-
Die Erfindung betrifft ein Diagonal-Laufrad für einen Diagonal-Ventilator sowie einen Diagonal-Ventilator für gasförmige Medien.
-
Aus der
DE 10 2010 032 168 A1 ist ein Diagonal-Laufrad für einen Diagonal-Ventilator bekannt. Solche Ventilatoren können ein aus Luft oder anderen Gasen bestehendes Strömungsmedium von innen nach außen fördern. Derartige Ventilatoren können beispielsweise am Anfang, innerhalb oder am Ende von Rohrleitungen eingesetzt werden, wobei der Einsatz nicht auf die Verwendung von Rohrleitungssystemen beschränkt ist. Stromab des Diagonal-Laufrades im Diagonal-Ventilator ist eine Leiteinrichtung zur Druckerhöhung des Strömungsmediums vorgesehen. Das Diagonal-Laufrad besteht aus einer Tragscheibe mit daran angeordneten Schaufeln, die sich radial nach außen in Richtung einer Deckscheibe erstrecken. Die Deckscheibe ist an einer Einlaufdüse befestigt, welche wiederum an einem äußeren Gehäuseabschnitt an einer Ansaugeinheit angeordnet ist. Von einem Motor wird das Diagonal-Laufrad angetrieben, wobei dessen Motorachse die Tragscheibe trägt. Die Schaufeln des Diagonal-Laufrads und/oder die Leitschaufel der Leiteinrichtung sind dreidimensional verwunden. Dadurch kann ein verbesserter Wirkungsgrad gegenüber zweidimensional verwundenen Schaufeln an einer Tragscheibe erzielt werden, wie diese beispielsweise aus der
US 3,059,833 bekannt sind. Aufgrund von strenger werdenden Richtlinien zur Energieeinsparung ist es erforderlich, solche Diagonal-Laufräder für Diagonal-Ventilatoren sowie Diagonal-Ventilatoren weiter zu entwickeln.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Diagonal-Laufrad sowie einen Diagonal-Ventilator mit einem solchen Diagonal-Laufrad zu schaffen, bei denen eine erhöhte Energieeinsparung ermöglicht ist.
-
Diese Aufgabe wird sowohl durch den das Diagonal-Laufrad betreffenden unabhängigen Anspruch sowie durch den den Diagonal-Ventilator betreffenden unabhängigen Anspruch gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Diagonal-Laufrad ist ein durch eine Anströmkante und einer Außenkante gebildeter Anströmeckbereich der Schaufel verstärkt in Rotationsrichtung gegenüber der daran angrenzenden Schaufelfläche geneigt. Des Weiteren kann alternativ ein zwischen der Abströmkante und der Außenkante gebildeter äußerer Abströmeckbereich verstärkt entgegen der Anströmrichtung geneigt sein. Ebenso kann an einer Schaufel ein gekrümmter Anströmeckbereich und Abströmeckbereich vorgesehen sein. Durch diese verstärkte Krümmung des äußeren Anströmeckbereichs in Rotationsrichtung und/oder des äußeren Abströmeckbereiches entgegen der Rotationsrichtung können bei gleichbleibender Antriebsleistung des Motors ein erhöhter Druckaufbau erzielt und Strömungsverluste minimiert werden, so dass die Bildung einer optimierten Luftströmung erzielt wird. Dadurch kann eine Erhöhung des Wirkungsgrades erreicht werden.
-
Eine bevorzugte Ausführungsform der Schaufelgeometrie sieht vor, dass der äußere Anströmeckbereich über einen Bereich von weniger als einem Viertel der Länge der Anströmkante und der Länge der Außenkante geneigt ist. Somit wird also nur der äußerste Eckbereich in Rotationsrichtung stärker geneigt oder gekrümmt, wobei in gleichem Maße die Neigung über die Außenkante als auch die Anströmkante erfolgt.
-
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der äußere Abströmeckbereich über einen Bereich von weniger als ein Viertel der äußeren Abströmkante geneigt. Dadurch werden in Analogie zum Anströmeckbereich dieselben Vorteile erzielt.
-
Die Krümmung des An- und/oder Abströmbereiches ist dabei bevorzugt derart vorgesehen, dass in Rotationsrichtung gesehen die Anströmkante beziehungsweise Abströmkante in dem jeweiligen Eckbereich nahezu horizontal beziehungsweise horizontal ausgerichtet ist – also in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse.
