DE4438182A1 - Axialkleinventilator - Google Patents
AxialkleinventilatorInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Axialkleinventilator, der ein
Luftführungsgehäuse mit einem ringförmigen Strömungskanal
aufweist, mit einem Flügelrad, das am saugseitigen Ende des
Strömungskanals vollständig innerhalb des Luftführungsge
häuses angeordnet ist und mit mehreren, sich im Strömungs
kanal radial erstreckenden im Luftführungsgehäuse fest mon
tierten Luftleitwänden mit bogenförmigen Kopf- und Fußli
nien.
Ventilatoren dieser Art sind in zahlreichen Ausführungen
bekannt geworden. Beispielsweise zeigt die US-A-4,603,271
einen Ventilator dieser Art, bei dem gemäß Fig. 7 beidsei
tig des Flügelrades Schaufelgitter angeordnet sind. Die
Schaufeln bilden kreisbogenförmige Leitwände, die sich ra
dial in einem ringförmigen Strömungskanal erstrecken und
die dazu dienen, einen möglichst laminaren axialen Durch
fluß der Luft durch den Strömungskanal zu erzwingen. Sol
che Ventilatoren werden Axialventilatoren genannt, da die
Luft den Strömungskanal im wesentlichen koaxial zur Rotor
achse durchsetzt.
Sollen solche Kleinventilatoren als Einbauventilatoren bei
spielsweise in einem medizinischen Gerät, beispielsweise
einem Zahnbehandlungsinstrument verwendbar sein, so müssen
diese besondere Anforderungen erfüllen. Da diese Ventilato
ren in der Regel von einer elektrischen Batterie gespiesen
werden, sollten sie pro Batterie eine möglichst lange Lauf
zeit bei möglichst hohem Wirkungsgrad erreichen. Im Betrieb
soll die Geräuschentwicklung und die Abgabe von Wärme mög
lichst klein sein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ventilator
der genannten Art zu schaffen, der den genannten Anforde
rungen wesentlich näher kommt und dennoch kostengünstig
hergestellt werden kann.
Die Aufgabe ist bei einem gattungsgemäßen Axialkleinven
tilator dadurch gelöst, daß die Kopf- und/oder Fußlinien
der Leitwände jeweils im wesentlichen Abschnitte einer Pa
rabel sind, wobei sich der Nullpunkt der Parabel am druck
seitigen Ende des Strömungskanals befindet und die Symme
trieebene der Parabel sich quer zur Strömungsrichtung er
streckt. Durch den parabelförmigen Verlauf der Leitwände
ist beim erfindungsgemäßen Axialkleinventilator der Ein
trittswinkel kleiner und der Austrittswinkel größer als
bei einem bekannten Axialkleinventilator mit kreisbogen
förmigen Leitwänden. Es hat sich gezeigt, daß bei einem
solchen Axialkleinventilator die Turbulenz im Strömungska
nal wesentlich kleiner ist. Versuche haben zudem gezeigt,
daß der pneumatische Wirkungsgrad von bisher üblicherweise
15% bis 20% auf etwa 30% erhöht werden kann. Entsprechend
konnte das Verhältnis der abgegebenen pneumatischen Energie
zur aufgewendeten elektrischen Energie wesentlich erhöht
werden. Beispielsweise zeigt eine Messung eine abgegebene
pneumatische Energie von 205 mW bei einer aufgewendeten
elektrischen Energie von 869 mW. Infolge der geringeren
Turbulenz und des höheren Wirkungsgrades wird eine längere
Laufzeit bei geringerer Geräuschentwicklung erreicht. Die
Erfindung erlaubt es deshalb, Axialkleinventilatoren ohne
zusätzliche weitere Teile kompakter und leichter zu bauen.
Der erfindungsgemäße Axialkleinventilator eignet sich des
halb besonders für zahnärztliche Geräte oder für den Einbau
in einen Helm eines Mineurs.
Weitere vorteilhafte Merkmale ergeben sich aus den abhängi
gen Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie
der Zeichnungen. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird
nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zei
gen:
Fig. 1 eine Ansicht eines teilweise geschnittenen Axial
kleinventilators gemäß der Erfindung,
Fig. 2 schematisch den Verlauf einer Luftleitwand,
Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein Luftführungsgehäuse,
Fig. 4 eine Ansicht der Rückseite des Luftführungsgehäuses
gemäß Fig. 3, und
Fig. 5 ein Luftdiagramm eines erfindungsgemäßen Kleinven
tilators.
