DE2531323B2

DE2531323B2 - 18.12.74 Japan 145976-74 07.01.75 Japan 4750-75 26.02.75 Japan 24433-75 Staubsaugergebläse

Info

Publication number: DE2531323B2
Application number: DE2531323A
Authority: DE
Inventors: Kunihito Toyonaka Mori; Seiji Osaka Takemura; Masao Amagasaki Hyogo Torigoe; Mitsuru Suita Tsuchiya
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1974-07-16
Filing date: 1975-07-12
Publication date: 1979-05-17
Also published as: AU8306175A; DE2531323C3; GB1493844A; CA1034100A; FR2278960B1; DE2531323A1; FR2278960A1; US4065233A

Description

Die Erfindung betrifft ein Staubsaugergebläse mit einem Elektromotor, auf dessen Antriebswelle ein Gebläserad befestigt und in einem auf dem Motorgehäuse montierten Luftleitblock angeordnet ist, sowie mit einem mit axialer Ansaugöffnung versehenen en Deckel, welcher das Gebläserad und den Luftleitblock vorne abdeckt, wobei in dem Luftleitblock mehrere, um die Peripherie des Gebläserades gleichmäßig verteilte Luftleitkanäle ausgebildet sind, von denen jeder eine sich in Laufrichtung des Gebläserades radial er- μ weiternde, neben der Gebläseradperipherie angeordnete Diffusorkammer mit der Rückseite des Luftleitblocks verbindet.

In der deutschen Offenlegungsschrift 2148574 ist ein Staubsaugergebläse dieser Art beschrieben, dessen Antriebswelle direkt mit der Abtriebswelle eines Elektromotors so verbunden ist, daß der Motor dem Strom der angesaugten Luft ausgesetzt ist. Die Luft wird von dem Gebläserad axial angesaugt und wird radial nach außen über eine in einem Lufüeitblock ausgebildete Diffusorkammer zur Rückseite des ■Luftleitblockes geleitet. Von dort strömt sie unter der Saugwirkung der nächsten Gebläsestufe radial nach innen. Dieses Gebläse hat den Nachteil einer relativ hohen Geräuschentwicklung, die auf eine erhebliche Verwirbelung der durch das Gebläse geführten Luft zurückzuführen ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Staubsaugergebläse der genannten Art zu schaffen, durch das die Luft möglichst weitgehend laminar geführt wird und Wirbelbildungen auf dem Wege vom Gebläserad bis zum Gebläseauslaß vermieden werden.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt bei dem eingangs genannten Staubsaugergebläse nach der Erfindung dadurch, daß auf der Rückseite des Luftleitblokkes mehrere in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnete Auslaßkammern ausgeformt sind, von denen jede an ihrem radial äußeren, in Laufrichtung des Gebläserades hinteren Ende mit je einem der Luftleitkanäle kommuniziert und sich an ihrem radial inneren, in Laufrichtung vorderen Ende in einer Ausiaßöffnung axial öffnet und wenigstens in einem radial mittleren und äußeren Bereich von den benachbarten Auslaß kammern durch den Luftleitblock getrennt ist.

Durch diese Aufteilung des Abströmquerschnittes in die einzelnen Auslaßkammern werden Verwirbelungs- und Vermischungserscheinungen weitgehend unterbunden, so daß nicht nur die Luftleistung des Staubsaugergebläses wesentlich verbessert, sondern auch die Geräuschentwicklung gemodert wird.