-
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Schaufelgeometrie sieht vor, dass die freie Außenkante von der Anströmkante bis zur Abströmkante einen flach sinusförmigen Verlauf aufweist. Dadurch kann eine gute Strömungsführung erzielt werden.
-
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des Diagonal-Laufrades sieht vor, dass ein an die Abströmkante und eine Mantelfläche der Tragscheibe angrenzender Eckbereich gegenläufig zum äußeren Abströmeckbereich an derselben Abströmkante gekrümmt ist. Diese Anordnung ermöglicht einen erhöhten Abhebeeffekt der Strömung, wodurch wiederum eine Wirkungsgraderhöhung einhergeht.
-
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird des Weiteren durch einen Diagonal-Ventilator gelöst, der ein Diagonal-Laufrad umfasst, welches abströmseitig daran anschließend eine Leiteinrichtung zur Druckerhöhung des Strömungsmediums umfasst und von einer Deckscheibe in radialer Richtung sowie in axialer Richtung zumindest abschnittsweise umgeben ist, welches durch einen die Anströmkante und Außenkante gebildeten äußeren Anströmeckbereich verstärkt in Rotationsrichtung geneigt ist und/oder ein zwischen der Abströmkante und der Außenseite gebildeter äußerer Abströmeckbereich verstärkt entgegen der Rotationsrichtung geneigt ist. Ein solcher Diagonal-Ventilator ermöglicht eine weitere Energieeinsparung. Durch ein solches Diagonal-Laufrad in einem Diagonal-Ventilator können die unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten und Anströmrichtungen sowohl am Eintritt als auch am Austritt der Schaufeln optimal angepasst werden, um die Luftführung strömungstechnisch zu optimieren und den Wirkungsgrad zu erhöhen.
-
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigen:
-
1 eine schematische Schnittdarstellung eines Diagonal-Ventilators,
-
2 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Diagonal-Laufrades,
-
3 eine weitere perspektivische Ansicht des Diagonal-Laufrades in 2,
-
4 eine erste Seitenansicht des Diagonal-Laufrades gemäß 2 und
-
5 eine weitere Seitenansicht des Diagonal-Laufrades gemäß 2 in einer verdrehten Position gegenüber 3.
-
In 1 ist eine schematische Schnittdarstellung eines Diagonal-Ventilators 11 dargestellt, der einen äußeren Gehäuseabschnitt 12, insbesondere einen Gehäusemantel, umfasst, der einen kreiszylindrischen geraden Zylinderinnenraum umschließt. An seiner linken und rechten jeweils endseitigen Stirnwand 14, 15 sind außen an dem Gehäuseabschnitt 12 jeweils ein rechter und linker Flansch 17, 18 fest angebracht. Mittels dieser Flansche 17, 18 kann an beiden Enden des Gehäuseabschnitts 12 und damit am Diagonal-Ventilator 11 jeweils eine schematisch dargestellte Rohrleitung 21, 22 angeschlossen werden. Der Diagonal-Ventilator 11 kann also zwischen diesen Rohrleitungen 21, 22 eingebaut werden. Ein Außendurchmesser der Rohrleitungen 21, 22 kann auch dem Außendurchmesser des Gehäuseabschnitts 12 entsprechen. Die Rohrleitungen 21, 22 können auch jeweils einen vom Durchmesser des Gehäuseabschnitts 12 abweichenden Durchmesser besitzen und über einen entsprechenden Rohradapter an dem Diagonal-Ventilator 11 angeschlossen werden.
-
Der Diagonal-Ventilator 11 besitzt ein Diagonal-Laufrad 26, das anströmseitig einer Ansaugeinheit 29 zugeordnet ist. Abströmseitig des Diagonal-Laufrades 26 ist eine Leiteinrichtung 28 und anschließend derselben ein Diffusor 30 innerhalb des Diagonal-Ventilators 11 ausgebildet. Der Diffusor 30 wird durch eine Ausblaseinheit 31 gebildet. Das mittels Diagonal-Laufrad 26 durch den Diagonal-Ventilator 11 hindurch gedrückte gasförmige Strömungsmedium umströmt einen zentralen Innenraum des Diagonal-Ventilators 11, der nach innen abgegrenzt wird durch eine Tragscheibe 33 des Diagonal-Laufrades 26 und einen sich an die Tragscheibe 33 strömungsgünstig anschließenden Zwischenmantel 34. Die Tragscheibe 33 krümmt sich abströmseitig in axialer Richtung, so dass diese strömungsgünstig an den in axialer Richtung ausgerichteten Zwischenmantel 34 anstößt. Das Strömungsmedium strömt damit radial außen an der Tragscheibe 33 und dem Zwischenmantel 34 vorbei.
