EP0132793B1

EP0132793B1 - Querstromlüfter

Info

Publication number: EP0132793B1
Application number: EP84108520A
Authority: EP
Inventors: Reinhold Hopfensperger
Original assignee: Alcatel SEL AG; Standard Elektrik Lorenz AG; International Standard Electric Corp
Current assignee: Alcatel Lucent NV
Priority date: 1983-07-23
Filing date: 1984-07-19
Publication date: 1987-01-14
Also published as: JPS6359038B2; DE3326651A1; EP0132793A1; DE3462062D1; JPS6043193A; AU3079884A; US4705453A

Description

Die Erfindung betrifft einen als Klein- oder Kteinsttüfter ausgebitdeten Querstromlüfter, bestehend aus einer Lüfterwalze mit parallel zur Drehachse verlaufenden Schaufelkanten, einem die Lüfterwalze teilweise umfassenden Leitblech, einem ein- oder mehrteiligen Wirbelbildner und die Lüfterwalzenenden ganz oder teilweise umschließenden Seitenteilen.
Aus der US-A-3,275,224 ist ein Querstromlüfter bekannt, der die im Oberbegriff des Patentanspruchs aufgeführten Bauelemente enthält. Leitblech und Wirbelbildner weisen eine Gestalt auf, die nicht mit der erfindungsgemäßen Lösung identisch ist.
Ein bekannter Querstromlüfter, der prinzipiell den gleihen Aufbau besitzt, ist aus der US-A-2,288,355 bekannt.
Als Klein- oder Kleinstlüfter werden solche Querstromlüfter bezeichnet, deren Lüfterwalze einen Durchmesser von beispielsweise 40 mm aufweist.
Derartige Querstromlüfter sind als Massenprodukte bekannt und werden in großer Zahl beispielsweise in Haushaltsgeräten, Heizlüftern, Klimageräten, Konvektoren, Kopiergeräten, Projektoren, Einschüben elektrischer und elektronischer Geräte und dgl. verwendet. Der große Anwendungsumfang läßt auch erkennen, daß sich derartige Lüfter in der Praxis bewährt haben.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Querstromlüfter mit ebener Durchströmung, welche bestimmte Außenabmessungen nicht überschreiten sollen. In der Regel liegen die maximalen Außenabmessungen (Bauhöhe x Bautiefe) beispielsweise bei 60x60 mm. Derartige Querstromlüfter werden wegen der zunehmend kompakten Bauweise der vorstehend aufgeführten Geräte, wie Kopiegeräten, benötigt. Bei diesen Querstromlüftern mit geringen Außenabmessungen, deren Lüfterwalzen auch entsprechend geringe Durchmesser besitzen, ist es schwierig, die dem Lüfterwalzendurchmesser entsprechende Luftleistung zu erzielen. Lüfterwalzen mit einem derart geringen Durchmesser arbeiten naturgemäß bei geringen Re-Zahlen (Reynolds'sche Zahlen), welche einen bestimmten Strömungszustand kennzeichnen.
Nun wäre es zwar möglich, die Re-Zahlen des Querstromlüfters durch die Erhöhung der Drehzahl, mit welcher die Lüfterwalze angetrieben wird, zu erhöhen. Eine solche Maßnahme hätte jedoch eine erhebliche Erhöhung der Geräuscherzeugung und -abstrahlung zur Folge, so daß eine solche Lösung nicht brauchbar ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen als Klein- oder Kleinstlüfter ausgebildeten Querstromlüfter, insbesondere einen Querstromlüfter mit ebener Durchströmung, zu schaffen, der vorzugsweise im Freistrahlbetrieb oder bei geringer Drosselung einen hohen Volumenstrom liefert und dessen Geräuschentwicklung gleichzeitig sehr gering ist.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Leitblech, ausgehend vom Punkt der größten Annäherung an die Lüfterwalze, sich sowohl in Richtung zur Ansaugseite als auch zur Ausblasseite stetig von der Lüfterwalze entfernt und am ansaugseitigen Gehäuserand in einem abgebogenen Leitblechende ausläuft, und der Wirbelbildner aus drei Schenkeln besteht, welche in folgender Weise angeordnet sind:

