DE2529541A1 - Geblaese mit verringerter geraeuscherzeugung - Google Patents
Geblaese mit verringerter geraeuscherzeugungInfo
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Description
makia-theresia-sthassb » s8
9674-75/Alt
ROTRON INCORPORATED
Hasbrouck Lane
Woodstock, New York, U.S.A.
Gebläse mit verringerter Geräuscherzeugung
Die vorliegende Erfindung befasst sich mit der Verminderung von Geräuschen in Vorrichtungen zur Bewegung von Luft oder
anderen gasförmigen Strömungsmitteln. Die Erfindung betrifft insbesondere Mittel zur Verminderung von Geräuschen, die durch
den Durchgang der Gebläseflügel durch ein gasförmiges Medium erzeugt werden.
In Gebläsen oder ähnlichen Vorrichtungen erzeugt die Drehung von einem oder mehreren Flügeln durch ein gasförmiges Medium,
z.B. Luft, zur Erzeugung einer Strömung des Mediums manchmal
hörbarer Geräusche, die unangenehm, wenn nicht unerträglich sind. So werden z.B. in großen elektronischen Einrichtungen,
wie z.B. elektronischen Computersystemen, viele kleine Gebläse in den Computerkammern verwendet, um die in diesen Kammern
angeordneten elektronischen Komponenten zu kühlen. Wenn solche Gebläse erhebliche Geräusche erzeugen, wird das Personal,
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welches den Computer benützt, gestört und seine Leistungsfähigkeit
beeinträchtigt. Es ist klar, daß in dieser sowie in anderen Umgebungen eine Verminderung von unerwünschten
und störenden Geräuschen wünschenswert ist.
Die mit Gebläsen oder Lüftern verbundenen Geräusche können in zwei große Kategorien eingeteilt werden. Die erste
Kategorie umfasst solche Geräusche, die von den für die Drehbewegung
der Flügel oder Laufräder verantwortlichen Komponenten herrührt. In diesen Komponenten, wie z.B. den Motor- und
Lageranordnungen, werden Geräusche in erster Linie durch das
Auftreffen oder die relative Bewegung von mechanischen Elementen
erzeugt. Die zweite Kategorie umfasst solche Geräusche, die durch die durch Drehung der Gebläseflügel verursachte Bewegung
der Luft oder eines anderen Strömungsmittels hervorgerufen
werden.
Die letztere Kategorie schließt Geräusche ein, die als "Flügeldurchlaßgeräusch" bekannt sind, welche in solchen
Gebläsen auftreten, in welchen sich die Flügel in der Nähe von mechanischen Elementen drehen, wie z.B. Streben, welche
die Gebläseanordnung in Bezug auf irgendein Gehäuse oder eine Ummantelung tragen. Jedesmal, wenn ein Flügel eine
Strebe passiert, tritt eine Druckveränderung auf, welche, wenn mit der Zahl der Flügel, der Zahl der Streben und der
Drehgeschwindigkeit der Gebläseflügel multipliziert>ein hörbares
Geräusch von erheblichem und belästigendem Umfang erzeugen kann. Zur Erzeugung eines solchen Flügeldurchlaßgeräusches
tragen verschiedene Faktoren bei, wie z.B. die geometrischen Beziehungen der Flügelkanten in Bezug zu den
Streben, die Anzahl der Flügel und Streben, die Form der Streben selbst usw. Dieses Geräusch kann durch entsprechende
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Handhabung dieser Faktoren bis zu einem erträglichem Maß gesteuert werden.
In manchen Gebläsen geben die aerodynamischen Verhältnisse Anlaß zu einem weiteren Geräuschausgang, oft in einer relativ
hohen Tonhöhe im hörbaren Spektrum, der eine solche Intensität annehmen kann, daß er besonders lästig wird. Dieses
Geräusch wird als Wirbelgeräusch bezeichnet und resultiert aus einem Vorgang, den man "Wirbelablösung11 nennt, d.h. ein
Phänomen, das sich aus der die Austrittskanten der Flügel während des Betriebs in Form von Wirbeln oder Verwirbelungen
verlassenden Luft ergibt. Das Wirbelmuster kann Anlaß zu Druckschwankungen geben, deren Frequenzen und Intensitäten
innerhalb des hörbaren Bereiches liegen.