Zweckmäßige und besonders vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachstehend im einzelnen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Staubsaugergebläses mit angebautem Motor und teilweise aufgeschnittenem Deckel,

Fig. 2 einen vergrößerten Längsschnitt längs der Achse der Antriebswelle von einer Hälfte des Gebläses gemäß Fig. 1,

F13. 3 eine Draufsicht auf den Luftleitblock aus dem Gebläse gemäß Fig. 1,

Fig. 4 einen Querschnitt durch den Luftleitblock längs der Linie c-c aus Fig. 2,

Fig. 5 einen Seitenschnitt in vergrößertem Maßstab längs der Liniev4-/4 in Fig. 3, aus dem die Anordnung der Luftleitkanäle deutlich wird,

Fig. 6 bis 10 graphische Darstellungen von Versuchsergebnissen, die am erfindungsgemäßen Staubsaugergebläse gewonnen wurden und in der Beschreibung im einzelnen erklärt sind,

Fig. 11 eine der Fig. 2 ähnliche Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Die Ausdrücke »vorne« und »hinten« beziehen sich auf die Durchsatzrichtung der Luft im Betrieb des Gebläses in bezug auf die Rotationsachse des Gebläserades.

In den Fig. 1 bis S ist ein im wesentlichen zylindri-

seiles Motorgehäuse 2 gezeigt, von dem ein Ende geschlossen und das andere Ende mit einem radial nach außen weisenden Flansch (Fig. 2) versehen ist. Das Motorgehäuse 2 beherbergt einen nicht dargestellten Elektromotor, der in dem Gehäuse gehalten w^;rd und eine Antriebswelle 3 aufweist. Es ist in der Nähe seines geschlossenen Endes mit einer Abgabeöffnung Ib versehen, aus welcher Luft nach dem Kühlen des Motors aus dem Gebläse entlassen wird. Wie man am besten aus Fig. 2 erkennt, enthält das Motorgehäuse 2 einen Lagerrahmen 2c von im wesentlichen scheibenförmiger Gestalt mit Mittelöffnung, die als Lagerbohrung ausgebildet ist, wobei der Lagerrahmen fest an dem geflanschten Ende des Motorgehäuses 2 so befestigt ist, daß sich die Antriebswelle 3 drehbar durch die Lageröffnung erstreckt. Der Lagerrahmen Ic besitzt vier Auslaßöffnungen 2a, die um die Antriebswelle 3 herum angeordnet sind.

An dem mit einem Flansch versehenen Ende des Motorgehäuses 2 ist durch den Lagerrahmen 2c hindurch ein Luftleitprofil befestigt, das einen Lmtleitblock 1 mit vorderen und rückwärtigen Abteilungen umfaßt. Die vordere Abteilung besitzt eine kreisförmig begrenzte Kammer 8, in welcher ein Gebläserad 4 beherbergt ist, das sich mit der Antriebswelle 3 dreht. Das Gebläserad 4 besteht in dem dargestellten Beispiel aus äußeren und inneren Scheiben Aa und Ab und mehreren spiraligen, sich radial nach außer, erstreckenden Flügelteilen 4c, die zwischen den äußeren und inneren Scheiben Aa, Ab in Stellung gehalten werden und die sämtlich in einer von der Rotationsachse des Gebläserades 4 wegweisenden Richtung wesentlich abgeschrägt sind, so daß, während die innere Scheibe Ab eben bleibt und gleich weit entfernt bleibt vom Boden der kreisförmig begrenzten Kammer 8. das eingebaute Gebläserad 4 im Querschnitt eine wesentlich abgeschrägte Form erhält (Fig. 2). Das Gebläserad 4 besitzt eine Ansaugöffnung 5, die in der Außenscheibe Aa in Ausrichtung auf die Rotationsachse des Gebläserades 4 und damit der Antriebswelle 3 ausgebildet ist und so geformt ist, daß bei einer Umdrehungszahl von beispielsweise 15000 bis 25000 min"¹ des Gebläserades in einer in Fig. 3 durch den Drehrichtungspfeil angedeuteten Richtung Luft zunächst in die Ansaugöffnung 5 hereingezogen wird und dann unter dem Einfluß einer durch die Rotation des Gebläserades 4 ausgeübten Zentrifugalkraft längs im wesentlichen spiralig gebogenen Kanälen zentrifugal sich bewegt. Diese Kanäle sind durch die Außen- und Innenscheiben Aa und Ab und die Flügelteile 4c definiert. Danacn wird die Luft von dem Gebläserad 4 nach außen in die kreisförmig begrenzte Kammer 4 durch Auslässe 6 ausgestoßen, von denen jeder durch eines der gegenüberliegenden Enden der spiralig gebogenen Kanäle in der Nähe der Außenperipherie der Scheiben Aa und Ab definiert ist.

