DE3612249A1 - Ventilator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Ventilator mit einem Rohr­ stück, mit einem elektrischen Antriebsmotor, mit einem Ventilatorrad, das eine Nabe hat, die einen Flügelkranz trägt, mit einem Rotor des Antriebsmotors, der eine kreis­ zylindrische Außenfläche hat, mit einem Ring, der auf der kreiszylindrischen Außenfläche des Rotor sitzt und eine Außenfläche hat, die sich in Strömungsrichtung kegelförmig erweitert und auf dessen Außenfläche die Flügel des Flü­ gelkranzes befestigt sind und mit einem Strömungskanal, der außen durch die Innenfläche des Rohrstückes und innen durch die Außenfläche der Nabe begrenzt wird und wobei sich Antriebsmotor und Ventilatorlaufrad koaxial und voll­ ständig innerhalb des Rohrstückes erstrecken.

Bei Ventilatoren dieser Art erfolgt der Luft- oder Gas­ durchsatz koaxial zur Rotorachse - dann handelt es sich um einen sogenannten Axialventilator - oder der Luftdurchsatz erfolgt schräg zur Rotorachse - und dann handelt es sich um einen sogenannten Diagonalventilator.

Ventilatoren dieser Art werden als Einbauventilatoren ein­ gesetzt und stehen zu diesem Zweck in Abmessungen von 3 bis 20 cm (Zentimeter) Rohrdurchmesser zur Verfügung. Bei solchen Gebläsen ist der, für die erforderlichen Einbauten zur Verfügung stehende Platz, durch den Innenraum des Rohrstückes begrenzt, und dieses wird im Interesse enger Einbaubedingungen möglichst kurz gemacht. Zur Anpassung der Strömungscharakteristik an die jeweiligen Bedarfsfälle können bei solchen Ventilatoren nur innerhalb der zur Ver­ fügung stehenden Außenkontur Veränderungen vorgenommen werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, im Rahmen der vorgegebenen Außenkontur einen solchen Ventilator so zu modifizieren, daß er den jeweiligen Anforderungen hinsichtlich der Strö­ mungscharakteristik möglichst leicht angepaßt werden kann. Dabei sollen für Gebläse, die auf unterschiedliche Strö­ mungscharakteristika angepaßt sind, möglichst gleiche Bau­ teile in der Massenproduktion verwendbar sein.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Kennzei­ chens des Anspruchs 1.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Axialventilator in Strömungs­ richtung gesehen,

Fig. 2 die Ansicht gemäß dem Pfeil II aus Fig. 1,

Fig. 3 den Teilschnitt III aus Fig. 1,

Fig. 4 den Teilschnitt IV aus Fig. 1,

Fig. 5 eine Ventilatorkennlinie,

Fig. 6 die abgewickelte Darstellung eines Flügelrades, das für den Ventilator nach Fig. 1 bis 5 verwendbar ist, jedoch statt mit fünf mit sieben Flügeln ausgestattet ist,

Fig. 7 eine Schaufel aus Fig. 6 in Drauf­ sicht in natürliche Größe, und

Fig. 8 bis 10 je ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Axialventilators in der An­ sicht entsprechend Fig. 2.

