DE7816332U1

DE7816332U1 - Axialgeblaese

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Publication number: DE7816332U1
Application number: DE19787816332U
Authority: DE
Original assignee: ALLWARE AGENCIES Ltd LONDON
Current assignee: ALLWARE AGENCIES Ltd LONDON
Priority date: 1977-05-31
Filing date: 1978-05-31
Publication date: 1978-11-09
Also published as: ZA782783B; AU3269778A; CA1112222A; GB1604098A; ES236341Y; IN148751B; GR62675B; AR219751A1; US4142844A; FR2393515A7; ES236341U; GB1604099A; IT7821972V0; AU514472B2; JPS546607U; BR7803456A; MX145361A

Description

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MÜLLERSTRASSE 31

ALLWARE AGENCIES LIMITED London, England

Axialgebläse

Die Erfindung bezieht sich auf ein Axialgebläse nach dem Gattungsbegriff des Hauptanspruchs. Derartige Axialgebläse besitzen aus Sicherheitsgründen ein vorn und hinten offenes Gehäuse, dessen Öffnungen durch einen Kanal verbunden sind, in dessen Achse der Motor mit dem Propeller sitzt. Normalerweise sind die Öffnungen vorn und hinten durch Gitter geschlossen. Bei der Konstruktion solcher Gebläse wurde festgestellt, daß das von dem Gebläse erzeugte Geräusch ein Minimum erreicht, wenn der Propeller längs der Drehachse in den -- Kanal hineingeschoben wird, während der Luftstrom ein

Maximum erreicht, wenn der Propeller längs der Drehachse aus dem Kanal herausgeschoben wird. Die Abweichung dieser Maximal- und Minimalwerte von den Normalwerten im freien Raum ist aber im allgemeinen geringer als 10 Prozent. Außerdem fällt gewöhnlich die Stellung des geringsten Geräuschpegels nicht mit derjenigen des stärksten Luftstromes zusammen.

Es wurde nun entdeckt, daß für breitblättrige Propeller großer axialer Tiefe mit Luftschrauben einer besonderen Gestalt nicht nur die Maxima und Minima stärker

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ausgeprägt sind, sondern auch praktisch an der gleichen Stelle längs der Drehachse relativ zur Öffnung des Strömungskanals auftreten.

Demgemäß läßt sich mit dem im Hauptanspruch gekennzeichneten Gebläse die Aufgabe lösen, ein geringeres Geräusch und gleichzeitig eine höhere Leistung zu erzielen, als es bisher bei vergleichbaren Gebläsen nöglich war.

ζ Erfindungsgemäß hat die Luftschraube eine große axiale

Tiefe und besteht aus mehreren Schaufeln, deren Grundriß ein Halsteil an der Verbindungsstelle der Schaufel mit der Nabe, eine von dem Hals ausgehend leicht konvexe Vorderkante, eine konvexe Außenkante, eine leicht konkave Hinterkante und einen kinnförmigen Abschnitt zwischen de*r Hinterkante und dem Halsteil aufweist, wobei die Hinterkante nahe dem kinnförmigen Abschnitt stark gewölbt ist, jedoch in dem Maße fortschreitend weniger stark gewölbt ist, als die Hinterkante sich der Außenkante nähert.

XJnter'großer axialer Tiefe" wird hier eine Schaufel ver-Cstanden, deren Anstellwinkel mehr als 20° beträgt,

während eine Schaufel als"stark gewölbt"bezeichnet vird, wi

steigt.

vird, wenn die Zunahme ihres Anstellwinkels 25 über-

Unter dem "Anstellwinkel" wird hier der Winkel zwischen der Drehachse und der Vorderkante einer Schaufel, gesehen in Querschnitten derselben, verstanden.

Die "Wölbung" einer Schaufel ist die Zunahme des Anstellwinkeis längs einer Linie von der Vorderkante zur Hinterkante. Der "Radius" der Luftschraube ist der Abstand von der Drehachse bis zum äußersten Punkt auf dem Umfang.

