DE202015105729U1 - Ventilatorrad und Ventilator - Google Patents
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Abstract
Ventilatorrad ausgeführt als Radialventilatorrad oder Diagonalventilatorrad, mit einer Vielzahl von um eine axiale Rotationsachse verteilten Ventilatorschaufeln (2), einer im Radialschnitt zumindest teilweise bogenförmigen Deckscheibe (3), die mit ihrer Unterseite zumindest abschnittsweise auf axialen Stirnseiten der Ventilatorschaufeln (2) aufliegt und um die Rotationsachse eine Einlassöffnung (4) aufweist, wobei die im Radialschnitt zumindest teilweise bogenförmige Deckscheibe (3) einen radialen Innenabschnitt (5), in dem ein Tangentenwinkel gegenüber einer Radialebene des Ventilatorrades (1) größer ist als 45°, und einen sich in radialer Richtung an den Innenabschnitt (5) anschließenden Außenabschnitt (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im Innenabschnitt (5) auf der der Unterseite gegenüberliegenden Oberseite der Deckscheibe (3) mindestens ein von der Oberseite der Deckscheibe (3) radial und axial vorstehendes Luftleitelement (7) mit einer in Umfangsrichtung weisenden Leitfläche (8) angeordnet ist.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Ventilatorrad ausgeführt als Radialventilatorrad oder Diagonalventilatorrad sowie einen Ventilator, in dem ein entsprechendes Ventilatorrad montiert ist.
- Gattungsgemäße Radialventilatorräder sind aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus der
DE 10 2010 009 566 A1 oder derDE 20 2009 018 770 U1 . - Derartige Radialventilatorräder werden vorzugsweise in volumenstromleitenden Elementen (z. B. Air Handling Units) im Bereich der Lüftungs- und Klimatechnik eingesetzt. Dabei legt sich der Luftstrom nach dem radialen Ausblasen aus dem Ventilatorrad an die sich in Verlängerung der radialen Richtung des Ventilatorrades verlaufende Kanalwand an. Je früher, d. h. näher am Ventilatorrad sich die Strömung an der Kanalwand anlegt, desto höher ist die Druckrückgewinnung an der Kanalwand, wodurch dynamische Verluste reduziert werden und der Gesamtwirkungsgrad steigt.
- Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Ventilatorrad sowie einen Ventilator bereit zu stellen, die einen verbesserten Gesamtwirkungsgrad gewährleisten.
- Diese Aufgaben werden durch eine Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 und 15 gelöst.
- Erfindungsgemäß wird ein Ventilatorrad vorgeschlagen, das als Radialventilatorrad oder Diagonalventilatorrad ausgeführt ist, mit einer Vielzahl von um eine axiale Rotationsachse verteilten Ventilatorschaufeln, einer im Radialschnitt bogenförmigen Deckscheibe, die mit ihrer Unterseite zumindest abschnittsweise auf axialen Stirnseiten der Ventilatorschaufeln aufliegt und um die Rotationsachse eine Einlassöffnung aufweist. Die im Radialschnitt zumindest teilweise bogenförmige Deckscheibe weist einen radialen Innenabschnitt, in dem ein Tangentenwinkel gegenüber einer Radialebene des Ventilatorrades größer ist als 45°, und einen sich in radialer Richtung an den Innenabschnitt anschließenden Außenabschnitt auf, wobei im radialen Innenabschnitt auf der der Unterseite gegenüberliegenden Oberseite der Deckscheibe mindestens ein von der Oberseite der Deckscheibe radial und axial vorstehendes Luftleitelement mit einer in Umfangsrichtung weisenden Leitfläche angeordnet ist.
- Die Erfindung funktioniert mit bereits einem Luftleitelement. Bevorzugt werden jedoch drei oder fünf Luftleitelemente in Umfangsrichtung verteilt auf der Deckscheibe vorgesehen. Soweit im Folgenden von Luftleitelementen gesprochen wird, umfasst dies stets auch die Verwendung von nur einem Luftleitelement.
