DE69820853T2

DE69820853T2 - Axiallüfter

Info

Publication number: DE69820853T2
Application number: DE69820853T
Authority: DE
Inventors: Alessandro 42015 Correggio Spaggiari
Original assignee: Spal SRL
Current assignee: Spal SRL
Priority date: 1998-03-23
Filing date: 1998-03-23
Publication date: 2004-11-18
Anticipated expiration: 2018-03-24
Also published as: WO1999049224A1; IL138548A; DE69822124T2; IL138548A0; BR9908989A; US6558123B1; TW421696B; AR018792A1; DE69820853D1; SK14242000A3; RU2208711C2; HUP0101416A2; DE69822124D1; ES2216236T3; RO120216B1; TR200002717T2; ID27365A; AU2635999A; EP0945627B1; KR20010042150A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Axiallüfter, versehen mit Schaufeln, die in der Rotationsebene des Lüfters geneigt sind.
Der durch die vorliegende Erfindung beschriebene Lüfter hat verschiedene Anwendungszwecke, zum Beispiel zum Bewegen von Luft durch einen Wärmeaustauscher oder Kühler in dem Kühlsystem eines Kraftfahrzeuges oder ähnlichem, oder um Luft durch einen Wärmeaustauscher in einem Heizsystem des Fahrgastraums in einem Kraftfahrzeug zu bewegen. Zusätzlich kann der durch die vorliegende Erfindung beschriebene Lüfter benutzt werden, um Luft in fest installierten Klima- oder Heizungsanlagen von Gebäuden zu bewegen.
Lüfter dieser Art müssen vielen verschiedenen Anforderungen entsprechen, einschliesslich jener der des niedrigen Geräuschpegels, der hohen Leistungsfähigkeit, der Kompaktheit in den Abmessungen und der guten Werte von Druck und Förderleistung.
Das Patent EP-0 553 598 B auf den Namen derselben Anmelderin wie das vorliegende beschreibt einen Lüfter, dessen Schaufeln eine gleichbleibende Sehnenlänge entlang ihrer gesamten Länge haben. Zusätzlich bilden die Führungs- und die Hinterkanten der Schaufeln zwei Kurven, welche, wenn sie auf die Rotationsebene des Lüfters gerichtet sind, zwei kreisförmige Bögen sind. In Übereinstimmung mit diesem Patent hergestellte Lüfter erreichen gute Ergebnisse in Bezug auf Leistungsfähigkeit und niedrigen Geräuschpegel, aber ihre Fähigkeit, hohe Förderleistungs- oder Druckwerte zu erreichen, sind hauptsächlich durch ihre kleinen axialen Abmessungen begrenzt.
Ein Axiallüfter nach dem Oberbegriff aus Anspruch 1 ist aus US 4 569 632 und DE 37 24 319 bekannt.
Die Notwendigkeit, hohe Förderleistungswerte zu erreichen, ist aufgrund der Wärmeeinheiten in modernen Kraftfahrzeugen zu einer zunehmend wichtigeren Anforderung geworden, welche zwei oder mehr, in Serie angeordnete Wärmeaustauscher enthalten – zum Beispiel der Kondensierer der Klimaanlage, der Kühler des Kühlsystems und der Wärmeaustauscher für die Luftzufuhr von Turbo-Motoren –, oder aufgrund der Kühler, welche dicker geworden sind, um die kleineren frontalen Abmessungen auszugleichen.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist, das Problem der Förderleistung oder des Druckes der oben erwähnten Lüfter zu lösen und diese in Bezug auf Leistungsfähigkeit und niedrigen Geräuschpegel zu verbessern.