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Die "Gestalt" der Schaufeln kann weitgehend durch die mittleren Krümmungsradien der Vorderkante, der Außenkante und der Hinterkante definiert werden.

Vorzugsweise liegen die mittleren Krümmungsradien der Vorder- und der Hinterkante im Bereich zwischen 70 Prozent des Radius der Luftschraube und unendlich, d. h. zwischen einer Gestalt mit leicht konvexen Kanten und einer Kante, die linear verläuft.

Da ein erheblicher Teil des von einer rotierenden Luftschraube erzeugten Geräusches am Schaufelumfang auftritt, ist es normal, daß derjenige Abschnitt jeder Schaufel, der die Vorderkante mit der äußersten Kante verbindet, nach hinten gebogen ist. Außerdem liegt der mittlere Krümmungsradius der äußersten Kanten vorzugsweise im Bereich zwischen kO und 60 Prozent des Radius der Luftschraube. Eine andere Geräuschquelle bei breitschaufligen Gebläsen großer axialer Tiefe (d. h. breitblättrigen Gebläsen mit hohem Anstellwinkel) tritt auf, wenn eine Schaufel den von der Hinterkante der vorhergehenden Schaufel erzeugten Wirbel anschneidet. Um dieses Problem BU umgehen, wurden die erfindungsgemäßen Luftschrauben «it stark gewölbter Hinterkante ausgeführt. Die Wölbung nimmt von einen Maximum am Kinn der Hinterkante zu •inem Minimum an dem Übergang zur äußersten Kante ab. Die Wölbung gewährleistet, daß von der Vorderkante nahe der Drehachse angeschnittenen Luft von der Hinterkante axial genügend beschleunigt wird, um ein Zusammenlief fen mit der nachfolgenden Schaufel zu vermeiden. Erfindungsgemäß übersteigt der Anstellwinkel 20° und die maximale Wölbung übersteigt 25°. Vorzugsweise liegt der Anstellwinkel im Bereich zwischen 20 und 30 und die maximale Wölbung liegt im Bereich zwischen 30 und 45°.

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Vorzugsweise hat der Kanal kreisförmigen Querschnitt und seine rückwärtige Öffnung einen Radius, der im Bereich zwischen 1,05 R und 1,20 R liegt, wobei R der Radius der Luftschraube ist.

Die günstigste axiale Stellung der Luftschraube ist diejenige, bei der ihr Schwerpunkt im Bereich zwischen einer Stelle 10 mm nach innen von einer die hintere Öffnung des Kanal definierenden Ebene und einer Stelle 2,5 mm außerhalb dieser hinteren Öffnung liegt.

Ferner ist vorzugsweise die Ebene, welche die hintere Öffnung definiert, senkrecht zur Drehachse der Luftschraube und die Luftschraube hat eine Symmetrieachse, die mit der Drehachse zusammenfällt.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beschreiben. Hierin zeigen

Fig. 1 eine Teilansicht einer erfindungsgemäßen Luftschraube von hinten in der zur Drehachse senkrechten Ebene,

Fig. 2 eine Seitenansicht derselben,

Fig. 3-5 sind Querschnitte längs der Linien A-A, B-B und C-C in Fig. 1 bei einer Schaufel,

Fig. 6 ist ein Achsschnitt eines vollständigen Axialgebläses nach der Erfindung und

Fig. 7 zeigt zwei Graphen hinsichtlich des Einflusses verschiedener Schaufelgestalten und Achsenstellungen auf die Geräuschentwicklung und den Luftdurchsatz.