Das Gebläse weist ferner einen Decke! 7 auf, der in seiner geschnittenen^Pbrm der Außenscheibe Aa des Gebläserades 4 ähnlich ist und eine öffnung la besitzt. Der Deckel 7 Ut auf dem Luftleitblock 1 befestigt. Er schließt damit die kreisförmig !«grenzte Kammer 8 ab und hängt über das Gebläserad 4 über, wobei die Öffnung 7« mit der Ansaugöffnung 5 in der Außenscheibe Aa ausgerichtet ist.

Der Luftleitblock 1 besitzt vordere und hintere Abteilungen, wobei die votiere Abteilung die kreisförmig begrenzte Kammer 8 umfaßt, in welcher das Gebläserad 4 beherbergt ist. Die vordere Abteilung weist ferner mehrere Diffusorkammern 9 auf, von denen vier in den Fig. 1 und 3 dargestellt sind. Die Einzelheiten jeder Diffusorkammer 9 werden nachfolgend noch genauer beschrieben. Ein Teil des Luftleitblockes 1 in der Nähe seiner Außenperipherie ist zu geneigten Luftleitkanälen 10 ausgebildet, von denen genau so viele vorhanden sind, wie Diffusorkammern 9, Dabei sind die Luftleitkanäle 10 in Umfangsrichtung des Leitblockes 1 voneinander gleich weit entfernt. Sie sind ebenfalls gleich weit entfernt von der Achse der Antriebswelle 3. Jeder dieser Luftleitkanäle 10 weist eine Einlaßöffnung 10a auf, die ausgerichtet mit dem Boden der entsprechenden Diffusorkammer 9 in diese öffnet, und sie weist eine Auslaßöffnung 10b auf, die in die hintere Abteilung in einer im wesentlichen verschobenen Relation zur zugehörigen Einlaßöffnung 10a öffnet.

Praktisch büdet jede Diffusorkammer 9 einen wesentlichen Teil der kreisförmig begrenroin Kammer 8 und wird definiert vom Boden der kre'sförmigen Kammer 8 und einer gebogenen Wand 11, die sich spiralig radial nach auswärts von einer Ausströmzunge lic erstreckt, die in der Nähe des Umfangs des Gebläserades -t beginnt und über der Einlaßöffnung 10a eines der Luftleitkanäle 10 angeordnet ist. Jede Diffusorkammer endet unmittelbar über dem radial äußersten Abschnitt der Einlaßöffnung 10a des Luftleitkanals 10, der am nächsten zu dem Luftleitkanal bezüglich der Rotationsrichtung des Gebläserades 4 ist, wobei der Abstand zwischen der Achse der Antriebswelle 3 und der spiralig sich radial nach außen erstreckenden Wand 11 sich von der Ausströmzunge 11a zum Abschlußende der Wand 11 zunehmend vergrößert. Man bemerke, daß jede der Ausströmzungen 11a durch ein Ende der zugehörigen gebogenen Wand 11 definiert wird, das gegenüber dem Abschlußende der gebogenen Wand liegt.

In der soweit beschriebenen Anordnung ist das vordere Abteil in dem Luftleitblock 1 so ausgebildet, daß ein aus Jem Gebläserad 4 durch die Auslässe 6 austretender Luftstrom, der bezüglich der Rotationsachse des Gebläserades 4 in zentrifugaler Richtung und im wesentlichen parallel zu den gebogenen Wänden 11 strömt, in die Diffusorkammern 9 und danach in die Luftleitkanäle 10 geleitet wird, nachdem der Luftstrom entlang der gebogenen Wände 11 geströmt ist. Der Luftstrom wird bei seinem Eintritt in die Diffusorkammern 9 verzögert, und als Folge davon wird der dynamische Druck der Luft in statischen Druck umgesetzt. Wegen der Ausbildung und Anordnung der Diffusorkammern 9 wird die Luft auf die Wände 11 nicht ver«ntlich aufprallen, jedenfalls nicht in solchem Ausmaß, daß turbulente Strömung entsteht. Der Luftstrom wird vielmehr glatt längs der gebogenen Wände 11 in die Luftleitkanäle 10 geführt.