Das Problem ist gelöst durch die in dem unabhängigen Anspruch beschriebenen Eigenschaften. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf vorgezogene, vorteilhafte Ausführungen der Erfindung.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, welche vorgezogene Ausführungen der Erfindung zeigen, und von denen
1 eine Frontansicht eines nach der vorliegenden Erfindung hergestellten Lüfters ist;
2 zeigt in einer Frontansicht die geometrischen Merkmale einer Schaufel des durch die vorliegende Erfindung offengelegten Lüfters;
3 zeigt Abschnitte einer Schaufel des durch die vorliegende Erfindung offengelegten Lüfters, genommen in regelmässigen Intervallen, von der Nabe ausgehend und bis zum Ende der Schaufel;
4 zeigt in einer perspektivischen Ansicht andere geometrische Merkmale einer Schaufel des durch die vorliegende Erfindung offengelegten Lüfters;
5 zeigt ein vergrössertes Detail des in 1 gezeigten Lüfters und den entsprechenden Kanal;
6 ist eine Frontansicht einer anderen Ausführung des durch die vorliegende Erfindung offengelegten Lüfters;
7 zeigt ein Diagramm, das in kartesianischen Koordinaten die konvexe Kante einer Schaufel des durch die vorliegende Erfindung offengelegten Lüfters zeigt; und
8 ist ein Diagramm, welches den Wechsel des Schaufelwinkels in den verschiedenen Abschnitten einer Schaufel als eine Funktion des Radius des durch die vorliegende Erfindung offengelegten Lüfters zeigt.
Die zur Beschreibung des Lüfters verwendeten Begriffe werden wie folgt beschrieben:
Sehne (L) ist die Länge des geradlinigen Segmentes, unterspannt durch den Bogen, der sich von der Führungskante bis zur Hinterkante über ein aerodynamisches Profil des Schaufelabschnittes erstreckt, erhalten durch Schneiden der Schaufeln mit einem Zylinder, dessen Achse mit der Drehachse des Lüfters übereinstimmt, und dessen Radius r einem Punkt Q entspricht;
Mittellinie oder Mittelsehnenlinie (MC) der Schaufel ist die Linie, welche die mittleren Punkte der Sehnen L mit den verschiedenen Radien verbindet;
Ablenkwinkel (δ), gemessen an einem bestimmten Punkt Q einer typischen Kurve der Schaufel, zum Beispiel, zum Beispiel der Kurve, welche die Hinterkante der Lüfterschaufel darstellt, ist der durch einen Radius erzeugte Winkel, ausgehend von der Mitte des Lüfters bis zu dem berücksichtigten Punkt Q und der Tangente zu der Kurve am selben Punkt Q;
Schrägwinkel oder die reine Winkelverschiebung (α) einer typischen Kurve der Schaufel ist der Winkel zwischen dem Radius, der durch die typische Kurve, zum Beispiel die Mittelsehnenlinie der Schaufel darstellende Kurve, zu der Lüfternabe geht, und dem Radius, der durch die typische Kurve an dem Ende der Schaufel geht;
der Blattwinkel (β) ist der Winkel zwischen der Rotationsebene des Lüfters und der geraden Linie, welche die Führungskante mit der Hinterkante des aerodynamischen Profils des Schaufelabschnittes verbindet;
das Steigungsverhältnis (P/D) ist das Verhältnis zwischen der Steigung der Spirale, genauer gesagt die Menge, um welche der berücksichtigte Punkt Q verschoben wird, das heisst P = 2·π·r·tan(β), wo r die Länge des Radius zu dem Punkt Q und β der Blattwinkel an dem Punkt Q ist, und der maximale Durchmesser des Lüfters;
Profilwölbung (camber) (f) ist das längste geradlinige Segment lotrecht zu der Sehne L, gemessen von der Sehne L bis zu der Schaufelwölbungslinie; die Position der Profilwölbung f im Verhältnis zu der Sehne L kann als Prozentanteil der Länge der Sehne selbst ausgedrückt werden;
Überhang (V) ist die axiale Verschiebung der Schaufel von der Rotationsebene des Lüfters, einschliesslich nicht nur der Verschiebung des gesamten Profils aus der Rotationsebene, sondern auch der axialen Komponente, zurückzuführen auf die Schaufelkrümmung, wenn vorhanden, auch in axialer Richtung.
Unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen dreht sich der Lüfter 1 um eine Achse 2 und enthält eine mittlere Nabe 3, die eine Anzahl von Schaufeln 4 trägt, welche in der Rotationsebene XY des Lüfters 1 gebogen sind. Die Schaufeln 4 haben eine Wurzel 5 und ein Ende 6 und sind durch eine konvexe Kante 7 und eine konkave Kante 8 begrenzt.
Da in Bezug auf Leistungsfähigkeit, Geräuschpegel und Förderleistung zufriedenstellende Ergebnisse erreicht worden sind, sei es durch Drehen des Lüfters nach der vorliegenden Erfindung entweder in der einen Richtung oder in der anderen, können die konvexe Kante 7 und die konkave Kante 8 entweder die Führungskante oder die Hinterkante der Schaufel bilden.