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Fig. 1 und 2 zeigen eine Luftschraube 1 mit einer Nabe l4, von der vier identische Schaufeln 2, 3» ^ und 5 ausgehen (Teile der Schaufeln 3 und 5 sind nicht dargestellt). Jede Schaufel hat einen Halsteil 6, der an die Nabe i4 anschließt, eine Vorderkante 7 t eine Außenkante 8, eine Hinterkante 9 und einen Kinnabschnitt 10, der die Hinterkante 9 mit dem Hals verbindet. Die Vorderkante 7 "und die Hinterkante 9 haben leicht konvexe Gestalt, wobei die Krümmungsradien, welche die Kanten definieren, sich dem Radius der

r ganzen Luftschraube annähern. Die Außenkante 8 ist

ebenfalls konvex, hat aber einen wesentlich geringeren Krümmungsradius als die Vorder- und Hinterkante. Die Außenkante 8 ist mit der Vorder- und Hinterkante durch VerbindTingskant en 11 und 12 verbunden. Die Verbindungskante 11 verbindet die Vorderkante mit der Außenkante, während die Verbindungskante 12 die Außenkante mit der Hinterkante verbindet. Die Radien der Verbindungskanten 11 und 12 sind ungefähr halb so lang wie der Radius der Außenkante. Der Kinnabschnitt ist ebenfalls konvex und hat einen mittleren Krümmungsradius von etwa 25 mm, während der Halsteil eine konkave Hinterkante aufweist. Um die Anordnung zu verstärken, sind Rippen 13 vorge-

v sehen. Der Anstellwinkel und die Wölbung der Schaufel 5

sind deutlich in Fig. 2 zu erkennen.

Fig. 3» ^ und 5 zeigen den Anstellwinkel α und die Wölbung ß einer Schaufel an verschiedenen Stellen von innen nach außen-Fig. 3 zeigt, nähert sich die Wölbung ß einem Winkel von k5° in einem Abstand von etwa einem Drittel des Schaufelradius von der Nabe, während Fig. 4 zeigt, daß die Wölbung in der Nähe der Außenkante geringer wird. Die maximale Wölbung an dieser Stelle nähert sich 35°. Außerdem ist der Anstellwinkel nur über einen Abstand von etwa einem Sechstel der Schaufelbreite •rhöht. Ähnlich zeigt Fig. 5, daß die Wölbung am äußersten

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Ende der Hinterkante geringer ist und den Anstellwinkel nur über etwa ein Achtel der Schaufelbreite an dieser Stelle vergrößert.

Fig. 6 zeigt ein Axialgebläse mit einer Luftschraube 1. Das Gehäuse de3 Axialgebläse 15 besteht aus einem hinteren Teil 16 und einem vorderen Teil 17, die durch nicht dargestellte aern zusammengehalten werden. Die beiden Teile haben Öffnungen 20 und 21 , die durch eine ümfangswand 22 verbunden sind, um einen Kanal 23

f₎ zu bilden. Der Kanal hat kreisförmigen Querschnitt,

aber die Wand 22 verläuft von den beiden Öffnungen zur Mitte des Kanals leicht konisch. Der Kanal enthält einen Motor M, auf dessen Abtriebswelle 2k die Luftschraube 1 eitzt. Die Drehachse der Luftschraube fällt mit der Symmetrieachse des Kanals zusammen. Die Luftschraube befindet 3ich an einer Stelle der Drehachse, die so gewählt ist, daß der Querpunkt der Anordnung 2,5 mm von der rückwärtigen Öffnung entfernt ist. Die rückwärtige Öffnung ist durch ein elastisches schüsselförmi^es Gitter abgeschlossen, das durch nicht dargestellte Vorsprünge, die in Schlitse der Wand 22 eingreifen, federnd festgehalten wird. Der Motor weist ein Getriebe G auf,

* das mit einer Abtriebswelle 25 verbunden ist, die ein

drehbares Gitter 26 mit einem Bruchteil der Drehzahl der Luftschraube mittels einer nicht dargestellten Rutschkupplung antreibt· Statt dessen kann das Gitter auch so konstruiert sein, daß es von dem durch den Kanal strömenden Luftstrom angetrieben wird und in seiner Drehgeschwindigkeit von einem Rutschkupplungsregler geregelt wird. Das drehbare Gitter ist auf der Abtriebswelle verschiebbar gelagert und mit Sperrfingern 26 versehen _f die in einen Sparring 27 eingreifen können. Der Eingriff der beiden Teile wird durch Einschieben des Gittere bewerkstelligt, so daß der Umfang des Gitters in Eingriff mit

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einem Ringteil 18 gelangt. Die vordere Öffnung und der Mittelteil des Gitters sind entgegen seiner natürlichen Elastizität etwas nach innen gebogen, so daß der Rand des Gitters dann federnd an dem Teil 28 anliegt. Die Reibungsberührung zwischen dem Rand des Gitters und dem Ringteil reicht aus, um das rotierende Gitter in Ruhe zu halten.