Das hintere Abtei¹ in dem Luftleitbiock 1 umfaßt (Fig. 2 und 4) Auslaßkammern 12, von denen genau so viele wie Diffusorkummern 9 vorhanden sind. Die Auslaßkammern sind mit den zugehörigen Diffusorkammern 9 durch die zugehörigen Luftleitkanäle 10 verbunden. Wie man aus dem Zusammenhang von Fig. 5 und 4 entnimmt, sind die Luftleitkanäle so geneigt, daß die Diffusorkammern 9 und die zugehörigen Auslaßkammern 12 relativ zueinander verschoben sind, so daß die Luftströme in die zugehörigen Auslaßkammern 12 ohne wesentliche, scharfe Ablenkung geführt werden. Im einzelnen besitzt jede Auslaßkammer 12 unmittelbar unter dem Auf laß 10b ein

Ende (Fig. 4 und 5), während das andere Ende mit der entsprechenden öffnung la in dem Lagerrahmen Ic in Verbindung steht und ein mittlerer Abschnitt der Auslaßkammer 12 sich im wesentlichen in spiraliger Richtung bezüglich der Rotationsachse des Gebläserades 4 erstreckt.

Die in die Auslaßkammern 12 eintretende Luft strömt in das Motorgehäuse durch die öffnungen 2a, kühlt den Motorblock in dem Motorgehäuse 2 und wird durch die Abgabeöffnung 2b nach außen freigegeben.

Da die jeweiligen Bahnen der Luftströmung aus den Diffusorkammern 9 in die zugehörigen Auslaßkammern 12 durch die jeweiligen Luftlcitkanäle 10 unabhängig voneinander sind, vereinigen sich die einzelnen Luftströme, die in die jeweiligen Diffusorkammern 9 und danach durch die Luftlcitkanäle 10 in die Auslaßkammern 12 strömen, nicht während ihres Durchsatzes aus der Diffusorkammer 9 in die Auslaßkammer 12. Dies ist besonders wichtig für die Erleichterung der Luftabgabe zur wirksamen Kühlung des Motorblocks im Motorgehäuse 2. Wenn nämlich die erwähnten Bahnen sich irgendwo in dem Luftleitblock verbinden, dann tritt nicht nur an jeder derartigen Verbindungsstelle eine turbulente Strömung auf, sondern auch eine unnötige, die Luftlcistung verringernde Umwälzung der Luft um die Rotationsachse der Antriebswelle 3 herum.

Ferner wird durch die beschriebene Neigung der Luftleitkanäle 10 kein wesentlicher Widerstand der Luftströmung von der Diffusorkammer 9 in die Au*- laßkammer 12 entgegengesetzt.

Der Abstand E zwischen der Rotationsachse des Gebläserades 4 und dem Abschlußendc jeder gebogenen Wand llhatzweckmäßigdie folgende Relation zum Radius Λ des Gebläserades 4: 1,2 R< E< 1,4/?.

In der graphischen Darstellung der Fig. 6 wird gezeigt, wie der vom Staubsaugergebläse erzeugte Unterdruck sich mit der geförderten Luftmenge Q verändert, und zwar für verschiedene, in der Zeichnung eingetragene Größen von E. Die Kurven ergaben sich aus Versuchen an einem Gebläse gemäß Fig. 1-5 mit vier Diffusorkammern 9, wobei der Radius R des Gebläserades 56 mm und der Krümmungsradius r jeder gebogenen Wand 11 insgesamt 80 mm betrugen. Die erzeugten Unterdrücke liegen bei großen und kleinen geförderten Luftmengen somit gemäß Fig. 6 gerade entgegengesetzt, je nachdem, wie groß der Abstand E bei dem betreffenden Staubsaugergebläse ist.