Mit anderen Worten kann der Lüfter 1 sich auf solche Weise drehen, dass die zu bewegende Luft zuerst auf die konvexe Kante 7 und dann auf die konkave Kante 8 trifft, oder umgekehrt zuerst auf die konkave Kante 8 und dann auf die konvexe Kante 7.
Natürlich muss das aerodynamische Profil der Schaufel je nach der Arbeitsweise des Lüfters 1 ausgerichtet werden, das heisst je nachdem, ob die zu bewegende Luft zuerst auf die konvexe Kante 7 oder auf die konkave Kante 8 treffen soll.
An dem Ende 6 der Schaufeln 4 kann ein Verstärkungsring 9 vorgesehen werden. Der Ring 9 verstärkt den Satz Schaufeln 4, zum Beispiel um zu verhindern, dass sich der Blattwinkel β der Schaufel 4 in dem Bereich des Endes der Schaufel aufgrund der aerodynamischen Belastungen verändert. Ausserdem begrenzt der Ring 9 in Kombination mit einem Kanal 10 das Wirbeln der Luft um den Lüfter und reduziert die Wirbel am Ende 6 der Schaufeln 4, wobei diese Wirbel, wie bekannt ist, durch den unterschiedlichen Druck auf die beiden Flächen der Schaufel 4 erzeugt werden.
Zu diesem Zweck hat der Ring 9 einen dicken Lippenabschnitt 11, der sich in einen passenden Sitz 12 einfügt, eingearbeitet in den Kanal 10. Der Abstand (a) zwischen der Lippe 11 und dem Sitz 12, der sehr klein ist, zusammen mit der Labyrinthform des Abschnittes zwischen den beiden Elementen, reduziert die Luftwirbel am Ende der Lüfterschaufeln.
Ausserdem erlaubt die spezielle Verbindung zwischen dem äusseren Ring 9 und dem Kanal 10 den beiden Teilen, in Kontakt miteinander zu gelangen, wobei gleichzeitig die axialen Bewegungen des Lüfters reduziert werden.
Insgesamt gesehen hat der Ring 9 die Form einer Düse, das heisst sein Einlassquerschnitt ist grösser als der Querschnitt, durch welchen die Luft an dem Ende der Schaufeln 4 strömt. Die grössere Ansaugfläche hält den Luftstrom bei einer gleichbleibenden Durchflussmenge durch Ausgleichen des Strömungswiderstandes.
Wie in 6 gezeigt ist, ist es bei dem Lüfter nach der vorliegenden Erfindung jedoch nicht notwendig, ihn mit dem äusseren Verstärkungsring und dem entsprechenden Kanal zu versehen.
Die auf die Rotationsebene XY des Lüfters 1 projektierte Schaufel 4 hat die nachstehend beschriebenen geometrischen Eigenschaften.
Der Winkel (B) in der Mitte, wobei als Mitte die geometrische Mitte des Lüfters angenommen wird, die mit der Drehachse 2 des Lüfters übereinstimmt, welcher der Breite der Schaufel 4 an der Wurzel 5 entspricht, ist unter Anwendung eines Verhältnisses berechnet, welches den Freiraum berücksichtigt, der zwischen zwei aneinandergrenzenden Schaufeln 4 vorhanden sein muss. In der Tat, da Lüfter dieses Typs vorwiegend aus Kunststoff unter Anwendung des Spritzgiessverfahrens hergestellt sind, dürfen sich die Schaufeln in der Form nicht überlappen, andernfalls würden die zur Herstellung des Lüfters verwendete Form sehr umfangreich und als Ergebnis die Produktionskosten unvermeidbar hoch sein.
Ausserdem sollte daran erinnert werden, dass insbesondere im Falle bei Kraftfahrzeugen die Lüfter nicht kontinuierlich arbeiten, weil während einem grossen Teil der Zeit des Fahrbetriebes die Wärmeaustauscher, an welche die Lüfter angeschlossen sind, durch den Luftstrom gekühlt werden, der durch die Bewegung des Fahrzeugs selbst erzeugt wird. Daher muss die Luft leicht durchströmen können, auch wenn der Lüfter nicht läuft. Dies wird erreicht durch Belassen eines verhältnismässig breiten Freiraums zwischen den Lüfterschaufeln. Mit anderen Worten, die Schaufeln sollen keinen Schirm bilden, der die Kühlwirkung des durch die Bewegung des Fahrzeugs erzeugten Luftstroms verhindert. Das zur Berechnung des Winkels (B) verwendete Verhältnis ist in Graden:
B = (360°/Nr. der Schaufeln) – K; K_min =
(Nabendurchmesser; Höhe des Schaufelprofils an der Nabe).