In der Zeichnung ist mit 1 ein Rohrstück bezeichnet, dessen Länge gemäß Doppelpfeil 2 kleiner ist als dessen kleinster Radius gemäß Doppelpfeil 3. Mit 4 ist ein elektrischer Antriebsmotor bezeichnet, der koaxial voll­ ständig innerhalb des Rohrstückes 1 gelagert ist. Der An­ triebsmotor 4 ist ein Außenläufermotor. Der Antriebsmotor ist mit vier auf den Umfang verteilt angeordneten Speichen 5, 6, 7, 8 am Rohrstück 1 befestigt. Die Speichen erstrecken sich entlang des einen, zum Beispiel des saugseitigen Endes des Rohrstückes, vom Rohrstück zu einer Lagerscheibe 11. Diese Lagerscheibe 11 gehört zu dem allgemein mit 9 bezeichneten Stator des elektrischen An­ triebsmotors. Mit 10 ist der Rotor des Motors 4 bezeichnet der topfförmig ausgebildet ist, und den Stator bis dicht an die Speichen 5, 6, 7, 8 beziehungsweise an die Lager­ scheibe 11 umgibt. Auf den Rotor 10 ist ein Ring 12 ver­ drehungssicher gesteckt, der eine Außenfläche 13 aufweist, die sich in Strömungsrichtung gemäß Pfeil 24 kegelförmig erweitert. Ein ringförmiger Strömungskanal 14 wird außen von der Innenfläche 15 des Rohrstückes und innen von der Außenfläche 13 des Ringes 12 begrenzt. Auf dem Umfang des Ringes 12 sind insgesamt fünf Flügel 16 bis 20 verteilt an­ geordnet, die an der Außenfläche 13 des Ringes 12 be­ festigt sind. Der Ring 12 ist formschlüssig passend auf den topfförmigen Rotor 10 gesteckt. Der Ring 12 besteht aus einer Innenwand 21, die formschlüssig auf den Rotor 10 paßt, und einer Außenwand 22, die schräg zur Innenwand steht, und an dieser befestigt ist, so daß zwischen den beiden Wänden 21 und 22 ein zur Druckseite 25 offener keil­ förmiger Ringspalt 26 ausgespart ist. Dieser keilförmige Ringspalt 26 kann auch verschlossen oder ausgefüllt sein. Wesentlich ist, daß sich die Außenfläche 13, die den Strömungskanal nach innen begrenzt, konisch in Strömungs­ richtung erweitert, und zwar mit einem Winkel 28 von 5 bis 45 Grad vorzugsweise 30 Grad, wie im dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel. Die Flügel 16 bis 20 erstrecken sich über den ganzen Querschnitt des Strömungskanals 14 mit Toleranz­ abstand gemäß Doppelpfeil 30 zur Innenwand 15 des Rohr­ stückes 1, und mit etwas größerem Abstand gemäß Doppel­ pfeil 31 zu den Speichen 5 bis 8. Die Innenfläche 15 des Rohrstückes 1 hat im mittleren Bereich, bezogen auf die axiale Länge, eine Einschnürung 35 mit kleinstem Durch­ messer 29 und erweitert sich zur Druckseite 25 auf einen Durchmesser 33 und zur Sogseite 36 auf einen Durchmesser 32. Der Durchmesser 29 ist kleiner als die Durchmesser 32 und 33. Die Durchmesser 32 und 33 sind etwa gleichgroß.

Mit 76 ist ein kreiszylindrischer Abschnitt bezeichnet, der sich mit seiner axialen Länge gemäß Doppelpfeil 73 über etwa die Hälfte der axialen Länge gemäß Doppelpfeil 80 des Ringes 12 erstreckt.

An beiden Enden des Rohrstückes 1 ist je ein Flansch 40, 41 mit quadratischer Außenkontur vorgesehen. Die beiden Flansche 40, 41 stehen sich deckungsgleich gegenüber, so daß der Flansch 40 in Fig. 1 durch den dort sichtbaren Flansch 41 verdeckt ist. Die quadratische Außenkontur der Flansche umgibt das Rohrstück 1 an den Enden eng, so daß im engsten Bereich zum Beispiel dem Bereich 43, zwischen benachbarten Flanschecken zum Beispiel den Flanschecken 44, 45 die Materialstärke des Flansches gemäß Doppelpfeil 46 nicht wesentlich stärker ist, als die Materialstärke des Rohrstückes, vergleiche Fig. 1 und Fig. 4.

Alle Teile des Ventilators, mit Ausnahme der Flansche sind innerhalb des Rohrstückes 1 untergebracht, und der ganze Ventilator einschließlich der Flansche findet Platz in einem Quadratzylinder, dessen Grundfläche durch die Quadratform eines Flansches gebildet wird, und dessen Höhe dem Doppelpfeil 2 also der Länge des Rohrstückes 1 entspricht.

