EP0384935B1

EP0384935B1 - Ringkanalgebläse

Info

Publication number: EP0384935B1
Application number: EP89103758A
Authority: EP
Inventors: Rüdiger Galtz; Wolfgang Jentzsch
Original assignee: Webasto SE
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 1989-03-03
Filing date: 1989-03-03
Publication date: 1992-11-11
Anticipated expiration: 2009-03-03
Also published as: DE3906852A1; DE3906852C2; EP0384935A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ringkanalgebläse, insbesondere zur Brennluftförderung bei Heizgeräten, wie Fahrzeugheizgeräten, welches die Merkmale des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 aufweist.
Aus DE-OS 25 31 740 ist ein Ringgebläse bzw. Umfangsgebläse der eingangs genannten Art bekannt. Bei diesem Umfangsgebläse ist sowohl am Einlaßbereich als auch am Auslaßbereich je ein Flügel vorgesehen, welcher derart geformt ist, daß seine Dicke und Breite allmählich von seiner Verbindungsstelle mit dem stegförmigen Unterbrecher in Richtung auf seine abgerundete Spitze abnehmen. Ferner hat jeder Flügel einen derartigen gekrümmten Verlauf, daß er nahezu die Einlaß- bzw. Auslaßöffnung abdeckt, wobei der Flügel ausgehend von einer Tangente an den Laufradaußenrand über eine Spitze mit einem Wendepunkt in Form einer Tangente an den Innenrand des Ringkanals ausläuft. Bei einer solchen Auslegung geht nicht nur eine relativ große Länge am Einlaß- und Auslaßbereich des Umfangsgebläses durch die Flügel für den eigentlichen Arbeitsvorgang im Ringkanal des Umfangsgebläses verloren, sondern die Herstellung der Flügel und die Fertigung desselben mit der vorstehend angegebenen Geometrie sind äußerst aufwendig.
Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Ringkanalgebläse der gattungsgemäßen Art bereitzustellen, dessen Geräuschemission bei weitgehender Vermeidung einer Leistungsminderung soweit wie möglich herabgesetzt ist.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe bei einem Ringkanalgebläse der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 umrissenen Art in Verbindung mit den Merkmalen seines Kennzeichens gelöst.
Durch die nach der Erfindung wesentliche Ausbildung des Begrenzungsrandes des Unterbrechers am Auslaßbereich ist ein allmählicher Übergang vom Ringkanal zur Auslaßöffnung vorhanden, so daß sich Strömungsgeräusche weitgehend unterdrücken lassen und sich der Geräuschpegel des Ringkanalgebläses während des Arbeitens stark herabsetzen läßt. Da die Umfangserstreckung des stegförmigen Unterbrechers im Hinblick auf den erreichbaren Druck möglichst klein ist und der Unterbrecher eine Breite hat, die etwa dem Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schaufeln des Laufrads entspricht, läßt sich auch eine Leistungsverminderung weitgehend vermeiden. Beim Einsatz des erfindungsgemäßen Ringkanalgebläses bei einem Fahrzeugzusatzheizgerät können die beim Arbeiten des Ringkanalgebläses erzeugten Geräusche im Fahrgastraum des Fahrzeugs kaum wahrgenommen werden.
Bei einem idealen Verlauf des Begrenzungsrandes des Unterbrechers am Auslaßbereich erhält man dann, wenn ausgehend von dem zwischen dem Innenrand des Ringkanals und der zugewandten Kante der Schaufeln eingeschlossenen Winkel von etwa 25° dieser bis zum Außenrand stetig zunimmt. Ein solcher Verlauf läßt sich beispielsweise als eine logarithmische Spirale darstellen. Die Herstellung und die hierfür erforderlichen Bearbeitungen sind aber sehr aufwendig und teuer.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung, welche im Patentanspruch 2 angegeben ist, wird daher ein Kompromiß zur Anpassung an die tatsächlichen Gegebenheiten unter Berücksichtigung des Herstellungsaufwandes getroffen. Zur Annäherung an den idealen Verlauf umfaßt der Begrenzungsrand einen geraden Abschnitt, ausgehend von dem Innenrand unter Einschluß eines Winkels von etwa 25°, einen geraden Abschnitt, welcher als Tangente an den Laufradaußenrand gelegt ist und einen diese geraden Abschnitte verbindenden Kreisbogenabschnitt als Übergangsabschnitt.