Der Winkel (K) ist ein Faktor, der den Mindestabstand berücksichtigt, der zwischen zwei aneinandergrenzenden Schaufeln vorhanden sein muss, um deren Überlappen während des Spritzgiessens zu verhindern, und ist eine Funktion des Nabendurchmessers: je grösser der Nabendurchmesser ist, desto kleiner kann der Winkel (K) sein. Der Wert des Winkels (K) kann auch durch die Höhe des Schaufelprofils an der Nabe beeinflusst werden.
Die nachstehende Beschreibung, die ausgeführt ist nur mit Hilfe eines Beispiels und ohne des Zweck des erfinderischen Konzeptes zu begrenzen, bezieht sich auf eine praktische Anwendung des nach der vorliegenden Erfindung hergestellten Lüfters. Wie in den beiliegenden Zeichnungen gezeigt wird, hat der Lüfter sieben Schaufeln, eine Nabe mit einem Durchmesser von 140 mm und einen Aussendurchmesser entsprechend dem äusseren Ring 9 von 385 mm.
Der entsprechend der Breite einer Schaufel an der Nabe und unter Anwendung dieser Werte berechnete Winkel (B) beträgt 44°.
Es wird nun die Geometrie einer Schaufel 4 des Lüfters 1 beschrieben: die Schaufel 4 wird zunächst als eine Projektion auf die Rotationsebene XY des Lüfters 1 definiert, und die Projektion der Schaufel 4 auf die Rotationsebene XY wird dann in den Raum übertragen.
Unter Bezugnahme auf das in der 2 gezeigte Detail, besteht die geometrische Konstruktion der Schaufel 4 aus dem Ziehen der Halbierenden 13 des Winkels (B), welcher seinerseits links durch den Radius 17 und rechts durch den Radius 16 begrenzt ist. Es wird dann ein Radius 14 gezogen, gedreht in Gegenuhrzeigerrichtung durch einen Winkel A = 3/11B im Verhältnis zu der Halbierenden 13, sowie ein Radius 15, der ebenfalls in Gegenuhrzeigerrichtung um einen Winkel (A) im Verhältnis zu dem Radius 16 gedreht ist. Die beiden Radien 14, 15 sind somit beide um einen Winkel A = 3/11B gedreht, das heisst A = 12°. Die Schnittstellen der Radien 17 und 16 mit der Nabe 3 und die Schnittstellen der Radien 14 und 15 mit dem äusseren Ring 9 des Lüfters (oder mit einem Kreis, der im Durchmesser dem Ring 9 entspricht) bestimmen vier Punkte (M, N, S, T), die auf der Ebene XY liegen, und welche die Projektion der Schaufel 4 des Lüfters 1 beschreiben. Die Projektion der konvexen Kante 7 ist an der Nabe ebenfalls durch eine erste Tangente 21 definiert, geneigt um einen Winkel C = ¾A, das heisst C = 9° im Verhältnis zu dem Radius 17, der durch den Punkt (M) an der Nabe 3 verläuft.
Wie in 2 gesehen werden kann, ist der Winkel (C) in einer Uhrzeigerrichtung im Verhältnis zu dem Radius 17 gemessen, weshalb die erste Tangente 21 sich in einer vorgeschobenen Position gegenüber dem Radius 17 befindet, wenn die konvexe Kante 7 zuerst auf den Luftstrom trifft, oder hinter dem Radius 17, wenn die konvexe Kante 7 zuletzt auf den Luftstrom trifft, das heisst, wenn die Kante 8 zuerst auf den Luftstrom trifft.
An dem äusseren Ring 9 ist die konvexe Kante 7 auch durch eine zweite Tangente 22 beschrieben, welche um einen Winkel (W) geneigt ist, der sechs Mal dem Winkel (A) entspricht, das heisst 72° im Verhältnis zu dem durch den Punkt (N) an dem äusseren Ring 9 verlaufenden Radius 14. Wie in 2 gezeigt, ist der Winkel (W) in einer Gegenuhrzeigerrichtung im Verhältnis zu dem Radius 14 gemessen, weshalb die zweite Tangente 22 sich in einer vorgeschobenen Position befindet, wenn die konvexe Kante 7 zuerst auf den Luftstrom trifft, oder hinter dem Radius 14, wenn die konvexe Kante 7 zuletzt auf den Luftstrom trifft, das heisst, wenn die Kante 8 zuerst auf den Luftstrom trifft.
