DE8712685U1

DE8712685U1 - Axial impeller for an axial fan

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Publication number: DE8712685U1
Application number: DE8712685U
Authority: DE
Original assignee: Papst Motoren GmbH and Co KG
Current assignee: Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
Priority date: 1986-09-19
Filing date: 1987-09-19
Publication date: 1987-11-05
Also published as: DE3731573A1; DE3731573C2; CH673319A5

Description

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PAPST-MOTOREN GmbH & Gö KG · % &ldquor; 18,09,1987 7742 St. Georgen/Schwärz, Öll-HOP/LE/mePAPST-MOTOREN GmbH & Gö KG · % &ldquor; 18,09,1987 7742 St. Georgen/Schwärz, Öll-HOP/LE/me

ad füf ei&eegr;eri A&khgr; la IventIlätor.ad five times the capacity of the fan.

Die Erfindung betrifft ein Axialrad für einen Äxialventilatör nach dem Oberbegriff des Anspruches 1*The invention relates to an axial wheel for an axial fan according to the preamble of claim 1*

Solche Laufrade? und gattungsgemäQe Gebläse sifld in großer Vielzahl bekannt. Moderne Förderungen verlangen Vor allem die Kombination eines ausreichenden Luffestromes unter bestimmten Einbaubedingungen, jedoch mit einem kleinen Laufgeräusch»Such impellers and blowers of this type are known in large numbers. Modern pumps require, above all, the combination of a sufficient air flow under certain installation conditions, but with a low running noise.

Diese Forderung ist bei bekannten Gebläsen nicht leicht zu erfüllen. This requirement is not easy to fulfill with known blowers.

Aus der DE-OS 27 41 529 ist ein gekapselter Motor bekannt, der .im Einströmbereich über einer konischen Verjüngung eine Art Innenbelüftung vorsieht. Die Ein- und Ausströmverhältnisse sind bei dieser vörbekärinten Lösung auch wesentlich anders, denn die Einströmung ist dort nur radial inherij d* h* um das Zentrum (im Bereich der Motorwelle) gegeben j keinesfalls auf dem ganzen Querschnitt wie bei einem Axialventilator.An encapsulated motor is known from DE-OS 27 41 529 which provides a type of internal ventilation in the inflow area via a conical taper. The inflow and outflow conditions are also significantly different in this proposed solution, because the inflow is only radial around the center (in the area of the motor shaft) and not across the entire cross-section as with an axial fan.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,für einen konkreten Einbaufallj der einem relativ hohen Druck bei mäßiger Fördermenge entspricht, das Geräusch stark zu senken.The invention is based on the task of significantly reducing the noise for a specific installation case that corresponds to a relatively high pressure at a moderate flow rate.

Die Aufgabe wird mit den Mitteln des Anspruches 1 gelöst.The problem is solved by the means of claim 1.

Nach der Erfindung ergibt sich in besonders vorteilhafter Weise, daß man ein Axialgebläse für die besonderen Bedürfnisse der obigen Aufgabenstellung dadurch erhält, daß man z. B. den Kern der Nabe des Axialrades eines vorhandenen Axialgebläses stark vergrößert. Man hat dann zwar nicht mehr über dem ganzen Druckbereich, insbesondere im freiblasenden Gebiet nicht niehr die "normale Fördermenge", jedoch ist diese für viele Einbau-According to the invention, it is particularly advantageous that an axial fan for the special requirements of the above task can be obtained by, for example, greatly enlarging the core of the hub of the axial wheel of an existing axial fan. Although one no longer has the "normal flow rate" over the entire pressure range, especially in the free-blowing area, this is nevertheless sufficient for many installations.

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und Betriebsbedingungen gar nicht unbedingt gefragt* Dafür erhalt man eine im konkreten EinbaufaÜ immer noch mindestens gleich gute Förderleistung zusammen mit einem drastisch reduzierten Gerüusch. Erstäunlicherweise führt man durch die Er= findung einen Toferaum im (bisherigen) Lauffädschaufeibereich ein und erhält eine sehr gewünschte selektive Verbesserung gemäß Aufgabenstellung.and operating conditions are not necessarily required* In return, you get at least the same good conveying capacity in the specific installation case, together with drastically reduced noise. Surprisingly, the invention introduces a toe space in the (previous) impeller blade area and achieves a very desired selective improvement in accordance with the task.

Weitere rrerkmäle und vorteile der trrindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels: Further features and advantages of the barking can be found in the following description of the embodiment shown in the drawing:

Es zeigenShow it

Fig· 1 einen Halbschnitt durch einen erfindungsgemäßen Venti-Fig. 1 shows a half section through a valve according to the invention.