- Durch die Anordnung der Luftleitelemente im radialen Innenabschnitt auf der Oberseite der im Querschnitt zumindest teilweise bogenförmigen Deckscheibe legt sich die vom Ventilatorrad erzeugte radiale Luftströmung früher an die radial nachfolgende Kanalwand an, wodurch eine erhöhte Druckrückgewinnung erzielbar ist. Die dynamischen Verluste werden reduziert und der Gesamtwirkungsgrad gesteigert.
- In einer vorteilhaften Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Luftleitelemente eine axiale Stirnseite aufweisen und ein Verhältnis einer Radialerstreckung der axialen Stirnseite gegenüber einem Deckscheibendurchmesser in einem Bereich von 0,005 und 0,15, vorzugsweise in einem Bereich von 0,01 und 0,05 liegt. Die radiale Größe der Luftleitelemente beeinflusst die vom Ventilatorrad erzeugte Strömung, wobei der Gesamtwirkungsgrad im genannten Bereich am größten ist.
- Ferner wirkt es sich vorteilhaft aus, wenn die Luftleitelemente bündig mit dem einlassseitigen Axialrand der Deckscheibe abschließen oder einen geringen axialen Abstand aufweisen, der kleiner oder gleich 4% des Deckscheibendurchmessers ist.
- Die axialen Stirnseiten der Luftleitelemente erstrecken sich in einer sich ebenfalls günstig auswirkenden Ausführung über ihre gesamte radiale Länge parallel zur Axialebene des Ventilatorrades, die radialen Stirnseiten über ihre gesamte axiale Länge parallel zur Rotationsachse oder zu einer Radialebene des Ventilatorrades.
- Das Ventilatorrad ist in einem Ausführungsbeispiel so ausgebildet, dass der Anstellwinkel α der Luftleitelemente gegenüber einer Radialebene der Luftleitelemente durch die Rotationsachse des Ventilatorrades in einem Bereich von ±30° liegt. Bevorzugt wird ein Anstellwinkel von 0°, so dass die Luftleitelemente geradlinig radial auswärts verlaufen.
- Ferner liegt der Neigungswinkel β der Luftleitelemente gegenüber der Rotationsachse des Ventilators vorteilhafterweise in einem Bereich von ±60°. Bevorzugt wird ein Neigungswinkel von 0°, so dass sich die Luftleitelemente parallel zur Rotationsachse erstrecken. Der positive Effekt der Luftleitelemente ist bei den entsprechend bevorzugten Werten am größten.
- In einer ebenfalls erfindungsgemäßen Abwandlung sind die Luftleitelemente konvex oder konkav geformt, d. h. sie erstrecken sich im Schnitt bogenförmig. Die Ausrichtung der Luftleitelemente kann dabei drehrichtungsabhängig erfolgen.
- In einer günstigen Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Luftleitelemente einteilig mit der Deckscheibe ausgebildet sind. Bei einer Ausführung des Ventilatorrades aus Metall werden die Luftleitelemente hierzu gestanzt, bei einer Ausführung aus Kunststoff angespritzt. Hierdurch reduzieren sich die Teilezahl und der Montageaufwand.
- In einer alternativen Ausführung sind die Luftleitelemente lösbar an der Deckscheibe befestigbar, beispielsweise durch Verschrauben oder Verrasten. An der Deckscheibe können hierzu entsprechende Aufnahmen vorgesehen werden, in die die Luftleitelemente eingesetzt werden. Dies ermöglicht das Nachrüsten oder Austauschen von Luftleitelementen. Alternativ können die Luftleitelemente auch fest mit der Deckscheibe verbunden werden, beispielsweise durch Schweißen, Kleben oder Nieten.
- Die Position bzw. Verteilung der Luftleitelemente in Umfangsrichtung ist variabel. Günstig ist jedoch eine Ausführung, bei der die Luftleitelemente in Umfangsrichtung gesehen an einer Position der Deckscheibe angeordnet sind, bei der die Ventilatorschaufeln in einer axialen Draufsicht in radialer Richtung in die Einlassöffnung hineinragen bzw. radial über die Einlassöffnung hervorstehen. So wirken Luftleitelemente und Ventilatorschaufeln strömungstechnisch zusammen.
