austrittswinkel grösser als bei einem bekannten Axialkleinventilator mit kreisbogenförmigen Leitwänden. Es hat sich gezeigt, dass bei einem solchen Axialkleinventilator die Turbulenz im Strömungskanal wesentlich kleiner ist. Versuche haben zudem gezeigt, dass der pneumatische Wirkungsgrad von bisher üblicherweise 15% bis 20% auf etwa 30% erhöht werden kann. Entsprechend konnte das Verhältnis der abgegebenen pneumatischen Energie zur aufgewendeten elektrischen Energie wesentlich erhöht werden. Beispielsweise zeigt eine Messung eine abgegebene pneumatische Energie von 205 mW bei einer aufgewendeten elektrischen Energie von 869 mW. Infolge der geringeren Turbulenz und des höheren Wirkungsgrades wird eine längere Laufzeit bei geringerer Geräuschentwicklung erreicht. Die Erfindung erlaubt es deshalb, Axialkleinventilatoren ohne zusätzliche weitere Teile kompakter und leichter zu bauen. Der erfindungsgemässe Axialkleinventilator eignet sich deshalb besonders für zahnärztliche Geräte oder für den Einbau in einen Helm eines Mineurs.

Weitere vorteilhafte Merkmale ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie der Zeichnungen. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht eines teilweise geschnittenen Axialkleinventilators gemäss der Erfindung,

Fig. 2 schematisch den Verlauf einer Luftleitwand,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein Luftführungsgehäuse,

Fig. 4 eine Ansicht der Rückseite des Luftführungsgehäuses gemäss Fig. 3, und

Fig. 5 ein Luftdiagramm eines erfindungsgemässen Kleinventilators.

Die Fig. 1 zeigt einen Axialkleinventilator 1 mit einem rohrförmigen Luftführungsgehäuse 2, das einen ringförmigen Strömungskanal 4 mit einem saugseitigen Ende 4a und einem druckseitigen Ende 4b aufweist. Koaxial zu einer kreiszylindrischen Innenseite 2b des Luftführungsgehäuses 2 ist ein elektrischer Antriebsmotor 5 angeordnet, der von vier Leitwänden 9 getragen ist. Diese Leitwände 9 sind jeweils an einer Kopflinie 9a und einer Fusslinie 9b an der Innenseite 2b und einer kreis-zylinderförmigen Aussenseite 8a des Stators angeformt. Die Länge L des Gehäuses 1 beträgt beispielsweise 4,5 cm. Im Hinblick auf eine optimale Beruhigung der Luftströmung im Strömungskanal 4 hat sich ein Verhältnis der Länge L zum Durchmesser D des Gehäuses 2 im Verhältnis 1:0,8 als optimal erwiesen. Das genannte Verhältnis sollte jedenfalls in einem Bereich von 1:0,5 bis 1:2 liegen.

Ein im Stator 8 des Motors 5 angeordneter Rotor 12 trägt ein Flügelrad 6 mit mehreren an einer Nabe 6b angeformten Flügeln 6a. Wie ersichtlich ist das Flügelrad 6 vollständig innerhalb des Luftführungsgehäuses 2 angeordnet. Die Flügel 6a sind vorzugsweise nicht verwunden und weisen jeweils über die ganze Flügeltiefe den gleichen Anstellwinkel auf. Bei drehendem Flügelrad 6 wird Luft in Richtung des Pfeiles 3 am Ende 4a angesaugt und verlässt den Strömungskanal 4 am druckseitigen Ende 4b. Die Luft durchsetzt somit das Luftführungsgehäuse 2 koaxial zur Rotorachse R. Wesentlich für eine geringere Turbulenz und eine laminare Strömung ist der Verlauf der vier Luftleitwände 9.

Die vier drehsymmetrisch im Strömungskanal 4 angeordneten Luftleitwände 9 erstrecken sich radial zwischen den beiden kreiszylindrischen Flächen 2b und 8a. Die Kopflinie 9a und die Fusslinie 9b der Leitwände 9 verlaufen jeweils zwischen einem Eintrittsende C und einem Austrittsende B parabelför-mig, wie anhand der schematischen Fig. 2 näher erläutert wird. In dieser Figur bildet die Linie P eine Parabel mit der Symmetrieebene Y, die senkrecht zu der mit dem Pfeil 3 gezeigten Strömungsrichtung verläuft. Der Abschnitt A zeigt in dieser Figur den

