DE4012334C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für eine axiale Lüftereinheit zur Staudruckerhöhung und divergenzfreier Luftabströmung. Ihre Anwendung ist vorzugsweise für die Lüftungs- und Gerätetechnik bestimmt.

Bekannt sind Axiallüfter mit zylindrischem Gehäuse, deren abströmende Luftmassen stark drallbehaftet sind und daher durch eine Hintereinanderschaltung praktisch keine Staudruckerhöhung bewirken. Wird ein erhöhter Staudruck gefordert, wird der Einsatz eines Radiallüfters notwendig; hierbei entstehen jedoch durch Umlenkung zwei Strömungsachsen, zueinander versetzt um 90 Winkelgrade. Ergänzende Maßnahmen zur Reduktion von Verwirbelungen an Lüftern sind der Einsatz von austrittsseitig angeordneten Gittern sowie verlängerte Gehäusezylinder mit Luftleitblechen.

In der DE-PS 39 16 007 C1 wird ein Gas-LASER beschrieben, bei dem eine wabenähnliche Scheibe als Strömungsgleichrichter Verwendung findet. Ein im Inneren dieses Gerätes befindlicher Gasstrom, durch ein Gebläse erzeugt und bereits mit Turbulenzen behaftet, wird durch den Strömungsgleichrichter entwirbelt. Hierbei werden ausschließlich homogene Gasströmungen erzeugt. Die US-PS 34 21 687 beinhaltet gleichfalls einen für die geradlinige Luftführung bestimmten Strömungsgleichrichter. Verwendet werden in dieser Vorrichtung zylindrische Rohre, über die die durch einen Propeller beschleunigte Luft in nahe beeinanderliegende Einzelströmungen zerlegt und parallel geführt austritt. Der durch die Parallelführung von Rohren zustandekommende ungünstige Füllfaktor, verursacht durch die unvermeidlichen Hohlräume zwischen den Rohren, bewirkt eine beträchtliche Strömungsverringerung durch den erhöhten Strömungswiderstand und schmälert faktisch die Luftdurchtrittsfläche. Die Gleichrichterwirkung dieser Vorrichtung ist ähnlich der zuvor beschriebenen.

Die serielle Anordnung zweier baugleicher Axiallüfter verursacht weder einen höheren Luftdurchsatz, noch kann der Staudruck hierdurch nachweislich beeinflußt werden. Ein in der Drehrichtung gegenläufiger Propellerbetrieb führt zu einer beträchtlichen Zunahme des Geräuschpegels.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Staudruck eines Axiallüfters unter Beibehaltung oder nur geringfügiger Erweiterung seiner Baulänge erheblich zu verbessern mit der Maßnahme, die aus einem rotierenden Propeller beschleunigt austretende Luftmenge wirbelunterdrückend in einer wabenähnlichen Scheibe zellular einzufangen und geradlinig sowie achsparallel einem darauffolgend angeordneten Propeller, dem gleichfalls eine wabenähnliche Scheibe nachgeschaltet ist, zuzuführen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Als Lösung dient ein Strömungsrichter in Gestalt einer wabenähnlichen Scheibe von der Größe der wirksamen Kreisfläche eines Propellers, wobei achsverbundene Propeller und Strömungsrichter, mindestens je zwei Stück, in abwechselnder und dichter Folge zu einer Kaskade aufgebaut sind. Diese mehrstufige Anordnung wird in ihrer gesamten Baulänge von einem zylindrischen Rohr gegen seitliches Luftentweichen ummantelt.

