EP1211426B1

EP1211426B1 - Lüftergehäuse, insbesondere für Axiallüfter

Info

Publication number: EP1211426B1
Application number: EP01127602A
Authority: EP
Inventors: Walter Georg Dr. Angelis
Original assignee: Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
Current assignee: Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
Priority date: 2000-12-01
Filing date: 2001-11-20
Publication date: 2006-06-07
Anticipated expiration: 2021-11-20
Also published as: EP1211426A2; US6659719B2; ATE329157T1; US20020067988A1; DE50110023D1; EP1211426A3; DE20118939U1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lüftergehäuse mit einem Strömungsdurchlaß mit einer einseitigen Ansaugöffnung und einer anderseitigen Ausblasöffnung, wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 definiert ist. Ein solches Lüftergehäuse ist bekannt z.B. aus der US-A-3 531 221.
Lüfter werden oftmals für Anwendungen eingesetzt, bei denen es auf eine sehr gleichmäßige, insbesondere über den ganzen Strömungsquerschnitt hinweg möglichst laminare Luftströmung ankommt. Beispielsweise werden in Druckmaschinen Axiallüfter insbesondere in einer Reihenanordnung nebeneinander verwendet, um große Papierbögen nach dem Druckvorgang von oben her mit einer Luftströmung zu beaufschlagen, damit diese Bögen schneller auf einen Papierstoß abgelegt werden können. Dabei soll ein möglichst hoher strömungsmechanischer Flächendruck hervorgerufen werden, der auf den Bogen wirkt, dadurch die Gravitationskraft bei der Ablage der Bögen unterstützt und somit die auf der Unterseite des Bogens und bei der Ablage hinderliche Luft zwischen abzulegendem und zuletzt abgelegtem Bogen herausdrückt. Die Ablagegeschwindigkeit und Ablagegüte haben direkten Einfluß auf die Wirtschaftlichkeit einer Druckmaschine, da sie die Durchlaufgeschwindigkeit der Druckmaschine maßgeblich bestimmen. Eine Verbesserung der Ablage und eine Erhöhung der Ablagegeschwindigkeit hätte aus diesem Grund einen direkten Anstieg der Maschinenwirtschaftlichkeit zur Folge.
Es hat sich aber speziell bei solchen Lüfter- Anwendungen gezeigt, dass häufig der gewünschte Effekt nicht oder in noch nicht zufriedenstellendem Maße erreicht wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lüftergehäuse der eingangs beschriebenen, gattungsgemäßen Art bezüglich der Strömungseigenschaften des geförderten Luftstromes zu verbessern, und zwar insbesondere so, dass ein mit dem erfindungsgemäßen Lüftergehäuse ausgestatteter Lüfter sich besonders für den oben beschriebenen Einsatz in Druckmaschinen eignet.
Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 erreicht.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass sich hinter jedem Lüfter naturgemäß ein Freistrahl ausbildet, der sich erst nach einem bestimmten Abstand mit der Umgebungsluft und/oder mit dem Freistrahl von benachbarten Lüftern vermischt. Diese Freistrahlen besitzen die Eigenschaft, dass sie im Zentrum einen relativ niedrigen Turbulenzgrad aufweisen. Zu den Seiten hin vermischt sich die ausgeblasene, bewegte Luft mit der angezogenen, ruhenden Luft in einer Scherschicht (Entrainmenteffekt). In dieser Scherschicht existieren fast ausschließlich großskalige, niederfrequente Wirbelformen. Diese sind aufgrund ihres hohen Energiegehaltes langlebig. Bei der oben beschriebenen, bevorzugten Anwendung hat dies zur Folge, dass durch die Wirbelablösung der Druckbogen zu Schwingungen in seiner Eigenfrequenz angeregt wird. Unter Umständen korreliert sogar die Eigenfrequenz des Bogens mit der Wirbelablösefrequenz. Dieser Mechanismus verhindert eine Erhöhung der Ablagegeschwindigkeit und kann weiterhin zu zeitweilig auftretenden Störungen des Ablageprozesses führen.
Durch die erfindungsgemäßen Abströmkonturmittel, die bevorzugt kronenzackenartig um die Ausblasseite des Lüfters herum angeordnet sind, werden die großskaligen Wirbel in der Scherschicht zerschlagen bzw. deren Entstehung von vorneherein verhindert. Die Anregungsenergie der Luftströmung auf den Papierbogen bei der bevorzugten Anwendung wird somit drastisch reduziert und dadurch eine Wellenbildung auf den Bogen verhindert oder zumindest reduziert. Die wesentlichen Vorteile sind somit:

