DE3731573C2

DE3731573C2 - Axialrad für einen Axialventilator

Info

Publication number: DE3731573C2
Application number: DE19873731573
Authority: DE
Inventors: Siegfried Dr Ing Harmsen
Original assignee: Papst Licensing GmbH and Co KG; Papst Motoren GmbH and Co KG
Current assignee: Papst Licensing GmbH and Co KG
Priority date: 1986-09-19
Filing date: 1987-09-19
Publication date: 1995-07-13
Anticipated expiration: 2007-09-20
Also published as: DE8712685U1; DE3731573A1; CH673319A5

Description

Die Erfindung betrifft ein Axialrad für einen Axialventilator nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Solche Laufräder und gattungsgemäße Gebläse sind in großer Vielzahl bekannt. Moderne Forderungen verlangen vor allem die Kombination eines ausreichenden Luftstromes unter bestimmten Einbaubedingungen, jedoch mit einem kleinen Laufgeräusch.

Diese Forderung ist bei bekannten Gebläsen nicht leicht zu erfüllen.

Aus der DE-OS 27 41 529 ist ein gekapselter Motor bekannt, der im Einströmbereich über einer konischen Verjüngung eine Art Innenbelüftung vorsieht. Die Ein- und Ausströmverhältnisse sind bei dieser vorbekannten Lösung auch wesentlich anders, denn die Einströmung ist dort nur radial innen, d. h. um das Zentrum (im Bereich der Motorwelle) gegeben, keinesfalls auf dem ganzen Querschnitt wie bei einem Axialventilator.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen konkreten Einbaufall, der einem relativ hohen Druck bei mäßiger Fördermenge entspricht, das Geräusch stark zu senken.

Die Aufgabe wird mit den Mitteln des Anspruches 1 gelöst.

Nach der Erfindung ergibt sich in besonders vorteilhafter Weise, daß man ein Axialgebläse für die besonderen Bedürfnisse der obigen Aufgabenstellung dadurch erhält, daß man z. B. den Kern der Nabe des Axialrades eines vorhandenen Axialgebläses stark vergrößert. Man hat dann zwar nicht mehr über dem ganzen Druckbereich, insbesondere im freiblasenden Gebiet nicht mehr die "normale Fördermenge", jedoch ist diese für viele Einbau- und Betriebsbedingungen gar nicht unbedingt gefragt. Dafür erhält man eine im konkreten Einbaufall immer noch mindestens gleich gute Förderleistung zusammen mit einem drastisch reduzierten Geräusch. Erstaunlicherweise führt man durch die Erfindung einen Totraum im (bisherigen) Laufradschaufelbereich ein und erhält eine sehr gewünschte selektive Verbesserung gemäß Aufgabenstellung.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beschreibung des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im einzelnen erläutert: Es zeigt

Fig. 1 einen Halbschnitt durch einen erfindungsgemäßen Ventilator,

Fig. 2 einen Flügel eines Axialrades gemäß der Erfindung,

Fig. 3 einen Flügel gemäß Fig. 2 im Schnitt,

Fig. 4 eine Abwicklung des erfindungsgemäßen Axialrades,

Fig. 5 ein Diagramm des Schalldruckpegels bei unterschiedlichen Volumenströmen und

Fig. 6 ein Diagramm der Druckerhöhung bei unterschiedlichen Volumenströmen.

Fig. 1 zeigt einen Axialventilator mit einem Gehäuse 1. Ein zentraler Antriebsmotor 2 ist an einem einströmseitigen Flansch 3 befestigt. Auf dem Rotor 11 des Motors 2 ist eine Radnabe 4 mit Schaufeln 5 angebracht. Die Radnabe 4 und die Schaufeln 5 sind vorteilhafterweise einteilig als Axialrad 12 ausgebildet. Der durch das Gehäuse 1 außen begrenzte Strömungskanal weist an der Einströmseite 6 zunächst einen Radius 7 auf und weitet sich dann konisch bis zum Ausströmquerschnitt 8 auf. Der Erweiterungswinkel ε/₂ des Strömungskanals beträgt vorzugsweise 5°. Dieser Winkel ε/₂ kann von etwa 3° bis 7° betragen. Die Radnabe 4 weist einströmseitig einen Konus 9 auf, der etwa vom Außendurchmesser D_S des Flansches 3 in Strömungsrichtung 13 bis zum Radnabendurchmesser D_N verläuft. Der Kegelöffnungswinkel des Konusses 9 liegt zwischen 90° und 135° und beträgt vorzugsweise 116°. Von diesem Punkt an hat die Radnabe 4 in Strömungsrichtung 13 einen zylindrischen Verlauf und hier liegt auch die einströmseitige Kante 10 der Schaufeln 5. Das Maß L von der Einströmseite 6 bis zum Ende des Konusses 9 in Strömungsrichtung 13 beträgt im Ausführungsbeispiel etwa 40% der gesamten axialen Abmessung des Ventilatorgehäuses 1. Die Herstellung des Axialrades 12 aus Kunststoff ist besonders kostengünstig, wobei der Konus 9 dazu benutzt wird, die Kunststoffnabe 4 an der offenen Seite des Rotors 11 durch Verstauchen drehsicher am Rotor 11 zu befestigen. Der Außendurchmesser D_N des zylindrischen Teils der Radnabe 4 beträgt im Ausführungsbeispiel etwa 6/7 des mittleren Außendurchmessers D_R des Axialrades 12. Dieses Verhältnis

