DE102011013677B4

DE102011013677B4 - Lüfterrad

Info

Publication number: DE102011013677B4
Application number: DE102011013677.0A
Authority: DE
Inventors: Dr.-Ing. Sadi Omar; Techn.-Betriebswirt Gross Andreas; Dipl.-Ing. Hofmann Georg
Original assignee: Ziehl Abegg SE
Current assignee: Ziehl Abegg SE
Priority date: 2011-03-11
Filing date: 2011-03-11
Publication date: 2016-08-18
Anticipated expiration: 2031-03-12
Also published as: WO2012123080A1; DE102011013677A1

Abstract

Lüfterrad (1) mit einer Bodenscheibe (2), einer Deckscheibe (3) mit Eintrittsöffnung (4) und mit einem dazwischen angeordneten Schaufelkranz mit in Laufrichtung rückwärts gekrümmt verlaufenden Leitschaufeln (5), wobei Bodenscheibe (2) und Deckscheibe (3) über den äußeren Rand des Schaufelkranzes hinausragen und einen Diffusor (6) bilden und wobei der über die Leitschaufelspitzen (5.2) ragende äußere Randbereich (2.1) der Bodenscheibe (2) mit dem Öffnungswinkel (α) sowie der äußere Randbereich (3.1) der Deckscheibe (3) mit dem Öffnungswinkel (β) aufgeweitet als Diffusor (6) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufeln (5) des Schaufelkranzes im Querschnitt eine strömungsoptimierte Profilform (5.1) derart aufweisen, dass sich die Leitschaufeln (5) im Querschnitt nach außen verjüngen und das äußere Ende der Leitschaufeln in einer Spitze (5.2) endet, und dass das Lüfterrad (1) einteilig ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lüfterrad nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Lüfterrades nach dem Oberbegriff des Anspruches 3.
Lüfterräder werden insbesondere in der Klimatechnik und Belüftungstechnik eingesetzt. Aus der JP 000H06 299993 A sind Lüfterräder im Bereich von 160 bis 400 mm mit vorwärts gekrümmten Leitschaufeln bekannt, die in Laufrichtung von innen nach außen geneigt sind.
Die US 1,447,915 A zeigt einen Radialventilator mit konvergierendem Austrittsring, bei dem die zentrifugal beschleunigte Luft durch die radial nach außen konvergierende Austrittsdüse zusätzlich beschleunigt wird.
Bei Radiallüftern mit rückwärts gekrümmten Leitschaufeln, die überwiegend für größere Volumenströme zum Einsatz kommen, sind die Leitschaufeln nach außen gegen die Laufrichtung gekrümmt angeordnet.
In der EP 1 608 875 B1 ist ein Radiallüfterrad dieser Art mit verschiedenen Ausführungsformen beschrieben. Bei den hierin dargestellten Lüfterrädern, bestehend aus einer Deckscheibe, einem Schaufelkranz mit Leitschaufeln und einer Bodenscheibe, die miteinander verbunden sind, ragen Deckscheibe und Bodenscheibe über den Schaufelaustrittsdurchmesser hinaus, wodurch ein ringförmiger Diffusionsraum gebildet wird. Das Querschnittsprofil dieses Diffusionsraumes ist aus konstruktiven Gründen rechteckig ausgebildet. Die Leitschaufeln des Schaufelrades bestehen hier aus Blechen gleicher Materialstärke, so dass der Querschnitt dieser Leitschaufeln konstant und damit strömungsungünstig ist, was hierdurch zu Verwirbelungen, zu energetischen Verlusten und erhöhter Geräuschbildung führt. Lüfterräder dieser Bauart sind mehrteilig ausgelegt, was zwangsläufig zu höheren Fertigungs- und Montageaufwendungen und damit zu höheren Kosten führt.
Alle bekannten Lüfterräder weisen diese und andere Mängel auf und erfordern einen weiteren Entwicklungsbedarf bezüglich Geräuschminderung bis hin zu geräuschlos, Erhöhung des Wirkungsgrades, Verringerung der Herstellkosten und Erhöhung der Lebensdauer. Die vorliegende Erfindung soll hierzu einen wesentlichen Beitrag leisten.
Aus dem gattungsbildenden Stand der Technik nach DE 203 03 443 U1 ist ein Lüfterrad mit einer Bodenscheibe, einer Deckscheibe mit einer Eintrittsöffnung und einem dazwischen angeordneten Schaufelkranz bekannt. Er ist mit in Laufrichtung rückwärts gekrümmt verlaufenden Leitschaufeln versehen. Die Bodenscheibe und die Deckscheibe ragen mit ihrem äußeren Rand über den Schaufelkranz hinaus und bilden einen Diffusor. Der über die Leitschaufeln ragende äußere Randbereich der Bodenscheibe und der Deckscheibe ist mit einem Öffnungswinkel aufgeweitet. Diese aufgeweiteten Randbereiche sowie der äußere Rand der Leitschaufeln bilden einen rotierenden Diffusor. Das Lüfterrad besteht aus den beschriebenen Einzelteilen, die aufwändig miteinander verbunden werden müssen.
Es ist ein Lüfterrad bekannt ( DE 696 25 917 T2 ), bei dem die Lüfterflügel in Laufrichtung gekrümmt sind. Die Bodenscheibe und die Deckscheibe haben jeweils einen äußeren Randbereich, der nach außen abgewinkelt ist. Die Leitschaufeln haben über ihre Länge konstante Querschnittsdicke und sind so gestaltet, dass sie an der Endplatte mit der Lufteinlassöffnung eine größere Kontaktfläche zu dieser Endplatte haben als zur gegenüberliegenden Endplatte.
