DE3633146A1 - Ventilatorrad mit mehreren stroemungskanaelen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventilatorrad mit mehreren Strömungskanälen,
die auf den Umfang verteilt angeordnet sind,
die sich vom saugseitigen zum druckseitigen Ende erstrecken,
die an beiden Enden offen sind,
die, bezogen auf die Drehrichtung, schaufelartig gekrümmt sind und
die über die ganze Länge rohrartig eingefaßt sind durch geschlossene Wände.

Bei einem bekannten Ventilatorrad sind mehrere unter sich gleiche Ventilatorflügel mit gleichem Anstellwinkel gleichmäßig auf den Umfang einer Nabe angeordnet. Über die äußeren Kanten der Ventilatorflügel ist ein Ring gesteckt, der mit den Ventilatorflügeln verbunden ist, so daß zwischen den Ventilatorflügeln Strömungskanäle entstehen, die durch die Nabe jeweils zwei benachbarter Ventilatorflügel und einen Abschnitt des Ringes eingefaßt sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, mit möglichst einfachem Aufwand ein Ventilatorrad mit engen Strömungskanälen zu erzielen. Enge Strömungskanäle ermöglichen eine bessere Führung bei stärkerer Umlenkung der Strömung als weite Strömungskanäle. Durch die stärkere Umlenkung können größere Strömungsleistungen erzielt werden.

Die Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst,
daß mehrere kreisrunde Scheiben koaxial zu einem Paket geschichtet sind,
daß die Scheiben auf den Umfang verteilt Durchbrüche aufweisen, und
daß ein Strömungskanal gebildet ist durch je einen Durchbruch in allen Scheiben.

Die Erfindung bietet für die geometrische Ausgestaltung der Strömungskanäle außerordentliche Freiheit, weil es dazu nur nötig ist, die vorgesehenen Durchbrüche in den Scheiben entsprechend anzuordnen. Da die Scheiben gestanzt werden können, entstehen bei der Herstellung, auch bei komplizierter geometrischer Ausgestaltung der Durchbrüche, keine Probleme.

Wegen der geschlossenen Strömungskanäle ist die Geräuschentwicklung gering. Die Erfindung ermöglicht es, Strömungskanäle zu bauen, deren radiale Weite im Verhältnis zum Ventilatorradradius sehr klein ist, zum Beispiel 1/5 bis 1/10 des Ventilatorradradius. Das führt zwar zu einer Anhebung des Reibungswiderstandes gegenüber weiteren Strömungskanälen, kann aber bei Ventilatoren, die als Einbauventilatoren insbesondere zur Innenbelüftung elektronischer Geräte gedrängt aufgebaut sind, wegen der durch die besondere Strömungskanalausgestaltung erzielbaren Vorteile hingenommen werden.

Die Strömungskanäle können geradlinig oder gekrümmt sein. Der Querschnitt der Strömungskanäle kann über die Länge der gleiche sein, er kann aber auch in Strömungsrichtung größer oder enger werdend ausgestaltet sein.

Die Erfindung ist anwendbar bei Axialventilatoren und Diagonalgebläsen. Die Querschnitte der Strömungskanäle können nahezu beliebig geformt sein, zum Beispiel kreisförmig, oval, dreieckig, viereckig, wabenförmig also sechseckig.

Die Scheiben können durch Bohren, Fräsen oder Stanzen aus geeignetem Flachmaterial, zum Beispiel Metallplatten oder Kunststoffplatten, hergestellt werden, sie können aber auch als Kunststoffspritzteile hergestellt sein.

Vorzugsweise haben die Scheiben gleichen Durchmesser und vorzugsweise sind die Durchbrüche in allen Scheiben in gleicher Weise geometrisch angeordnet oder ausgestaltet. In einem solchen Fall genügt es, die Scheiben von Scheibe zu Scheibe um einen Versatzwinkel verdreht zu paketieren. Der Versatzwinkel ist kleiner als ein Winkel, bei dem Verzweigungen der Strömungskanäle entstehen.