- In einer Weiterbildung werden die axialen und radialen Stirnkanten der Luftleitelemente angephast oder abgerundet. Zudem ist der Übergang der axialen und radialen Stirnkanten der Luftleitelemente mit einer Rundung versehen.
- Das erfindungsgemäße Ventilatorrad weist insbesondere auch eine Bodenscheibe auf, auf der die Ventilatorschaufeln angeordnet sind. Zwischen Bodenscheibe und Deckscheibe wird über die Ventilatorschaufeln der radiale Ausblaskanal gebildet. Bevorzugt ist hierfür eine Ausführung als einteiliges Ventilatorrad.
- Die Erfindung umfasst ferner einen Ventilator mit einem oben beschriebenen Ventilatorrad.
- Alle offenbarten Merkmale des Ventilatorrades sind beliebig kombinierbar, soweit dies technisch möglich ist.
- Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
-
1 eine perspektivische Ansicht eines Ventilatorrades; -
2 eine Seitenansicht des Ventilatorrades aus1 ; -
3 eine vergrößerte Detailansicht des Ventilatorrades aus2 ; -
4 eine Draufsicht auf das Ventilatorrad aus1 ; -
5 eine Draufsicht auf ein Ventilatorrad gemäß einer alternativen Ausführung; -
6 eine Seitenansicht eines Ventilatorrades gemäß einer weiteren alternativen Ausführung; -
7a , b je eine Darstellung der Strömung mit und ohne Luftleitelemente; -
8 einen Kennlinienvergleich eines Ventilatorrades mit und ohne Luftleitelemente. -
1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Radial-Ventilatorrades1 mit einer Bodenscheibe12 , einer Deckscheibe3 und dazwischen angeordneten gekrümmten Ventilatorschaufeln2 . Auf der Ansaugseite ist in der Deckscheibe3 eine Luft-Einlassöffnung4 gebildet, ausgeblasen wird die Luft über den radialen Ausblaskanal12 . Fünf Luftleitelemente7 sind in gleichen Abständen in Umfangsrichtung verteilt auf der Oberseite der Deckscheibe3 angrenzend an die Einlassöffnung4 angeordnet. -
2 zeigt eine Seitenansicht des Ventilatorrades aus1 . Dabei ist die teilweise bogenförmige Form der Deckscheibe3 entsprechend einem Radialschnitt zu erkennen. Die bogenförmige Deckscheibe3 wird über die 45°-Tangente T gegenüber einer Radialebene in einen radialen Innenabschnitt5 und einen sich unmittelbar in radialer Richtung daran anschließenden radialen Außenabschnitt6 unterteilt. Der radiale Innenabschnitt5 der Deckscheibe3 beginnt bzw. endet, wenn der Tangentenwinkel gegenüber der Radialebene größer ist als 45°. Der radiale Außenabschnitt6 umfasst auch einen gerade nach radial außen verlaufenden Außenrandbereich. Die Luftleitelemente7 sind im radialen Innenabschnitt5 radial und axial vorstehend ausgebildet und weisen jeweils beidseitig eine in Umfangsrichtung weisende Leitfläche8 auf. Jedes Luftleitelement7 weist eine axiale Stirnseite9 und eine radiale Stirnseite10 auf, die sich jeweils parallel zu einer Radialebene bzw. Axialebene des Ventilatorrades1 erstrecken. - In
3 ist eine vergrößerte Detailansicht des Ventilatorrades1 aus2 gezeigt, aus der sich die Größenverhältnisse und Erstreckung der Luftleitelemente7 ergeben. In dem Ausführungsbeispiel sind alle Luftleitelemente7 formgleich. Die Radialerstreckung H der axialen Stirnseite9 des Luftleitelements7 gegenüber dem Deckscheibendurchmesser D liefert in dem gezeigten Ausführungsbeispiel einen Wert von 0,05. Die Länge L des jeweiligen Luftleitelements7 ergibt sich aus der Radialerstreckung H und ihrem Verhältnis zum Deckscheibendurchmesser D, soweit sich die Luftleitelemente7 wie gezeigt über ihre gesamte Länge entlang der Oberseite der Deckscheibe3 erstrecken. Gegenüber dem einlassseitigen Axialrand13 der Deckscheibe3 sind die Luftleitelemente7 in einem axialen Abstand A angeordnet, der in der gezeigten Ausführung bei 2 mm liegt. Der Übergang zwischen der axialen Stirnseite9 und der radialen Stirnseite10 weist eine Rundung auf. -