Fig. 2 einen Flügel eines Axiäirades gemäß der Erfindung,Fig. 2 a wing of an axial wheel according to the invention,

Fig. 3 einen Flügel gemäß Fig₄ 2 im SchnittjFig. 3 a wing according to Fig ₄ 2 in section

Fig. 4 eine Abwicklung des erfindungsgemäÖeri Axialrades,Fig. 4 a development of the axial wheel according to the invention,

Fig. 5 ein Diagramm des Schalldruckpegels bei unterschiedlichen. Volumenströmen undFig. 5 a diagram of the sound pressure level at different volume flows and

Fig. 6 ein Diagramm der Druckerhöhung bei unterschiedlichen Volumenströmen.Fig. 6 is a diagram of the pressure increase at different volume flows.

Fig. 1 zeigt einen Axialventilator mit einem Gehäuse 1. Ein zentraler·Antriebsmotor 2 ist an einem einströmseitigen Flansch 3 befestigt. Auf dem Rotor 11 des Motors 2 ist eine Radnabe A mit Schaufeln 5 angebracht. Die Radnabe &eeacgr; und die Schaufeln 5 sind vorteilhafterweise einteilig als Axialrad 12 ausgebildet. Der durch das Gehäuse 1 außen begrenzte Strömungskanal weist an der Einströmseite 6 zunächst einen Radius 7 auf und weitetFig. 1 shows an axial fan with a housing 1. A central drive motor 2 is attached to an inflow-side flange 3. A wheel hub A with blades 5 is attached to the rotor 11 of the motor 2. The wheel hub A and the blades 5 are advantageously designed as a single piece as an axial wheel 12. The flow channel delimited on the outside by the housing 1 initially has a radius 7 on the inflow side 6 and widens

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Oll-HDP/LE/meOll-HDP/LE/me

sich dann konisch bis zum Ausströmquerschnitt 8 auf. Der Erweiterungswinkel cA des Strömungskänals beträgt vorzugsweise 5°i Dieser Winkel &/&eegr; kann von etwa 3 bis 7 betragen« Die Radnabe 4 weist einströmseitig einen Konus 9 auf, der etwa s Vom Außendurchmesser D_c des Flansches 3 in Strömungsrichtung 13 bis zum Radnabendurchmesser D.. verläuft. Der Kegelöffnungs-^then expands conically to the outflow cross-section 8. The expansion angle cA of the flow channel is preferably 5°i This angle &/&eegr; can be from about 3 to 7« The wheel hub 4 has a cone 9 on the inflow side, which runs approximately s from the outer diameter D _c of the flange 3 in the flow direction 13 to the wheel hub diameter D.. The cone opening ^

4 O " O4 O " O

t ü^inköl des Konuses 9 lieⁿt zwischen ?Q \±&Ggr;*&uacgr; 1?5 und betragt vorzugsweise 116 . Von diesem Punkt an hat die Radnabe 4 in Strömungsrichtung 13 einen zylindrischen Verlauf und hier liegt euch die ein§trömseitige Kante 10 der Schaufeln 5. Das Maß L von der Einströmseite 6 bis zum Ende des Konuses 9 in Strömungsrichtung 13 beträgt im Ausführungsbeispiel etwa 40 % der gesamten axialen Abmessung des Ventilatorgehäuses 1. Die Herstellung des Axiälrades 12 aus Kunststoff ist besonders kostengünstig, wobei der Konus 9 dazu benutzt wird, die Kunststoffnabe 4 an der offenen Seite des Rotors 11 durch Verstauchen dre/nsicher am Rotor 11 zu befestigen. Der Außendurchmesser Dj, des zylindrischen Teils der Radnabe 4 beträgt im Ausführungsbeispiel etwa 6/7 des mittleren Außendurchmessers D&ldquor; des Axialrades 12. Dieses Verhältnis t inside the cone 9 ^lies between ?Q \±&Ggr;*&uacgr; 1?5 and is preferably 116 . From this point on, the wheel hub 4 has a cylindrical shape in the direction of flow 13 and this is where the inflow edge 10 of the blades 5 is located. The dimension L from the inflow side 6 to the end of the cone 9 in the direction of flow 13 is, in the exemplary embodiment, approximately 40 % of the total axial dimension of the fan housing 1. The manufacture of the axial wheel 12 from plastic is particularly cost-effective, with the cone 9 being used to securely fasten the plastic hub 4 to the rotor 11 on the open side of the rotor 11 by spragging. The outer diameter Dj, of the cylindrical part of the wheel hub 4 is, in the exemplary embodiment, approximately 6/7 of the average outer diameter D&rdquor; of the axial wheel 12. This ratio