In Fig. 7 ist der Gebläse-Wirkungsgrad r\_F über dem Abstand aufgetragen. Man erkennt, daß r\_F groß wird, wenn E drn Betrag 1,2 R übersteigt. Wegen der in der Praxis angestrebten Verwendung kleiner, leichter Staubsaugergebläse mit Fördermengen von 1000 bis 1600 I/min erweist sich dann der angegebene Bereich für E als vorteilhaft.

Man bemerke, daß die vorstehende Optimierung des Abstandes E ein einfaches Beispiel und zusätzlich durch die Tiefe B der Diffusorkammer 9 und den Krümmungsradius r jeder gebogenen Wand 11 beeinflußbar ist.

In bezug auf den Krümmungsradius r jeder Wand 11 erweist sich folgende Beziehung als vorteilhaft:

l,0/?<r<l,3 R.

Die entsprechende Abhängigkeit des Gebläse-Wirkungsgrades f]_F vom Krümmungsradius τ zeigt Fig. 8. Die Kurve wurde aus Versuchen an einem Gebläse gemäß Fig. 2-6 mit vier Diffusorkammern 9 erhalten, wobei R = 56 mm und £ = 72,25 betrugen, während der Krümmungsradius r jeder Wand 11 im Bereich von 0,8 R bis 1,5 R verändert wurde.
- Zur Beziehung zwischen dem erzeugten Unterdruck und der geförderten Luftmenge hat sich ergeben, daß das Gebläse mit r- 1,2 R eine Leistungs-Charakteristik zeigte, die ähnlich der ausgezogenen Kurve aus Fig. 6 war, daß das Gebläse mit r — 1,5 R

in ein Leistungsverhalten zeigt, das ähnlich der gestrichelten Kurve aus Fig. 6 war und daß endlich das Gebläse mit r — 0,9 R ein Leistungsverhalten zeigt, das ähnlich der strichpunktierten Kurve aus Fig. 6 war. Daher kann möglicherweise gesagt werden, dalJ ein

ι. erfinclungsgcmäßes Staubsaugergebläse, bei dem der Krümmungsradius der gebogenen Wände 11 groß ist, einen relativ großen Unterdruck liefert, während ein Gebläse mit relativ kleinem Krümmungsradius r eine relativ hohe geförderte Luftmenge erbringt. Aus den

" schon erwähnten Auswahlkriterien der Praxis ergibt sich der angegebene vorteilhafte Bereich von r.

Bei der in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Ausfiihrungsform ist jede gebogene Wand streng kreisbogenförmig, hat also nur einen einzigen Krümmungsra-

.■·. dius r. Andere Bogenformen sind ebenfalls möglich.

Die axiale Erstreckung B jeder Diffusorkammer 9

läßi sich in Abhängigkeit von der axialen Erstreckung B₁ der Auslässe 6 des Gebläserades 4 vorteilhaft wie folgt verschreiben:

2fl,<fi<3 O₂.

Als Ergebnis einer Reihe von Versuchen an einem Gebläse gemäß Fig. 2 bis 6 mit vier Diffusorkammern 9, einer Erstreckung B₁ = 5 mm, einem Ab-

r> stand £ = 72,5 mm, einem Radius R = 56 mm und Werten von B im Bereich von 8 bis 20 mm zeigt sich ein der Fig. 6 entsprechendes Betriebsverhalten. Dabei entspricht die ausgezogene Kurve dem Wert B = 2,5 B₂, die gestrichelte Kurve dem Wert

4(1 B = 1,6 B₁ und die strichpunktierte Kurve dem Wert B = 4 B₂. In Verbindung mit den genannten Auswahlkriterien der Praxis führt eine derartige Darstellung zu dem angegebenen vorteilhaften Bereich von B.