Die Fig. 1 zeigt einen Axialkleinventilator 1 mit einem
rohrförmigen Luftführungsgehäuse 2, das einen ringförmigen
Strömungskanal 4 mit einem saugseitigen Ende 4a und einem
druckseitigen Ende 4b aufweist. Koaxial zu einer kreiszy
lindrischen Innenseite 2b des Luftführungsgehäuses 2 ist
ein elektrischer Antriebsmotor 5 angeordnet, der von vier
Leitwänden 9 getragen ist. Diese Leitwände 9 sind jeweils
an einer Kopflinie 9a und einer Fußlinie 9b an der Innen
seite 2b und einer kreiszylinderförmigen Außenseite 8a des
Stators angeformt. Die Länge L des Gehäuses 1 beträgt bei
spielsweise 4,5 cm. Im Hinblick auf eine optimale Beruhi
gung der Luftströmung im Strömungskanal 4 hat sich ein Ver
hältnis der Länge L zum Durchmesser D des Gehäuses 2 im
Verhältnis 1 : 0,8 als optimal erwiesen. Das genannte Ver
hältnis sollte jedenfalls in einem Bereich von 1 : 0,5 bis
1 : 2 liegen.
Ein im Stator 8 des Motors 5 angeordnet er Rotor 12 trägt
ein Flügelrad 6 mit mehreren an einer Nabe 6b angeformten
Flügeln 6a. Wie ersichtlich ist das Flügelrad 6 vollständig
innerhalb des Luftführungsgehäuses 2 angeordnet. Die Flügel
6a sind vorzugsweise nicht verwunden und weisen jeweils
über die ganze Flügeltiefe den gleichen Anstellwinkel auf.
Bei drehendem Flügelrad 6 wird Luft in Richtung des Pfeiles
3 am Ende 4a angesaugt und verläßt den Strömungskanal 4 am
druckseitigen Ende 4b. Die Luft durchsetzt somit das Luft
führungsgehäuse 2 koaxial zur Rotorachse R. Wesentlich für
eine geringere Turbulenz und eine laminare Strömung ist der
Verlauf der vier Luftleitwände 9.
Die vier drehsymmetrisch im Strömungskanal 4 angeordneten
Luftleitwände 9 erstrecken sich radial zwischen den beiden
kreiszylindrischen Flächen 2b und 8a. Die Kopflinie 9a und
die Fußlinie 9b der Leitwände 9 verlaufen jeweils zwischen
einem Eintritts ende C und einem Austrittsende B parabelför
mig, wie anhand der schematischen Fig. 2 näher erläutert
wird. In dieser Figur bildet die Linie P eine Parabel mit
der Symmetrieebene Y, die senkrecht zu der mit dem Pfeil 3
gezeigten Strömungsrichtung verläuft. Der Abschnitt A zeigt
in dieser Figur den Verlauf der Kopflinie 9a auf der Fläche
2b bzw. den Verlauf der Fußlinie 9b auf der Fläche 8a. Das
Austrittsende B der Fußlinie 9b bzw. der Kopflinie 9a be
findet sich etwa im Nullpunkt der Parabel P. Der Ein
trittswinkel α der Strömungsfläche 9c ist hier definiert
als Winkel zwischen der Tangente an die Strömungsfläche 9c
und der Symmetrieachse Y. Dieser Eintrittswinkel α beträgt
zwischen 10 und 60° und liegt vorzugsweise zwischen 20 und
45°. Der Austrittswinkel β ist hier definiert als Winkel
zwischen der Symmetrielinie Y und der Rotorachse R. Dieser
Winkel β beträgt im wesentlichen 90°. Die Kopflinie 9a und
die Fußlinie 9b bilden somit einen Abschnitt eines Astes
der Parabel P, wobei der Endpunkt B sich in der Nähe des
Nullpunktes der Parabel P befindet. Dieser Nullpunkt liegt
etwa am Austrittsende B und dieses wiederum an druck
seitigen Ende 4b des Strömungskanals 4. Wie ersichtlich,
ist die axiale Erstreckung der Leitwände 9 größer als die
Erstreckung in Umfangsrichtung des Stators 8. Die Anzahl
der Leitwände 9 kann variieren, optimal sind jedoch drei
bis fünf Leitwände 9. Diese sind gemäß Fig. 4 drehsymme
trisch zueinander angeordnet und erstrecken sich in dieser
Ansicht über einen Winkel γ von etwa 70°. Zwischen zwei be
nachbarten Leitwänden 9 befindet sich somit ein Fenster 10,
das sich über einen Winkel von 20° erstreckt. Denkbar ist
jedoch auch eine Ausführung mit ungleichen und unsymme
trisch angeordneten Leitwänden 9.