kann im Bereich zwischen 4/7 und 6/7 liegen, um die erfindungsgemäße Wirkung (Druckerhöhung im Arbeitsbereich und gleichzeitige Geräuschreduzierung) zu erzielen. Der mittlere Außendurchmesser D_R des Axialrades 12 liegt im Bereich zwischen 100 mm 180 mm und beträgt vorzugsweise 140 mm.can be in the range between 4/7 and 6/7 in order to achieve the effect according to the invention (increase in pressure in the working area and simultaneous reduction in noise). The average outside diameter D _R of the axial wheel 12 is in the range between 100 mm 180 mm and is preferably 140 mm.

Durch die Verengung des Strömungskanals, die durch Vergrößerung des Nabendurchmessers D_n erzielt wurde, lassen sich die Schaufeln 5 sehr einfach gestalten im Profil und in der Form (Figuren 2 bis 4). ixs einem ersten Betaich H weist die Fläche 14 keine Krümmung auf. Dieser B-ereich M macht etwa 50 % der Gesamtlänge G der Schaufel 5 aus. Ein zweiter Bereich K₅ der demDue to the narrowing of the flow channel, which was achieved by increasing the hub diameter D _n , the blades 5 can be designed very simply in terms of profile and shape (Figures 2 to 4). In a first area H, the surface 14 has no curvature. This area M makes up about 50 % of the total length G of the blade 5. A second area K ₅ which corresponds to the

i8,09,1987i8,09,1987

! - 6 - 011-HDP/LE/mo! - 6 - 011-HDP/LE/mo

Bereich M in Längsrichtung der Schaufel folgt, ist mit giner Krümmung 2-Oj die einem Radius von etwa 70 mfii entspricht, versehen, während der noch verbleibende Bereich R einen Krümmungsradius 21 von etwa 30 mm aufweist.Region M, which follows the blade's longitudinal direction, is provided with a curvature 2-Oj corresponding to a radius of approximately 70 mm, while the remaining region R has a radius of curvature 21 of approximately 30 mm.

Ein Schnitt durch die Schaufel 5 (Fig. 3) zeigt ein vorzugsweise im Aus Fünf ungsDeispiel veri/iiBnuetSS Profil in nicht y£- bögeifem Zustand, das mit einem Radius 22 beginnt. Die Unterseite 14 ist im wesentlichen eben, die Oberseite 15 weist eine Krümmung auf, die vom Radius 22 beginnend bis etwa zur Mitte der Gesamtlänge G von der Unterseite 14 aus betrachtet in der Höhe stetig zunimmt bis zum Maximum F und dann bis zum Ende der Schaufel wieder abnimmt und fast in einer Spitze (Maße E) endet. Die Maße liegen in den Bereichen! F = 2 mm bis 3 ram.A section through the blade 5 (Fig. 3) shows a profile, preferably in the form of a five-blade configuration, in a non-y-curved state, which begins with a radius 22. The underside 14 is essentially flat, the upper side 15 has a curvature which, starting from the radius 22 up to about the middle of the total length G viewed from the underside 14, increases steadily in height up to the maximum F and then decreases again up to the end of the blade and ends almost in a point (dimensions E). The dimensions are in the ranges 1 F = 2 mm to 3 ram.

E = 0, 2 mm bis 0,8 mm, ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel hat die Maße F = 2,6 mm und E = 0,5 mm.E = 0.2 mm to 0.8 mm, a preferred embodiment has the dimensions F = 2.6 mm and E = 0.5 mm.

In Fig. 4 ist eine Teilabwicklung des axialen Abschnitts des Axialrades 12 gezeigt (Maß B), der die Strömung bewirkt. Sieben Schaufeln 5 sind in der dargestellten Form in einem Teiiungsabstand T am Umfang der Radnabe 4 angeordnet. Von der äinströmseitig angedeuteten Linie 25 her beginnen die Schaufeln in einem Abstand a vom Ende des Konuses 9 in Richtung des Pfeiles 13 und erstrecken sich in einem vorgegebenen Winkel bis zum Ende 26 des zylindrischen Umfangs der Radnabe 4. In einem Abstand A beginnt parallel dazu die nächste Schaufei 5. Die ausströmseitige Kante 30 der Schaufeln 5 hat eine größere Länge als die einströmseitige Kante 10 entsprechend dem Verlauf des Strömungskanals, ebenso verläuft die Oberkante 31 der Schaufeln 5 mit einer Krümmung, die axial parallel zum äußeren S^röm-'ngskanal verläuft. Die Unterkante 32 der Schaufeln 5 ist der Radnabe 4 angepaßt.Fig. 4 shows a partial development of the axial section of the axial wheel 12 (dimension B) which causes the flow. Seven blades 5 are arranged in the form shown at a pitch T on the circumference of the wheel hub 4. From the line 25 indicated on the inflow side, the blades begin at a distance a from the end of the cone 9 in the direction of the arrow 13 and extend at a predetermined angle to the end 26 of the cylindrical circumference of the wheel hub 4. The next blade 5 begins parallel to this at a distance A. The outflow side edge 30 of the blades 5 has a greater length than the inflow side edge 10 in accordance with the course of the flow channel, and the upper edge 31 of the blades 5 also runs with a curvature which runs axially parallel to the outer flow channel. The lower edge 32 of the blades 5 is adapted to the wheel hub 4.