Aus der DE 25 56 824 A1 ist ein einteiliges Gebläserad mit zwei Leitschaufeln bekannt, die von einer scheibenförmigen Nabe diametral einander gegenüberliegend abstehen und mit ihrem äußeren Ende über den äußeren Rand der Nabe vorstehen. An die axialen Endflächen der Leitschaufeln kann eine scheibenförmige Deckscheibe angeformt sein. Die Leitschaufeln sind dann so vorgesehen, dass sie bis zum äußeren Rand der Deckscheibe ragen.
Aus der DE 10 2009 001 095 A1 ist ein Lüfterrad bekannt, bei dem die Leitschaufeln als gekrümmtes Profil ausgebildet sind. Die Leitschaufel ist mit einem Einlegeteil als Kern ausgebildet, der dem Luftstrom zuweisend allseitig von dem Kunststoff eines Spritzgusskörpers umschlossen ist.
Es ist schließlich ein Laufrad für Ventilatoren bekannt ( AT 21 977B ), bei dem die Seitenwände des Laufrades über die äußeren Enden der Schaufeln vorstehen. Der Austrittsquerschnitt ist unmittelbar an den äußeren Enden der Schaufeln verengt und erst gegen den Austrittsrand zu erweitert. Dadurch wird eine gleichmäßige Abnahme der absoluten Austrittsgeschwindigkeit der Luft und damit eine stoßlose Umsetzung in Druck erhalten.
Aufgabe der Erfindung ist es, das gattungsgemäße Lüfterrad und das Verfahren so auszubilden, dass es mit einem höheren Wirkungsgrad sowie geringerer Geräuschbildung und reduzierten Herstellungskosten bei gleichzeitiger Erhöhung der Lebensdauer arbeitet.
Diese Aufgabe wird beim gattungsgemäßen Lüfterrad erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 und beim Verfahren erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 3 gelöst.
Vorzugsweise Ausgestaltungen werden in den Unteransprüchen ausgeführt.
Das Lüfterrad 1 fördert im Betrieb des im Inneren befindlichen Strömungsmediums über die Leitschaufeln 5 nach außen, wo es am Schaufelradaußendurchmesser im Wesentlichen radial austritt. Durch den hierdurch verursachten Unterdruck im Laufradinneren wird das Fluid von außen durch die Eintrittsöffnung 4 angesaugt. Die Strömungsrichtung verläuft koaxial durch die Eintrittsöffnung 4 in das Innere des Laufrades. Das Fluid wird dabei radial nach außen geführt. Die Strömung gelangt so in den ringförmigen rotierenden Diffusor 6.
Der Diffusorraum des Diffusors 6 ergibt sich aus dem Raum, der zwischen den Außenkanten 5.2 der Leitschaufeln 5, den äußeren, um die Öffnungswinkel α und β aufgeweiteten Randbereiche 2.1 der Bodenscheibe 2 und des Randbereiches 3.1 der Deckscheibe 3 sowie den Außendurchmessern der Bodenscheibe 2 und der Deckscheibe 3 gebildet wird.
Die konstruktive Ausgestaltung dieses Diffusionsraumes hat einen wesentlichen Einfluss auf den Wirkungsgrad und die Geräuschminimierung des Lüfterrades.
Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:
1 eine dreidimensionale Ansicht des Lüfterrades,
2 die Profilform der Leitschaufeln,
3 einen optimierten rotierenden Diffusor.
Das in 1 dargestellte Lüfterrad 1 besteht aus einer Bodenscheibe 2, einer Deckscheibe 3 mit Eintrittsöffnung 4 für das Strömungsmedium und einem dazwischen angeordneten Schaufelkranz mit Leitschaufeln 5, die fest miteinander verbunden sind. Dieses Lüfterrad 1 ist als rückwärts gekrümmtes Lüfterrad ausgebildet, d. h. dass die Leitschaufeln 5 nach außen gegen die Laufrichtung gekrümmt angeordnet sind. Auf der Deckscheibe 3 ist eine trompetenförmig und damit strömungsgünstig ausgebildete Einlaufdüse für das Strömungsmedium angeordnet. Die Bodenscheibe 2 ist eine Kreisscheibe mit zentral angeordneter Nabe, die mit einer Antriebseinheit verbindbar ist, um das Lüfterrad anzutreiben. Das Lüfterrad 1 wird in einem Arbeitsgang mittels Spritzgießverfahren als einteiliges Lüfterrad aus dem Hochleistungsverbundwerkstoff Zamid^® gefertigt, so dass einerseits die Fertigungszeit gesenkt wird, die Montagezeit für die Einzelelemente entfällt und andererseits durch die Materialsubstitution das Gewicht wesentlich reduziert und die Lebensdauer gleichzeitig erhöht wird.
2 zeigt das bevorzugte strömungsoptimierte Profil 5.1 der Leitschaufeln 5 mit der äußeren Spitze 5.2 bei Lüfterrädern mit rückwärts gekrümmten Leitschaufeln. Auch hier sind noch andere Profilformen der Leitschaufeln 5 denkbar, die bei einer weiteren Optimierung von Lüfterrädern zum Einsatz kommen.
In 3 ist ein optimierter rotierender Diffusor 6 dargestellt, der durch die Aufweitung des äußeren Randbereiches 2.1 der Bodenscheibe 2 und des äußeren Randbereiches 3.1 der Deckscheibe durch die Öffnungswinkel α und β gebildet wird und damit zu einer Vergrößerung des Diffusionsraumes des Diffusors 6 führt. Durch die Aufweitung der Randbereiche 2.1 und 3.1 erfolgt eine Verstärkung des Diffusionseffektes, so dass konstruktiv kleinere Abmessungen der Randbereich 2.1 und 3.1 umsetzbar sind.