Um den Strömungskanal 14, an den beiden Rohrenden im Rahmen der vorgegebenen Außenabmessungen zu erweitern, ist der Strömungskanal 14 im Bereich der Flanschecken durch Abschrägungen gebildet, und an den Abschrägungen radial erweitert. Die den Flanschecken 44, 45 zugeordneten Ab­ schrägungen, sind mit 50, 51 bezeichnet. Die den Flansch­ ecken 52, 53 zugeordneten Abschrägungen sind mit 54, 55 be­ zeichnet.

Beim Stande der Technik sind die Flügel auf der Außen­ fläche 57, des Rotors 10 befestigt. Diese Außenfläche 57 bildet die innere Begrenzung des Strömungskanals. Diese Außenfläche 57 erstreckt sich im wesentlichen kreis­ zylindrisch. Im Gegensatz dazu erstreckt sich die Außen­ fläche 13 konisch und vermittelt der entlangstreichenden Förderluft eine radiale Komponente, die wie aus Fig. 5 ersichtlich zu einer Drucksteigerung auf der Druckseite 25 gegenüber dem Stand der Technik führt.

In Fig. 5 ist auf der senkrechten Achse, die auf der Druckseite erzielte Drucksteigerung Pf, und auf der waage­ rechten Achse der Volumenstrom VS der Förderluft aufgetra­ gen. Die ausgezogen gezeichnete Kennlinie 60 zeigt die, für ein Axialgebläse nach Fig. 1 bis 4 gemessenen Werte. Die gestrichelt gezeichnete Kennlinie 61 zeigt gemessene Werte für ein vergleichbar bemessenes Axialgebläse, das nach dem Stande der Technik ausgeführt ist. Dieses Axial­ gebläse nach dem Stande der Technik unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis 4 durch das Fehlen des Ringes 12, und die bis zur Außenfläche 57 reichenden Ventilatorflügel. Aus dem Kennliniendiagramm ist ersichtlich, daß die Drucksteigerung auf der Druckseite gegenüber dem Stand der Technik erzielt wird ohne Einbuße im Volumenstrom der Förderluft. Der Kenn­ linienvergleich zeigt, daß durch die Erfindung insgesamt auch eine Steigerung der Förderleistung erzielt ist.

Es ist für die Erfindung bedeutungsvoll, daß man einen Ventilator nach dem Stande der Technik einfach durch zusätzliches Einfügen des Ringes 12 mit einer Ventilator­ charakteristik verändern kann, dahingehend, daß er eine größere Druckdiffernz erzeugt. Man kann dazu von den gleichen Rohrstücken, den gleichen Flanschen und dem gleichen Motor mit den gleichen Speichen ausgehen, setzt nicht die Flügel direkt an den Rotor, sondern setzt auf den Rotor den Ring 12 und die Flügel, entsprechend anders geformt auf den Ring 12.

Die Erfindung ist auch anwendbar bei Ventilatoren mit andersartigem Antriebsmotor, zum Beispiel Innenläufer­ motor, dann wird an dem Rotor ein Topf befestigt, der den Stator entsprechend umgibt. Statt des mit der Einschnürung 35 versehenen Rohrstückes kann man auch ein Rohrstück ein­ setzen, dessen Innenfläche 15 kreiszylindrisch ist oder eine andere für solche Ventilatoren sinnvolle Form hat.

In Abänderung des dargestellten Ausführungsbeispiels kann der Ring 12 auch Teil des Rotors 10 sein.

Gemäß einer weiteren Abänderung kann das Rohrstück 1 auch auf seiner ganzen axialen Länge etwa gleichen Durchmesser haben, etwa so groß wie der Durchmesser 29.

Es empfiehlt sich, das aus den fünf Flügeln 16 bis 20 gebildete Flügelrad in Abänderung mit einer möglichst engen Flügelteilung auszugestalten, so daß zum Beispiel sieben Schaufeln verwendet werden, und in weiterer Abänderung gegenüber dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Flügel sehr stark gekrümmt auszugestalten, so daß der Schaufelaustrittswinkel Beta etwa siebzig bis neunzig Grad betragen kann.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Antriebs­ motor ein Außenläufermotor. Die Erfindung ist auch zu ver­ wirklichen in Verbindung mit einem Innenläufermotor. Dann kann der Topf des Rotors, der beim Außenläufermotor durch den Rotor selbst gebildet wird, ein aufgesetzter, dünnwan­ diger Topf sein, der mit dem Rotor drehsteif verbunden ist und den Stator bis fast an die Speichen umgibt.

