DE3017943A1 - Ventilatorlaufrad - Google Patents
VentilatorlaufradInfo
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Description
Anmelder:
Amtliches Aktenzeichen:
Aktenzeichen des Anmelders:
Vertreter:
Bezeichnung:
Papst-Motoren KG Karl-Maier-Str. 1 D-7742 St. Georgen
Neuanmeldung P 32 017/a
Patentanwalt Dr. Hans Karl Hach Tarunstr. 23
D-6950 Mosbach-Valdstadt
Ventilatorlaufrad
030047/0886
P 32 017/A
30179A3
Die Erfindung betrifft ein Ventilatorlaufrad mit Ventilatorflügeln, die verteilt auf den Umfang an einer zentralen Nabe
befestigt sind und mit ihren radial äußeren Rändern frei bis an eine zur Ventilatorachse koaxiale, den Förderstromkanal begrenzende
Rotationsfläche reichen.
Bei einem bekannten Ventilatorlaufrad dieser Art strömt am
äußeren Rand der Ventilatorflügel eine Verlustströmung von der Druckseite zur Sogseite, durch die die Förderleistung beeinträchtigt
wird. Wenn man für ein solches Ventilatorlaufrad einen zur Ventilatorlaufradachse koaxialen Gehäusemantel vorsieht,
der die Ventilatorflügel entlang ihrer äußeren Ränder mit Toleranzabstand
eng umgibt, dann wird dadurch diese Verlustströmung zwar behindert aber nicht abgesperrt. Man kann diese Verlustströmung
absperren durch einen geschlossenen Ring, den man an den äußeren Rändern der Ventilatorflügel befestigt, aber diese
Möglichkeit verbietet sich in vielen Fällen, weil ein solcher Ring zum Ventilatorrad gehört und mitgedreht werden muß und das
Trägheitsmoment des Ventilatorlaufrades erheblich vergrößert und Reibungsverluste an der Außenseite des Ringes' verursacht,
weshalb man Ventilatorlaufräder nur in besonderen Ausnahmefällen vorteilhaft mit solchen Außenringen ausstatten kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Ventilatorlaufrad der eingangs
genannten Art so auszugestalten, daß mit möglichst geringem zusätzlichen Aufwand unter Vermeidung anderer strömungstechnischer
Nachteile die um die äußeren Ränder der Ventilatorflügel strömende Verlustströmung behindert wird.
030047/0886
/ft pin p -ι 7 ' i
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß entlang des äußeren Randes der Ventilatorflügel ein Strömungselement angeordnet
ist, das für die Förderströmung widerstandsarm und für die um den äußeren Rand von der Druck- zur Saugseite verlaufende Ausgleichsströmung
als Hindernis ausgebildet ist. ·
Die Ausgleichsströmung zwischen der Druck- und der Saugseite am
äußeren Ende des Ventilatorflügels entsteht auf der ganzen Länge des Ventilatorflügelendes. Sie ist jedoch dort am stärksten,
wo die Druckunterschiede am größten sind, das heißt bei den üblichen
Profilierungen des Ventilatorflügels im vorderen Teil
des Flügels, wobei mit vorderem Teil derjenige Teil gemeint ist, der gegen die Strömungsrichtung weist, also beispielsweise die
angeströmte Ventilatorflügelkante; das ist, wenn man die Verwindung der Ventilatorflügel in Betracht zieht, die zur Saugseite
des Ventilatorlaufrades weisende Flügelkante. Deshalb sieht die Erfindung vor allem dart, also im, bezogen auf die Umlaufrichtung,
vorn gelegenen Bereich der Ventilatorflügel beziehungsweise in der Nähe des angeströmten Ventilatorflügelrandes, diese
Strömungselemente vor. Diese Strömungselemente können sich vorteilhaft aber auch bis in den rückwärtigen, also druckseitig
gelegenen Teil der Ventilatorflügel erstrecken. Im einfachsten Fall sind die Strömungselemente Stege, beispielsweise gestanzte
Blechteile, die senkrecht zur Flächenausdehnung der Ventilator—
flügel auf diese gesetzt sind. Besonders wenn die Ventilatorflügel
aus Blech, vorzugsweise aus Weicheisenblech, gestanzt sind, lassen sich die Strömungselemente einfach herstellen und anbringen.
In Verbindung mit gestanzten Blechventilatorflügeln sind die Strömungselemente auch aerodynamisch besonders wirksam.