Der Kanal enthält ferner Leitschaufeln 29» die zwischen dem Kanal und dem Tragkäfxg 30 des Motors und des Ge-(■>. triebes, an dem auch der Sperring 27 ausgebildet ist,

festgehalten werden. Das rotierende Gitter 26 hat Leitschaufeln 31, die in verschiedenen Winkeln zur Strömungsrichtung angeordnet sind. Im Normalbetrie'o wird die Luft durch das rückwärtige Gitter angesaugt, geht durch die Leitschaufeln 291 die den Luftstrom teilweise ausrichten, und wird dann durch die Leitschaufeln nach verschiedenen Richtungen eines Raumes, worin das Gebläse aufgestellt ist, dpge lenkt. Die Rutschkupplung erlaubt es dem Gitter 26, mit solcher Geschwindigkeit umzu-laufen, daß die Luft wirksam in der charakteristischen Weise eines Kreiselgebläses verteilt wird.

Fig. 7 zeigt die Einwirkung der Verschiebung zweier Luftschrauben mit verschiedenen Schaufeltypen längs der Drehachse. Die beiden Luftschrauben haben folgende Abmessungen:

GA12 GA16

Schaufeldurchmesser 300 mm 300 mm

Gestalt der Vorderkante konvex leicht konvex

Gestalt der Hinterkante konkav leicht konvex

Gestalt der Außenkante konvex konvex

Gestalt des Kinnabschnitts kein Kinn konvex

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Krümmungsradien: GA12 GA16

Vorderkante 55,55 - 76»20 mm 13^,62 mm

Hinterkante 75»^ mm 105,33 mm

Außenkante 59,5** - 82,55 nun 76,12 mm

Kinnabschnitt - 15,88 mm

Der Flächeninhalt der Schaufeln GA16 war etwas geringer als derjenige der Schaufeln GA12. Die Schaufeln GA16 C waren ferner dadurch gekennzeichnet, daß sie in der

Nähe des Kinnabschnitts stark gewölbt waren, wie die Fig. 3-5 zeigen. Die Wölbung nahm in Richtung auf die Außenkante ab. Die Schaufeln GA12 waren nur schwach gewölbt (etwa 15°). Der Kanaldurchmesser war in beiden Fällen 325 mm.

Das von den beiden Gebläsen entwickelte Geräusch wurde ermittelt, indem ein Geräuschmesser vom Typ Nr. 1408C der Firma Dawe Instruments Limited an einer Stelle aufgestellt wurde, die sich 900 mm hinter der Luftschraube in der Drehachse derselben befand. Das dem Gebläse zuzuschreibende Geräusch wurde dann durch ein^n Abschlag für Hintergrundgeräusch entsprechend einer vom Hersteller gelieferten Korrekturtabelle bestimmt.

Diese Graphen zeigen deutlich das ausgeprägte Geräuschminimum, wenn der Schwerpunkt der Luftschraube GAI6 5 mm in den Kanal eingerückt ist, während das ausgesprochene Maximum des Luftstromes auftritt, wenn der Schwerpunkt der Anordnung GAI6 sich in Höhe der rückwärtigen Kanalöffnung befindet. Die Graphen zeigen auch, daß nicht nur das Geräuschminirsum und das Strömungsmaximum für die Anordnung GAI2 geringer ausgeprägt sind, sondern sich auch um eine Distanz von 15 mm unterscheiden.