4 zeigt die Draufsicht auf das Ventilatorrad aus den1 –3 und insbesondere die Erstreckung der Luftleitelemente7 jeweils geradlinig nach radial auswärts entlang einer Radialebene R1 durch die Rotationsachse des Ventilatorrades1 . Die Luftleitelemente7 sind in Umfangsrichtung gesehen jeweils in demjenigen Umfangsabschnitt an der Deckscheibe3 angeordnet, in dem die Ventilatorschaufeln2 in radialer Richtung in die Einlassöffnung4 hineinragen bzw. radial über die Einlassöffnung4 hervorstehen. -
5 zeigt eine Draufsicht auf ein Ventilatorrad1 gemäß einer alternativen Ausführung zu4 , wobei die Luftleitelemente7 jeweils in Umfangsrichtung geneigt auf der Deckscheibe3 angeordnet sind. Die jeweilige Erstreckung der Luftleitelemente7 weist axiale und radiale Komponenten auf, so dass ein Anstellwinkel α der Luftleitelemente7 gegenüber der Radialebene R1 durch einen radial innen liegenden Ausgangspunkt der Luftleitelemente7 und durch die Rotationsachse des Ventilatorrades1 bei 30° liegt. Der Anstellwinkel kann auch negativ, d. h. in die entgegengesetzte Umfangsrichtung aufgespannt sein. Alle übrigen Merkmale stimmen mit denjenigen aus dem Ausführungsbeispiel gemäß1 überein. - In
6 ist eine Seitenansicht eines Ventilatorrades1 einer weiteren alternativen Ausführung dargestellt. Dabei sind die Luftleitelemente7 gegenüber der Rotationsachse im Neigungswinkel β = 25° geneigt. Auch der Neigungswinkel β kann negativ sein. Alle übrigen Merkmale stimmen mit denjenigen aus dem Ausführungsbeispiel gemäß1 oder5 überein. -
7a zeigt einen Strömungsverlauf des Ventilatorrades1 aus1 ,5 oder6 in einem an eine sich in radialer Richtung anschließend erstreckende Kanalwand71 montierten Zustand,7b den Strömungsverlauf desselben Ventilatorrades jedoch ohne Luftleitelemente im selben Montagezustand. Die radial ausgeblasene Luftströmung legt sich bei gemäß7a unmittelbar am Ventilatorrad1 mit Luftleitelementen7 angrenzend an, wohingegen bei herkömmlichen Ventilatorrädern gemäß7b ein deutlicher radialer Abstand vorliegt. Der technische Effekt ist in dem Kennlinienvergleich des Drucks und Gesamtwirkungsgrads gegenüber dem Volumenstrom gemäß8 dargestellt. Die Werte des Ventilatorrads1 aus1 sind jeweils als gestrichelte Linie, dasselbe Ventilatorrad ohne Luftleitelemente7 jeweils als durchgezogene Linie gezeigt. Der Vorteil liegt im Maximum je nach Wert (Druck, Gesamtwirkungsgrad) zwischen +5% und +20%. - 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 102010009566 A1 [0002]
- DE 202009018770 U1 [0002]
Claims (15)
- Ventilatorrad ausgeführt als Radialventilatorrad oder Diagonalventilatorrad, mit einer Vielzahl von um eine axiale Rotationsachse verteilten Ventilatorschaufeln (
2 ), einer im Radialschnitt zumindest teilweise bogenförmigen Deckscheibe (3 ), die mit ihrer Unterseite zumindest abschnittsweise auf axialen Stirnseiten der Ventilatorschaufeln (2 ) aufliegt und um die Rotationsachse eine Einlassöffnung (4 ) aufweist, wobei die im Radialschnitt zumindest teilweise bogenförmige Deckscheibe (3 ) einen radialen Innenabschnitt (5 ), in dem ein Tangentenwinkel gegenüber einer Radialebene des Ventilatorrades (1 ) größer ist als 45°, und einen sich in radialer Richtung an den Innenabschnitt (5 ) anschließenden Außenabschnitt (6 ) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im Innenabschnitt (5 ) auf der der Unterseite gegenüberliegenden Oberseite der Deckscheibe (3 ) mindestens ein von der Oberseite der Deckscheibe (3 ) radial und axial vorstehendes Luftleitelement (7 ) mit einer in Umfangsrichtung weisenden Leitfläche (8 ) angeordnet ist. - Ventilatorrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Luftleitelement (