Ein Ventilatorlaufrad nach der Erfindung, beispielsweise ein Axialventilatorlaufrad, ist ohne Gehäuse anwendbar, jedoch wird
es bevorzugt angewendet in einem Ventilator mit einem zur Ventilatorachse koaxialen Gehäusemantel, der das Ventilatorlaufrad
mit Toleranzabstand zu den äußeren Rändern der Ventilatorflügel
eng umgibt.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele anhand der beigefügten Zeichnung. 030047/0886
P
In der Zeichnung zeigt:
Figur 1
die obere Hälfte eines Axialventilatorlaufrades nach der Erfindung im Schnitt I - I,
Figur 2
die Ansicht gemäß dem Pfeil II aus Figur 1,
Figur 3
einen Ventilatorflügel aus Figur 1 und perspektivisch,
Figur 4
in der Ansicht entsprechend dem Pfeil IV aus Figur 3 ausschnittsweise eine Abwicklung der
äußeren Ventilatorflügelränder mit den Strömungselementen,
Figur 5
in der Ansicht entsprechend Figur 3 Ventilatorflügel zu einem weiter-en Ausführungsbeispiel,
das sich von dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 bis 4 nur durch die Form des
Ventilatorflügels und des Strömungselementes
unterscheidet,
Figur 6
Figur 7 und 8, und 10, und 12,
und 14 sowie 15 und
die Ansicht gemäß dem Pfeil VI aus Figur 5,
fünf weitere Ausführungsbeispiele *η
Darstellung entsprechend Figur 5 und 6,
Figur 17
Figur 18, und
eine weitere Seitenansicht zu Figur 13,
gemäß Pfeil XVII,
je ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Ventilatorflügels in der Ansicht entsprechend
Figur 17,
030047/0886
- p- '- 3 P 32 017/Α
Figur 21 die Draufsicht auf einen Ventilatorflügel eines weiteren Ausführungsbeispiels,
Figur 22 die obere Hälfte eines Ventilators im Schnitt,
Figur 23 die obere Hälfte eines anderen Ventilators im Schnitt, und
Figur 24 die Seitenansicht zu Figur 21 .
Gemäß Figur 1 ist mit 1 die Ventilatornabe bezeichnet, auf deren Umfang ungefähr gleichmäßig verteilt insgesamt sieben Ventilatorflügel
2 bis 5 ... befestigt sind. Die äußeren Ränder der Ventilatorflügel erstrecken sich bis zu einer gestrichelt
angedeuteten, zur Ventilatorachse 6 koaxialen Rotationsfläche Die Rotationsfläche 7 ist gemäß Figur 1 kreiszylindrisch; sie
kann aber auch eine andere „. zum Beispiel eine konische Form
haben, wie es im Beispiel nach Figur 23 der Fall ist.
Der äußere Rand 8 geht über beispielsweise abgerundete Ecken 9 und 10 in den angeströmten Rand 12 beziehungsweise den ausströmseitigen
Rand 11. über. Pfeil 13 zeigt gegen die Förderrichtung. Der
Rand 12 ist entsprechend der durch Pfeil 14 angedeuteten Drehrichtung
dem Beschauer von Figur 2 stärker zugekehrt als der Rand 11. Im saugseitigen Bereich eines jeden Ventilatorflügels
ist entlang des äußeren Randes 8 ein stegförmiges Strömungselement 20 angeordnet, und zwar am äußeren Rand der Saugseite des
Ventilatorflügelendes, etwa senkrecht zur flächenhaften Erstreckung des Ventilatorflügels. Das Strömungselement 20 ist an
dem, bezogen auf die UmIaufrichtung vorn gelegenen Bereich des
Ventilatorflügels 3 - also in der Nähe des angeströmten Ventilatorflügelrandes
12 - am höchsten, das heißt seine Erstreckung senkrecht zur Ventilatorflügelfläche ist dort am größten und wird
zum ausströmseitigen Rand 11 hin niedriger. Die größte Höhe
des Strömungselementes 20 beträgt 3 bis 15 %, vorzugsweise 8 bis
10 %, der Abmessung des durch den Doppelpfeil 22 angezeigten
Radius des Ventilatorlaufrades. Diese Größenverhältnisse haben sich auch für die nachfolgend zu beschreibenden Ausführungsbeispiele
als vorteilhaft erwiesen.
0300A7/0886
- γ - P 32 017/Α
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 und 2 ist das Strömungselement
in der Nähe des angeströmten Randes 12 und auf der
Saugseite der Ventilatorflügel angeordnet. In Aoänderung kann
das Strömungselement 20 auch auf der ausströmseitigen Seite der Ventilatorflügel, das wäre die in Figur 1 und 2 dem Beschauer
abgekehrte Seite, angeordnet sein. Auch in diesem Fall sind die Strömungselemente vorzugsweise in der Nähe des angeströmten
Randes 12 angeordnet.
Die Ventilatorflügel 2, 3, 4, 5 sind aus flachem Stahlblech gestanzt.
Die Erfindung ist auch anwendbar bei anders hergestellten, profilierten Ventilatorflügeln, sie hat sich aber als besonders
wirksam erwiesen in Verbindung mit flachen, aus Stahlblech gestanzten Ventilatorflügeln.