Zur weiteren Reduzierung der Geräuschemission bei einem solchen Ringkanalgebläse wird auch der vom stegförmigen Unterbrecher am Einlaßbereich gebildete Begrenzungsrand weiter gestaltet.
In Weiterbildung der Erfindung ist der Begrenzungsrand des stegförmigen Unterbrechers am Einlaßbereich derart ausgebildet, daß in Einströmrichtung gesehen sich der Ringkanal sowohl ausgehend von seinem Innenrand als auch von seinem Außenrand beim Vorbeigang der Schaufeln des Laufrades allmählich öffnet. In anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, daß der Begrenzungsrand am Einlaßbereich derart ausgebildet ist, daß der Schaufelkanal, d.h. der zwischen jeweils zwei in Laufrichtung aufeinanderfolgenden Schaufeln des Schaufelrads gebildete Raum, sowohl am Innenrand des Laufrads als auch am Außenrand des Laufrads sukzessiv freigegeben wird, während der Bereich in der Mitte der Schaufelkante noch durch den Unterbrecher am Einlaßbereich abgedichtet ist.
Um eine möglichst geräuscharme Einströmung der Luft im Einlaßbereich des Ringkanalgebläses zu erzielen, ist vorzugsweise der Begrenzungsrand des Unterbrechers am Einlaßbereich zum Ringkanal derart ausgebildet, daß sich der Ringkanal in Drehrichtung des Laufrads, d.h. in Einströmrichtung gesehen, zuerst an dem dem Innenrand zugewandten Bereich und dann an dem dem Außenrand zugewandten Bereich öffnet. Dies bedeutet, daß der Schaufelkanal in Drehrichtung des Laufrads gesehen zuerst im Bereich des Innenrands und dann im Bereich des Aussenrands freigegeben wird. Vorzugsweise entspricht die Öffnungsdifferenz zwischen dem Innenrand und dem Außenrand etwa einer halben Schaufelteilung des Laufrads.
Vorzugsweise ist die Auslegung ferner derart getroffen, daß sich der Ringkanal etwa in der Mitte zwischen seinem Innen-und Außenrand vollständig öffnet, was bedeutet, daß mit dem Begrenzungsrand am Einlaßbereich der Schaufelkanal erst etwa im mittleren Bereich der zugeordneten Laufradschaufelkante vollständig offen ist.
Durch die voranstehend erläuterten bevorzugten Ausführungs formen des Einlaßbereiches des Ringkanalgebläses wird erreicht, daß die über die Einlaßöffnung angesaugte Luft in den Ringkanal allmählich einströmt, um auch die Strömungsgeräusche am Einlaßbereich zu reduzieren.
Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, daß am Einlaßbereich der zwischen der zugewandten Schaufelkante der Schaufeln des Laufrads und dem Begrenzungsrand am Innenrand des Ringkanals eingeschlossene Winkel größer als jener ist, der zwischen dieser Schaufelkante und dem Begrenzungsrand am Außenrand eingeschlossen wird. So kann sich der zwischen dem Begrenzungsrand am Außenrand und der Schaufelkante eingeschlossene Winkel auf etwa 30° belaufen, während der zwischen dem Begrenzungsrand am Innenrand und der Schaufelkante eingeschlossene Winkel etwa beispielsweise in einem Bereich bis zu 75° liegen kann, d.h. er ist möglichst groß zu wählen.