Obwohl die Existenz dieses Phänomens und das sich ergebende Geräusch im Stande der Technik wohl bekannt sind, hat man
diesen Dingen in der Vergangenheit relativ wenig Beachtung geschenkt. In vielen Gebläsen mag das Wirbelgeräusch aufgrund
von Eigenschaften des Gebläses selbst eine solche Frequenz
und eine solche Intensität aufweisen, daß eine besondere Beachtung nicht erforderlich ist oder daß das Geräusch von
anderen Geräuschen des Gebläses überdeckt wird. Wenn das Wirbelgeräusch ein zu berücksichtigender Faktor wird, hat
man bisher vorgeschlagen, das Geräusch dadurch zu verkleinern, daß man die Flügeloberflächen, insbesondere die den Austrittskanten der Flügel benachbarten Oberflächen aus einem porösen
Material herstellt, womit bezweckt wurde, dLe Ausbildung einer Wirbelströmung des die Flügelkante verlassenden Gases zu verhindern
oder zu reduzieren.
Die hauptsächliche Lösung des Problems bestand bisher jedoch darin, die Betriebszustände, in welchen solche Geräusche auf-
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treten können, zu vermeiden. Da das Wirbelgeräusch eine Funktion des Betriebszustandes des Gebläses ist und nur ■
auftritt, wenn das Gebläse in bestimmten Abschnitten seines Druck/Fluß-Diagrairanes betrieben wird, geben Gebläsehersteller
die vorgeschlagenen Betriebsbereiche eines Gebläses besonders an, um solche Bereiche auszuschließen, die Anlaß
zu Wirbelgeräuschen geben. Der Betrieb innerhalb dieser vorgeschlagenen Bereiche wird also das Geräuschproblem vermeiden,
aber zur gleicher Zeit wird hierdurch die Nützlichkeit des Gebläses begrenzt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einfache und zuverlässige Mittel zur Verminderung des Wirbelgeräuschs
zu schaffen, wodurch ermöglicht wird, daß ein gegebenes Gebläse in jedem Teil seiner Betriebsbedingungen
benutzt werden kann, ohne Anlaß zu lästigen Wirbelgeräuschen
zu geben.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Wirbelströmung, die normalerweise an der Austrittskante eines sich bewegenden
Gebläseflügels hervorgerufen wird undwelche unter normalen
Betriebsbedxngungen des Gebläses Anlaß zu Druckschwankungen mit hörbarer Frequenz geben würde, durch die Anordnung von
Unregelmäßigkeiten in den Kanten der Flügel auseinandergerissen. Diese Unregelmäßigkeiten können die Form von Kerben
aufweisen, die in Längsrichtung entlang der Flügelkanten von der Spitze bis zum Ansatz angeordnet sind und V-förmig,
U-förmig, rechteckig usw. ausgebildet sein können. Die Wirkung dieser Kerben besteht darin, eine Mischung von Wirbeln zu
erzeugen, welche die Flügelkante an verschiedenen Punkten und in verschiedenen Richtungen verlassen. Dies ruft einen
Turbulenzzustand an der Flugelaustrxttskante hervor, deren Druckschwankungen sich über einen relativ großen Frequenzbereich
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erstrecken. Infolgedessen wird das besonders lästige hochfrequente Wirbelgeräusch erheblich in seiner Intensität
vermindert, was die Verwendung des Gebläses in Betriebszuständen, die bisher Anlaß zu solchem Geräusch gaben, recht
zufriedenstellend macht.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
eines bevorzugten Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den beiliegenden Figuren.
Es zeigt:
Fig. 1 eine Vorderansicht eines Gebläses,
Fig. 2 eine Seitenansicht, teilweise im Querschnitt, des Gebläses nach Fig. I1
Fig. 3 und k verschiedene Formen der in dem Gebläse gemäß
Fig. 1 und 2 verwendbaren Einkerbung, und
Fig. 5 eine weitere Ausführungsform der Einkerbung.