Die Figuren 1 und 2 sind im Maßstab "k : 2 gezeichnet, das heißt,
dargestellt ist das Ausführungsbeispiel in halber natürlicher Größe.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 5 und 6 erstreckt sich das Strömungselement 24 an beiden Seiten, also druck- und saugseitig,
am Ventilatorfitigel 25 und läuft nach hinten mit sich verringernder Höhe aus, wie nach Figur 1 bis 4.
Nach Figur 7 und 8 erstreckt sich das Strömungselement 26 beidseitig
am Ventilatorflügel 27 und hat über die gesamte Länge
des äußeren Randes 28 gleiche Höhe.
Nach Figur 9 und 10 erstreckt sich das Strömungselement 29 beidseitig
am Ventilatorflügel 31, jedoch um den durch die Pfeile 32
angezeigten Abstand gegenüber dem äußeren Rand 30 zurückgesetzt. Der Abstand, der durch die Pfeile 32 angezeigt ist, ist maximal
so groß wie die größte der durch die Doppelpfeile 33, 34 angezeigte Höhe, mit der das Strömungselement 29 zur einen oder zur
anderen Seite übersteht.
Nach Figur 11 und 12 ist das Strömungselement 36, das sich über
die gesamte Länge des äußeren Randes 37 des Ventilatorflügels 38 erstreckt, beidseitig einwärts gekrümmt.
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- JS" - P 32 017/α
Gemäß Figur 13 und 14 steht der Ventilatorflügel 40 vorn und
hinten über das nur einseitig angebrachte Strömungselement 41 über.
Gemäß Figur 15 und 16 steht das beidseitig angebrachte Strömungselement
42 vorn und hinten über den Ventilatorflügel 43 über.
Das Strömungselement 41 besteht mit dem Ventilatorflügel 40, vie aus Figur 17 ersichtlich, aus einem Stück, zum Beispiel aus einem
Blechstück, und ist abgewinkelt.
Gemäß Figur 18 ist das Strömungselement 44 gebildet durch ein
auf den Ventilatorflügel 45 aufgesetztes T-Profilstück.
Gemäß Figur 19 ist das Strömungselement 46" gebildet durch ein
T-Profilstück mit einem zusätzlichen Schlitz 47, in den der Ventilatorflügel 48 eingepaßt ist.
Gemäß Figur 20 ist das Strömungselement 49 gebildet durch ein auf den Ventilatorflügel 50 gesetztes L-Profilstück.
Gemäß Figur 21 ist das Strömungselement 51 ein Formstück, das in der Art einer Schwalbenschwanzverbindung in den Ventilatorflügel
52 eingelassen ist.
Bei den Ausführungsbeispielen nach Figur 17 bis 20 können die Strömungselemente 41, 44, 46 und 49 aus Kunststoff, vorzugsweise
gespritzt, oder aus Metall als stranggepreßtes Metallprofil hergestellt sein. In beiden Fällen können die Strömungselemente aufgeklebt sein. Im Falle, daß sie aus Metall bestehen
können sie aufgeschweißt oder aufgenietet sein. Für ein stranggepreßtes Metallprofil 46 bietet sich noch die Möglichkeit
dann den Schlitz 47 so auszugestalten, daß er sich zur offenen Seite leicht erweitert. Man kann dann das Strömungselement 46
mit diesem Schlitz auf den Ventilatorflügel 48 aufkeilen und erzielt festen dauerhaften Sitz, indem man die beiden, den Schlitz
begrenzenden Schenkel anschließend zusammenpreßt, sodaß die
Enden in das Material des Ventialtorflügeis 48 eindringen.
030047/0886
P 32 U
Axialventilatorlaufräder nach der Erfindung können frei, also
ohne einen Gehäusemantel eingesetzt verden. Vorteilhafter ist es jedoch, einen Gehäusemantel vorzusehen, vie es beispielsveise
bei dem mit einem Axiallaufrad 55 ausgestatteten Ventilator 56
nach Figur 22 der Fall ist. Das Ventilatorlaufrad 55 ist genauso ausgebildet wie das aus Figur 1, die Nabe ist mit 57, der eine
sichtbare Ventilatorflügel mit 58, das eine sichtbare Strömungselement mit 59 und der die Förderrichtung anzeigende Pfeil mit
60 bezeichnet. Die gestrichelte Linie 61 zeigt entsprechend der gestrichelten Linie 7 aus Figur 1 und 2 die Eotatic sfläche an,
bis zu der die Ventilatorflügel reichen. Mit Toleranzabstand wird diese Rotationsfläche von dem gemäß Figur 22 kreiszylindrischen,
zur Ventilatorachse 54 koaxialen Gehäusemantel 62 umgeben.