Dr. Hk/sch

Claims

Schutzansprüche

Axialgebläse, dessen Luftschraube beträchtlicher axialer Ausdehnung so im Grebläsegehäusc.' angeordnet ist, daß der Schwerpunkt der Luftschraube sich nahe der hinteren GeJiäuseöffnung befindet, wobei jede Schaufel der Luftschraube in einer zur Drehachse senkrechten Ebene einen flächenhaften Umriß besitzt, dadurch gekennzeichnet. daß der Umriß einen Halsteil (6) an der Verbindungsstelle der Schaufel (2, 3, k, 5) mit der Nabe (i*0 der Luftschraube„ eine von dem Halsteil ausgehende, leicht konvexe Vorderkante (7)» eine konvexe Außenkante (8), eine leicht konvexe Hinterkante (9) und einen kinnförmigen Abschnitt (io) zwischen der Hinterkante und dem Halsteil aufweist, daß die Hinterkante (9) in der Nähe des Kinnabschnitts stark gewölbt ist und daß die Wölbung fortschreitend in dem Maße abnimmt, wie die Hinterkante sich der Außenkante nähert.
2. Axialgebläse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schaufel einen Anstellwinkel im Bereich zwischen 20 und 30° besitzt.

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3. Axialgebläse nach Anspruch. 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hinterkante (9) jeder Schaufel eine maximale Wölbung im Bereich zwischen 30 und 4 5 hat.
4. Axialgebläse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gestalt jeder Schaufel ferner durch konvexe Ubergangskanten (.11, 12) zwischen den Vorder- und Hinterkanten und der Außenkante definiert ist.
Λ 5. Axialgebläse nacla sinem der vorhergehenden Ansprüche., dadurch gekennzeichnet, daß die Vorder- und Hinterkanten (7, 9) Krümmungsradien besitzen., die dem Radius der Luftschraube angenähert sind, und daß der Krümraungsradius der Außenkante (8) ungefähr halb so groß wie der Radius der Luftschraube ist.
6. Axialgebläse nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungskanten (11, 12) Krümmungsradien haben, die im Bereich von einem Fünftel bis einem Viertel des Radius der Luftschraube liegen.
7. Axialgebläse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, J dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse mit der

Symmetrieachse des Luftführungskanals (23) zusammenfällt .
8. Axialgebläse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die hintere Öffnung (21) des Kanals (23) einen Kreis mit einem Radius im Bereich zwischen 1,05 und 1,20 R darstellt, der in einer zur Symmetrieachse des Kanals senkrechten Ebene liegt, wobei R den Radius der Luftschraube bedeutet, daß die Luftschraube so angeordnet ist, daß ihr Schwerpunkt

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auf der Achse im Bereich von 1omm innerhalb der erwähnten Ebene und 2,5 '^aam außerhalb derselben ange-. ordnet ist und daß die mittleren Krümmungsradien der Vorderkante, der Hinterkante und der Außenkante der Schaufeln im Bereich zwischen 0,7 R und unendlich, 0,7 R und unendlich bzw. 0,5 R bis 0,6 R liegen.
9. Axialgebläse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwerpunktslage der Luftschraube 2,5 nun nach innen von der Ebene der rückwärtigen Öffnung des Γ Strömungskanals (23) ist.
10. Axialgebläse, dessen Gehäuse eine vor- und eine rückseitige Öffnung aufweist, die durch einen. Strömungskanal verbunden sind, worin sich ein Elektromotor und eine Luftschraube mit großer axialer Tiefe und breiten Blättern befinden, die von dem Motor angetrieben

werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die rückseitige Öffnung (21), der Strömungskanal (23) und die Schaufeln (2, 3» ^» 5) der Luftschraube solche Gestalt aufweisen, daß für die Stellung der Luftschraube hinsichtlich des Strömungskanals ein Bereich existiert, in welchem die Luftströmung sich einem Maximum und V gleichzeitig die Geräuschentwicklung einem Minimum

nähert.
11. Axialgebläse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftschraube in diesem Bereich angeordnet ist.

Dr. Hk/sch