DE102007016805B4

DE102007016805B4 - Axialventilator, insbesondere für die Kühlanlage eines Schienenfahrzeuges

Info

Publication number: DE102007016805B4
Application number: DE102007016805A
Authority: DE
Inventors: Bernd Dipl.-Ing. Homrighausen; Hauke Dr.-Ing. Reese; Thomas Prof. Dr.-Ing. Carolus
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: UNIVERSITAET SIEGEN, 57072 SIEGEN, DE; Voith Patent GmbH
Priority date: 2007-04-05
Filing date: 2007-04-05
Publication date: 2009-01-08
Anticipated expiration: 2027-04-06
Also published as: KR20080091024A; DE102007016805A1

Abstract

Axialventilator, insbesondere für die Kühlanlage eines Schienenfahrzeuges
1.1 mit einem Laufrad (1), das eine Nabe (2) sowie eine Mehrzahl von Schaufeln (3) aufweist;
1.2 die Schaufeln (3) sind Sichelschaufeln;
1.3 die Schwerpunkte der Profilschnitte (3.1 bis 3.8) bilden eine räumlich gekrümmte Auffädellinie (5);
1.4 die Pfeilungswinkel (δ) zwischen der Auffädellinie (5) und hieran gelegten Tangenten, aufgetragen über der radialen Erstreckung der einzelnen Schaufel (3) folgt einer nicht-linearen Funktion.

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Axialventilatoren, insbesondere für Schienenfahrzeuge.
Axialventilatoren sind seit langem bekannt. Es gibt eine große Zahl von Veröffentlichungen. Siehe zum Beispiel US 4 358 245 A , US 4 569 631 A , US 4 569 632 A , US 4 684 324 A . In dem Buchwerk „ventilatoren-aerodynamischer Entwurf, Schallvorhersage, Konstruktion"; B. G. Teubner Verlag, Wiesbaden 2003, ist auf Seite 63 unter 3.3 eine Schaufelsichelung dargestellt, siehe auch Bild 3–21. Hierbei ist beispielshalber eine Schaufelkonfiguration wiedergegeben, jedoch fehlt es an konkreten Angaben über deren technologische Wirkung.
Eine moderne Schaufelform ist die Sichelform. Dabei ist die einzelne Schaufel vorwärts gekrümmt, im Drehsinn des Laufrades gesehen. Legt man durch eine Schaufel Zylinderschnitte und ermittelt den Schwerpunkt einer jeden Schnittfläche des einzelnen Zylinderschnittes, so lassen sich alle Schwerpunkte zu einer sogenannten Auffädellinie miteinander verbinden.
In neuerer Zeit ist die Frage des Ventilatorgeräusches von überragender Bedeutung. Es wurden zahlreiche Anstrengungen unternommen, um den Geräuschpegel zu verringern. US 4 358 245 A beschreibt ein Ventilator-Laufrad, das an seinem Außenumfang einen Reif aufweist, der an den Außenenden der Schaufeln befestigt ist. Die Schaufeln sind stark vorwärts gekrümmt. Der Schaufelwinkel steigt mit dem Radius von innen nach außen an.
Außer einer Verringerung des Geräuschpegels bemüht man sich um eine Steigerung des Wirkungsgrades.
Im Zuge der erhöhten Anforderungen an den Umweltschutz, im vorliegenden Falle an die Verringerung der Geräuschbelästigung, genügen die bisher bekannten Lösungen nicht mehr.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Axialventilator zu schaffen, der den beim Betrieb erzeugten Geräuschpegel deutlich absenkt, und der außerdem einen nach Möglichkeit verbesserten Wirkungsgrad als bekannte Ventilatoren aufweist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
Die Erfinder sind demgemäß von einem Laufrad mit Sichelschaufeln ausgegangen. Die Schaufeln sind vorwärts gekrümmt. Die Auffädellinien verlaufen räumlich gekrümmt. Die Schaufeln sind derart gestaltet, dass der Pfeilungswinkel, das heißt der Winkel, den die Auffädellinie mit hieran gelegten Tangenten bildet, über dem Radius der Schaufel eine nicht-lineare Funktion ist.
In Betracht kommen quadratische oder kubische oder sonstige Funktionen.
Es hat sich gezeigt, dass ein Ventilator mit erfindungsgemäßen Schaufeln Geräuschpegel aufweist, die zwischen 4 und 8 dB niedriger liegen, als bisher erreicht. Auch sind die Wirkungsgrade des Ventilators befriedigend. Sie sind wenigstens gleich gut wie oder besser als die Wirkungsgrade von bisher bekannten Ventilatoren.
Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:
1 zeigt einen Teil eines Laufrades, in Richtung der Drehachse gesehen.
2 zeigt den Gegenstand von 1 in einer Seitenansicht.
3 zeigt den Verlauf des Pfeilungswinkels über dem Radius.
4 zeigt wiederum ein Laufrad in perspektivischer Darstellung und in Draufsicht.
5 zeigt einen Motorträger, bereit zum Zusammenmontieren mit dem Laufrad.
6 zeigt den mit dem Laufrad zusammengefügten Motorträger.
Das in den 1 und 2 dargestellte Laufrad weist eine Nabe 2 auf, ferner eine Anzahl von Schaufeln 3. Die Schaufeln sind Sichelschaufeln. Sie sind vorwärts gekrümmt – siehe die Drehrichtung 4 des Laufrades.
Durch eine der Schaufeln sind mehrere Profilschnitte als Zylinderschnitte gelegt – siehe die imaginären Schnittlinien 3.1 bis 3.8. Die Schwerpunkte der Schnittlinien sind miteinander verbunden und ergeben die sogenannte Auffädellinie 5. Die Auffädellinie 5 ist nicht nur in der Zeichenebene gekrümmt, sondern auch senkrecht zur Zeichenebene. Sie ist somit räumlich gekrümmt.
Legt man an die Auffädellinie 5 an verschiedenen Stellen des Radius Tangenten, so ergibt sich jeweils ein Winkel δ, der sogenannte Pfeilungswinkel. Der Pfeilungswinkel δ ändert sich über dem Radius.
3 zeigt den Verlauf des Pfeilungswinkels δ über dem Radius. Im vorliegenden Falle folgt er einer quadratischen Funktion. Dabei beträgt Winkel δ an der Nabe –55 Grad, und am Außenumfang 55 Grad.
Der Verlauf des Pfeilungswinkels δ ist somit nicht-linear. Er könnte auch nach einer anderen als nach einer quadratischen Funktion verlaufen, beispielsweise nach einer kubischen Funktion.
4 zeigt wiederum ein Laufrad, das einer konkreten Ausführungsform entspricht. Siehe die Nabe 2 sowie die Schaufeln 3. Die Schaufeln 3 sind wiederum Sichelschaufeln. Sie sind vorwärts gekrümmt und entsprechen in allen wesentlichen Einzelheiten den Schaufeln 3 gemäß der 1 und 2. Auch hier verläuft der Pfeilungswinkel δ über dem Radius nach einer quadratischen Funktion – hier nicht im einzelnen dargestellt.
Der in 5 gezeigte Motorträger 6 ist für das in 4 gezeigte Laufrad bestimmt. Motorträger 6 kann auf der Saugseite oder auf der Druckseite des Laufrades angeordnet werden, jeweils koaxial zum Laufrad. Motorträger 6 steht in eingebautem Zustand fest.
Motorträger 6 weist eine Zentralscheibe 6.1 auf, ferner einen hierzu konzentrischen Umfangsreif 6.2 sowie Stege 6.3. Die Stege 6.3 sind sowohl an der Zentralscheibe 6.1 als auch am Umfangsreif 6.2 fixiert. Sie sind in Bezug auf die Zentralscheibe 6.1 nach Art von Sekanten angeordnet. Die Zentralscheibe trägt den hier nicht dargestellten Antriebsmotor des Ventilators.
6 zeigt Laufrad 1, zusammengefügt mit Motorträger 6. Beide sind koaxial zueinander angeordnet. Im vorliegenden Falle befinden sich Motorträger 6 auf der Saugseite des Laufrades 1. Der nicht dargestellte Motor wird auf der Motorscheibe 6.1 montiert.
Die Erfinder haben erkannt, dass die Anordnung des Motorträgers 6 in Bezug auf das Laufrad 1 für den Geräuschpegel sowie auch für den Wirkungsgrad von Bedeutung ist. Die Anordnung soll derart gewählt werden, dass der Winkel α zwischen dem einzelnen Steg 6.3 und der betreffenden, darunter befindlichen Schaufel 3, möglichst groß ist, und zwar vor allem im radial äußeren Bereich. Dies wirkt sich günstig auf den Geräuschpegel aus, den der Ventilator im Betrieb erzeugt, aber auch auf dessen Wirkungsgrad.
Man kann sich vorstellen, dass Winkel α dann viel kleiner wäre, oder gar zu Null würde, wenn man den Motorträger 6 umgekehrt mit dem Laufrad zusammenfügen würde, so dass die Stege 6.3 in die Gegenrichtung weisen würden. Winkel α wäre sodann im radial äußeren Bereich wesentlich kleiner.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Laufschaufeln frei von einem Umfangsreif 6.2 zu gestalten, somit irgendwelche Verbindungselemente, die die Schaufelspitzen miteinander verbinden, wegzulassen. Die Enden der Schaufeln 3 kragen somit frei aus.