Die Kanalausgestaltung und -krümmung kann man durch entsprechende Wahl des Versatzwinkels auch bei Verwendung gleich ausgestalteter Scheiben in weiten Grenzen einstellen. Der Versatzwinkel kann für alle Scheiben der gleiche sein, er kann aber auch von Scheibe zu Scheibe in Strömungsrichtung kleiner werden.

Die Durchbrüche ordnet man zweckmäßig dicht an dicht an mit im Verhältnis zur Fläche eines Durchbruchs schmalen Stegen dazwischen, um eine möglichst große Querschnittssumme aller Strömungskanäle zu erzielen.

Vorzugsweise sind die Stege zwischen den Durchbrüchen jeweils so schmal, daß, bezogen auf den Versatzwinkel, gerade keine Verzweigungen entstehen mit einer Toleranzzugabe zur Breite dieser Stege.

Zur Herabsetzung des Reibungswiderstandes im Inneren der Strömungskanäle empfiehlt es sich, die die Durchbrüche begrenzenden Innenwände entsprechend dem Versatzwinkel abzuschrägen, so daß die durch den Versatz entstehenden Stufen der einzelnen Scheiben entlang der Wände der Strömungskanäle geglättet sind.

Es kann auf jedem Radius jeweils nur ein Durchbruch vorgesehen sein. In manchen Fällen ist es aber im Interesse einer guten Strömungsführung vorteilhaft, wenn mehrere Durchbrüche auf einem Radius angeordnet sind und wenn auf einem kleinen koaxialen Kreis eine geringere Anzahl von Durchbrüchen gelegen ist als auf einem größeren koaxialen Kreis.

Vorzugsweise bestehen die Scheiben aus Stahlblech mit einem zentralen Durchbruch. Der innere Randbereich der zentralen Durchbrüche kann dann als Rotorblech für den Rotor eines elektrischen Antriebsmotors ausgebildet sein.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 ein Ventilatorrad für einen Axialventilator perspektivisch,

Fig. 2 den Schnitt II aus Fig. 1,

Fig. 3 eine Scheibe aus Fig. 1 in Draufsicht,

Fig. 4 den Schnitt IV aus Fig. 3,

Fig. 5 die Scheibe eines zweiten Ventilatorrades in Draufsicht,

Fig. 6 die Scheibe eines dritten Ventilatorrades in Draufsicht,

Fig. 7 den Schnitt VII aus Fig. 6,

Fig. 8 bis 11 Scheiben eines vierten, fünften, sechsten und siebten Ausführungsbeispiels in Draufsicht und

Fig. 12 bis 13 die drei saugseitig angeordneten Scheiben eines achten Ausführungsbeispiels in Draufsicht.

Gemäß Fig. 1 bis 4 sind mit 1 bis 10 insgesamt zehn Eisenblechscheiben bezeichnet, die zu dem Ventilatorrad 11 koaxial zur Ventilatorradachse 12 paketiert sind. Die Scheiben 1 bis 10 haben unter sich identische geometrische Form. Diese wird nun anhand der Scheibe 1 erläutert.

Die Scheibe 1 ist kreisrund und hat auf den Umfang verteilt neun trapezförmige Durchbrüche 16 bis 24 und einen zentralen, koaxialen Durchbruch 25. Zwischen den Durchbrüchen sind nur schmale Stege stehengelassen, zum Beispiel die Stege 26, 27, 28. Die Durchbrüche sind sämtlichst gleichgroß und identisch geometrisch geformt. Die Scheiben sind alle gleich dick.