Die Radnabe 4 und die Schaufeln 5 können einteilig hergestellt sein, können aber auch durch Löten, Schmeißen, Kleben oder andere Verfahren miteinander verbunden sein.The wheel hub 4 and the blades 5 can be manufactured as one piece, but can also be connected to one another by soldering, casting, gluing or other methods.

.,· *.,· : DE-478 G ₇ _ 18.09.1987.,· *.,· : DE-478 G ₇ _ 18.09.1987

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Die axiale Schaufellänge X hat eine Abmessung von 0,5 bis 0,6 der Gehäuselänge Y. Die einströmseitige Kante 10 der SchaufelnThe axial blade length X has a dimension of 0.5 to 0.6 of the casing length Y. The inflow edge 10 of the blades

5 ist axial gesehen etwa in der Mitte des Gehäuses 1 angeordnet, während die Kante 30 etwa bis zum Austrittsquerschnitt reicht.5 is arranged axially approximately in the middle of the housing 1, while the edge 30 extends approximately to the outlet cross-section.

Die Fig. 5 zeigt eine Kurve 41 des Schalldruckpegels (Geräuschpegels) in der Einheit dBA eines bekannten Ventilators und eine Kurve 42 des erfin jungsgemäßen Ventilators. Die dazugehörigen Arbeitspunkte sind für die Kurve 41 mit 45 und für die Kurve 42 mit 46 bezeichnet. Für diesen Luftförderleistungsbereich etwa (95 m3/h) konnte durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Axialrades 12 bei gleichem Ventilatoraußengehäuse 1 der Schalldruckpegel (Punkte 45 und 46) um etwaFig. 5 shows a curve 41 of the sound pressure level (noise level) in the unit dBA of a known fan and a curve 42 of the fan according to the invention. The corresponding operating points are designated 45 for curve 41 and 46 for curve 42. For this air flow rate range (approximately 95 m3/h), the design of the axial impeller 12 according to the invention with the same fan outer casing 1 made it possible to reduce the sound pressure level (points 45 and 46) by approximately

6 dBA gesenkt werden.6 dBA can be reduced.

In Fig. 6 ist eine Kurve 51 der Druckerhöhung in der Einheit Pa eines bekannten Ventilators und eine Kurve 52 eines Ventilators gemäß der Erfindung dargestellt. Eine Gerätekennlinie 53 bestimmt die dazugehörigen Arbeitspunkte 55 für die Kurve 51 und 56 Tür die Kurve 52. Das Diagramm (Fig. 6) zeigt, daß der erfindungsgemäße Ventilator bei geringerem Geräuschpegel (Fig. 5) noch eine Druckerhöhung im Arbeitsbereich bringt.In Fig. 6, a curve 51 of the pressure increase in the unit Pa of a known fan and a curve 52 of a fan according to the invention are shown. A device characteristic curve 53 determines the associated operating points 55 for the curve 51 and 56 for the curve 52. The diagram (Fig. 6) shows that the fan according to the invention still brings about a pressure increase in the operating range at a lower noise level (Fig. 5).

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wurde der Wert ü ft 0,78 gewählt bei gleichem Motordurchmesser D., und gleichem Außengehäuse (D_R «s* 140 mm). Dieses ist für gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel etwas geringeren Druckbedarf vorzüglich geeignet, denn trotz des größeren Volumenstroms ist der Geräuschpegel gegenüber der ersten Ausführung nur wenig angestiegen. Die Verhältnisse für eine weitere Ausführung sind in den Figuren punktiert eingezeichnet, Welch letztere die U. U. erfindungswesentliehen Mäße und Proportionen In natürlicher Größe zeigen.In a further embodiment, the value ü ft 0.78 was chosen with the same motor diameter D. and the same outer casing (D _R «s* 140 mm). This is ideally suited to a somewhat lower pressure requirement compared to the first embodiment, because despite the larger volume flow, the noise level has only increased slightly compared to the first version. The conditions for a further embodiment are shown in dotted lines in the figures, which show the dimensions and proportions essential to the invention in natural size.