4i Selbst die axiale Erstreckung A₄ der Auslaßkammern 12 in dem Luftleitblock 1 beeinflußt das Betriebsverhalten des erfindungsgemäßen Staubsaugergebläses.

In Abhängigkeit vom Radius R des Gebläserades

)(> läßt sich vorschreiben:

0,14/?<£₄<0,28 R.

Fig. 10 zeigt das Ergebnis von Versuchen an einem Staubsaugergebläse gemäß Fig. 1 bis 5 mit R = 5,6 mm und vier Diffusorkammern 9, wobei die Höhe B₄ im Bereich von 3 bis 22 mm variiert wurde. Der in Fig. 10 aufgetragene Gebläse-Wirkungsgrad η_τ ist im Bereich von etwa 0,14 R bis etwa 0,4 R am größten.

bo Die Darstellung gemäß Fig. 9 zeigt, wie sich der vom Staubsaugergebläse erzeugte Unterdruck mit der geförderten Luftmenge Q für verschiedene Werte von B₄ ändert.

Wegen der aus Fig. 10 ersichtlichen Zunahme des

b5 Gebläse-Wirkungsgrades r\_F mit der Höhe B₄ ergibt sich in Verbindung mit den schon genannten Auswahlkriterien der Praxis der obenstehende günstige Bereich für B₄.

Fig. 11 zeigt cine weitere Ausführungsform der Erfindung in einer der Fig. 2 ähnlichen Darstellung; abweichend ist ein zylindrischer Abschnitt Tb des vorderen Deckels 7, rler an der Außenkante des Dekkels 7 sich abwärts um eine gewisse Länge erstreckt,

so daß die Außenperipherie des Luftleitblockes 1 gut abgeschlossen ist und ein Teil der Außenwand der Diffusorkammern 9 gebildet wird, wodurch die Außenabmessung des Staubsaugergebläses weiter reduziert wird.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Staubsaugergebläse mit einem Elektromotor, auf dessen Antriebswelle ein Gebläserad befestigt und in einem auf dem Motorgehäuse montierten Luftleitblock angeordnet ist, sowie mit einem mit axialer Ansaugöffnung versehenen Deckel, welcher das Gebläserad und den Luftleitblock vorne abdeckt, wobei in dem Luftleitblock mehrere, um die Peripherie des Gebläserades gleichmäßig verteilte Luftleitkanäle ausgebildet sind, von denen jeder eine sich in Laufrichtung des Gebläserades radial erweiternde, neben der Gebläseradperipherie angeordnete Diffusorkammer mit der Rückseite des Luftleitblocks verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Rückseite des Luftleitblocks (1) mehrere, in Umfangsrichtung gleichmäßig teiteilt angeordnete Auslaßkammern (12) ausgeformt sind, von denen jede an ihrem radial äußeren, in Laufrichtung des Gebläserades (4) hinteren Ende (lOfe) mit je einem der Luftleitkanäle (10) kommuniziert und sich an ihrem radial inneren, in Laufrichtung vorderen Ende in eine Auslaßöffnung (2α) axial öffnet und wenigstens in einem radial mittleren und äußeren Bereich von den benachbarten Auslaßkammern (12) durch den Luftleitblock (1) getrennt ist.

2. Staubsaugergebläse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Ausiaßkammer (12) einen bogenförmigen Grundriß hat, der von einer Außenwand begrenzt isi, welche sich in Laufrichtung des Gebläserates (4t radial spiralig einwärts erstreckt.

3. Staubsaugergebläse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwand am vorderen Ende tangential zur Auslaßöffnung (2α) verläuft.

4. Staubsaugergebläse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundriß jeder Ausiaßkammer (12) sich zur Auslaßöffnung hin radial erweitert.

5. Staubsaugergebläse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Höhe (A₄) jeder Auslaßkammer (12) im Bereich von 0,14 R bis 0,28 R liegt, wobei R der Radius des Gebläserades (4) ist.

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