Die Scheiben sind von Scheibe zu Scheibe um einen Versatzwinkel 30 gegeneinander verdreht. Zur Verdeutlichung dessen sind in Fig. 1 für jede Scheibe Markierungen eingezeichnet, zum Beispiel die Markierung 31. Diese Markierungen befinden sich bei allen Scheiben an der gleichen geometrischen Stelle, wie auch aus Fig. 3 ersichtlich. Durch den Winkelversatz von Scheibe zu Scheibe stehen die Markierungen im fertigen Scheibenpaket nicht in einer Flucht sondern entsprechend dem Versatzwinkel gegeneinander versetzt. Der Versatzwinkel 30 ist kleiner als der größte Umfangswinkel 33 des Durchbruchs 20. Da alle Durchbrüche gleichgroß sind, haben sie auch gleichgroßen Umfangswinkel. Wenn Durchbrüche mit verschieden großen Umfangswinkel vorgesehen sind, dann ist der Versatzwinkel kleiner als der Umfangswinkel desjenigen Durchbruchs, der den kleinsten Umfangswinkel hat.

Auf diese Weise ist sichergestellt, daß in der jeweils nachfolgenden Scheibe der Strömungskanal sich fortsetzt. Der Versatzwinkel 30 ist auch kleiner als der kleinste Umfangswinkel 34 eines Steges 27 beziehungsweise als der kleinste Umfangswinkel des Steges mit kleinstem Umfangswinkel für den Fall, daß unterschiedlich breite Stege vorgesehen sind. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß sich die Strömungskanäle nicht verzweigen. Bei Drehrichtung gemäß Pfeil 14 ist die Förderrichtung wie durch den Pfeil 15 angezeigt.

Der Umfangswinkel kann von Scheibe zu Scheibe, wie nach Fig. 1, der gleiche sein, er kann aber auch von Scheibe zu Scheibe kleiner werden oder größer werden oder abwechselnd kleiner und größer werden. Entsprechend ergeben sich unterschiedliche Krümmungen der Strömungskanäle.

Der Strömungskanal 36 ist in Fig. 1 durch gestrichelte Linien angedeutet. In Fig. 2 sind die Strömungskanäle 37, 38, 39, 40 nur auf einem Teil ihrer Strecke sichtbar, bedingt durch die Krümmung, die nur auf einer Teilstrecke die Schnittebene durchsetzt.

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel besteht die dargestellte Scheibe 45 aus Stahlblech mit einem zentralen Durchbruch 46. Die auf den Umfang verteilt vorgesehenen, trapezartigen Durchbrüche 47 lassen einen inneren Randbereich 48 frei. Dieser innere Randbereich 48, der den zentralen Durchbruch 46 umgibt, ist wie ein Rotorblech für den Rotor eines elektrischen Antriebsmotors ausgebildet, vorgesehene Aussparungen für die Kurzschlußbügel sind mit 50 und 51 bezeichnet.

Das aus Scheiben nach Fig. 5 geschichtete Paket dient gleichzeitig als Rotorblechpaket für einen im übrigen nicht dargestellten, koaxial angeordneten elektrischen Außenläufer-Antriebsmotor.

In Fig. 6 ist mit 60 die Scheibe eines Ventilatorrades bezeichnet, bei dem die Kanten der Durchbrüche 61, 62, 63, 64, wie besonders gut aus Fig. 7 ersichtlich, abgeschrägt sind. Die Abschrägung einer Kante, zum Beispiel der Kante 65 ist entsprechend dem Versatzwinkel so gewählt, daß die Innenwände der gebildeten Kanäle trotz des Versatzwinkels glatt sind.

Während bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen die Durchbrüche trapezförmig ausgestaltet sind, sind die Durchbrüche bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 8 bis 11 anders geformt.

In der Scheibe 70 nach Fig. 8 sind die Durchbrüche 71 wabenförmig, sechseckig.