1: Laufrad
2: Nabe
3: Schaufeln
3.1–3.8: Schnittlinien
4: Drehrichtung
5: Auffädellinie
6: Motorträger
6.1: Zentralscheibe
6.2: Umfangsreif
6.3: Stege
α: Winkel zwischen einem Steg 6.3 und der Vorderkante einer Schaufel 3
δ: Pfeilungswinkel

Claims

Axialventilator, insbesondere für die Kühlanlage eines Schienenfahrzeuges 1.1 mit einem Laufrad (1), das eine Nabe (2) sowie eine Mehrzahl von Schaufeln (3) aufweist; 1.2 die Schaufeln (3) sind Sichelschaufeln; 1.3 die Schwerpunkte der Profilschnitte (3.1 bis 3.8) bilden eine räumlich gekrümmte Auffädellinie (5); 1.4 die Pfeilungswinkel (δ) zwischen der Auffädellinie (5) und hieran gelegten Tangenten, aufgetragen über der radialen Erstreckung der einzelnen Schaufel (3) folgt einer nicht-linearen Funktion.
Axialventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Pfeilungswinkel (δ) einer quadratischen Funktion folgt.
Axialventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Pfeilungswinkel (δ) einer kubischen Funktion folgt.
Axialventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: 4.1 dem Laufrad (1) ist ein Motorträger (6) zugeordnet, umfassend eine Zentralscheibe (6.1), einen Umfangsreif (6.2) sowie eine Mehrzahl von an diesen angeschlossenen Stegen (6.3); 4.2 die Stege (6.3) sind in Bezug auf die Zentralscheibe (6.2) nach Art von Sekanten angeordnet; 4.3 die Stege (6.3) sind – in Axialrichtung gesehen – derart angeordnet, dass sie mit den Vorderkanten der Schaufeln (3) einen größtmöglichen Winkel (α) bilden.
Axialventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln (3) des Laufrades (1) an ihren radial äußeren Enden frei auskragen.