Wenn der Antriebsmotor ein kollektorloser Gleichstrommotor ist, kann der durch die Erfindung eventuell erhöhte Leistungsbedarf (denn die Leistungskennlinie wird ja über ihrem ganzen Bereich durch die Erfindung angehoben) bei gleicher Baugröße des Motors bequem erzeugt werden. Gerade in Verbindung mit einer Außenläufertype ergibt sich so ein hohes Leistungsvolumen.

Fig. 6 stellt für eine Flügelzahl sieben eine abge­ wickelte Darstellung des Flügelrades dar. Die Erhöhung der Flügelzahl (wobei die Flügelzahl durch die Anzahl der Stege nicht teilbar sein darf im Sinne der Geräuschredu­ zierung) in Verbindung mit starker Flügelkrümmung (was auch ein großes Beta von über 50 Grad zur Folge hat) führt in Verbindung mit der Kegelnabe nach Anspruch 1 zur Leistungsanhebung. Zwischen den Flügelkanten und der be­ nachbarten Wand ist ein Spalt von circa einem Millimeter.

Fig. 7 zeigt eine Schaufel in Draufsicht in natürlicher Größe. Fig. 1 ist auch in natürlicher Größe zu verstehen. Die Krümmungsachse 81 in Fig. 7 ist das Zentrum der Zylinderfläche es Flügels 82. Der Krümmungsradius beträgt dreißig Millimeter. Die Proportionen in den Figuren sind erfindungswesentlich, insbesondere bei Anwendung in natürlicher Größe (wie in Fig. 1 dargestell).

Die Bedeutung der Bezugsziffern in Fig. 6 ist folgende: Rotorbodenaußenseite 83; Flanschseite 84; Flügelteilung für sieben Schaufeln 85; Flügelaustrittswinkel 86; Abstand zwischen Flügelaußenkante und Flügelinnenkante 87; Ende der Abwicklung 88; Abwicklung der Nabenaußenfläche 89.

Der dem Abstand 87 entsprechende Abstand beträgt, wenn die Ausführungsform nach Fig. 1 in der abgebildeten Größe verwirklicht wird, 2 mm (Millimeter).

Die weiteren, in den Fig. 8 bis 10 dargestellten Aus­ führungsbeispiele unterscheiden sich von dem Ausführungs­ beispiel nach Fig. 1 bis 6 nur durch die Ausgestaltung des Rohrstückes 1. Einander entsprechende Teile sind in den Fig. 8 bis 10 mit den gleichen Bezugsziffern be­ zeichnet wie in Fig. 3.

Nach Fig. 8 erstreckt sich der kreiszylindrische Ab­ schnitt 77 über die ganze axiale Länge des Ventilators und damit auch über die ganze axiale Länge gemäß Doppelpfeil 80 des Ringes 12. Den Abschrägungen 50, 51, 54, 55 ent­ sprechende Abschrägungen sind bei diesem Ausführungsbei­ spiel nicht vorgesehen.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 liegt der kreis­ zylindrische Abschnitt 78 auf der Druckseite und erstreckt sich mit seiner axialen Länge gemäß Doppelpfeil 74 über etwas mehr als die Hälfte der axialen Länge des Ringes 12. Abschrägungen entsprechend den Abschrägungen 50, 51, 54 und 55 sind auf der Sogseite, jedoch nicht auf der Druckseite vorgesehen.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 10 liegt der kreis­ zylindrische Abschnitt 79 auf der Sogseite und erstreckt sich mit seiner axialen Länge gemäß Doppelpfeil 75 über etwa 35% der axialen Länge des Ringes 12. Abschrägungen entsprechend den Abschrägungen 50, 51, 54, 55 sind auf der Druckseite nicht, wohl aber auf der Sogseite vorgesehen. Die eine sichtbare Abschrägung ist mit 58 bezeichnet.