* I I I I Il IM* II I I II IM

• I I I I I I I I . I I I I• I I I I I I I I . I I I I

• Kill· K Il I ' I• Kill· K Il I ' I

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Für die zugehörige angepaßte Beschaufelung ergeben sich folgende Werte (vgl. Fig. 2 bis 4 und deren obige Beschreibung). Der Bereich M entspricht ca. 45 % der Gesamtlänge G. Sein Krümmungsradius liegt bei 200 mm. Der Bereich K, etwa 1/4 der Schaufellänge G entsprechend, hat einen Krümmungsradius 20 von ca. 120 mm, der Restbereich R eine Krümmung mit Radius 21 von ca. 50 mm.The following values result for the corresponding adapted blading (see Fig. 2 to 4 and their description above). The area M corresponds to approximately 45 % of the total length G. Its radius of curvature is 200 mm. The area K, corresponding to approximately 1/4 of the blade length G, has a radius of curvature 20 of approximately 120 mm, the remaining area R has a curvature with radius 21 of approximately 50 mm.

Die Teilung ist zur weiteren Geräuschverbesserung nicht äquidistant, d. h. das Maß A schwankt beim zweiten Ausführungsbeispiel für die sieben Schaufeln folgendermaßen: 0, 3, 2, 4, 2, 3, 0 mm.To further improve noise, the pitch is not equidistant, i.e. in the second embodiment, dimension A varies for the seven blades as follows: 0, 3, 2, 4, 2, 3, 0 mm.

Die Druckvolumen- und die Geräuschverhältnisse sind den -punktiert eingezeichneten Kurven zu entnehmen. (Die Ziffern zu den Kurven zum Ausführungsbeispiel sind mitThe pressure volume and noise ratios can be seen from the dotted curves. (The numbers for the curves for the example are marked with

die zum zweitenwhich for the second

gekennzeichnet.)marked.)

Mit einem geringen Erweiterungswinkel (s. Anspruch 12) der Radnabe kann man die &rgr;.V.-Kennlinie u. U. noch etwas anheben.With a small extension angle (see claim 12) of the wheel hub, the ρ.V. characteristic curve can possibly be raised a little.

Claims

Expectations .

Axial wheel for an axial fan with a central drive motor which coaxially drives the wheel hub with a substantially cylindrical outer surface, wherein the inner contour of the housing of the fan surrounds the axial wheel and the inner contour preferably widens conically in the flow direction (widening angle £ ), characterized in that the outer diameter (D.,) of the axial wheel hub is larger than 4/7 of the average outer diameter (D _R ) of the axial wheel

characterized by

2. Axial wheel, characterized by,-h, is larger than y, preferably approximately γ.

3. Axial gear, thus angle £/ ₇

characterized by the fact that the

3 to 7 , preferably about 5*

4. Axial wheel, characterized in that the

ß is preferably 140 mm.

mean axial wheel outside diameter (D _D ). 100 to IBO mm,

5. Axial wheel, characterized in that a conically expanding hub core L·/expands from the inflow plane in the shape of a truncated cone (cone opening angle 90° to 135°, preferably about 116°).

6. Axial wheel according to claim 5, characterized in that

net that the plate of the truncated cone\of the support" ■ ^&iacgr;&Lgr; -- is the bottom of the wheel hub.

· ■ ■· ■ ■

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7. Axial wheel, characterized in that the

do)do)

Blade leading edgeyhas a greater distance from the inlet cross-section, at least 1/3 of the axial casing lengthpy

8. Axial wheel according to claim 1 to 7, characterized in that

(X)(X)

characterized in that the axial blade lengthy is 0.5 to 0.6 times the axial casing lengthy.

9. Axial wheel according to claim 7, characterized in

CX)CX)

net that the axial blade lengthyaxially extends approximately from the middle of the casing to the outlet?planey.

10. Axial wheel according to claims 1 to 9, characterized in that the drive motor has an external rotor which forms the wheel hub or on which the latter is mounted.

11. Axial wheel according to claim 10, characterized in that the diameter of the outer rotor (D _M ), which preferably corresponds to the flange diameter (D,,), is smaller than or approximately equal to 2/3 of the outer diameter (D..) of the axial wheel hub.

12. Axial wheel according to one of claims 1 to 11, characterized in that the wheel hub has a small expansion angle (1-2°), understood in the flow direction.

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