In Fig. 1 und 2 ist ein kommerziell hergestelltes Gebläse gezeigt,
das unter dem Namen "Federgebläse" verkauft wird. Der Gesamtdurchmesser des Gebläses beträgt 17»8 cm (7 inch) und
seine Tiefe beträgt ungefähr 6,35 cm ( 2,5 inch). Das Gebläse kann bis zu 7»64 m /min (270 cu.ft/min) fördern und wird zur
Kühlung von elektronischen Ausrüstungen, wie z.B. Computerkonsolen, Relaisgestellen, Stromversorgungen u. dgl. benutzt.
Die Erfindung wird im Zusammenhang mit dem besonderen Aufbau des dargestellten Gebläses beschrieben, aber es ist klar, daß
die Erfindung auch auf andere Vorrichtungen zur Bewegung von
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Gas oder Luft» in welchen Wirbelgeräusche auftreten, von denen das Federgebläse lediglich ein Beispiel ist, anwendbar
ist.
Wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, weist die Gebläseanordnung
einen Venturiring oder eine Ummantelung 10 auf, innerhalb der die Gebläseanordnung 12 von einer Mehrzahl von sich
radial erstreckenden Streben lk getragen ist. Die Streben lA unterstützen an ihrem inneren Ende eine Statornabe l6,
welche den Stator eines elektrischen Motors zum Antrieb der Gebläseflügel trägt.
Eine Rotornabe l8 trägt eine Mehrzahl von Gebläseflügeln
(drei im dargestellten Gebläse),die in gleichen Winkelabständen untereinander um die Nabe angeordnet sind. Der gesamte
Rotoraufbau des Motors einschließlich der Rotornabe und der Flügel ist in geeigneten Lagern gelagert und für eine Drehung
relativ zu der Statoranordnung befestigt. Die Streben l4
unterstützen daher die gesamte Motor- und Gebläseflügelanordnung
innerhalb des Venturiringes 10. Die Gebläseanordnung der Fig. 1 und 2 erzeugt eine Luftströmung in axialer Richtung,
was durch die horizontalen Pfeile in Fig. 2 angezeigt ist, infolge der Drehung der Flügel 20 im Gegenuhrzexgersxnn, wie
in Fig. 1 angezeigt. Die Flügel 20 weisen eine Eintrittskante 20a und eine Austrittskante 20b auf.
Wie oben bereits angeführt, geben Gebläseflügel der in
Fig. 1 und 2 dargestellten Art, aber ohne die dort dargestellten gekerbten Santentunter bestimmten Betriebsbedingungen
Anlaß zu einem durch Wirbelablösung verursachten Geräusch. Dieses Geräusch resultiert aus den aerodynamischen Eigenschaften
des Flügels und ist eine Funktion der Geschwindigkeit der den
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Flügel verlassenden Strömung, der Flügeldicke und der
Druckdifferenzen zwischen der Saug- und Druckseite des
Flügels. Diese Eigenschaften erzeugen an den Austrittskanten der Flügel Wirbel, welche sich durch schwankende
Drücke manifestieren, wobei die Druckschwankungen Frequenzen
im hörbaren Bereich aufweisen. Wenn die Austrittskante des Flügels kontinuierlich ist, d.h. eine glatte, ungebrochene
Linie bildet, treten diese Druckschwankungen innerhalb eines sehr schmalen Frequenzbereiches auf, der sich um eine relativ
hohe hörbare Spitzenfrequenz, z.B. 2000 Hertz, zentriert, und diese Druckschwankungen zeigen eine ausreichende Intensität,
um lästig zu werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dieses Wirbelgeräusch durch körperliche Veränderung der Form des Flügels vermindert,
um die Luftmuster beim Abströmen derart zu stören, daß die sich aus der Wirbelströmung ergebenden Schwankungen mit relativ
gleichen und geringen Intensitäten über einen großen Frequenzbereich, und nicht im wesentlichen bei einer einzigen Spitzenfrequenz
auftreten. Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform nimmt die körperliche Deformation die Form einer Reihe
von Kerben 21 an, im vorliegenden Fall V-förmig, die in der Austrittskante 20b des Flügels ausgebildet sind. Aufgrund
dieser Kerben beginnt die Wirbelablösung nicht in regelmäßiger Art und Weise entlang der Austrittskante des Flügels, wie bei
herkömmlichen Flügeln, sondern startet unregelmäßig entlang der Kanten der Kerben. Dies erhöht die Ablösungslänge und
ergibt Veränderungen in den den Flügel verlassenden Wirbelintensitäten, wobei die stärksten Wirbel in den Kerbgründen und
die schwächsten Wirbel in den Graten auftreten.