a) der saugseitige Schenkel, der sich vom Punkt seiner größten Annäherung stetig von der Lüfterwalze entfernt, ist derart angeordnet, daß eine gedachte druckseitige, die Lüfterwalzetangierende Verlängerung desselben und die Verbindungslinie zwischen Lüfterwalzenmittelpunkt und Punkt größter Annäherung einen Winkel (y) einschließen,
b) der mittlere Schenkel entfernt sich stetig vom Punkt seiner größten Annäherung an die Lüfierwalze und schließt mit der Tangente durch diesen Punkt einen spitzen Winkel (8) ein,
c) der druckseitige Schenkel verläuft bogenförmig oder mehrfach abknickend zum Gehäuserand und schließt mit der Tangente einen spitzen Winkel (s) ein.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 9 enthalten. Erläuterungen und Ausführungsbeispiele der Erfindung enthält die nachstehende Beschreibung der Figuren 1 bis 10. Es zeigen:

Fig. 1 die Kontur eines Querstromlüfters für ebene (0°-) Durchströmung,
Fig. 2 die Kontur eines Querstromlüfters für rechtwinklige (90°-)Durchströmung
Fig. 3 die Kontur eines bekannten Querstromlüfters für ebene Durchströmung,
Fig. 4 die Kontur des erfindungsgemäßen Querstromlüfters für den Betrieb ohne Rezirkulation,
Fig. 5 die Kontur einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Querstromlüfters für den Betrieb mit Rezirkulation,
Fig. 6 eine andere Ausführungsform des Querstromlüfters gemäß Fig. 5,
Fig. 7 die Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Querstromlüfters mit Rezirkulation,
Fig. 8 die Druck-Volumenstrom-Kennlinien von Querstromlüftern gemäß Fig. 3 und 4,
Fig. 9 die Darstellung des bewerteten Schalldruckpegels L(A) in verschiedenen Betriebspunkten bei den Querstromlüftern gemäß Fig. 3 und Fig. 4 und
Fig. 10 die Darstellung des maximalen Terzpegels L max in verschiedenen Betriebspunkten bei den Querstromlüftern gemäß Fig. 3 und Fig. 4.