Stabilisierung des Luftfreistrahls
Reduktion der großskaligen Wirbel im Randbereich des Luftfreistrahls
Verminderung der niederfrequenten Anregungsbestandteile
Geräuschvorteile.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale sind in den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung enthalten.
Anhand von zwei bevorzugten, in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispielen soll die Erfindung genauer erläutert werden. Dabei zeigen:

Fig. 1: eine axiale Stirnansicht auf die Ausblasöffnung eines Lüftergehäuses das jedoch nicht durch den Anspruch 1 gedeckt wird (Pfeilrichtung I gemäß Fig. 2),
Fig. 2: eine Seitenansicht in Pfeilrichtung II gemäß Fig. 1,
Fig. 3: eine Ansicht analog zu Fig. 1 einer Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 4: eine Seitenansicht in Pfeilrichtung IV der Ausführung nach Fig. 3,
Fig. 5 u. 6: jeweils eine Halb-Seitenansicht einer nicht-erfindungsgemäßen Ausführung ohne Abströmkonturmittel (Fig. 5) und der ebenfals nicht-erfindungsgemäßen Ausführung gemäß Fig. 1 und 2 (Fig. 6) zur Erläuterung der unterschiedlichen Wirkungsweise.

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Zeichnungsfiguren zeigen ein Axiallüftergehäuse 1 mit einem axialen Strömungsdurchlaß 2 mit einer einseitigen Ansaugöffnung 4 und einer gegenüberliegenden Ausblasöffnung 6. Die Ansaugöffnung 4 und die Ausblasöffnung 6 weisen jeweils eine kreisförmige Außenkontur auf. Daraus resultiert eine im Wesentlichen ringförmige Ausgestaltung des Axiallüftergehäuses 1 (sogenannter Wandring). Innerhalb des Strömungsdurchlasses 2 sind zentrische Haltemittel 8 für eine nicht dargestellte Motor-/Lüfterradeinheit angeordnet, wobei die Haltemittel 8 über speichenartige Verbindungselemente 10 mit dem äußeren Gehäusering verbunden sind. Innerhalb des Lüftergehäuses 1 ist somit ein kreisring- beziehungsweise kreisscheibenförmiger Strömungsquerschnitt gebildet.
Im Bereich der Ausblasöffnung 6 sind deren Strömungsquerschnitt umschließende Abströmkonturmittel 12 ausgebildet. Diese Abströmkonturmittel 12 bestehen aus einzelnen, über den Umfang der Ausblasöffnung 6 verteilt angeordneten Konturelementen 14, die vom Randbereich der Ausblasöffnung 6 ausgehend zumindest teilweise in den Bereich einer im Betrieb entstehenden, die eigentliche Luftströmung umschließenden Strömungs- Scherschicht ragen. In den bevorzugten Ausführungsformen sind die Konturelemente 14 kronenzackenartig mit jeweils einer etwa dreieckigen Kontur ausgebildet. Es können aber auch andere mehreckige und/oder gerundete Konturen vorgesehen sein. In allen Fällen sind die Konturelemente 14 mit einer Basis (im dargestellten Fall einer Dreieck-Basis) am Öffnungsrand der Ausblasöffnung 6 oder im diese umschließenden Bereich der Gehäuse-Stirnfläche fest, während sie mit ihrer gegenüberliegenden Spitze oder Kante (wie dargestellt in ihrer Dreieck-Spitze) einerseits axial in Strömungsrichtung und andererseits schräg radial nach innen oder außen ragen. Auf den Fig. 1 und 2 sind alle Konturelemente 14 schräg axial und radial nach innen ausgerichtet, und zwar unter einem Winkel ϕ₁ zur Radialebene (Ebene der Ausblasöffnung 6 bzw. der Gehäuse-Stirnfläche) ausgehend vom Umfangsbereich der Ausblasöffnung 6.
Bei der erfindungsgemäßen Ausführung nach Fig. 3 und 4 sind ein Teil der Konturelemente 14 unter einem Winkel ϕ₂ schräg axial und radial nach außen ausgerichtet. Wie dargestellt sind vorzugsweise in Umfangsrichtung jeweils abwechselnd im Winkel ϕ₁ schräg radial nach innen ragende Konturelemente und im Winkel ϕ₂ schräg radial nach außen ragende Konturelemente 14 vorgesehen.
Es sei bemerkt, dass die Winkel ϕ₁ und ϕ₂ gleich oder ungleich sein können. Der jeweilige Winkel ϕ₁ bzw. ϕ₂ liegt im Bereich zwischen 0° und 90° und kann - ebenso wie die Anzahl, Größe und Konturform der Konturelemente 14 - auf den jeweiligen Anwendungsfall angepaßt und abgestimmt werden, wobei auch eine Kombination von Konturelementen vorgesehen sein kann, die sich voneinander in Form und/oder Größe und/oder Winkelausrichtung unterscheiden.
Die Fig. 5 und 6 enthalten beispielhaft eine Gegenüberstellung der Wirkungsweise einer nicht-erfindungsgemäßen Ausführung (Fig. 5) ohne Abströmkonturmittel 12 und der ebenfals nicht-erfindungsgemäßen Ausführung nach Fig. 1 und 2 (Fig. 6). In Fig. 5 ist veranschaulicht, dass bei einem herkömmlichen "normalen" Axiallüfter eine äußere Scherschicht 16a entsteht, die eine innere, ungestörte Strömung 18 umschließt. Diese äußere Scherschicht 16a weist eine relativ große radial gemessene Dicke d₁ auf und enthält großskalige Wirbel und einen großen Anteil an niederfrequenten Anregungsbestandteilen. Dies führt zu einem retativ unstabitisierten Luftfreistrahl. Im Gegensatz dazu wird durch Fig. 6 deutlich, dass die Ausführung nach Fig. 1 und 2 zu einer Scherschicht 16b mit geringerer Dicke d₂ und darin zu einer deutlichen Reduzierung von großskaligen Wirbeln, zu einer Verminderung der niederfrequenten Anregungsbestandteile und damit insgesamt zu einem stabilisierten Luftfreistrahl führt, weil der Anteil der ungestörten Strömung 18 bezogen auf den gesamten Strömungsquerschnitt vergrößert ist.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebe Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern umfaßt auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungen im Rahmen der folgenden Ansprüche.