Praktisch ist die Projektion der konvexen Kante 7 tangential zu der ersten Tangente 21 und zu der zweiten Tangente 22 und ist durch eine Kurve mit einem einzigen konvexen Abschnitt ohne Biegungen gekennzeichnet. Die Kurve, welche die Projektion der konvexen Kante 7 beschreibt, ist eine Parabel des Typs: Y = ax2 + bx + c.
Bei der gezeigten Ausführung ist die Parabel durch die folgende Gleichung beschrieben: Y = 0.013x2 – 2.7x + 95.7.
Diese Gleichung beschreibt die in dem kartesianischen Diagramm gezeigte Kurve, dargestellt in 7, als eine Funktion der betreffenden Variablen x und y der Ebene XY.
Beim nochmaligen Betrachten der 2 sind die Endpunkte der Parabel durch die Tangenten 21 und 22 an den Punkten (M) und (N) festgelegt, und der Bereich der maximalen Konvexität befindet sich dicht an der Nabe 3.
Versuche haben gezeigt, dass die konvexe Kante 7 mit ihrer parabolischen Projektion auf die Rotationsebene XY des Lüfters ausgezeichnete Eigenschaften in Bezug auf Leistung und Geräuschpegel erhalten lässt.
Was die Projektion der konkaven Kante 8 der Schaufel 4 auf die Ebene XY betrifft, kann jede beliebige Kurve zweiten Grades benutzt werden, die auf solche Weise angeordnet ist, dass sie eine Konkavität beschreibt. Zum Beispiel könnte die Projektion der konkaven Kante 8 durch eine Parabel ähnlich jener der konvexen Kante 7 bestimmt und auf die wesentlich gleiche Weise angeordnet werden.
Bei einer vorgezogenen Ausführung ist die Kurve, welche die Projektion der konkaven Kante 8 auf die Ebene XY beschreibt, ein Kreisbogen, dessen Radius (R_cu) gleich dem Radius (R) der Nabe ist, und in der praktischen, hier beschriebenen Anwendung ist der Wert dieses Radius 70 mm.
Wie in 2 gezeigt, ist die Projektion der konkaven Kante 8 durch die Punkte (S) und (T) begrenzt und ist ein Kreisbogen, dessen Radius gleich dem Radius der Nabe ist. Die Projektion der konkaven Kante 8 ist somit in geometrischer Hinsicht vollkommen festgelegt.
3 zeigt elf Profile 18, welche elf Abschnitte der Schaufel 4 darstellen, und zwar in gleichmässigen Intervallen von links nach rechts, das heisst von der Nabe 3 bis zur äusseren Kante 6 der Schaufel 4. Die Profile 18 haben einige gemeinsame Eigenschaften, sind aber geometrisch alle verschieden, um in der Lage zu sein, sich den aerodynamischen Bedingungen anzupassen, welche im wesentlichen eine Funktion der Position der Profile in radialer Richtung sind. Die allen Schaufelprofilen gemeinsamen Eigenschaften sind besonders geeignet zum Erreichen hoher Effizienz und Förderleistung und eines niedrigen Geräuschpegels.
Die ersten Profile auf der linken Seite sind mehr gebogen und haben einen grösseren Blattwinkel (β), weil ihre lineare Geschwindigkeit, da sie dichter an der Nabe liegen, geringer ist als die der äusseren Profile.
Die Profile 18 haben eine Fläche 18a, welche ein anfängliches geradliniges Segment enthält. Dieses geradlinige Segment ist dazu vorgesehen, einen fliessenden Eintritt des Luftstromes zu erlauben und das „Schlagen" des Luftstroms durch die Schaufel zu verhindern, was den glatten Luftstrom unterbrechen und somit das Geräusch erhöhen und die Effizienz verringern würde. In 3 ist dieses geradlinige Segment mit (t) bezeichnet und seine Länge beträgt von 14% bis 17% der Länge der Sehne (L).