Die Figuren 1 und 2 verdeutlichen den Unterschied zwischen einem Querstromlüfter mit ebener (0°-)Durchstromung (Fig. 1) und einem solchen mit rechtwinkliger (90°-) Durchströmung. Bei einem Querstromlüfter mit ebener Durchströmung liegen Ansaugrichtung 7 und Ausblasrichtung 8 auf einer Geraden. Demgegenüber liegen bei einem Querstromlüfter mit rechtwinkliger (90°-)Durchströmung Ansaugrichtung 7 und Ausblasrichtung 8 etwa im rechten Winkel zueinander. Von einer gemischten Durchströmung könnte man sprechen, wenn Ansaug- und Ausblasrichtung etwa in einem Winkel von 45° zueinander liegen.
Generell gilt, daß es bei den erwähnten geringen Außenabmessungen des Querstromlüfters und dem kleinen Lüfterwalzendurchmesser, welcher kleine Re-Zahlen zur Folge hat, bei vertretbarer Geräuschabstrahlung sehr schwierig ist, mit einem Querstromlüfter mit ebener Durchstromung ein Druckmaximum zu erzeugen, welches mit dem eines Querstromlüfters mit 90°-Durchströmung qualitativ vergleichbar ist. Beim Querstromlüfter mit 0°-Durchströmung hat das seine Ursache in dem sehr qeringen Druckraum, in dem die Umwandlung der kinetischen Strömungsenergie in Druckenergie stattfindet.
Fig. 3 zeigt die Konfiguration eines bekannten Querstromlüfters der anmeldungsgemäßen Kategorie, wie er von der Firma Toshiba vertrieben wird. Dieser bekannte Querstromlüfter besitzt Außenabmessungen von etwa 60x65 mm, wie dies an dem Seitenteil 9 zu erkennen ist. Bei dem bekannten Querstromlüfter verläuft das Leitblech 1 saugseitig nahezu in gleichbleibendem Abstand zur Lüfterwalze 3, während der druckseitige Teil des Leitbleches 1 als Gerade ausläuft. Der Wirbelbildner 5 ist beim bekannten Querstromlüfter praktisch zweiteilig ausgebildet, wobei ein Teil als Gerade im nahezu gleichbleibenden Abstand zum Lüfterwalzenumfang ausgebildet ist und das andere Teil als Gerade zum Gehäuserand verläuft.
Fig. 4 zeigt im Vergleich dazu die Konfiguration des erfindungsgemäßen Querstromlüfters, dessen Außenabmessungen etwas geringer als die des bekannten Querstromlüfters sind, und etwa 60x60 mm betragen. Das Leitblech 1 ist schalenartig ausgebildet und weist bei 2 den Punkt der größten Annäherung an die Lüfterwalzenoberfläche auf. Das saugseitige Ende des Leitbleches ist in der Weise abgebogen, daß sich das Leitblech pro Längeneinheit sehr viel stärker von der Lüfterwalzenoberfläche entfernt als auf seiner übrigen Länge; die Tangente an das abgebogene Leitblechende und eine Gerade durch den Lüfterwalzenmittelpunkt schließen einen spitzen Winkel w zwischen -50° und +70° ein.
Der Wirbelbildner 5 besteht aus drei Schenkeln 10, 11 und 12, wobei die freien Enden der Schenkel 10 und 12 bei dem aus Fig. 4 ersichtlichen Ausführungsbeispiel bis zu den Kanten der Seitenteile 9 reichen. Der Schenkel 10 ist eine Gerade, welche am Punkt 4 der größten Annäherung des Wirbelbildners 5 an die Lüfterwalzenoberfläche in den Schenkel 11 übergeht. Die gedachte Verlängerung des Schenkels 10 schließt mit der Geraden zwischen dem Lüfterwalzenmittelpunkt und Punkt 4 den Winkel y zwischen 20° und 100° ein. Der Schenkel 11 ist ebenfalls eine Gerade. Diese Gerade schließt mit der Tangente im Punkt 4 an die Lüfterwalzenoberflächen den Winkel ö zwischen 0° und 30° ein. Der Wirbelbildner 5 knickt am Übergang zwischen Schenkel 11 und Schenkel 12 nach oben ab und verläuft entweder bogenförmig oder mehrfach abknickend auf den druckseitigen Gehäuserand zu. Die Tangente an den Schenkel 12 im Bereich des Übergangs von Schenkel 11 zu Schenkel 12 schließt mit der Tangente durch Punkt 4 den Winkel s ein. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind in etwa folgende Dimensionen vorhanden: Der Schenkel 10 besitzt eine Länge von etwa 0,35 x Lüfterwalzendurchmesser d. Die Länge von Schenkel 11 beträgt etwa 0,25 x d und die Länge von Schenkel 12 etwa 0,3 x d. Der Abstand zwischen Wirbelbildner 5 und Lüfterwalze im Punkt 4 beträgt etwa 0,06 d.
Bei dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen Querstromlüfter, der ohne Rezirkulation arbeitet. Der neue Querstromlüfter kann aber auch derart ausgebildet sein, daß er einen Betrieb mit Rezirkulation gestattet. Eine solche Ausführungsform ist in Fig. 5 gezeigt. Die Konfiguration des Querstromlüfters gemäß Fig. 5 unterscheidet sich von dem Querstromlüfter gemäß Fig. 4 dadurch, daß der Schenkel 11 nicht mehr als Gerade, sondern als Ausbuchtung oder Wölbung 13 geformt ist.
Eine andere Ausführungsform für einen Querstromlüfter mit Rezirkulation ist in Fig. 6 verdeutlicht. Bei dieser ist die Gestalt des Schenkels 11 gegenüber dem Querstromlüfter gemäß Fig. 4 unverändert. Jedoch sind die Schenkel 10 und 12 mit öffnungen 14 versehen, welche - wie durch die Pfeile angedeutet - eine teilweise Rückströmung von der Druck- zur Saugseite gestatten.
Eine weitere Ausführungsform für einen Querstromlüfter mit Rezirkulation ist in Fig. 7 gezeigt. Diese Lösung besteht in der endseitigen Verkürzung des Wirbelbildners 5, d.h. dessen Schenkel 10 und 12, so daß auch auf diese Weise - wie ebenfalls durch Pfeile angedeutet - eine teilweise Rückströmung von der Druck- zur Saugseite entstehen kann. Alle die in den Figuren 5 bis 7 erläuterten Maßnahmen sollen sich über die gesamte Länge des Wirbelbildners erstrecken.
Fig. 8 zeigt anhand der Druck-Volumenstrom-Kennlinien den Vergleich zwischen dem bekannten Querstromlüfter gemäß Fig. 3 (Kennlinie 15) und dem neuen Querstromlüfter gemäß Fig. 4 (Kennlinie 16). Aus diesem Vergleich wird deutlich, daß der neue Querstromlüfter - obwohl er noch geringere Außenabmessungen als der bekannte Querstromlüfter aufweist - insbesondere im Freistrahlbereich und bei geringer bis mittlerer Drosselung, ein höheres Fördervolumen aufweist.
Besonders deutlich ist jedoch die Verbesserung des Geräuschverhaltens beim neuen gegenüber dem bekannten Querstromlüfter, wie dies die Darstellungen in Fig. und Fig. 10 verdeutlichen. In diesen Figuren sind ebenso wie in Fig. 8 die Schalldruck-Pegelwerte des bekannten Querstromlüfters strichliert und die des erfindungsgemäßen Querstromlüfters ausgezogen miteinander verbunden gezeichnet.