Bei einer solchen Auslegung des Begrenzungsrandes am Einlaßbereich des Ringkanalgebläses ist es herstellungstechnisch am günstigsten, wenn dieser Begrenzungsrand einen stetig gekrümmten Verlauf hat, beispielsweise von einem Kreisbogenabschnitt mit konstantem Radius gebildet wird. In einem solchen Fall beträgt der zwischen dem Begrenzungsrand am Innenrand des Ringkanals und der Schaufelkante eingeschlossene Winkel vorzugsweise etwa 45°.
Alternativ hat sich jedoch auch gezeigt, daß ein unstetiger Verlauf des Begrenzungsrandes ebenfalls zu einer Geräuschminderung führt, wobei die Auslegung zweckmäßigerweise derart zu treffen ist, daß bei einem unstetigen Verlauf des Begrenzungsrandes sich die den Begrenzungsrand bildenden Begrenzungskurven etwa in der Mitte zwischen dem Außen- und dem Innenrand des Ringkanals schneiden, oder daß dieser Schnittpunkt der Begrenzungskurven näher zum Innenrand als zum Außenrand liegt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1: eine Draufsicht auf das Gehäuseteil des Ringkanalgebläses, wobei zur Erläuterung lediglich die Begrenzungskanten der Schaufeln des Laufrads an den Einlaß- und Auslaßbereichen hervorgehoben dargestellt sind, und wobei diese Begrenzungskanten der Schaufeln dem Ringkanal des Ringkanalgebläses zugewandt liegen.

In Fig. 1 ist ein Gehäuseteil 2′ eines Ringkanalgebläses 1′ in einer Draufsicht gezeigt, und ein Laufrad 3′ ist hinsichtlich seinen Umrissen in gebrochenen Linien dargestellt, welches Schaufeln 3′a trägt, und das sich in die mit dem Pfeil angedeutete Richtung dreht. Im Gehäuseteil 2′ ist ein im Querschnitt etwa halbkreisförmig ausgebildeter Ringkanal 4′ vorgesehen. Bei einer Drehbewegung des Laufrads 3′ arbeiten dessen Schaufeln 3′a mit dem Ringkanal 4′ derart zusammen, daß die über eine Einlaßöffnung 8′ angesaugte Umgebungsluft über einen Einlaßbereich 25 in den Ringkanal 4′ eintritt, in Form einer Spiralströmung im Zusammenwirken mit den Schaufeln 3′a des Laufrads 3′ im Ringkanal 4′ verdichtet und über den Auslaßbereich 26 desselben zu einer Auslaßöffnung 9′ gefördert wird. Beim dargestellten Beispiel öffnet sich die Auslaßöffnung 9′ in Umfangsrichtung des Gehäuseteils 2′, d.h. die Auslaßöffnung 9′ weist ausgehend vom Ringkanal 4′ in Radialrichtung.
Genauer gesagt ist zwischen dem Außenrand 3′b des Laufrads 3′ und dem Außenrand 5′ des Ringkanals 4′ im Auslaßbereich 26 ein spaltförmiger Zwischenraum 27 vorhanden, über den das mit Hilfe des Ringkanalgebläses 1′ geförderte und verdichtete Medium, insbesondere Luft, austritt.
Ein stegförmiger Unterbrecher 16′ ist an der dem Laufrad 3′ zugewandten Seite des Ringkanals 4′ zwischen der Einlaßöffnung 8′ und der Auslaßöffnung 9′ vorgesehen. Dieser Unterbrecher 16′ hat einen Begrenzungsrand 12′ am Auslaßbereich 26 des Ringkanals 4′, welcher sich vom Innenrand 6′ des Ringkanals 4′ im Bereich der Auslaßöffnung 9′ in Richtung des Außenrandes 5′ des Ringkanals 4′ erstreckt.