Der Rest der Fläche 18a besteht im wesentlichen aus Kreisbögen. Geht man von den Profilen dicht an der Nabe in Richtung jener am Ende der Schaufel über, werden die Kreisbögen, welche die Fläche 18a bilden, grösser und grösser im Radius, das heisst die Wölbung (f) der Schaufel 4 nimmt ab.
Im Verhältnis zu der Sehne (L) ist die Wölbung (f) an einem Punkt angeordnet, in 3 mit (1f) bezeichnet, der zwischen 35% und 47% der gesamten Länge der Sehne (L) beträgt. Diese Länge muss von der Kante des Profils aus gemessen werden, die zuerst auf den Luftstrom trifft.
Die Rückseite 18b der Schaufel wird durch eine solche Kurve beschrieben, dass die maximale Dicke (G_max) des Profils in einem Bereich zwischen 15% und 25% der gesamten Länge der Schaufelsehne und vorzugsweise bei 20% der Länge der Sehne (L) angeordnet ist. Auch in diesem Falle muss die Länge von der Kante des Profils aus gemessen werden, die zuerst auf den Luftstrom trifft.
Ausgehend von dem Profil dichter an der Nabe, wo die maximale Dicke (G_max) ihren höchsten Wert hat, nimmt die Dicke des Profils 18 in Richtung des Profils am Ende der Schaufel konstant ab, wo sie um ein Viertel ihres Wertes reduziert ist. Die maximale Dicke (G_max) nimmt nach einer im wesentlichen linearen Veränderung ab, und zwar als eine Funktion des Lüfterradius. Die Profile 18 der Abschnitte der Schaufel 4 im äussersten Bereich des Lüfters 1 haben den geringsten Dickenwert (G_max), weil ihre aerodynamischen Eigenschaften sie für die höheren Geschwindigkeiten geeignet machen müssen. Auf diese Weise ist das Profil für die lineare Geschwindigkeit des Schaufelabschnittes optimiert, wobei diese Geschwindigkeit natürlich mit der Zunahme des Lüfterradius ebenfalls zunimmt.
Die Länge der Sehne (L) der Profile 18 verändert sich ebenfalls als eine Funktion des Radius.
Die Länge der Sehne (L) erreicht ihren höchsten Wert in der Mitte der Schaufel 4 und nimmt in Richtung des Endes 6 der Schaufel ab, so dass die aerodynamische Belastung an dem äussersten Abschnitt der Lüfterschaufel verringert wird, und auch um den Durchlass der Luft zu begünstigen, wenn der Lüfter nicht im Betrieb ist, wie oben bereits erwähnt.
Der Blattwinkel (β) verändert sich ebenfalls als eine Funktion des Lüfterradius. Insbesondere nimmt der Blattwinkel (β) nach einem fast linearen Gesetz ab.
Das Gesetz der Veränderung des Blattwinkels (β) kann nach der aerodynamischen Belastung gewählt werden, die an dem äussersten Abschnitt der Lüfterschaufel gefordert ist.
Bei einer vorgezogenen Ausführung folgt die Veränderung des Blattwinkels (β) als eine Funktion des Lüfterradius (r) einem kubischen Gesetz, beschrieben durch die Gleichung (β) = –7·10–6·r3 + 0.0037·r2 – 0.7602r + 67.64.
Das Gesetz der Veränderung von (β) als eine Funktion des Lüfterradius (r) ist in dem in 8 gezeigten Diagramm dargestellt.
4 zeigt, wie die Projektion der Schaufel 4 auf die Ebene XY in den Raum übertragen wird. Die Schaufel 4 hat einen Überhang V im Verhältnis zu der Rotationsebene des Lüfters 1.
4 zeigt die Segmente, welche die Punkte (M', N') und (S', T') einer Schaufel 4 miteinander verbinden.
Diese Punkte (M', N', S', T') werden erhalten, indem man von den Punkten (M, N, S, T), die auf der Ebene XY liegen, ausgeht und lotrechte Segmente (M, M'), (N, N'), (S, S'), (T, T') zieht, welche einen Überhang (V) beschreiben, oder mit anderen Worten eine Verschiebung der Schaufel 4 in axialer Richtung.