Claims

1. Als Klein- oder Kleinstlüfter ausgebildeter Querstromlüfter, bestehend aus einer Lüfterwalze mit parallel zur Drehachse verlaufendenSchaufelkanten, einem die Lüfterwalze teilweise umfassenden Leitblech, einem ein- oder mehrteiligen Wirbelbildner und die Lüfterwalzenenden ganz der teilweise umschließenden Seitenteilen, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitblech (1), ausgehend vom Punkt der größten Annäherung an die Lüfterwalze, sich sowohl in Richtung zur Ansaugseite als auch zur Ausblasseite stetig von der Lüfterwalze (3) entfernt und am ansaugseitigen Gehäuserand in einem abgebogenen Leitblechende ausläuft, und der Wirbelbildner (5) aus drei Schenkeln (10, 11, 12) besteht, welche in folgender Weise angeordnet sind:

a) der saugseitige Schenkel (10), der sich vom Punkt seiner größten Annäherung (2) stetig von der Lüfterwalze (3) entfernt, ist derart angeordnet, daß eine gedachte druckseitige, die Lüfterwalze (3) tangierende Verlängerung desselben und die Verbindungslinie zwischen Lüfterwalzenmittelpunkt und Punkt größter Annäherung (4) einen Winkel (y) einschließen,

b) der mittlere Schenkel (11) entfernt sich vom Punkt seiner größten Annäherung (4) an die Lüfterwalze (3) und schließt mit der Tangente durch diesen Punkt einen spitzen Winkel (8) ein,

c) der druckseitige Schenkel (12) verläuft bogenförmig oder mehrfach abknickend zum Gehäuserand und schließt mit der Tangente einen Winkel (s) ein.

2. Querstromlüfter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tangente an das abgebogene Leitblechende und eine Gerade durch den Lüfterwalzenmittelpunkt einen spitzen Winkel (a) einschließen.

3. Querstromlüfter nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Schenkel (11) des Wirbelbildners (5) mit einer Ausbuchtung (13) versehen ist.

4. Querstromlüfter nach Anspruch 1 und wenigstens einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der saugseitige und der druckseitige Schenkel (10, 12) des Wirbelbildners (5) mit Durchbrüchen versehen sind.

5. Querstromlüfter nach Anspruch 1 und wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der saugseitige und der druckseitige Schenkel (10, 12) des Wirbelbildners (5) vor der Kante des Seitenteiles (9) enden.

6. Querstromlüfter nach Anspruch 1 und wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel a zwischen -50° und +70° liegt.

7. Querstromlüfter nach Anspruch 1 und wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel y zwischen 20° und 100° liegt.

8. Querstromlüfter nach Anspruch 1 und wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel δ zwischen 0° und 30° liegt.

'9. Querstromlüfter nach Anspruch 1 und wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel s zwischen 20° und 120° liegt.