Dieser Begrenzungsrand 12′ hat beim dargestellten Beispiel einen solchen Verlauf, daß er einen Winkel von etwa 25° am Innenrand 6′ des Ringkanals 4′ zu einer zugewandten Kante 3′c der Schaufeln 3′a des Laufrads 3′ einschließt. In der Figur ist die mit 3′c dargestellte Kante der Schaufel 3′a des Laufrads 3′ als die Projektion auf den Ringkanal 4′ zu verstehen. In Laufrichtung des Laufrads 3′ gesehen wird dieser in der Zeichnung mit α bezeichnete Winkel allmählich größer, bis er am Auslaßbereich 26, bzw. im Bereich der Auslaßöffnung 9′, wie in Verbindung mit der mit 3′d dargestellten Kante der Schaufel 3′a des Laufrads 3′ verdeutlicht, etwa 90° beträgt. Der Begrenzungsrand 12′ ist somit am Auslaßbereich 26 etwa in Form einer Tangente an den Außenrand 3′b des Laufrads 3′ ausgebildet. Der Winkel α wird in Abweichung vom idealen stetigen Verlauf beispielsweise in Form einer logarithmischen Spirale, durch einen Tangentenabschnitt an den Innenrand 6′ des Ringkanals 4′ und einen Tangentenabschnitt an den Außenrand 3′b des Laufrads 3′ angenähert, wobei die beiden Tangentenabschnitte über einen entsprechenden Radius bzw. einen Kreisbogenabschnitt verbunden sind.
Dank dieser Auslegung des Begrenzungsrandes 12′ des Unterbrechers 16′ am Auslaßbereich 26 des Ringkanalgebläses 1′ wird am Verdichtungsende des Ringkanals 4′ ein plötzlicher Druckstoß beim Austritt zur Auslaßöffnung 9′ vermieden und die im Ringkanal 4′ geförderte Luft wird allmählich zur Auslaßöffnung 9′ abgegeben. Hierdurch lassen sich ein Pfeifen am Auslaßbereich 26 des Ringkanalgebläses 1′ und Strömungsgeräusche reduzieren.
Der stegförmige Unterbrecher 16′ hat am Einlaßbereich 25 des Ringkanalgebläses 1′ einen Begrenzungsrand 18′. Dieser Begrenzungsrand 18′ hat beim dargestellten Beispiel einen stetig gekrümmten Verlauf und wird beispielsweise von einem Kreisbogenabschnitt gebildet.
Genauer gesagt hat der Begrenzungsrand 18′ einen solchen Verlauf, daß er in Einströmrichtung oder in Drehrichtung des Laufrads 3′ (siehe Pfeil) gesehen vom Innenrand 6′ des Ringkanals 4′ so ausgeht, daß er einen Winkel β einschließt. Am Außenrand 5′ des Ringkanals 4′ endet der Begrenzungsrand 18′ derart, daß er zu dem Außenrand 5′ einen Winkel γ einschließt. Der Winkel β ist größer als der Winkel γ. Bezogen auf eine in diesem Einlaßbereich 25 des Ringkanalgebläses 1′ schematisch dargestellte Schaufelkante 3′e beträgt der am Außenrand 5′ eingeschlossene Winkel etwa 30° und der am Innenrand 6′ eingeschlossene Winkel etwa 45°. In Strömungsrichtung gesehen ist der Mittelabschnitt des Begrenzungsrandes 18′ in Einströmrichtung gesehen konvex gekrümmt.