Claims

Lüftergehäuse (1) mit einem Strömungsdurchlaß (2) mit einer Ansaugöffnung (4) und einer Ausblasöffnung (6), wobei
im Bereich der Ausblasöffnung (6) deren Strömungsquerschnitt umschließende Abströmkonturmittel (12) derart ausgebildet sind, dass in einer die im Lüfterbetrieb entstehenden eigentliche Luftströmung (18) umschließenden, sich zwischen der Luftströmung (18) und der umgebenden Luft ausbildenden Scherschicht (16) eine Wirbelbildung zumindest reduziert wird, dadurch gekennzeichnet
dass die Abströmkonturmittel (12) aus einzelnen, über den Umfang der Ausblasöffnung (6) verteilt angeordneten, vom Randbereich der Ausblasöffnung (6) ausgehenden und zumindest teilweise in den Bereich der entstehenden Strömungs-Scherschicht (16b) ragenden Konturelemente (14) bestehen,
dass ein Teil der Konturelemente (14) schräg axial und radial nach außen ausgerichet sind, und
dass in Umfangsrichtung jeweils abwechselnd schräg radial nach innen ragende Konturelemente (14) und schräg radial nach außen ragende Konturelemente (14) vorgesehen sind.
Lüftergehäuse nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch eine Ausgestaltung als Axiallüftergehäuse (1), wobei die Ansaugöffnung (4) und die Ausblasöffnung (6) jeweils eine kreisförmige Außenkontur aufweisen und einander axial gegenüberliegend angeordnet sind, und wobei insbesondere innerhalb des Strömungsdurchlasses (2) Haltemittel (8) für eine Motor-Lüfterradeinheit angeordnet sind.
Lüftergehäuse nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Konturelemente (14) kronenzackenartig mit einer etwa dreieckigen Kontur ausgebildet sind.