kann im Bereich zwischen 4/7 und 6/7 liegen, um die erfindungsgemäße Wirkung (Druckerhöhung im Arbeitsbereich und gleichzeitige Geräuschreduzierung) zu erzielen. Der mittlere Außendurchmesser D_R des Axialrades 12 liegt im Bereich zwischen 100 mm und 188 mm und beträgt vorzugsweise 140 mm.

Durch die Verengung des Strömungskanals, die durch Vergrößerung des Nabendurchmessers D_N erzielt wurde, lassen sich die Schaufeln 5 sehr einfach gestalten im Profil und in der Form (Fig. 2 bis 4). In einem ersten Bereich M weist die Fläche 14 keine Krümmung auf. Dieser Bereich M macht etwa 50% der Gesamtlänge G der Schaufel 5 aus. Ein zweiter Bereich K, der dem Bereich M in Längsrichtung der Schaufel folgt, ist mit einer Krümmung 20, die einem Radius von etwa 70 mm entspricht, versehen, während der noch verbleibende Bereich R einen Krümmungsradius 21 von etwa 30 mm aufweist.

Ein Schnitt durch die Schaufel 5 (Fig. 3) zeigt ein vorzugsweise im Ausführungsbeispiel verwendetes Profil in nicht gebogenem Zustand, das mit einem Radius 22 beginnt. Die Unterseite 14 ist im wesentlichen eben, die Oberseite 15 weist eine Krümmung auf, die vom Radius 22 beginnend bis etwa zur Mitte der Gesamtlänge G von der Unterseite 14 aus betrachtet in der Höhe stetig zunimmt bis zum Maximum F und dann bis zum Ende der Schaufel wieder abnimmt und fast in einer Spitze (Maße E) endet. Die Maße liegen in den Bereichen: F = 2 mm bis 3 mm, E = 0,2 mm bis 0,8 mm, ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel hat die Maße F = 2,6 mm und E = 0,5 mm.

In Fig. 4 ist eine Teilabwicklung des axialen Abschnitts des Axialrades 12 gezeigt (Maß B), der die Strömung bewirkt. Sieben Schaufeln 5 sind in der dargestellten Form in einem Teilungsabstand T am Umfang der Radnabe 4 angeordnet. Von der einströmseitig angedeuteten Linie 25 her beginnen die Schaufeln 5 in einem Abstand a vom Ende des Konusses 9 in Richtung des Pfeiles 13 und erstrecken sich in einem vorgegebenen Winkel bis zum Ende 26 des zylindrischen Umfangs der Radnabe 4. In einem Abstand A beginnt parallel dazu die nächste Schaufel 5. Die ausströmseitige Kante 30 der Schaufeln 5 hat eine größere Länge als die einströmseitige Kante 10 entsprechend dem Verlauf des Strömungskanals, ebenso verläuft die Oberkante 31 der Schaufeln 5 mit einer Krümmung, die axial parallel zum äußeren Strömungskanal verläuft. Die Unterkante 32 der Schaufeln 5 ist der Radnabe 4 angepaßt.

Die Radnabe 4 und die Schaufeln 5 können einteilig hergestellt sein, können aber auch durch Löten, Schweißen, Kleben oder andere Verfahren miteinander verbunden sein.

Die axiale Schaufellänge X hat eine Abmessung von 0,5 bis 0,6 der Gehäuselänge Y. Die einströmseitige Kante 10 der Schaufeln 5 ist axial gesehen etwa in der Mitte des Gehäuses 1 angeordnet, während die Kante 30 etwa bis zum Austrittsquerschnitt 8 reicht.

Die Fig. 5 zeigt eine Kurve 41 des Schalldruckpegels (Geräuschpegels) in der Einheit dBA eines bekannten Ventilators und eine Kurve 42 des erfindungsgemäßen Ventilators. Die dazugehörigen Arbeitspunkte sind für die Kurve 41 mit 45 und für die Kurve 42 mit 46 bezeichnet. Für diesen Luftförderleistungsbereich etwa (95 m³/h) konnte durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Axialrades 12 bei gleichem Ventilatoraußengehäuse 1 der Schalldruckpegel (Punkte 45 und 46) um etwa 6 dBA gesenkt werden.