Ausserdem hat bei der vorgezogenen Ausführung jede Schaufel 4 eine Form, die durch zwei Bögen 19 und 20 wie in 4 festgelegt ist. Diese Bögen 19 und 20 sind Kreisbögen, deren Krümmung in Funktion der Länge der geradlinigen Segmente (M', N') und (S', T') berechnet ist. Wie in 4 gezeigt, sind die Bögen 19 und 20 von den entsprechenden geradlinigen Segmenten (M', N') und (S', T') jeweils um Längen (h1) und (h2) versetzt. Diese Längen (h1) und (h2) sind lotrecht zu der Rotationsebene XY des Lüfters 1 gemessen und sind als Prozentanteil der Länge der Segmente (M', N') und (S', T') selbst festgelegt.
Die unterbrochenen Linien in 4 sind die Kurven – Parabelsegment und Kreisbogen – bezogen auf die konvexe Kante 7 und die konkave Kante 8.
Der Überhang V der Schaufel 4, sei es in Bezug auf seine axiale Verschiebekomponente wie auch auf die Krümmung, macht es möglich, die auf die aerodynamische Belastung zurückzuführenden Durchbiegungen der Schaufel zu korrigieren und die aerodynamischen Momente an der Schaufel auf solche Weise auszugleichen, dass ein gleichmässiger axialer Luftstrom erhalten wird, der über die gesamte Frontfläche des Lüfters verteilt ist.
Alle typischen Werte der Lüfterschaufel nach der beschriebenen Ausführung sind zusammengefasst in der nachstehenden Tabelle, wo r der allgemeine Lüfterradius ist und die folgenden geometrischen Variablen sich auf den entsprechenden Radiuswert beziehen:

L: bezeichnet die Sehnenlänge;
f: bezeichnet die Wölbung (camber);
t: bezeichnet das anfängliche geradlinige Segment des Schaufelabschnittes:
1f: bezeichnet die Position der Wölbung im Verhältnis zur Sehne L;
β: bezeichnet den Blattwinkel des Profils des Schaufelabschnittes in Sexagesimalgraden;
x und y: bezeichnen die kartesianischen Koordinaten in der Ebene XY der Parabelkante der Schaufel.

Versuche haben gezeigt, dass die nach der vorliegenden Erfindung hergestellten Lüfter einen in dB (A) gemessen Geräuschpegel haben, der um 25% bis 30% niedriger ist als herkömmliche Lüfter dieser Art, und somit eine erhebliche Verbesserung des Geräuschkomforts bieten, was bedeutet, dass das erzeugte Geräusch viel „angenehmer" ist als das von herkömmlichen Lüftern erzeugte.
Ausserdem entwickeln unter gleichen Bedingungen der Luftzufuhr die nach der vorliegenden Erfindung hergestellten Lüfter Leistungswerte, die um bis zu 50% höher liegen als die der herkömmlichen Lüfter dieser Art.
Geht man bei den Lüftern nach der vorliegenden Erfindung von einer Konfiguration mit nach hinten gerichteten Schaufeln zu einer Konfiguration mit nach vorn gerichteten Schaufeln über, kann keine wesentliche Veränderung des Geräuschpegels festgestellt werden. Unter bestimmten Arbeitsbedingungen, insbesondere im hohen Förderleistungsbereich, liefert ausserdem die Konfiguration mit nach vorn gerichteten Schaufeln um 20%–25% mehr als die mit nach hinten gerichteten Schaufeln.

Claims

Ein sich auf einer Ebene (XY) drehender Axiallüfter (1), enthaltend eine mittlere Nabe (3) und eine Anzahlvon Schaufeln (4), jede versehen mit einer Wurzel (5) und einem Ende (6), wobei die Schaufeln (4) ebenfalls durch eine konvexe Kante (7) und eine konkave Kante (8) begrenzt werden und sie aus Abschnitten mit aerodynamischen Profilen (18) mit einem Blattwinkel (β) bestehen, welcher allmählich und ständig von der Wurzel (5) aus in Richtung des Endes (6) der Schaufel (4) abnimmt, und wobei der Blattwinkel (β) als Strömungswinkel zwischen der Rotationsebene (XY) und einer geraden Linie bezeichnet ist, welche die Führungskante mit der Hinterkante des aerodynamischen Profils (18) eines jeden Schaufelabschnittes verbindet, wobei der Lüfter dadurch gekennzeichnet ist, dass die Projektion der konvexen Kante (7) auf die Ebene (XY) durch eine Parabel vom Typ y = ax² + bx + c beschrieben ist.