Wenn eine Schaufelkante der Schaufeln 3′a des Laufrads 3′ beispielsweise die mit 3′e dargestellte Lage am Einlaßbereich 25 des Ringkanalgebläses 1′ einnimmt, so kann angesaugte Luft in den Ringkanal 4′ bereits in der Nähe des Innenrandes 6′, d.h. im Bereich des Winkels β, in einen nicht näher dargestellten und zwischen zwei benachbarten Schaufeln 3′a des Laufrads 3′ begrenzten Schaufelkanal eintreten, der in Verbindung mit dem Ringkanal 4′ gebildet wird. Am Außenrand 5′ des Ringkanals 4′ hingegen ist die Schaufelkante 3′e noch durch den stegförmigen Unterbrecher 16′ abgedichtet, da der dort eingeschlossene Winkel γ kleiner ist und der Schaufelkanal noch vom Begrenzungsrand 18′ überdeckt wird. Wenn die Schaufelbegrenzungskante der Schaufel 3′a des Laufrads 3′ die mit 3′f bezeichnete Lage einnimmt, kann Luft in den Ringkanal 4′ auch am Bereich des Außenrands 5′ eintreten. Der mittlere Bereich der Schaufelkante 3′f hingegen wird noch von dem Begrenzungsrand 18′ abgedeckt. Erst wenn sich das Laufrad 3′ in Richtung des Pfeils weiterdreht, wird vom Begrenzungsrand 18′ der gesamte Querschnitt des Ringkanals 4′ freigegeben.
Durch diese Auslegung des Begrenzungsrandes 18′ am Einlaßbereich 25 des Ringkanalgebläses 1′ wird erreicht, daß die angesaugte Luft nicht momentan und plötzlich in den Schaufelkanal oder den Ringkanal 4′ gelangt, sondern in Drehrichtung des Laufrads 3′ gesehen (siehe Pfeil) zuerst die Luft in der Nähe des Innenrands 6′, dann in der Nähe des Außenrands 5′ und dann über die gesamte Kanalbreite hinweg eintreten kann. Die Differenz zwischen der Öffnung zum Ringkanal 4′ in der Nähe des Innenrands 6′ und zu der Freigabe des Ringkanals 4′ im Bereich des Außenrands 5′, d.h. der in Umfangsrichtung gemessene Abstand, beläuft sich etwa auf die Hälfte der Schaufelteilung des Laufrads 3′. Durch diesen allmählichen Lufteintritt am Einlaßbereich 25 des Ringkanalgebläses 1′ werden auch im Einlaßbereich 25 Druckstöße und hierdurch verursachte Geräusche vermindert. Trotz dieser Ausgestaltungsform des Unterbrechers 16′ mit dem Begrenzungsrand 12 ′ am Auslaßbereich 26 und dem Begrenzungsrand 18′ am Einlaßbereich 25 des Ringkanalgebläses 1′ wird bei dieser Auslegungsform erzielt, daß die Breite des stegförmigen Unterbrechers 16′ in Umfangsrichtung gemessen möglichst klein ist und etwa dem Abstand zwischen zwei benachbarten Schaufeln 3′a des Laufrads 3′ entspricht. Hierdurch wird erreicht, daß die Förderleistung des Ringkanalgebläses 1′ im wesentlichen im Vergleich zu bisher üblichen nicht ungünstiger ist.
Obgleich nicht näher in der Zeichnung dargestellt ist, kann der Begrenzungsrand 18′ am Einlaßbereich 25 des Ringkanalgebläses 1′ auch einen unstetigen Verlauf haben. Dies bedeutet, daß sich der Begrenzungsrand 18′ in diesem Fall aus unterschiedlich gekrümmten Teilkurven zusammensetzt. Hierbei schneiden sich die Teilkurven mit unterschiedlichen Krümmungen etwa in der Nähe der Mitte des Ringkanals 4′. Wenn dies aufgrund der unterschiedlichen Krümmung nicht möglich ist, so sollte der Schnittpunkt dieser unterschiedlich gekrümmten Teilkurven näher zum Innenrand 6′ als zum Außenrand 5′ des Ringkanals 4′ liegen, um zu erreichen, daß der Mittelbereich des Ringkanals 4′ oder der volle Querschnitt des Ringkanals 4′ erst zuletzt durch die Schaufelkante der jeweiligen Schaufel 3′a des Laufrads 3′ freigegeben wird. In diesem Fall wird der zwischen dem Begrenzungsrand 18′ am Innenrand 6′ und der Schaufelkante 3′e eingeschlossene Winkel β möglichst groß gewählt. Er kann in einem Bereich bis etwa 75° oder größer liegen.