Claims

Lüfterrad (1) mit einer Bodenscheibe (2), einer Deckscheibe (3) mit Eintrittsöffnung (4) und mit einem dazwischen angeordneten Schaufelkranz mit in Laufrichtung rückwärts gekrümmt verlaufenden Leitschaufeln (5), wobei Bodenscheibe (2) und Deckscheibe (3) über den äußeren Rand des Schaufelkranzes hinausragen und einen Diffusor (6) bilden und wobei der über die Leitschaufelspitzen (5.2) ragende äußere Randbereich (2.1) der Bodenscheibe (2) mit dem Öffnungswinkel (α) sowie der äußere Randbereich (3.1) der Deckscheibe (3) mit dem Öffnungswinkel (β) aufgeweitet als Diffusor (6) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufeln (5) des Schaufelkranzes im Querschnitt eine strömungsoptimierte Profilform (5.1) derart aufweisen, dass sich die Leitschaufeln (5) im Querschnitt nach außen verjüngen und das äußere Ende der Leitschaufeln in einer Spitze (5.2) endet, und dass das Lüfterrad (1) einteilig ausgebildet ist.
Lüfterrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lüfterrad (1) aus dem Hochleistungsverbundwerkstoff Zamid^® besteht.
Verfahren zur Herstellung eines Lüfterrades nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lüfterrad (1) mit einem Spritzgießwerkzeug in einem Arbeitsgang einteilig gefertigt wird.