-
Das Diagonal-Laufrad 26 besitzt umfangsmäßig verteilte Schaufeln 36, die mit ihrer einen Seite an der Tragscheibe 33 befestigt sind. Gegenüberliegend weisen freie Schaufelenden 37 der Schaufeln 36 zu einer Umfangsfläche 39 einer Deckscheibe 40, welche an dem Gehäuseabschnitt 12 befestigt ist. Dazwischen liegend ist ein Spalt 43 zwischen den Schaufelenden 37 der Schaufeln 36 und der Umfangsfläche 35 der Deckscheibe 40 gebildet. Die Schaufeln 34 sind beispielsweise querschnittsmäßig profiliert und dreidimensional verwunden ausgebildet. Die Deckscheibe 40 kann ein Stück einer Einlaufdüse 41 bilden. Alternativ kann die Einlaufdüse 41 an dem Gehäuseabschnitt 12 befestigt sein und die Deckscheibe 40 umgreifen oder tragen, so dass ein strömungsgünstiger Übergang von der Ansaugeinheit 29 zur Leiteinrichtung 28 gegeben ist. Sofern die Einlaufdüse 41 und Deckscheibe 40 jeweils getrennt ausgebildet sind, ergibt sich ein dazwischen liegender Ringspalt, der durch ein Dichtungselement abgedichtet werden kann. Alternativ kann ein solcher Ringspalt auch als Strömungslabyrinth ausgebildet sein.
-
Die das Diagonal-Laufrad 26 verlassende Strömung durchströmt anschließend den Bereich der Leiteinrichtung 28. In diesem Abschnitt des Diagonal-Ventilators 11 sind zwischen dem Zwischenmantel 34 und dem Gehäuseabschnitt 12 umfangsmäßig verteilt stationäre Leitschaufeln 45 angeordnet. Durch die Leitschaufeln 45 wird die in schraubenförmiger diagonaler Richtung des Diagonal-Laufrades 26 verlassende Strömung in eine axiale Strömungsrichtung umgelenkt. Ebenso wie die Schaufeln 36 des Diagonal-Laufrades 26 sind auch die Leitschaufeln 45 im vorliegenden Beispielsfall profiliert und dreidimensional verwunden ausgebildet. Alternativ könnte bei den Schaufeln 36 und/oder den Leitschaufeln 45 auch auf die Profilierung verzichtet werden.
-
In dem von der Tragscheibe 33 des Diagonal-Laufrades 26 beziehungsweise von dem Zwischenmantel 34 der Leiteinrichtung 28 gebildeten Innenraum 47 befindet sich ein Motor 50, der das Diagonal-Laufrad 26 mittels einer Antriebswelle 51 antreibt. Der Motor 50 ist an einem Motorhalter angeflanscht, der sich von dem Zwischenmantel 34 aus in den Innenraum 47 hinein erstreckt.
-
Im Anschluss an die Leiteinrichtung 28 ist abströmseitig derselben der Diffusor 30 ausgebildet. Der Diffusor 30 wird durch einen sich abströmseitig vergrößernden Strömungsringkanal zwischen einer Motorabdeckung 54 und einer Gehäusewand 56 der Ausblaseinheit 31 konstruktiv verwirklicht. Die Motorabdeckung 54 ist mittels mehrerer hier nicht dargestellten Schrauben an dem Zwischenmantel 34 der Leiteinrichtung 28 befestigt und schließt den Innenraum 47 abströmseitig ab.
-
Die Tragscheibe 33 des Diagonal-Laufrades 26 ist über ein Befestigungselement 61 zum Motor 50, insbesondere zur Antriebswelle 51, befestigt. Bei dieser Ausführungsform erfolgt eine Einstellung für einen Spalt 43 zwischen den freien Schaufelenden 37 des Diagonal-Laufrades 26 und der Umfangsfläche 39 der Deckscheibe 40.