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Das Ergebnis dieser Mischung von Wirbelintensitäten besteht darin, einen Turbulenzzustand entlang der Austrittskanten eines Flügels aufzubauen. Die in einem solchen
Turbulenzzustand auftretenden unregelmäßigen Druckschwankungen weisen.Frequenzen über einen relativ breiten
Frequenzbereich auf, ohne signifikante Amplitudenspitzen bei irgendeiner einzigen Frequenz. Diese große Bandbreite
hat die Wirkung, die Intensität des Geräusches bei der unerwünschten, relativ hohen Frequenz auf ein erträgliches Maß
zu reduzieren.
Die Einkerbung der Erfindung kann auf Flügel mit konstanter Dicke, wie z.B. in Fig. 2 gezeigt, oder auf Flügel mit stromlinienförmigen
Querschnitt angewendet werden. Bei einem Flügel der letzteren Art besteht die Wirkung der Kerben darin, eine
Veränderung in der Dicke in der Austrittskante zu erzeugen. Da die Spitzenfrequenz des Wirbelablösungsgeräusches eine
Funktion dieser Dicke ist, kann mit der Ungleichheit einer Verminderung des Geräusches bei der lästigen Frequenz erreicht
werden.
Es ist festgestellt worden, daß der Geräuschverminderungseffekt des Einkerbens optimal ist, wenn die Kerben gleiche
Größe aufweisen und einen konstanten Abstand entlang der Flügelkante haben. Bei Federgebläsen der in Fig. 1 und 2 dargestellten
Art ist festgestellt worden, daß Kerben mit dLner Tiefe von ungefähr 0,635 cm (0,25 inch), einer Breite an der
Flügelkante von ungefähr 0,762 cm (0,3 inch) und einer Gratbreite von ungefähr 0,25^ cm (0,1 inch) eine optimale Geräuschverminderung
ergeben. Die genauen Abmessungen werden sich natürlich verändern entsprechend den Eigenschaften der Gebläse
und Flügel, auf welche die Erfindung angewendet wird.
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Es ist außerdem festgestellt worden, daß die aus der Einkerbung der Flügelkante sich ergebende Geräuschverminderung
vergrößert werden kann, wenn die Reihen der Kerben in den jeweiligen Flügeln relativ zueinander versetzt
oder auf Lücke gesetzt sind, so daß an den jeweiligen Flügeln verschiedene Strömungsmuster erzeugt werden. Dies
ist in Fig. 1 dargestellt, in welcher die Reihen der Kerben in den Austrittskanten der Flügel 20 zwar alle den gleichen
Abstand und die gleichen Abmessungen aufweisen, jedoch in Längsrichtung entlang der Kante der Flügel untereinander um
einen Betrag versetzt sind, der kleiner als der Grat der Kerben ist. Durch eine solche Versetzung der Ausgangspunkte
der Reihen von Kerben auf den jeweiligen Flügeln werden identische Strömungsmuster, welche sich verstärken und eine
unerwünschte Geräuschkomponente ergeben könnten, vermieden.
In dem besonderen dargestellten Ausführungsbeispiel, d.h. dem Rotron Federgebläse hat man festgestellt, daß ein um
ungefähr eine Frequenz von 2 000 Hz zentriertes Geräusch mit unangenehmer Intensität unter bestimmten Betriebsbedingungen
auftritt. Durch Schaffung der in Fig. 1 dargestellten Einkerbung, d.h. V-förmige Kerben der oben angeführten
Abmessungen, wobei die Reihen der Kerben in Längsrichtung untereinander auf den jeweiligen Flügeln versetzt
sind, lag die Geräuschverminderung bei dieser Frequenz in
einer Größenordnung von 10 db. Obwohl sich eine gewisse Verminderung in der Gebläseleistungsfähigkeit durch die von
der Einkerbung verursachte Turbulenz ergab, war diese doch relativ klein und sehr wohl die Geräuschverminderung wert,
für welche sie eingetauscht worden ist.