Die Fig. 5 zeigt ein Luftdiagramm mit Meßwerten eines er
findungsgemäßen Kleinventilators. Die X-Achse 11 gibt den
Volumenstrom in Liter pro Minute und die Y-Achse 12 die
Druckdifferenz in Pascal an. Die Linie 13 ist die Bezugs
kurve mit einer Meßblende gemäß DIN 1952. Die Linie 14
zeigt die Leistungskurve eines vergleichbaren Axialklein
ventilators mit geraden Luftleitwänden, während die Lei
stungskurve 15 und die Werte des erfindungsgemäßen Axial
kleinventilators wiedergeben. Wie ersichtlich, besteht zwi
schen den Kreuzungspunkten 16 und 17 ein wesentlicher Ab
stand, welcher dem höheren Wirkungsgrad des erfindungs
gemäßen Ventilators entspricht. Die Messungen wurden in
einer Umgebungsluft mit einer Temperatur von 26°C und einem
Luftdruck von 965 hPa durchgeführt.
Claims (8)
1. Axialkleinventilator, der ein Luftfüh
rungsgehäuse (2) mit einem ringförmigen Strömungskanal (4)
aufweist, mit einem Flügelrad (6), das am saugseitigen Ende
(4a) des Strömungskanals (4) vollständig innerhalb des
Luftführungsgehäuses (2) angeordnet ist und mit mehreren,
sich im Strömungskanal (4) radial erstreckenden im Luftfüh
rungsgehäuse (2) fest montierten Luftleitwänden (9) mit bo
genförmigen Kopf- und Fußlinien (9a, 9b), dadurch gekenn
zeichnet, daß die Kopf- und/oder Fußlinien (9a, 9b) der
Leitwände (9) jeweils im wesentlichen Abschnitte einer Pa
rabel (P) sind, wobei sich der Nullpunkt der Parabel (P) am
druckseitigen Ende (4a) des Strömungskanals (4) befindet
und die Symmetrieebene (Y) der Parabel (P) sich quer zur
Strömungsrichtung (3) erstreckt.
2. Ventilator nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Leitwände (9) einen koaxial innerhalb
des Luftführungsgehäuses (2) angeordneten Antriebsmotor (5)
tragen.
3. Ventilator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Länge (L) des Luftführungsgehäuses
(2) größer ist als sein Außendurchmesser (D).
4. Ventilator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Durchmessers (D)
zur Länge (L) des Gehäuses größer als 1: 0,5 und kleiner
als 1 : 2 ist.
5. Ventilator nach einem der Ansprüche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß an den flügelnahen Endpunk
ten (C) der Leitwände (9) jeweils der Winkel (α) zwischen
der Tangente an die Leitfläche (9c) und der Symmetrieebene
(Y) der Parabel (P) 10 bis 60°, vorzugsweise 20 bis 45° be
trägt.
6. Ventilator nach Anspruch 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Winkel (α) etwa 30° beträgt.
7. Ventilator nach einem der Ansprüche 1 bis
6, dadurch gekennzeichnet, daß am druckseitigen Ende (B)
der Leitwände jeweils der Winkel (β) zwischen der Tangente
an die Leitfläche (C) und der Symmetrieachse (Y) der Para
bel (P) 80 bis 90° beträgt.
8. Ventilator nach einem der Ansprüche 1 bis
7, dadurch gekennzeichnet, daß das Luftführungsgehäuse (2)
rohrförmig ist.
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Legal Events
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
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