Kantengerade Rotorblätter von Propellern überstreichen in sehr geringem Abstand ganzflächig den Strömungsrichter, der um den Mittelpunkt seiner Kreisform mit einem Rundloch für die Achsdurchführung für den Propellerantrieb bestimmt ist. Da gasförmige Stoffe, bedingt durch ihre geringe Masse, bei Beschleunigung rasch zu Verwirbelungen neigen, wird die durch den Propeller vorzugsweise beförderte Luftmenge kontinuierlich in Teilmengen zerlegt und praktisch verlustfrei in einzelne Durchtrittsöffnungen des Strömungsrichters eingelenkt und achsparallel einem darauffolgenden Propeller zugeführt. Dieser Propeller, gleichfalls an der Abströmseite mit einem Strömungsrichter versehen, übernimmt praktisch wirbelfrei als Folgestufe die Luftmenge und verdichtet diese auf einen beträchtlich höheren Wert. Eine weitere Verdichtung, gleichbedeutend mit einer Staudruckerhöhung, wird durch einen dritten Propeller erreicht, der die vorverdichtete Luftmenge aus dem Strömungsrichter der zweiten Stufe aufnimmt. Dieser Aufbau von Propeller und Strömungsrichter in wechselnder Folge kann beliebig fortgesetzt werden, gilt es einen erhöhten Strömungswiderstand außerhalb dieser Lüftereinheit bei gleichbleibendem, unvermindertem Fördervolumen zu überwinden. Eine durchgehende Antriebsachse verbindet sämtliche Propeller starr miteinander. Die Lüftereinheit ist in ganzer Baulänge gegen seitliches Luftentweichen von einem zylindrischen Rohr eng umschlossen. Wird austrittsseitig die Lüftereinheit mit einem Strömungsrichter versehen, bewirkt dieses eine achsparallele Abströmung der gesamten Fördermenge. Das Zusammenwirken von wirbelfreier Luft aus dem Strömungsrichter und der entstehenden Druckdifferenz zwischen der beschleunigten Luft im Kernbereich und der erheblich schnelleren Luftströmung im Radialbereich der kreisförmigen Austrittsfläche, ausgelöst durch die hier höhere Umlaufgeschwindigkeit des Propellers, entsteht eine Luftsäule mit nahezu vernachlässigbarer Divergenz bei extremer Tiefenwirkung im freien Raum. Die sich durch die Druckdifferenz selbststabilisierende Luftsäule wird von einer nur dünnen Grenzschicht umgeben, die sie von der einschließenden, ruhenden Luftmasse trennt. Aus der dünnen Grenzschicht lassen sich die geringen Verluste durch molekulare Reibung mit den umgebenden Luftmassen ableiten. Durch das gezielte Einlenken der partiellen Luftmenge in die in einer Vielzahl bestehenden Durchtrittsöffnungen eines Strömungsrichters, durch das bei zunehmendem Gegendruck ein Rückstrom und ein seitliches Entweichen der Luft durch die Kontinuität der Luftförderung eines mehrflügeligen Propellers weitgehend ausgeschlossen werden kann, ist das Linearisieren bei abnehmendem Volumen bei Staudruckzunahme zu erklären. Die einzelne Durchtrittsöffnung eines Strömungsrichters ist zu einem Quadrat oder, vorzugsweise wegen des geringeren Strömungswiderstandes, Hexagon geformt. Die Tiefe der Durchtrittsöffnung, gleichzusetzen mit der Dicke des Strömungsrichters, steht im Verhältnis zum Durchmesser derselben etwa zwei zu eins. Die dünnen Zellwände, welche die Durchtrittsöffnungen voneinander trennen und entscheidend den Strömungswiderstand des Strömungsrichters bestimmen, schmälern die Gesamtdurchtrittsfläche nur unwesentlich. Die Kanten der Zellwände werden von der Anströmseite rundlich, an der Gegenseite scharf ausgeformt. Das Zustandekommen widerstandsbehafteter Wirbel während des Luftdurchtritts sind damit ausgeschlossen. Die Oberflächen der Zellwände am Strömungsrichter bleiben mit nur einer äußerst geringen Rauhtiefe behaftet. Zur Staudruckmaximierung ist jeder einzelne der hintereinander angeordneten Propeller fortlaufend in eine Achsrichtung zum benachbarten Propeller, abweichend von einer flügeldeckenden Konstellation aller miteinander achsverbundenen Propeller, um einen beliebigen, jedoch gleichen Drehwinkel versetzt auf einer Achse befestigt.

In der allgemeinen Lüftungs- und Klimatechnik, insbesondere in der Be- und Entlüftung großer Räume, wird eine gezielte, kontrollierbare Luftströmung bevorzugt, welche diese Lüftereinheit ermöglicht. Die Verlustwärme elektrischer Geräte mit hohem Strömungswiderstand durch eine hohe Bauteildichte im Innern kann durch diese Lüftereinheit wirksam abgeführt werden. Weitere Ansätze für Anwendungen gibt es im Bereich des Kraftfahrzeugzubehörs.

Die Erfindung wird an Hand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels im folgenden erläutert:

Gemäß der Erfindung wird planparallel zur Rotationsebene an der Abströmseite des Propellers 2 in geringem Abstand zu diesem ein Strömungsrichter 1 angeordnet. Der Strömungsrichter 1 in Gestalt einer wabenähnlichen Scheibe, ganzflächig versehen mit einer Vielzahl, im Querschnitt quadratisch oder hexagonal geformten Durchtrittsöffnungen 4, welche durch dünne Zellwände 5 voneinander getrennt sind. Die Kanten der Zellwände 5 sind an der Anströmseite abgerundet und an der Gegenseite scharf ausgeformt. Der kreisförmige Strömungsrichter ist um seinen Mittelpunkt mit einem Rundloch für die Antriebsachse nachfolgender Propeller 2 versehen, dieses ist bestimmt für die Zusammenstellung von Propeller 2 und Strömungsrichter 1 in abwechselnder Folge zu einer Lüftereinheit, die in ihrer gesamten Baulänge von einem zylindrischen Rohr 3 eng ummantelt ist. Mit diesem Rohr 3 sind die Strömungsrichter 1 fest verbunden. Die Figur zeigt nur ein komplettes Element, von dem für den Aufbau einer axialen Lüftereinheit mindestens zwei erforderlich sind.

Claims (2)

1. Multizellularer Strömungsrichter als eine Vorrichtung für eine axiale Lüftereinheit zur Staudruckerhöhung und divergenzfreier Luftabströmung, dadurch gekennzeichnet, daß wabenähnliche Scheiben 1 von der Größe der überstreichenden Kreisfläche eines Propellers 2, versehen mit quadratischen oder hexagonalen Durchtrittsöffnungen 4, in gleicher Anzahl wie die der zu einer Kaskade auf einer Antriebsachse im Abstand der Scheibendicke angeordneten Propeller 2 zwischengeschaltet werden, wobei die dadurch entstehende Scheiben-Propeller-Kombination in der gesamten Länge von einem zylindrischen Rohr 3 eng ummantelt ist, die Scheiben 1, jeweils an der Anströmseite der freilaufenden Propeller 2 plaziert, deren Kanten der dünnen Zellwände 5, welche die Durchtrittsöffnungen 4 voneinander trennen, an der angeströmten Seite abgerundet und an der Gegenseite scharf ausgeformt sind, während das Verhältnis von der Länge der Durchtrittsöffnung 4 zum Durchmesser derselben mindestens zwei zu eins beträgt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, abweichend von einer flügeldeckenden Konstellation aller miteinander achsverbundenen Propeller, jeder einzelne der hintereinander angeordneten Propeller 2 fortlaufend in eine Achsrichtung zum benachbarten Propeller 2 um einem beliebigen, jedoch gleichen Drehwinkel versetzt auf einer Achse befestigt ist.