In Fig. 6 ist eine Kurve 51 der Druckerhöhung in der Einheit Pa eines bekannten Ventilators und eine Kurve 52 eines Ventilators gemäß der Erfindung dargestellt. Eine Gerätekennlinie 53 bestimmt die dazugehörigen Arbeitspunkte 55 für die Kurve 51 und 56 für die Kurve 52. Das Diagramm (Fig. 6) zeigt, daß der erfindungsgemäße Ventilator bei geringerem Geräuschpegel (Fig. 5) noch eine Druckerhöhung im Arbeitsbereich bringt.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wurde der Wert β ≈ 0,78 gewählt bei gleichem Motordurchmesser D_M und gleichem Außengehäuse (D_R ≈ 140 mm). Dieses ist für gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel etwas geringeren Druckbedarf vorzüglich geeignet, denn trotz des größeren Volumenstroms ist der Geräuschpegel gegenüber der ersten Ausführung nur wenig angestiegen. Die Verhältnisse für eine weitere Ausführung sind in den Figuren punktiert eingezeichnet, welch letztere die u. U. erfindungswesentlichen Maße und Proportionen in natürlicher Größe zeigen.

Für die zugehörige angepaßte Beschaufelung ergeben sich folgende Werte (vgl. Fig. 2 bis 4 und deren obige Beschreibung). Der Bereich M entspricht ca. 45% der Gesamtlänge G. Sein Krümmungsradius liegt bei 200 mm. Der Bereich K, etwa 1/4 der Schaufellänge G entsprechend, hat einen Krümmungsradius 20 von ca. 120 mm, der Restbereich R eine Krümmung mit Radius 21 von ca. 50 mm.

Die Teilung ist zur weiteren Geräuschverbesserung nicht äquidistant, d. h. das Maß A schwankt beim zweiten Ausführungsbeispiel für die sieben Schaufeln folgendermaßen: 0, 3, 2, 4, 2, 3, 0 mm.

Die Druckvolumen- und die Geräuschverhältnisse sind den punktiert eingezeichneten Kurven zu entnehmen. (Die Ziffern zu den Kurven zum Ausführungsbeispiel sind mit *, die zum zweiten mit ** gekennzeichnet.)

Mit einem geringen Erweiterungswinkel (s. Anspruch 12) der Radnabe kann man die p.V.-Kennlinie u. U. noch etwas anheben.

Claims

1. Axialrad für einen Axialventilator mit einem zentralen Antriebsmotor, der die Radnabe mit im wesentlichen zylindrischer Außenfläche koaxial antreibt, wobei die Innenkontur des Gehäuses des Ventilators das Axialrad umgibt und die Innenkontur sich in Strömungsrichtung vorzugsweise konisch erweitert (Erweitungswinkel ε), dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser (D_N) der Axialradnabe größer ist als 4/7 des mittleren Außendurchmessers (D_R) des Axialrades

2. Axialrad, dadurch gekennzeichnet, daß β größer als 5/7 ist, vorzugsweise etwa 6/7 beträgt.

3. Axialrad, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel ε/₂ ≈ 3° bis 7°, vorzugsweise etwa 5° beträgt.

4. Axialrad, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Axialradaußendurchmesser (D_R) 100 bis 180 mm ist, vorzugsweise 140 mm beträgt.

5. Axialrad, dadurch gekennzeichnet, daß ein konisch sich erweiternder Nabenkern (9), von der Einströmebene aus kegelstumpfartig (Kegelöffnungswinkel 90° bis 135°, vorzugsweise etwa 116°) sich erweitert.

6. Axialrad nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte des Kegelstumpfes (9) der Halterungsflansch (3) oder der Boden der Radnabe ist.

7. Axialrad, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufelvorderkante (10) vom Eintrittsquerschnitt einen größeren Abstand hat, mindestens 1/3 der axialen Gehäuselänge (Y).

8. Axialrad nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Schaufellänge (X) das 0,5- bis 0,6fache der axialen Gehäuselänge (Y) beträgt.

9. Axialrad nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Schaufellänge (X) axial etwa von Gehäusemitte bis Austrittsebene (8) sich erstreckt.

10. Axialrad nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor einen Außenrotor hat, der die Radnabe bildet oder auf den diese aufgesetzt ist.

11. Axialrad nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Außenrotors (D_M), der dem Flanschdurchmesser (D_S) vorzugsweise entspricht, kleiner oder etwa gleich ist wie 2/3 des Außendurchmessers (D_N) der Axialradnabe.

12. Axialrad nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Radnabe einen geringen Erweiterungswinkel (1-2°), in Strömungsrichtung verstanden, aufweist.