-
In 2 ist perspektivisch das Diagonal-Laufrad 26 dargestellt. Die Tragscheibe 33 besteht aus einem rotationssymmetrischen Grundkörper 60, der stromauf einen Kopfbereich 63 mit einer Stirnfläche 64 aufweist. Innerhalb der Stirnfläche 64 ist beispielsweise eine Öffnung 65 vorgesehen, um ein Befestigungselement der Befestigungseinrichtung 61 einzubringen und die Tragscheibe 33 an dem Motor beziehungsweise deren Antriebswelle 51 austauschbar zu fixieren. Der Kopfbereich 63 geht fließend in eine Mantelfläche 67 über, welche in einem Fußbereich 68 endet.
-
3 zeigt eine perspektivische Ansicht von unten oder von hinten auf das Diagonal-Laufrad 26. In den 3 und 4 sind des Weiteren zwei schematische Seitenansichten mit unterschiedlicher Drehposition des Diagonal-Laufrades 26 dargestellt.
-
Die Schaufeln 36 weisen stromauf eine Anströmkante 81 auf, welche radial nach außen und stromauf zur Rotationsachse 62 geneigt ausgerichtet ist. Darüber hinaus ist diese Anströmkante 81 geradlinig verlaufend und geringfügig in Rotationsrichtung geneigt. Gegenüberliegend weist die Schaufel 36 eine Abströmkante 82 auf, die ebenfalls stromauf geneigt und geradlinig verlaufend ausgerichtet ist. Das Schaufelende 37 wird zwischen der Anströmkante 81 und der Abströmkante 82 durch eine Außenkante 84 gebildet, welche gleichzeitig einen Spalt 43 zwischen einer dem Diagonal-Laufrad 26 zugeordneten Deckscheibe 14 und deren Umfangsfläche 39 bildet.
-
Im Übergangsbereich zwischen der Anströmkante 81 und der Außenkante 84 ist ein äußerer Anströmeckbereich 86 ausgebildet, der eine verstärkte Krümmung in Rotationsrichtung aufweist, so dass dieser in Rotationsrichtung gesehen annähernd horizontal ausgebildet ist. Diesem gegenüberliegend ist zwischen der Außenkante 84 und der Abströmkante 82 ein äußerer Abströmeckbereich 88 ausgebildet, der entgegen der Rotationsrichtung gekrümmt ist. Der Abströmeckbereich 88 ist somit entgegengesetzt zum Anströmeckbereich 86 gekrümmt. Dadurch ergibt sich eine Außenkante 84, welche einen flach sinusförmigen Verlauf aufweist. Die Schaufelfläche zwischen der Anströmkante 81 und der Abströmkante 82 sowie zwischen der Außenkante 84 und einer Mantelfläche 67 der Tragscheibe 33 sind dreidimensional verwunden, das heißt, dass diese nicht abwickelbar sind, wobei die Strömungsgeschwindigkeit und das Ablöseverhalten in einem Bereich nahe der Mantelfläche und in einem radial äußeren Bereich nahe den Schaufelenden 37 berücksichtigt ist.
-
Der Anströmeckbereich 86 und der Abströmeckbereich 88 weisen eine Art Spoilerfunktion auf, um eine bessere Luftleitung in den äußeren Endbereichen zu erzielen.
-
Darüber hinaus weist die Tragscheibe bevorzugt abweichend von einem kegelstumpfförmigen Grundkörper 60 eine Glockenform auf. Hierbei ist bevorzugt zwischen einem Kopfbereich 63 und einem Fußbereich 68, welche durch die Mantelfläche 67 verbunden sind, zumindest ein S-förmiger Schlag 70 vorgesehen, durch welchen bei der Ausbildung von einem S-förmigen Schlag die Glockenform gebildet wird. Dadurch kann insbesondere in einem mittleren Bereich der Mantelfläche eine verstärkte Konturierung der daran angrenzenden Schaufelfläche der Schaufel 36 ermöglicht werden.
-
Durch die jeweils verstärkt gekrümmten äußeren Anströmeckbereiche 86 und Abströmeckbereiche 88 der Schaufel 36 kann eine Strömungsoptimierung erzielt werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102010032168 A1 [0002]
- US 3059833 [0002]