Lüfter nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektion der konkaven Kante (8) auf die Ebene (XY) durch ein zweites Gradbogensegment beschrieben ist.
Lüfter nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektion der konkaven Kante (8) auf die Ebene (XY) durch ein Parabelsegment beschrieben ist.
Lüfter nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektion der konkaven Kante (8) auf die Ebene (XY) durch einen Kreisbogen beschrieben ist.
Lüfter nach einem beliebigen der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aerodynamischen Profile (18) eine Fläche (18a) aufweisen, enthaltend wenigstens ein anfängliches geradliniges Segment (t).
Lüfter nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die aerodynamischen Profile (18) eine Fläche (18a) aufweisen, enthaltend ein dem anfänglichen Segment (t) folgendes Segment, das im wesentlichen aus Kreisbögen besteht.
Lüfter nach Patentanspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die aerodynamischen Profile (18) eine Profilsehne (L) haben, sowie eine Rückseite (18b), beschrieben durch eine konvexe Kurve, welche zusammen mit der Fläche (18a) einen maximalen Dickenwert (G_max) des Profils in einem Bereich zwischen 15% und 25% der Gesamtlänge der Sehne (L) bestimmt, gemessen von der Kante ausgehend, die zuerst auf den Luftstrom trifft.
Lüfter nach einem beliebigen der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede auf die Ebene (XY) projektierte Schaufel (4) durch vier Punkte (M, N, S, T) begrenzt wird, die auf der Ebene (XY) liegen und als Funktion eines Winkels (B) im Verhältnis zu der Breite einer einzelnen Schaufel (4) beschrieben werden, die an der Mitte des Lüfters liegt; und ebenfalls dadurch gekennzeichnet, dass die vier Punkte (M, N, S, T) durch die folgenden geometrischen Merkmale beschrieben werden: – die Punkte (M) und (S) sind an der Nabe (3) oder an der Wurzel (5) der Schaufel (4) angeordnet und sind durch die von der Mitte des Lüfters ausgehenden und den Winkel (B) bildenden Radien (16, 17) beschrieben; – der Punkt (N) ist an dem Ende (6) der Schaufel (4) angeordnet und ist im Verhältnis zu der Halbierenden (13) des Winkels (B) in Gegenuhrzeigerrichtung um einen Winkel (A) = 3/11(B) versetzt; – der Punkt (T) ist an dem Ende (6) der Schaufel (4) angeordnet und ist im Verhältnis zu dem von der Mitte des Lüfters ausgehenden und durch den Punkt (S) verlaufenden Radius in Gegenuhrzeigerrichtung um einen Winkel (A) = 3/11(B) versetzt.
Lüfter nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektion der konvexen Kante (7) auf die Ebene (XY) an dem Punkt (M) eine erste Tangente (21) hat, die geneigt ist um einen Winkel (C) entsprechend drei Vierteln von (A) im Verhältnis zu einem durch den Punkt (M) verlaufenden Radius (17); und auch dadurch gekennzeichnet, dass die Projektion der konvexen Kante (7) auf die Ebene (XY) an dem Punkt (N) eine zweite Tangente (22) hat, die geneigt ist um einen Winkel (W) entsprechend sechs Mal (A) im Verhältnis zu einem durch den Punkt (N) verlaufenden Radius (14); wobei die ersten und zweiten Tangenten (21, 22) im Verhältnis zu der entsprechenden Radien (17, 14) vorn liegen, wenn die Drehrichtung des Lüfters eine solche ist, dass die konvexe Kante (7) als erste auf den Luftstrom trifft, und die ersten und zweiten Tangenten (21, 22) sind auf solche Weise angeordnet, dass sie in der Ebene (XY) eine Kurve beschreiben, die einen konvexen Abschnitt ohne Biegungen hat.
Lüfter nach einem der vorstehenden Patentansprüche von 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Projektion der konkaven Kante (8) auf die Ebene (XY) geformte Kreisbogen einen Radius (R_cu) gleicht dem Radius (R) der Nabe (3) hat.
Lüfter nach einem beliebigen der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln (4) aus Abschnitten gebildet sind, deren aerodynamische Profile (18) einen Blattwinkel (β) aufweisen, der allmählich und konstant von der Wurzel (5) in Richtung des Endes (6) der Schaufel (4) abnimmt, und zwar nach einem Gesetz der kubischen Veränderung als Funktion des Radius.