7 ) eine axiale Stirnseite (9 ) aufweist und ein Verhältnis einer Radialerstreckung (H) der axialen Stirnseite (9 ) gegenüber einem Deckscheibendurchmesser (D) in einem Bereich von 0,005 und 0,15, insbesondere 0,01 und 0,05 liegt. - Ventilatorrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Luftleitelement (
7 ) bündig mit einem einlassseitigen Axialrand (13 ) der Deckscheibe (3 ) abschließt. - Ventilatorrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Luftleitelement (
7 ) gegenüber einem einlassseitigen Axialrand (13 ) der Deckscheibe (3 ) einen axialen Abstand aufweist, der kleiner oder gleich 4% des Deckscheibendurchmessers (D) ist. - Ventilatorrad nach zumindest einem der vorigen Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die axiale Stirnseite (
9 ) des mindestens einen Luftleitelements (7 ) über seine gesamte radiale Länge parallel zu einer Axialebene des Ventilatorrades (1 ) erstreckt. - Ventilatorrad nach zumindest einem der vorigen Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Luftleitelement (
7 ) eine radiale Stirnseite (10 ) aufweist, die sich über ihre gesamte axiale Länge parallel zur Rotationsachse des Ventilatorrades (1 ) erstreckt. - Ventilatorrad nach zumindest einem der vorigen Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anstellwinkel α des mindestens einen Luftleitelements (
7 ) gegenüber einer Radialebene (R1) des mindestens einen Luftleitelements (7 ) durch die Rotationsachse des Ventilatorrades (1 ) in einem Bereich von ±30°, insbesondere bei 0° liegt, so dass das mindestens eine Luftleitelement (7 ) geradlinig radial auswärts verläuft. - Ventilatorrad nach zumindest einem der vorigen Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Neigungswinkel β des mindestens einen Luftleitelements (
7 ) gegenüber der Rotationsachse des Ventilatorrades (1 ) in einem Bereich von ±60°, insbesondere bei 0° liegt, so dass das mindestens eine Luftleitelement (7 ) parallel zur Rotationsachse des Ventilatorrades (1 ) verläuft. - Ventilatorrad nach zumindest einem der vorigen Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Luftleitelement (
7 ) konvex oder konkav geformt ist. - Ventilatorrad nach zumindest einem der vorigen Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Luftleitelement (
7 ) einteilig mit der Deckscheibe (3 ) ausgebildet ist. - Ventilatorrad nach zumindest einem der vorigen Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Luftleitelement (
7 ) lösbar an der Deckscheibe (3 ) befestigbar ist. - Ventilatorrad nach zumindest einem der vorigen Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei Luftleitelemente (
7 ) vorgesehen sind. - Ventilatorrad nach zumindest einem der vorigen Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine bzw. die mindestens drei Luftleitelement/e (
7 ) in Umfangsrichtung gesehen an einer Position der Deckscheibe (3 ) angeordnet sind, bei der die Ventilatorschaufeln (2 ) in einer axialen Draufsicht in radialer Richtung in die Einlassöffnung (4 ) hineinragen. - Ventilatorrad nach zumindest einem der vorigen Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Bodenscheibe (
5 ) aufweist, auf der die Ventilatorschaufeln (2 ) angeordnet sind, und zwischen Bodenscheibe (5 ) und Deckscheibe (3 ) ein radialer Ausblaskanal (12 ) gebildet wird, und dadurch dass das Ventilatorrad (1 ) einteilig ausgebildet ist. - Ventilator mit einem Ventilatorrad nach zumindest einem der vorigen Ansprüche.
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R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years | ||
R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years | ||
R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years |