Nach Fig. 9 sind die Durchbrüche 72, 73, 74, 89 . . . der Scheibe 75 durch radiale Speichen 76. . . einerseits und Ringe 77, 78 andererseits begrenzt. Es sind jeweils mehrere Durchbrüche, zum Beispiel die Durchbrüche 72, 73, auf ein und demselben Radius 79 angeordnet. Auf einem kleinen koaxialen Kreis 88 sind insgesamt sechs Durchbrüche 72, 74. . . angeordnet. Auf einem großen koaxialen Kreis 87 sind eine größere Anzahl von Durchbrüchen 73, 89. . ., nämlich insgesamt zwölf Durchbrüche, angeordnet. Mit anderen Worten, innen ist die Teilung der Durchbrüche weiter als außen.

Nach Fig. 10 sind die Durchbrüche 80 in der Scheibe 81 kreisförmig. Nach Fig. 11 sind die Durchbrüche 83, 84 in der Scheibe 85 dreieckig. Bemerkenswert ist, daß bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 8 bis 11 jeweils mehrere Durchbrüche an ein und demselben Scheibenradius liegen. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 11 liegen bis zu drei Durchbrüche auf einem Radius, zum Beispiel dem Radius 86. In Abänderung der dargestellten Ausführungsbeispiele können auch mehr als drei Durchbrüche auf ein- und demselben Radius liegen.

Bei allen bis jetzt beschriebenen Ausführungsbeispielen entstehen im fertigen Paket so viele Strömungskanäle wie Durchbrüche, abgesehen von dem zentralen Durchbruch, in den betreffenden Scheiben vorhanden sind. Der Versatzwinkel ist beim Paketieren dabei jeweils so klein gewählt, daß durchgehende Strömungskanäle entstehen, die zwangsläufig an beiden Enden offen sind, und daß Verzweigungen vermieden werden. Durch den Versatz wird eine gewünschte, bezogen auf die Drehrichtung schaufelartige Krümmung der Strömungskanäle erzielbar.

Bei allen bis jetzt beschriebenen Ausführungsbeispielen sind die Scheiben, die für ein Paket eines Ventilatorrades verwendet werden, jeweils unter sich identisch ausgebildet. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 12 bis 14 ist das nicht der Fall.

Fig. 12 zeigt die saugseitig gelegene Scheibe, Fig. 13 die nächstfolgende und Fig. 14 die daran anschließende. Die Scheiben folgen also in der Reihenfolge 90, 91, 92 in Durchsatzrichtung im Paket aufeinander. Die Scheiben haben einen zentralen Durchbruch 94, 95, 96, der kreisrund und bei allen Scheiben gleichgroß ist. Der Außendurchmesser der Scheiben ist unterschiedlich, und zwar liegt die kleinste Scheibe 90 auf der Saugseite und die nächstfolgenden Scheiben haben zunehmend größeren Durchmesser. Alle Scheiben weisen auf den Umfang verteilt insgesamt sieben Durchbrüche, zum Beispiel die Durchbrüche 97 bis 102 auf.

Bei allen dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Stege im Verhältnis zu den Durchbrüchen zu breit gezeichnet. Das ist nur aus Gründen einer übersichtlichen zeichnerischen Darstellung geschehen. Tatsächlich sind bei allen Ausführungsbeispielen die Stege wesentlich schmaler. Sie dürfen natürlich, bezogen auf den Versatzwinkel, nicht so schmal sein, daß Verzweigungen der Strömungskanäle entstehen, aber man kann alle Ausführungsbeispiele vorteilhaft so ausgestalten, daß die Stege so schmal sind, daß gerade, bezogen auf den jeweiligen Versatzwinkel, keine Verzweigungen entstehen, wobei man bei dieser minimalen Stegbreite natürlich eine technisch erforderliche Toleranzzugabe berücksichtigen wird, die Stege also um diese Toleranzzugabe breiter macht als die theoretisch schmalste Ausgestaltung. Mit der Toleranzzugabe ist auch sichergestellt, daß die Stege so breit sind, daß sie eine hinreichende Stabilität gewährleisten. Je schmaler die Stege sind, umso größer ist die für den Luftdurchsatz zur Verfügung stehende Gesamtfläche der Durchbrüche, und je größer diese Gesamtfläche der Durchbrüche ist, umso günstiger ist das für den Wirkungsgrad des Ventilators.