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Verlauf der Kopflinie 9a auf der Fläche 2b bzw. den Verlauf der Fusslinie 9b auf der Fläche 8a. Das Austrittsende B der Fusslinie 9b bzw. der Kopflinie 9a befindet sich etwa im Nullpunkt der Parabel P. Der Eintrittswinkel a der Strömungsfläche 9c ist hier definiert als Winkel zwischen der Tangente an die Strömungsfläche 9c und der Symmetrieachse Y. Dieser Eintrittswinkel a beträgt zwischen 10 und 60° und liegt vorzugsweise zwischen 20 und 45°. Der Austrittswinkel ß ist hier definiert als Winkel zwischen der Symmetrielinie Y und der Rotorachse R. Dieser Winkel ß beträgt im wesentlichen 90°. Die Kopflinie 9a und die Fusslinie 9b bilden somit einen Abschnitt eines Astes der Parabel P, wobei der Endpunkt B sich in der Nähe des Nullpunktes der Parabel P befindet. Dieser Nullpunkt liegt etwa am Austrittsende B und dieses wiederum an druckseitigen Ende 4b des Strömungskanals 4. Wie ersichtlich, ist die axiale Erstreckung der Leitwände 9 grösser als die Erstreckung in Umfangsrichtung des Stators 8. Die Anzahl der Leitwände 9 kann variieren, optimal sind jedoch drei bis fünf Leitwände 9. Diese sind gemäss Fig. 4 drehsymmetrisch zueinander angeordnet und erstrecken sich in dieser Ansicht über einen Winkel a von etwa 70°. Zwischen zwei benachbarten Leitwänden 9 befindet sich somit ein Fenster 10, das sich über einen Winkel von 20° erstreckt. Denkbar ist jedoch auch eine Ausführung mit ungleichen und unsymmetrisch angeordneten Leitwänden 9.

Die Fig. 5 zeigt ein Luftdiagramm mit Messwerten eines erfindungsgemässen Kleinventilators. Die X-Achse 11 gibt den Volumenstrom in Liter pro Minute und die Y-Achse 12 die Druckdifferenz in Pascal an. Die Linie 13 ist die Bezugskurve mit einer Messblende gemäss DIN 1952. Die Linie 14 zeigt die Leistungskurve eines vergleichbaren Axialkleinventilators mit geraden Luftleitwänden, während die Leistungskurve 15 und die Werte des erfindungsgemässen Axialkleinventilators wiedergeben. Wie ersichtlich, besteht zwischen den Kreuzungspunkten 16 und 17 ein wesentlicher Abstand, welcher dem höheren Wirkungsgrad des erfindungsgemässen Ventilators entspricht. Die Messungen wurden in einer Umgebungsluft mit einer Temperatur von 26°C und einem Luftdruck von 965 hPa durchgeführt.

Claims

Patentansprüche

1. Axialkleinventilator, der ein Luftführungsgehäuse (2) mit einem ringförmigen Strömungskanal (4) aufweist, mit einem Flügelrad (6), das am saugseitigen Ende (4a) des Strömungskanals (4) vollständig innerhalb des Luftführungsgehäuses (2) angeordnet ist und mit mehreren, sich im Strömungskanal (4) radial erstreckenden im Luftführungsgehäuse (2) fest montierten Luftleitwänden (9) mit bogenförmigen Kopf- und Fusslinien (9a, 9b), dadurch gekennzeichnet, dass die Kopf- und/oder Fusslinien (9a, 9b) der Leitwände (9) jeweils im wesentlichen Abschnitte einer Parabel (P) sind, wobei sich der Nullpunkt der Parabel (P) am druckseitigen Ende (4a) des Strömungskanals (4) befindet und die Symmetrieebene (Y) der Parabel (P) sich quer zur Strömungsrichtung (3) erstreckt.

2. Ventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitwände (9) einen koaxial innerhalb des Luftführungsgehäuses (2) angeordneten Antriebsmotor (5) tragen.

3. Ventilator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (L) des Luftführungsgehäuses (2) grösser ist als sein Aussen-durchmesser (D).

4. Ventilator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Durchmessers (D) zur Länge (L) des Gehäuses grösser als 1:0,5 und kleiner als 1:2 ist.

5. Ventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an den flügelnahen Endpunkten (C) der Leitwände (9) jeweils der Winkel (a) zwischen der Tangente an die Leitfläche (9c) und der Symmetrieebene (Y) der Parabel (P) 10 bis 60°, vorzugsweise 20 bis 45° beträgt.

6. Ventilator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (a) etwa 30° beträgt.

7. Ventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass am druckseitigen Ende (B) der Leitwände jeweils der Winkel (ß) zwischen der Tangente an die Leitfläche (C) und der Symmetrieachse (Y) der Parabel (p) 80 bis 90° beträgt.

8. Ventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftführungsgehäuse (2) rohrförmig ist.

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