In Fig. 3 und k sind andere Einkerbungsformen dargestellt,
welche gemäß der Erfindung benutzt werden können. In Fig. 3
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sind die Kerbgründe im wesentlichen U-förmig und die Grate in ähnlicher Weise abgerundet, um eine abgerundete
Einkerbung zu schaffen. In Fig. k bestehen die Kerben aus
rechteckigen Ausschnitten, die in der Austrittskante ausgebildet sind. In den beiden Einkerbungsarten entsprechen
die Abmessungen im wesentlichen denjenigen, die im vorhergehenden in bezug auf die V-förmigen Kerben, die in Fig.
und 2 gezeigt sind, angegeben worden sind.
Bei den Ausfuhrungsformen der Fig. 1 bis k erstreckt sich
die Einkerbung der Austrittskanten der Flügel über die gesamte Länge der Kante, d.h. vom Ansatz bis zur Spitze. Es
ist festgestellt worden, daß eine wesentliche Wirbelgeräuschverminderung erreicht werden kann, wenn die Einkerbung lediglich
auf dem halben Wege von der Spitze zum Ansatz ausgebildet ist, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Während diese Anordnung geringfügig
weniger effektiv in der Geräuschverminderung ist als die Einkerbung über die gesamte Länge, ergibt sich aus der
Einkerbung über die halbe Länge ein geringerer Leistungsverlust, wobei dieser Verlust im Vergleich zu einem ungekerbten
Standardflügel vernachlässigbar ist.
Claims (9)
- Patentansprüche/ 1.) Gebläsevorrichtung mit einer Mehrzahl von sich gleichzeitig um eine Achse drehenden Flügeln zur Erzeugung einer Strömung in einer im allgemeinen parallel zu dieser Achse verlaufenden Richtung, wobei die Flügel jeweils eine Eintritts- und eine Austrittskante in Bezug auf die Strömungsrichtung haben, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittskante (20b) der Flügel (20) eine Reihe von Kerben (21) in ihrer Längsrichtung aufweist, um Turbulenzzustände zu schaffen, wenn das Strömungsmittel den Flügel (20) verlässt, wodurch Druckschwankungen erzeugt werden, die sich über einen relativ großen Frequenzbeieich erstrecken.
- 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerben (21) von gleicher Größe sind und einen konstanten Abstand aufweisen.
- 3- Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihen von Kerben (21) entlang den Kanten (20b) der jeweiligen Flügel (20) untereinander jeweils in Längsrichtung um einen Betrag versetzt sind, der kleiner als der Abstand der Kerben (21) ist.
- 4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerben (21) V-förmig ausgebildet sind.
- 5· Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerben (21) U-förmig ausgebildet sind."5 09884/0868
- 6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerben (21) rechteckig ausgebildet sind.
- 7- Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerben (21) sich entlang der gesamten Länge der jeweiligen Flügelkante (20b) erstrecken.
- 8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerben (21) sich entlang der Flügelkante nur über eine Teilstrecke von der Spitze der Flügel (20) in Richtung auf ihren Ansatz erstrecken.
- 9. Gebläsevorrichtung, gekennzeichnet durch eine um eine Achse drehbare Nabe (l8), eine Mehrzahl von am Umfang dieser Nabe (l8) in gleichen Winkelabständen befestigten Gebläseflügeln (20), wobei die Flügel (20) eine Eintrittsund Austrittskante (20a, 20b) in Bezug auf die durch Drehung der Flügel erzeugte Strömungsrichtung aufweisen, eine Reihe von V-förmigen, Kerben (2l) gleicher Große und mit konstantem Abstand, die in und entlang der Länge der Austrittskante (20b) der Flügel (20) ausgebildet sind, wobei die Reihe von Kerben (2l) in der Austrittskante (20b) eines jeden Flügels (20) in Bezug auf die Reihe der Kerben (21) in den Austrittskanten (20b) der anderen Flügel (20) in Längsrichtung entlang des Flügels (20) versetzt sind, wodurch Turbulenzzustände an den Austrittskanten (20b) der Flügel (20) hervorgerufen werden, die Druckschwankungen über einen relativ großen Frequenzbereich zeigen.509884/0868
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8235 | Patent refused |