DE4438182A1 - Axialkleinventilator - Google Patents

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.