Claims (12)

1. Ventilator
mit einem Rohrstück,
mit einem elektrischen Antriebsmotor
mit einem Ventilatorrad, das eine Nabe hat, die einen Flügelkranz trägt,
mit einem Rotor des Antriebsmotors, der eine kreis­ zylindrische Außenfläche hat,
mit einem Ring, der auf der kreiszylindrischen Außen­ fläche des Rotors sitzt und eine Außenfläche hat, die sich in Strömungsrichtung kegelförmig erweitert und auf dessen Außenfläche die Flügel des Flügelkranzes befestigt sind und
mit einem Strömungskanal, der außen durch die Innen­ fläche des Rohrstückes und innen durch die Außenfläche der Nabe begrenzt wird und
wobei sich Antriebsmotor und Ventilatorlaufrad koaxial und vollständig innerhalb des Rohrstückes erstrecken, dadurch gekennzeichnet,
daß das Rohrstück (1), bezogen auf seine Innenfläche, einen kreiszylindrischen Abschnitt (76-79) aufweist, der sich über mindestens 10% (Prozent) der axialen Länge des Ringes (12) erstreckt.

2. Ventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der kreiszylindrische Abschnitt (79) am sogsei­ tigen Ende des Strömungskanals (14) liegt.

3. Ventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der kreiszylindrische Abschnitt (78) am druck­ seitigen Ende des Strömungskanals (14) liegt.

4. Ventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der kreiszylindrische Abschnitt (76) in der Mitte des Strömungskanals (14) liegt.

5. Ventilator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet,
daß der kreiszylindrische Abschnitt (76-79) sich über 25 bis 100%, vorzugsweise etwa 50%, der axialen Länge des Ringes (12) erstreckt.

6. Ventilator nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der Durchmesser (32) am sogseitigen Ende des Rohrstückes (1) etwa so groß ist, wie der Durchmesser (33) am druckseitigen Ende des Rohrstückes (1).

7. Ventilator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß auf den Umfang verteilt angeordnete Speichen (5, 6, 7, 8) vorgesehen sind, die am Rohrstück (1) be­ festigt sind,
daß eine Lagerscheibe (11) vorgesehen ist, die zum Stator (9) des elektrischen Antriebsmotors (4) gehört, und
daß die Speichen sich entlang des einen Endes des Rohr­ stückes bis zur Lagerscheibe (11) erstrecken.

8. Ventilator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Flügel (16, 20) sich über den gesamten Quer­ schnitt des Strömungskanals (14) erstrecken mit Tole­ ranzabstand zur Innenwand des Rohrstückes (1) und etwas größerem Abstand zu den Speichen (5 bis 8).

9. Ventilator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der Ring (12) formschlüssig passend auf den Rotor (10) gesteckt ist.

10. Ventilator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß der Ring (12) aus einer formschlüssig auf den Rotor (10) passenden Innenwand (21) und einer schräg dazu stehenden, die Außenfläche (13) bildenden Außenwand (22) besteht und
daß zwischen den beiden Wänden (21, 22) ein zur Druckseite (25) offener keilförmiger Ringspalt (26) ausgespart ist.

11. Ventilator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß an einer oder beiden Enden des Rohrstückes (1) ein Flansch (40, 41) mit quadratischer Außenkontur vor­ gesehen ist, der sich innerhalb der axialen Länge des Rohrstückes erstreckt und im engsten Bereich (43) zwischen benachbarten Flanschecken (44, 45) nicht wesentlich stärker ist als die Materialstärke des Rohr­ stückes (1) und
daß der Strömungskanal (14) im Bereich von Flansch­ ecken (44, 45) Abschrägungen (50, 51) hat und an den Abschrägungen radial erweitert ist.

12. Ventilator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Länge (2) des Rohrstückes (1) kleiner ist als der kleinste Durchmesser (29) des Rohrstückes.