Die Durchbrüche einer einzelnen Scheibe sind identisch trapezförmig und gleichmäßig auf den Umfang verteilt. Die Durchbrüche von Scheibe zu Scheibe sind zueinander geometrisch ähnlich und entsprechen in ihrer Größe dem Durchmesser der betreffenden Scheibe.

Die Scheiben werden im Versatzwinkel von Scheibe zu Scheibe verdreht paketiert. Es entstehen dadurch sieben geschlossene Strömungskanäle, die an beiden Enden des Paketes offen sind, schaufelartig gekrümmt sind und sich in Strömungsrichtung im Querschnitt erweitern, wie dies einem Diagonalventilator entspricht.

Die Durchmesservergrößerung von Scheibe zu Scheibe und die Versatzwinkel sind so begrenzt, daß die entstehenden Strömungskanäle geschlossen sind und keine Verzweigungen entstehen können.

Claims (11)

1. Ventilatorrad mit mehreren Strömungskanälen,
die auf den Umfang verteilt angeordnet sind,
die sich vom saugseitigen zum druckseitigen Ende erstrecken,
die an beiden Enden offen sind,
die bezogen auf die Drehrichtung schaufelartig gekrümmt sind und
die über die ganze Länge rohartig eingefaßt sind durch geschlossene Wände, dadurch gekennzeichnet,
daß mehrere kreisrunde Scheiben (1-10) koaxial zu einem Paket geschichtet sind,
daß die Scheiben auf den Umfang verteilt Durchbrüche (16-25) aufweisen,
daß ein Strömungskanal (36-40) gebildet ist durch je einen Durchbruch in allen Scheiben.

2. Ventilatorrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Scheiben (1-10) gleichen Durchmesser haben.

3. Ventilatorrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Durchbrüche (36-40) in allen Scheiben (1-10) in gleicher Weise geometrisch angeordnet oder ausgestaltet sind.

4. Ventilatorrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Scheiben, von Scheibe zu Scheibe um einen Versatzwinkel (30) verdreht, paketiert sind und
daß der Versatzwinkel kleiner ist als ein Winkel, bei dem Verzweigungen der Strömungskanäle entstehen.

5. Ventilatorrad nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Versatzwinkel (30) für alle Scheiben (1-10) der gleiche ist.

6. Ventilatorrad nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Versatzwinkel von Scheibe zu Scheibe in Strömungsrichtung kleiner wird.

7. Ventilatorrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Durchbrüche (36-40) dicht an dicht angeordnet sind mit im Verhältnis zur Fläche eines Durchbruches schmalen Stegen (26-28) dazwischen.

8. Ventilatorrad nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Stege (26-28) zwischen den Durchbrüchen (36-40) so schmal sind, daß, bezogen auf den Versatzwinkel gerade keine Verzweigungen entstehen mit einer Toleranzzugabe zur Breite dieser Stege.

9. Ventilatorrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die die Durchbrüche (62-64) begrenzenden Innenwände (65) entsprechend dem Versatzwinkel abgeschrägt sind.

10. Ventilatorrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß mehrere Durchbrüche (72, 73) auf einem Radius (79) angeordnet sind,
daß auf einem kleinen koaxialen Kreis (88) eine geringere Anzahl von Durchbrüchen (72, 74. . .) gelegen ist als auf einem größeren koaxialen Kreis (87)

11. Ventilatorrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Scheiben (45) aus Eisenblech sind,
daß die Scheiben einen zentralen Durchbruch (46) aufweisen, und
daß die Scheiben in einem den zentralen Durchbruch umgebenden inneren Randbereich (48) als Rotorbleche für den Rotor eines elektrischen Antriebsmotors ausgebildet sind.