Claims

Ringkanalgebläse, insbesondere zur Brennluftförderung bei Heizgeräten, wie Fahrzeugheizgeräten, mit einem Ringkanal in einem Gehäuseteil, das eine Einlaßöffnung und eine Auslaßöffnung sowie einen dazwischenliegenden stegförmigen Unterbrecher hat, und mit einem Laufrad, das Schaufeln trägt, deren Kanten dem Ringkanal zugewandt sind, wobei der Unterbrecher (16') am Auslaßbereich (26) einen als Tangente an den Laufradaußenrand (3'b) auslaufenden Begrenzungsrand (12') hat, dadurch gekennzeichnet, daß der Begrenzungsrand (12') von einem zwischen dem Innenrand (6') des Ringkanals (4') und der zugewandten Kante (3'c) der Schaufeln (3'a) des Laufrads (3') eingeschlossenen Winkel (α) von etwa 25° ausgeht und in Auslaßrichtung bis zur Tangentenrichtung zunimmt.
Ringkanalgebläse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Begrenzungsrand (12') zwei gerade Abschnitte, nämlich die Tangente an den Außenrand (3'b) des Laufrads (3') und den unter dem Winkel (α) von etwa 25° ausgehenden Abschnitt umfaßt, die über einen Kreisbogen miteinander verbunden sind.
Ringkanalgebläse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der stegförmige Unterbrecher (16') am Einlaßbereich (25) einen solchen Begrenzungsrand (18') zum Ringkanal (4') hat, daß sich in Einströmrichtung gesehen der Ringkanal (4') ausgehend sowohl von seinem Innenrand (6') als auch von seinem Außenrand (5') beim Vorbeigang der Schaufeln (3'a) des Laufrads (3') allmählich öffnet.
Ringkanalgebläse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Ringkanal (4') am Innenrand (6') vor dem Öffnen am Außenrand (5') öffnet.
Ringkanalgebläse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungsdifferenz zwischen dem Innenrand (6') und dem Außenrand (5') etwa einer halben Schaufelteilung des Laufrads (3') entspricht.
Ringkanalgebläse nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Ringkanal (4') etwa in der Mitte zwischen seinem Innen- und Außenrand (6', 6') vollständig öffnet.
Ringkanalgebläse nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen der zugewandten Schaufelkante (3'e) der Schaufeln (3'a) des Laufrads (3') und dem Begrenzungsrand (18') am Innenrand (6') eingeschlossene Winkel (β) größer als jener zwischen der Schaufelkante (3'e) und dem Begrenzungsrand (19') am Außenrand (6') ist.
Ringkanalgebläse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen dem Begrenzungsrand (18') am Außenrand (5') der Schaufelkante (3'e) eingeschlossene Winkel (γ) etwa 30° beträgt.
Ringkanalgebläse nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen dem Begrenzungsrand (18') am Innenrand (6') und der Schaufelkante (3'e) eingeschlossene Winkel (β) in einem Bereich bis zu 75° liegt.
Ringkanalgebläse nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Begrenzungsrand (18') am Einlaßbereich (25) einen stetig gekrümmten Verlauf hat.
Ringkanalgebläse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Begrenzungsrand (18') als Kreisbogenabschnitt ausgebildet ist.
Ringkanalgebläse nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen dem Begrenzungsrand (18') am Innenrand (6') und der Schaufelkante (3'e) eingeschlossene Winkel (β) etwa 45° beträgt.
Ringkanalgebläse nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem unstetigen Verlauf des Begrenzungsrandes (18') sich die den Begrenzungsrand bildenden Begrenzungskurven etwa in der Mitte zwischen dem Außen-und Innenrand (5', 6') des Ringkanals (4') schneiden oder der Schnittpunkt näher zum Innenrand (6') liegt.