Bei dem in Figur 23 dargestellten Ausführungsbeispiel öffnet sich der Kanal für den Förderstrom trichterförmig, die Nabe 69
erweitert sich in Förderrichtung gemäß Pfeil 70 kegelförmig und entsprechend hat der vorgesehene, stationäre Gehäusemantel 71
die Form eines zur Ventilatorachse 63 koaxialen Kreiskegelstumpfes, der sich in Förderrichtung erweitert mit einer Einzugsaufbiegung
72. Die Ventilatorflügel sind etwa trapezförmig und füllen den zur Verfügung stehenden Raum bis an den Gehäusemantel
71 unter Aussparung des für Fertigung und freien Umlauf nötigen Toleranzabstandes aus. Auf die Druckseite der Ventilatorflügel
ist, wie für den einzigen sichtbaren Ventilatorfitigel 73 dargestellt,, als Strömungselement ein Steg 74 montiert, der
sich entlang des äußeren Randes 75 im sogseitigen Bereich erstreckt.
In allen Ausführungsbeispielen sind die vorgesehenen Strömungselemente
für die Förderströmung widerstandsarm gestaltet, so
daß sie die Förderströmung wenig stören. Die Förderströmung bewegt
sich in Richtung der Strömungspfeile 13, 60 beziehungsweise
70, und zwar innerhalb des nach außen durch die Rotationsfläche 7 beziehungsweise 61 beziehungsweise durch die äußeren
Ränder der Ventilatorflügel begrenzten Förderstromkanais (vergleiche
Linie 61·). Für die unerwünschte Ausgleichsströmung,
die durch den Spalt zwischen dem Ventilatorlaufrad und einem
0300A7/0886
- yf -· ρ 32 017/a
Gehäusemantel hindurch beziehungsweise über den äußeren Rand der Ventilatorflügel tritt, sind die Stromungselemente als Hindernisse
ausgebildet, das heißt, sie bieten einen großen Strömungswiderstand.
Sie behindern daher die unerwünschte Spaltströmung ohne die erwünschte Pörderströmung zu beeinträchtigen.
Bemerkenswert ist, daß die Unterdrückung der Verlustströmung mit verhältnismäßig geringem Aufwand an Material und an Gewicht
durch verhältnismaäßig kleine Strömungselemente erzielbar ist,
die auch mit verhältnismäßig geringem zusätzlichen Aufwand herstellbar sind und bei Axial- und bei Diagonalventilatoren besonders
vorteilhaft anwendbar sind.
Q3 C047/0886
.A*
Leerseite
Claims (8)
- Patentansprüche:1J Ventilatorlaufrad mit Ventilatorflügeln, die verteilt auf den Umfang an einer zentralen Nabe befestigt sind und mit ihren radial äußeren Rändern frei bis an eine zur Ventilatorachse koaxiale, den Förderstromkanal begrenzende Rotationsfläche reichen, dadurch gekennzeichnet, daß entlang des äußeren Randes ( 8 ) der Ventilatorflügel ( 2 bis 5 ) ein Strömungselement ( 20 ) angeordnet ist, das für die Förderströmung widerstandsarm und für die um den äußeren Rand ( 8 ) von der Druck- zur Saugseite verlaufende Ausgleichsströmung als Hindernis ausgebildet ist.
- 2. Ventilatorlaufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungselemente ( 20 ) im, bezogen auf die Umlaufrichtung, vorn gelegenen Bereich der Ventilatorflügel ( 3 ) angeordnet sind.
- 3. Ventilatorläufrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungselemente auf der Druckseite der Ventilatorflügel angeordnet sind.
- 4. Ventilatorlaufrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungselemente ( 20 ) auf der Saugseite der Ventilatorflügel ( 3 ) angeordnet sind.
- 5. Ventilatorlaufrad nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungs-elemente ( 46 ) sich beidseitig also druck- und saugseitig - an den Ventilatorflügeln ( 48 ) erstreckend angeordnet sind.
- 6. Ventilatorlaufrad nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein zur Ventilatorachse koaxialer Gehäusemantel ( 71 ) vorgesehen ist, der die Ventilatorflügel ( 73 ) entlang ihrer äußeren Ränder ( 75 ) mit Toleranzabstand umgibt.Q30047/088SORIGINAL INSPECTED- 2 - P 32 017/a
- 7. Ventilatorlaufrad nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die den Strömungskanal radial einwärts begrenzende Nabe
( 69 ) sich ebenso wie der den Strömungskanal radial auswärts begrenzende Gehäusemantel ( 71 ) in Förderrichtung ( 30 )
kegelförmig erweitert. - 8 - Ventilatorlaufrad nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilatorflügel ( 3 ) aus Stahlblech gestanzt sind.030047/0886
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Legal Events
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8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: PAPST-MOTOREN GMBH & CO KG, 7742 ST GEORGEN, DE |
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8120 | Willingness to grant licences paragraph 23 | ||
8131 | Rejection |